rss

Самодельный автоматизированный котел на древесных гранулах

Александр Николаевич и его друзья сами разработали и построили самодельные отопительные котлы, в которых в качестве топлива используются древесные гранулы.

Следует сразу сказать, чем был обусловлен выбор топлива. Проблем с газом, с углем, с дровами нет. И газ тоже предлагали, говорит Александр Николаевич. Но посчитав, во сколько обойдется одно лишь подключение к магистрали, стало очевидно, что это не выгодно. За такие деньги можно отапливаться гранулами несколько десятков лет. Любое топливо (кроме солярки) обходится примерно одинаково в ценовом выражении. Разница заключается в удобстве использования. Дрова и уголь автоматизации не поддаются. А древесные гранулы в наших установках подаются в топку автоматически. Домой можно возвращаться в лютую стужу и быть уверенным, что дома будет тепло. И не надо стучать зубами от холода, чтобы растопить печь. Отопление работает на автомате. Обычный одно-двухмесячный запас составляет от 600 до 1200 кг., 20 – 40 мешков по 30 кг. Если мешки хранить под укрытием в сухом месте, то сними ничего не случается в течении сезона.

Конструкция Станислава.

Котел СтаниславаПодача гранул

Конструкция Станислава представляет собой водогрейный котел, т. е. вода греется в рубашке котла и по трубам поступает в радиаторы отопления. Внизу бункера с древесными гранулами находится шнек, который приводится в действие электрическим мотором. Подача гранул и подача воздуха для горения регулируется автоматически. В этой конструкции оказалось, что образующийся после сжигания гранул пепел быстро забивает колосники и не просыпается вниз. Пришлось колосники заменить чугунной тарелочкой.

Чугунная тарелочкаТрубка подачи воздуха

На фотографии видно устройство подачи гранул в котел и белая гофрированная труба, через которую внешний вентилятор нагнетает воздух в топку. Воздух лучше всего брать с улицы а не из дома. Стальная изогнутая трубка направляет мощную струю воздуха прямо в центр чугунной тарелки и таким образом сдувает пепел из зоны горения. Зола собирается вокруг тарелки, поэтому иногда нужно останавливать котел для очистки от золы. Поскольку Станислав использовал дровяной котел, то в нем не нашлось места для зольного отсека внизу тарелки. Если бы в котле было место для зольного бункера, то не нужно было бы останавливать котел для очистки. Но, несмотря на некоторые неудобства, Станислав очень доволен своим отопителем.

Для тех, кто решит повторить эту конструкцию, Станислав говорит, что чугунную тарелку лучше всего поставить на стойку, чтобы она находилась не на дне, а немного выше, например, на уровне установки колосников. Хотя сам Станислав свою тарелку не поднимал, потому что очищать от золы достаточно один раз в месяц. Золы за месяц собирается не так уж и много (примерно одно ведро), она очень легкая и летучая и достаточно много ее улетает в трубу в прямом смысле слова.

Котел у Станислава двухрежимного горения, а не непрерывного как у Александра. Управляется все с помощью трех таймеров:

Таймер

Первый таймер задаёт продолжительность вращения шнека. Эта продолжительность одинакова для обеих режимов – для дежурного и для рабочего. Например, 5 секунд. Второй таймер задает паузу между подачами топлива в рабочем режиме (20 секунд), а третий таймер задает интервал времени между подачами топлива в дежурном режиме (100 секунд).

Переключение с рабочего в дежурный режим и обратно происходит по показаниям датчиков температуры. До тех пор, пока не будет достигнута заданная температура, будет работать режим частых подач, т.е. рабочий. Когда температура достигнет заданной температуры, тогда термодатчик переключает систему в дежурный режим работы, при котором вброс топлива происходит довольно редко, только для сохранения небольшое горение. При дежурном режиме работы отключается вентилятор подачи воздуха в топку, а горение происходит за счёт небольшого количества воздуха, поступающего в зону горения посредством естественной тяги. Датчиков температуры – два. Один датчик следит, чтобы не была превышена температура воды в котле. У этого датчика приоритет в переводе котла в дежурный режим. Второй датчик измеряет температуру воздуха в помещении. До тех пор, пока в помещении температура не снизится до заданной величины, он не позволяет включиться рабочему режиму котла.

Отопительный котел Александра

Котел Александра

На этом снимке – общий вид котла.
На этом снимке не видно механизм подачи, потому что он установлен внизу под бункером. Это не водяная система отопления коттеджа, а воздушная. Вентилятором воздух засасывается из комнат и поступает в котел в теплообменник. В теплообменнике воздух подогревается и поступает опять в комнаты по системе труб расположенных под полом в теплоизоляции. В будущем воздушная теплотрасса будет использоваться исключительно для вентиляционных целей. Дальнейшая её работа планируется совместно с рекуператором тепла. В таком случае в дом будет подаваться 100% воздуха с улицы (сейчас только 10%), а из помещений воздух в том же количестве (около 300 кубометров в час – это производительность главного вентилятора), будет выходить на улицу, отдавая своё тепло входящему воздуху.

Важно! Следует отметить, что воздушная система отопления имеет определенные сложности. Например, такой проблемный момент, как настройка воздушных потоков в помещении. Хорошо отрегулированная и исправно работающая система при закрытых дверях дает совершенно другие результаты при открытых дверях. Эта система воздушного отопления была сделана только потому, что такая система требовала меньших затрат труда и финансов. В дальнейшем планируется обязательный переход на водяную систему отопления. Крайне не рекомендуется для повторения нижеизложенная технология обогрева.

В этой отопительной конструкции присутствует ещё одно устройство – это глушитель шума вентиляторов. Глушителей шума два. Один глушитель находится на входе вентилятора, второй глушитель находится на выходе печки. Эти устройства стандартные и они продаются в магазинах по системам вентиляции.

Есть еще одна хитрость в конструкции. В печке применён «принцип противотока» в теплообменнике. Горячий воздух выходит в нижней части теплообменника, наиболее горячей, а холодный воздух, то есть «обратка», подаётся в верхнюю часть. Конструкция теплообменника состоит из 15 стальных труб, диаметром 50 мм и высотой один метр. Все трубы параллельны. По трубам проходят горячие дымовые газы.
Окружает эти трубы воздушная рубашка диаметром 36 см. Между трубами и рубашкой проходит обогреваемый воздух. Такая конструкция сделана для того, чтобы было легче чистить от нагара теплообменник. Но есть у такой конструкции и недостатки: при очень высокой эффективности теплоотбора, наблюдается тенденция к образованию нагара. Хорошо, что очищать трубы не сложно. Следует отметить, что при работе отопителя на высокой мощности образование нагара практически не происходит. Только в межсезонье, когда мощность отопителя уменьшена, начинаент образовываться нагар, потому что в самой топке температура ниже и гранулы немного дымят. За один месяц работы на пониженной мощности уже образовывается нагар. Для очистки нагара верхняя часть котла сделана съемной.
Наружная часть рубашки обмотана алюминиевой лентой для снижения потерь тепла на излучение. Без этой ленты температура в кочегарке доходила до +25 ….+27 градусов. После применения самоклеющейся алюминиевой ленты температура в кочегарке снизилась до +18. Вот что значит излучение!
О пыли в котле. Её там нет. И сгорать нечему. Эта проблема была решена при помощи воздушных фильтров с большой площадью фильтрующих элементов. Главный фильтр имеет высоту один метр и диаметр 12,5 сантиметров. Менять его достаточно один раз в год. Фильтр можно не менять а стирать, после чего он работает, как новый. Для фильтра используется специальный фильтровальный материал толщиной от шести до восьми миллиметров, очень пористый. Продаётся “на развес” в магазинах, торгующих вентиляционными устройствами и материалами. Фильтры меньших размеров, плоские, в диаметре 30 сантиметров, установлены на каждой вытяжной трубе в каждой комнате.

О шуме. Шум намного слабее, чем тиканье небольшого стрелочного будильничка. Надо старательно прислушаться, чтобы что-то услышать. В системе использован центробежный вентилятор с турбиной большого диаметра – 30 сантиметров, поэтому вращается он сравнительно медленно, и, соответственно, сам мало шумит. К магистрали вентилятор подключен через мягкие рукава, чтобы исключить передачу механических вибраций на стенки алюминиевых магистральных труб. Основной шум в магистрали возникает из-за возбуждения стоячих волн на входе и выходе самого вентилятора, поэтому и применены специальные гасители этого вида колебаний. Эти гасители оказались чрезвычайно эффективными, представляют стандартное изделие, продаются в магазинах, специализирующихся на вентиляционных системах.

О запахе борща. Практически в любом доме, когда на кухне готовят что-то вкусное, запахи этого вкусного летают по всему дому, разжигая аппетит… Если честно, то это мне не мешает.

Ванна и туалет. Это одно и то же помещение со своей вытяжной вентиляцией. Туда подаётся немного тёплого воздуха из магистрали, но вытяжки обратно в магистраль нет. Весь воздух выбрасывается прямо на улицу. Это чистые потери тепла, с которыми я мирюсь. В обмен на комфорт. Естественно, нормальное положение двери — закрытое.

Гранула нормально горит только в условиях принудительной подачи воздуха в топку. На естественной тяге гранулы горят плохо. Нет высокотемпературного горения, и гранулы дымят. А это означает, что топливо используется очень нерационально. Плохое горение связанно с тем, что гранулы достаточно мелкие, и в процессе горения при естественной тяге пепел из зоны горения удаляется плохо. И если его не удалять, то он быстро затягивает очаг горения, и гранулы могут даже погаснуть. Здесь процесс горения аналогичен тому, что происходит в кузнечном горне. Мы поначалу не использовали принудительную подачу воздуха, думали, что она не обязательна. Однако в результате всё-таки её применяем. Естественная тяга сильно меняется от погодных условий, от температуры на улице, от скорости ветра, даже от направления ветра.

Подача воздуха осуществляется вентилятором небольшой мощности.

Крыльчатка вентилятора подачи воздухаВентилятор подачи воздуха

Нет необходимости в высокопроизводительном вентиляторе. Но вентилятор должен создавать давление. У меня давление составляет 10 кг/кв.м. в самом мощном режиме. Мы пока не выработали оптимальную конструкцию вентилятора. Есть мысль собрать в пакет 2 – 3 вентилятора от охлаждения процессора или от блока питания компьютера. А между ними и на выходе – установить спрямляющие лопатки. Конструкция должна выйти достаточно простой и, на мой взгляд, эффективной. Но это необходимо ещё проверить на практике. Вентилятор желательно постоянного тока, чтобы не возиться с источниками бесперебойного питания. У нас стоят резервные аккумуляторы, которые подстраховывают котельную на случай отключения электроэнергии. Из всех нас троих самый удачный вентилятор у меня. Зимой, когда нужна большая мощность горения, на вентилятор подаётся 24 вольта 0,3 ампера. Совсем немного. Всё дело в устройстве его турбинки. Я его создал из двух отдельных узлов. Турбинка – от какого-то армейского вентилятора со сгоревшим мотором на 400 герц. К турбинке приладил моторчик от системы регулирования мощного ЛАТРа. Мотор включен по схеме параллельного возбуждения. Для ограничения тока возбуждения последовательно со статорной обмоткой включены резисторы. Да и неважно, в принципе, какой использовать мотор, главное – его надёжность. Ведь он работает, не выключаясь, в моей системе. Хотя я и планирую у себя применить алгоритм управления, аналогичный алгоритму, применённому Станиславом в его водяном котле.

В моём варианте вентилятор имеет возможность менять обороты. Это сделано для того, чтобы в зависимости от режима горения можно было точно отрегулировать подачу воздуха. Поскольку моя конструкция использует горячий воздух в качестве теплоносителя, а размер топки очень невелик, то горение происходит непрерывно, без колебаний мощности. При этом, для каждого интервала температур на улице существуют определённые установки параметров подачи топлива, а также количества воздуха, необходимого для качественного бездымного горения. Хотя, справедливости ради, надо сказать, что мой отопитель тоже можно перевести в прерывистый режим. В этом случае за температурой в помещениях он будет следить сам, в автоматическом режиме.

Подвод воздуха к горелке осуществляется через систему трубок: четыре спереди в осевом направлении (на самом деле там 9 трубок, но пять из них не используются) имеют внутренний диаметр 9 мм, ещё две, подающие воздух справа и слева в зону горения под углом около 40 градусов ( внутри горелки они загнуты) имеют тот же диаметр, а также в центре сверху, под углом порядка 70 градусов – ещё одна, диаметром 11 мм. Подаёт воздух в точку загрузки. Каждая из трубок выполняет, кроме подачи воздуха в топку, ещё и строго определённые функции. Всё подобрано экспериментально. Трубки, расположенные вдоль оси, служат в основном для удаления пепла из зоны горения. Основное же питание горелки воздухом производят три наклонные трубки. Главная из них – третья, установленная в самой верхней части горелки под углом около 70 градусов:

Подвод воздуха к горелке

Сама горелка изготовлена из гильзы от КАМАЗа. Но именно эту горелку повторять не советую. Из-за малого объёма зоны горения она весьма капризна в настройке. Самый подходящий для повторения вариант топки – это вариант Станислава.

Но в любом случае расход воздуха сильно зависит от режима подачи топлива. Поэтому его надо подбирать экспериментально.

Бункер для золы.

Бункер для золы

Сейчас он считается полным. Его пора чистить. Причём делать это можно прямо на ходу, не выключая печку.

Теперь о системе подачи гранул. Гранулы подаёт шнек. Шнек представляет из себя спираль из стальной проволоки диаметром восемь миллиметров. Диаметр самого шнека порядка 35 мм. Шаг – 35 – 40 миллиметров. Можно делать прогрессивный шаг, постепенно увеличивая его к концу шнека. Это облегчает вращение, но усложняет изготовление. После намотки спирали необходимо сточить половину толщины проволоки, чтобы шнек толкал гранулы не круглой, а плоской стороной. Работа не сложная, но ответственная. Требует аккуратности. Торопиться нельзя. Можно испортить деталь и всё придётся начинать сначала… Шнековый канал – стальная труба. Внутри желательно отшлифовать. Шнек длинный не стоит делать – 3 – 4 витка. Диаметр трубы шнекового канала должен быть больше диаметра самого шнека примерно на толщину гранулы. В центре шнека стержень ставить не нужно. Он может быть только в самом начале шнека. Собственно, это вал, установленный в подшипниках, на который с одной стороны установлен шкив, а с другой – спираль шнека. Пустотелый шнек вращается существенно легче, его труднее заклинить. Хотя некоторым гранулам и это удаётся.

Устройство подачи древесных гранул

Что было в тот момент под рукой, из того и сделал. Исправно служит уже шесть лет.

Наклонная труба подачи гранул

За шнеком должна идти наклонная труба. Узел перехода от шнека к трубе должен быть максимально гладким. Не дай Бог, если там будут ступеньки. Хотя бы и очень маленькие. Сколько раз, поначалу не придав этому требованию значения, я был наказан… Прихожу утром в свою мастерскую, являющуюся по совместительству и котельной, и вижу: труба подачи сброшена, пару вёдер гранул на полу… Долго не мог понять причину, почему забивается труба подачи. (она обязана быть всегда пустой, чтобы до шнекового канала не добрался огонь. Иначе – пожар в бункере неизбежен. Пока я этого не знал, бункер у меня горел трижды. И только по счастливой случайности я всегда оказывался на месте…) А всё оказалось до обидного просто – маленькая ступенечка, меньше миллиметра. На переходе конус – цилиндр. На фото это место видно. Сразу за пластиковым угольником. Владимир поступил чуть хитрее:


Труба подачи гранул

Тоже вариант. Видно, как ведут себя гранулы.

Устройство управления воздушной печкой:

Щит управления котлом

Выглядит устрашающе, не правда ли? Но не пугайтесь. В сущности, это практически то же самое, что и у Станаслава – те же три таймера плюс устройство управления воздушными вентиляторами – подачи воздуха и циркуляции. Что было под рукой, из того и сделали…

Питание всего хозяйства обеспечивает устройство гарантированного питания. Тут – у кого на сколько хватит фантазии. У нас с Владимиром фантазии хватило на столько:

Система бесперебойного питания

Вторая версия этого же самого котла, близнец его, установлен три года назад у моего друга Владимира:

Вторая версия котла

На этом котле установлен механизм подачи, выполненный на основе моторчика от стеклоочистителя:

Механизм подачи древесных гранул

Вращение от редуктора к шнеку передаётся зубчатым ремнём. Натяжное устройство отрегулировано так, чтобы при заклинивании шнека оно отходило, освобождая ремень. Тогда не произойдёт поломки механизма подачи. В показанном выше варианте Станислава, механизм подачи имеет прямой привод, без ремней, поэтому у него уже накопилась небольшая коллекция моторчиков со сломанными осями. Памятуя об этом, мы с Владимиром установили защиту. В виде ремня. Зимой один раз сработала, но ничего не сломалось. Устранили причину заклинивания и печка весело загудела снова…

У себя горячую воду я получаю с помощью электричества. Это один из стимулов заниматься ветряками, поскольку за электричество я плачу от 12 до 22 латов. Около пятёрки съедает в месяц гранульная печка на моторы подачи, циркуляции воздуха и вентилятор горелки. Повышенный расход электроэнергии связан ещё и с тем, что для приготовления пищи используется электроплита. Выходит чуть дороже балонного газа. А газовое оборудование я не хочу.

Надеюсь, публикация поможет самодельщикам в изготовлении гранульных отопительных систем. Ведь согласитесь, стоит ли тратить от полутора до двух с половиной тысяч долларов на приобретение фирменных котлов, если можно всё это сделать в десять раз дешевле. Правда, надо вложить свой труд.

Нарыжный Александр Николаевич

31 июля 2006 г.

http://rosinmn.ru/sam/Alex_Nari/Alex_Nari.htm

---

Комментарии:

  1. а гранули из чего?

    — владимир · фев 1, 19:06 · #

  2. Очень уважаю, все, что сделано своими руками.
    Сам я тоже все что-то делаю, в основном по электроние и
    электрической части, но и слесарные работы тоже мне не страшны.
    Живу в городской квартире,с центральным отоплением, а
    то тоже что-то бы себе сделал.

    — Александр · мар 2, 11:36 · #

  3. молодцы ребята

    — мурзила · дек 28, 16:09 · #

  4. molodci koe 4to prigodilos

    — h · фев 10, 13:55 · #

 


---