Верхнее подовое горение твердого топлива в котлах и печах

Самый чистый, эффективный и экономичный способ сжигать твердое топливо в котлах и печах

Сейчас сложился устойчивый стереотип, что горение топлива в топке должно происходить при подаче воздуха снизу, через колосники в зону горения закладки. Но существует и альтернативный вариант – горение сверху вниз.

Большинство котлов, которые продаются в России, имеют колосниковое исполнение топки. Это обусловлено некоторой их универсальностью по топливу. Колосниковая конструкция достаточно хорошо изучена продавцами и потребителями. Колосниковые котлы продавать легче. В связи с этим, в том числе, связано их более масштабное распространение.

Однако такая ситуация присутствует не везде. В странах, где существуют более жесткие требования по выбросу СО₂ в атмосферу, верхнее горение считается более правильным. Оно позволяет добиться полного сжигания закладки, тем самым снижая количество выбросов двуокиси углерода и несгоревших остатков топлива в окружающую среду.

Несмотря на некоторые высказывания, с точки зрения протекания природных процессов, такой тип горения более естественен. Например, лесной костер обычно горит тоже верхним или фронтальным горением: колосники в земле, чтобы подавать воздух снизу, редко кто делает.

Верхним горением называется также подовое и фронтальное. Подом называют глухой пол топливника. В подовом котле дрова - основной вид топлива - укладываются на под. Примерная конструкция топки выглядит так:

• Первичный воздух подается через основное поддувало, которое располагается в загрузочной дверце котла, и проникает в укладку вдоль поленьев, то есть прямо в зону горения (горновое дутье), фронт горения постепенно перемещается к задней стенке топки и образует минимальное количество золы (менее 1%);
• Предварительно разогретый вторичный воздух подается через щелевое отверстие, расположенное в верхней части дверцы котла, и с большой скоростью дожигает пиролизные газы, распространяя горизонтальное зеркало горения поверх укладки.

Наиболее крупные поленья необходимо положить на дно топки, далее доложить топливо до половины высоты проема дверцы (чем выше укладка, тем тоньше поленья). Укладку необходимо выполнить плотной, сверху положить растопку (бересту, лучину).

Таким образом, дрова будут гореть с торцов и поверх укладки, а те, которые находятся внутри, будут служить запасом топлива, постепенно вовлекаясь в процесс. Пиролизные газы, которые образуются при нагреве дров внутри закладки, будут дожигаться в горизонтальном верхнем горящем слое. Регулирование подачи первичного и вторичного воздуха позволит легко настроить мощность котла в широком диапазоне.

При верхнем горении происходит интенсивная передача тепла с помощью инфракрасного излучения. При этом верхние слои дров не экранируют лучистую энергию до тех пор, пока вся закладка не займется огнем, как происходит при классическом розжиге снизу на колосниках. По мере того как топливо прогорает, лучистую энергию начинает передавать дно топки. Это уменьшает конвективную составляющую тепловых потоков.

При подовом горении все угли остаются в топке, не проваливаются через щели колосниковой решетки и полностью догорают, отдавая тепло. В топке с колосниками угли прогорают тоже практически полностью, но те из них, которые провалились сквозь колосниковую решетку, горят уже в зольном ящике и не приносят никакой пользы для системы отопления, не участвуют в нагреве теплоносителя.

Верхнее горение – процесс цикличный, то есть закладка зажигается сверху и полностью прогорает. Подкладывать топливо можно в любой момент растопки. Пламя через некоторое время распространится там, куда подается воздух первичной подачи. То есть сверху и с фронта закладки. Верхнее горение продолжится. Топить котел верхним горением абсолютно несложно: требуется лишь незначительно изменить свои привычки.

Есть утверждения, что верхним горением сжигать можно только дрова. Это не совсем так. Совершенно точно можно жечь древесные (прессованный измельченный опил) и торфяные брикеты, бурый уголь, любое топливо, с температурой воспламенения ниже 400⁰С. Можно сжигать и каменный уголь, если накидывать его сверху горящей закладки, допустим, из дров, небольшими порциями.

Например, производитель широко рекламируемых котлов цилиндрической формы предлагает спокойно сжигать в них уголь верхним горением. Поэтому говорить о жёстком ограничении по топливу в подовых котлах – это неправильно. Главное, применять тактику при сжигании угля в обычных подовых топках: добавлять топливо небольшими порциями. А если предполагается топиться только дровами, то преимущества подовых топок более чем очевидны. Правильная организация горения может сэкономить до 30% топлива.

Кроме этого, в подовых котлах горение закладки может гореть не только сверху вниз, но и в объеме, как на колосниках. Для этого необходимо на дно топки уложить растопку, разжечь, положить поверх небольшое количество сухих дров меньшего размера и закрыть дверцу. Когда дрова займутся огнем, доложить остальную укладку до уровня 10 см от верха проема дверцы.

При объемном горении, уменьшается КПД котла, так как часть печных газов не успевает прореагировать с кислородом и вылетает в трубу. Дрова сверху экранируют нижнее пламя, ухудшая теплопередачу лучистой энергией до тех пор, пока вся закладка не займется огнём.

При полностью открытом шибере подачи первичного воздуха котел может развить мощность в полтора раза больше, чем его номинальная, при этом уменьшается время горения укладки. Если возникает необходимость добавить дрова, когда предыдущие еще не прогорели, необходимо соблюдать меры предосторожности. Дрова или другое топливо можно накидывать на горящие угли небольшими порциями, не заглушая пламя.

Удалять золу из топки необходимо по мере её накопления через 10-12 топок (зависит от состояния дров). Небольшой слой золы 1,5-2 см улучшает работу котла, экранируя тепло в толщу закладки. Ускоренный нагрев дров улучшает переход котла в номинальный режим.

Говоря о дыме из трубы, можно сказать, что густой серый дым – это газообразная составляющая топлива, улетающая в атмосферу.

Дым - это несгоревшие газы, которые при нагреве высвобождаются из угля и древесины. Каждая тонна угля содержит 300 кг газов, а в тонне дров находится более 700 кг газов! Эти газы сгорают при температурах не менее 400-500⁰C. При достаточной температуре очага пиролизные газы прогорают полностью и дым превращается в почти прозрачные пары. При этом происходит наиболее экономичное сжигание угля и древесины.

Сам метод верхнего горения не создает каких-либо новых рисков, связанных с безопасностью при растопке по сравнению с классическими котлами и печами, и даже несколько уменьшает проблему взрывов летучих составляющих топлива или возгорание дымохода. Сам метод не является сложным, при эксплуатации отопительного оборудования всегда необходимо соблюдать осторожность и не делать того, в чем не уверены. Основной риск при верхнем горении связан с загрузкой слишком большого количества топлива.

Не перегружайте котел дровами, чрезмерная загрузка может быть причиной неустойчивого горения (пульсаций) с выбросом дыма и огня из поддувала, что является недопустимым при работе котла.

Отрегулируйте тягу в дымоходе. Следует учитывать, что чрезмерное снижение тяги может привести к проникновению дыма и печных газов в помещение котельной, а слишком высокая тяга увеличивает скорость прохождения газов в конвективной части котла, снижая КПД и съём тепла. Чрезмерная тяга также может стать причиной неустойчивого горения дров (пульсаций) с выбросом дыма из поддувала, что является недопустимым.

В экономичном сжигании угля и древесины нет ничего нового. Это создание условий в котле, при которых топливные газы имеют возможность сгореть, а через дымоход пройти почти прозрачные пары. Верхнее горение – это самый чистый и наиболее эффективный способ сжигать топливо.