Эковатт: Самодельный автоматический котел на древесных гранулах

Самодельный автоматический котел на древесных гранулах

Этот рассказ посвящен результатом скромного труда трёх энтузиастов – самодельщиков, сделавших для себя автоматические самодельные отопительные котлы использующие в качестве топлива древесные гранулы.

Могу сразу сказать, чем обусловлен выбор топлива. Нет проблем ни с газом, ни с углем, ни с дровами. Всё это есть. И газ мне тоже предлагали. Однако, посчитав, сколько стоит только лишь подключиться к магистрали, я пришёл к выводу о нецелесообразности этой затеи. На эти деньги можно двадцать лет отапливаться гранулами. В ценовом выражении, применительно к любому виду топлива, кроме, разве что солярки (электричество вообще не рассматриваю), любое отопление обходится примерно одинаково. Разница только в удобстве. С дровами и углем все понятно. Они автоматизации не поддаются. А древесные гранулы в наших установках подаются в топку в автоматическом режиме. Я могу вернуться домой в лютую стужу поздно ночью и знаю, что дома тепло. И не надо, стуча зубами от холода, растапливать печку. Всё работает само. И не требуется запасать топливо на всю зиму. Гранулы производят в двадцати километрах от моего дома. Когда запас подходит к концу, я привожу новую порцию. Обычно это одно - двухмесячный запас, от 600 до 1200 кг. 20 - 40 мешков по 30 кг. Если их хранить в сухом месте, то гранулы не размокают. Во всяком случае, за один сезон с ними ничего не делается.

Сначала расскажу о котле моего друга Станислава.

У Станислава котел водогрейный. Т.е. в рубашке котла греется вода, которая по трубам подается в радиаторы отопления. Снизу бункера для гранул установлен шнек, который приводится в действие электромотором. Автоматика управляет подачей гранул и подачей воздуха для горения. При сжигании гранул оказалось, что пепел быстро забивает колосники и не просыпается вниз. Колосники пришлось удалить. На дно котла поставлена чугунная тарелочка. В нее сыплются гранулы из устройства подачи.


На фотографии устройства подачи гранул видна белая гофрированая трубка – для подачи воздуха в топку от внешнего вентилятора. Воздух лучше всего подавать с улицы, а не из помещения. Стальная изогнутая трубка направляет тугую струю воздуха примерно в центр чугунной тарелки. При этом она выдувает из зоны горения золу. Зола собирается вокруг тарелки, поэтому иногда котёл останавливают для очистки. Станислав использовал дровяной котёл, поэтому в нём не оказалось места для зольного бункера под низом у тарелки. Если бы такое место у него было, для очистки котла не требовалась бы его остановка. Тем не менее, автор очень доволен своим, пусть и далёким от совершенства, отопителем.

Станислав говорит, что лучше всего поставить тарелочку на стойку, чтобы она стояла не на дне, а несколько выше, например, на высоте установки колосников. Тем не менее, он это пока не сделал. Дело в том, что чистить золу достаточно только один раз в месяц, при этом золы собирается немного, всего одно ведро. Зола очень лёгкая и весьма летуча. Большая часть её вылетает в трубу в прямом смысле.

Котел у Станислава двухрежимного горения, а не непрерывного как у меня. Всё управление осуществляется с помощью трёх таймеров:

Первый из них задаёт продолжительность вращения шнека. Она одинакова для обоих режимов - дежурного и рабочего. Например, 5 секунд. Второй - определяет паузу между подачами топлива в рабочем режиме (20 секунд), а третий - определяет интервал времени между подачами в дежурном режиме (100 секунд).

Переключение с рабочего в дежурный режим и обратно осуществлют датчики температуры. Пока не достигнута заданная температура, устанавливается режим частых подач, т.е. рабочий. Когда температура достигла заданной величины – термодатчик переключает систему в дежурный режим, вброс топлива происходит довольно редко, чтобы только сохранялось небольшое горение. При этом 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 следит, чтобы не была превышена температура воды в котле. У него 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.

Теперь расскажу о моем отопительном котле.

На этом снимке – общий вид котла. Не видно только механизм подачи, он установлен под бункером и на снимок не попал. У меня не водяная система отопления коттеджа, а воздушная. Воздух засасывается из комнат вентилиятором, проходит в теплообменнике котла, подогревается и поступает опять в комнаты по системе труб расположенных под полом. В теплоизоляции. В дальнейшем воздушная теплотрасса будет использоваться для чисто вентиляционных целей. Планируется её работа совместно с рекуператором тепла. В этом 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 -- а именно такая производительность главного вентилятора), будет выбрасываться на улицу, отдавая своё тепло входящему воздуху.

Прежде всего, надо отметить, что воздушная система отопления имеет свои сложности. Одна из них -- это настройка воздушных потоков в помещениях. Отрегулируешь при закрытых дверях, потом двери откроешь -- всё кардинально меняется. Я её сделал потому, что такая система требовала меньших затрат труда и финансов, но обязательно перейду на жидкостную, как только смогу. По этой причине я не рекомендую для повторения эту технологию, чтобы меня потом не ругали. Даже заочно.

Ещё одно устройство – глушитель шума вентиляторов. У меня их два. Один – на входе вентилятора, второй – на выходе печки. Устройства стандартные. Продаются в магазинах по системам вентиляции.

Ещё одна хитрость. В печке применён «принцип противотока» в теплообменнике, поэтому горячий воздух выходит в нижней, наиболее горячей части теплообменника, а холодный, то есть «обратка» - подаётся в верхнюю часть. Теплообменник состоит из 15 стальных труб, диаметром 50 мм и высотой один метр. Вокруг этих труб – воздушная рубашка диаметром 36 см. 15 труб запараллелены, а по самим трубам проходят горячие дымовые газы. Обогреваемый воздух проходит в промежутке между трубами и рубашкой. Если бы было сделано наоборот, теплообменник от нагара невозможно было бы очистить. Правда, есть недостатки. С одной стороны - очень высокая эффективность теплоотбора, но с другой - тенденция к зарастанию нагаром. Очищать трубы не сложно. Надо отметить, что при работе отопителя в режиме высокой мощности зарастание нагаром практически не происходит. Это начинает сказываться только в межсезонье, когда мощность отопителя ограничена. Тогда снижается температура в самой топке и гранулы немного дымят. Этого достаточно, чтобы за месяц внутри 50 мм трубок теплообменника образовался нагар. Его приходится счищать. Для этого верхняя часть у котла сделана съёмной. Снаружи рубашка обмотана алюминиевой лентой, для снижения тепловых потерь на излучение. Поначалу этого не было и температура в мастерской достигала +25, а то и +27 градусов. Жарковато работать. После переделки горелки (поначалу вся горелка была снаружи, а теперь снаружи видно только половину её, остальное внутри печки) температура снизилась до +22, всё равно многовато. Тогда обмотал теплообменник самоклеющейся алюминиевой лентой, температура в помещении упала до +18. Вот, что значит излучение.

О пыли в котле. Её там нет. И сгорать нечему. Эту проблему я решил с помощью 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. При этом фильтрующий элемент можно стирать, после чего он работает, как новый. А используется для него специальный фильтровальный материал. Его толщина 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, то есть в каждой комнате.

О шуме. Он значительно слабее, чем тиканье небольшого стрелочного будильничка. Надо очень старательно прислушиваться, чтобы что-то услышать. В системе использован центробежный вентилятор с турбиной большого диаметра -- 30 сантиметров, поэтому вращается он сравнительно медленно, и, соответственно, мало шумит сам. Вентилятор подключен к магистрали через мягкие рукава, чтобы исключить передачу на стенки алюминиевых магистральных труб механических вибраций. Но основной шум возникает в магистрали из-за возбуждения стоячих волн на входе и выходе самого вентилятора, поэтому и применены специальные гасители этого вида колебаний. Они оказались чрезвычайно эффективными. Это тоже стандартное изделие, продаётся в магазинах, специализирующихся на вентиляционных системах.

О запахе борща. Да в любом, практически, 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. Не развивается высокотемпературный процесс горения. Гранулы дымят. А это означает, что топливо используется очень нерационально. Всё дело в том, что гранулы достаточно мелкие, поэтому в процессе горения при естественной тяге пепел из зоны горения удаляется весьма скверно. А 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 через эти эксперименты тоже прошли. Тоже поначалу думали, что принудительная подача воздуха не обязательна. Однако в результате всё-таки её применяем. Кроме того, естественная тяга сильно меняется от погодных условий. От температуры "за бортом", от скорости ветра, даже от направления ветра.

Подача воздуха осуществляется вентилятором небольшой мощности:

Вентилятор не нужен очень производительный по количеству подаваемого воздуха, но он должен обеспечивать давление. У меня давление составляет 10 кг/кв.м. в самом мощном режиме Мы пока не пришли к оптимальной конструкции 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.

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:

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.

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

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:

Тоже вариант. Видно, как ведут себя гранулы.

Устройство управления воздушной печкой:

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:

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

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

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

Самодельный автоматический котел на древесных гранулах,котёл своими руками,Самодельный котёл,самодельный отопительный котёл

По материалам сайта: http://xn--80adxqwa5e.xn--p1ai