Бум на твердотопливные печи, который возник на рынке отопительного оборудования, имеет несколько причин. Во многом он обуславливается массовым строительством дач и загородных домов в местах, где нет возможности подключиться к магистральному газу. Сыграло роль и значительное подорожание энергоносителей, вынуждающее дублировать установленные отопительные агрегаты котлами, работающими на дровах и угле. Но главное, что хочется отметить, это появление конструкций, использующих совершенно иной подход к сжиганию твёрдого топлива, благодаря которому удаётся в несколько раз увеличить время между загрузками. Агрегаты, использующие новый принцип, различаются по сложности, габаритам и производительности. Сегодня мы расскажем о простой печи длительного горения, которую можно построить своими руками за выходные. Конечно, такой агрегат не подойдёт для отопления большого дома, а вот для обогрева подсобных помещений, гаража или теплицы он будет незаменим. Тем более что материалы для работы найдутся на любом пункте приёма металлолома.
Содержание
Какие отопительные приборы относятся к печам длительного горения. Преимущества и недостатки существующих конструкций
Разнообразие конструкций котлов длительного горения позволяет выбрать оптимальный вариант для изготовления своими руками
Каждый, кто хоть раз топил дровяную печку, обращал внимание, что топливо в ней может гореть с различной скоростью. При полностью открытом поддувале и свободном дымовом канале в топочную зону интенсивно поступает воздух, поэтому дрова сгорают быстро и с высокой температурой. При этом корпус печи раскаляется лишь на несколько минут, а огромная доля тепловой энергии оказывается выброшенной в дымоход. Выходом из этой ситуации является ограничение количества кислорода в рабочем пространстве печи, которого добиваются частичным перекрыванием поддувала. Дрова начинают тлеть, а языки пламени становятся тусклыми и коптящими — прибор переходит в газогенераторный режим работы. Процесс горения растягивается на несколько часов, во время которых температура твердотопливного агрегата остаётся практически неизменной. Сложности заключаются в том, что эксплуатация отопительного котла в таком состоянии требует постоянного участия оператора, иначе огонь может полностью угаснуть. Кроме того, недостаток кислорода сказывается на полноте сгорания топлива. Активно выделяющиеся горючие углеродные соединения (пиролизные газы) попросту не могут окисляться и гореть, что приводит к чрезвычайно низкому КПД устройства.
Пиролиз — процесс разложения твёрдого топлива при высокой температуре и недостатке кислорода. Образующиеся в результате так называемой сухой перегонки летучие углеводородные соединения представляют собой газ, теплота сгорания которого приближается к метану.
Схема работы заводских котлов длительного горения чаще всего основана на пиролизном сжигании топлива
В отличие от традиционной конструкции, схема работы печи длительного горения предполагает дозированную подачу воздуха не снизу, а сверху. Поскольку кислород поступает лишь к тонкому слою топлива, исключается возможность возгорания всей загрузки, что существенно увеличивает длительность работы агрегата. Горючие газы, которые ранее удалялись вместе с дымом, в современных «долгоиграющих» моделях полностью сгорают. Для этого печи оборудуются зоной дожига, воздух в которую подаётся по отдельным каналам. Высокая температура горения пиролизных газов позволяет повысить КПД прибора и намного уменьшить выброс вредных веществ в атмосферу. Что же касается других отличий, то отопительные печи новой конструкции нетрудно узнать по более объёмной загрузочной камере. Возможность многократно увеличить топливную закладку, которая появилась благодаря смещению зоны горения в нижний слой топлива, и определяет длительный режим работы.
Преимущества и недостатки
Современные печи долгого горения имеют массу достоинств, которые при первоначальном выборе отопительного оборудования могут сыграть решающее значение. Тем не менее, недостатки существующих конструкций требуют взвесить все за и против, прежде чем принять решение о замене работающего отопительного агрегата новомодным пиролизным котлом.
К плюсам рассматриваемых конструкций относятся:
- многократное увеличение времени работы на одной закладке топлива;
- возможность полной автономности — при выходе на основной режим эксплуатация агрегата не требует вмешательства оператора;
- топливо сгорает практически без остатка;
- увеличивается интервал между загрузками;
- использование в качестве топлива не только угля и дров, но и щепок, опилок, сухих растительных отходов, пеллет и т. д.;
- уменьшенный вес и габариты;
- возможность регулировки процесса горения;
- КПД пиролизных котлов долгого горения достигает 90%;
- дымовые остатки не содержат сажи и вредных веществ;
- множество конструкций, доступных для изготовления своими руками.
Обязательно ознакомьтесь с недостатками печей этого типа:
- повышенные требования к дымоходу. Он должен иметь достаточную высоту и теплоизоляцию;
- в печах длительного горения можно использовать только сухое топливо. Излишки влаги снижают температуру пламени, а водяной пар перекрывает доступ кислорода, что делает невозможным работу агрегата в режиме газогенератора;
- пониженная температура дыма способствует наслоению сажи и других продуктов горения на стенках дымохода;
- при сжигании влажного топлива в дымовых остатках появляются тяжёлые фракции и опасные химические соединения;
- более высокая стоимость по сравнению с печами обычной конструкции.
Если взвесить все плюсы и минусы, нетрудно понять, что широкая популярность печей длительного горения — вовсе не случайность, а результат точных расчётов и тщательно проработанной конструкции.
Виды печей длительного горения. Выбираем простой и производительный отопительный агрегат для изготовления своими руками
Речь о разновидностях печей длительного горения зашла из-за необходимости определиться с конструкцией, наиболее пригодной для изготовления своими руками. Поэтому рассмотрим все варианты твердотопливных котлов новой генерации, а также изучим особенности их работы.
При классификации отопительных печей по способу сжигания выделяют несколько основных схем.
1. Традиционная конструкция с распространением пламени снизу вверх, при котором горящие газы проходят через весь слой топлива и выводятся в дымоход. На пути продуктов сгорания обустраивают теплообменник и камеру дожига, в которую подаётся дополнительное количество воздуха. К отопительному оборудованию этого типа относятся известные на весь мир булерьян или бренеран, печь профессора Бутакова и вариации этих агрегатов с изменёнными теплообменниками.
Булерьян представляет собой котёл длительного горения с воздушным теплообменником
2. Шахтная печь, в которой зона горения смещается к колосниковой решётке, а продукты сгорания отводятся через соседнюю камеру, где происходит дожиг и теплообмен. Подобная конфигурация чрезвычайно удобна для изготовления отопительного агрегата из кирпича, чему способствует многовековой опыт строительства дровяных печей с воздушными каналами (печь с грубой).
Схема твердотопливного котла шахтного типа
3. Агрегаты верхнего горения, в которых поджигается верхушка топливной закладки, а пламя направляется вниз. По мере прогорания требуется подача воздуха под слой золы, поэтому такая конструкция требует специальных решений для доставки кислорода в зону горения. Простота этой печи и эффективность её работы способствовала появлению множества вариантов, доступных для повторения в домашних условиях. Причём материалом для изготовления такого отопительного агрегата может выступать как обычная металлическая бочка, так и бытовой газовый баллон. Хотелось бы особо выделить известную в Сети конструкцию «долгоиграющей» буржуйки под названием Бубафоня — модификацию литовского котла «Stropuva», чрезвычайно популярную у домашних умельцев.
В котлах «Stropuva» длительный режим работы возможен благодаря горению верхнего слоя топлива
4. Печи, работающие в режиме газогенераторного или пиролизного сжигания топлива. Дрова горят при высокой температуре и недостатке кислорода, что способствует выделению большого количества горючих газов. Летучие соединения, полученные в результате так называемой сухой перегонки, дожигают в отдельной камере, куда подают вторичную порцию воздуха. Эта схема является самой сложной в конструктивном отношении, но по части эффективности и удобства эксплуатации ей нет равных.
Пиролизный котёл представляет собой довольно сложную конструкцию, поэтому его изготовление в домашних условиях сопряжено с наибольшими трудностями
Если говорить о других особенностях печей длительного горения, то они бывают квадратными или круглыми, а изготавливаться могут как из металла, так и из кирпича.
Высокая температура газов при пиролизном сжигании требует обязательной футеровки рабочей зоны, которую выполняют при помощи огнеупорного кирпича или защитных обмазок.
При выборе схемы и конструкции печи длительного горения необходимо учитывать не только преимущества и эффективность существующих вариантов, но и возможность повторения той или иной конструкции в домашних условиях. Например, изготовление булерьяна или печи Бутакова нельзя представить без использования мощного трубогибочного станка. Ввиду сложной конфигурации оборудования потребуется немалый опыт сварочных работ и дополнительные затраты на покупку толстой листовой стали и труб большого диаметра. Строительство пиролизного котла, кроме финансовых вложений и мастерства сварщика, предъявляет требования к точности расчётов и знаниям всех нюансов сухой перегонки дров. Что же касается агрегатов верхнего горения, то именно они являются идеальным вариантом в качестве первой конструкции, изготовленной своими руками. Во-первых, не потребуется практически никаких затрат, а во-вторых, устройство типа «Stropuva» или Бубафони простит все просчёты и несовершенство сварных швов. Её конструкция настолько работоспособна, что не даст разочароваться в своих силах даже начинающему домашнему мастеру.
Устройство и принцип действия печи верхнего горения
Твердотопливный агрегат долгого действия с верхним горящим слоем можно изготовить из железной бочки из-под ГСМ, газового баллона или стальных труб большого диаметра. Толщина стенок корпуса должна быть не меньше 4–5 мм, иначе они могут прогореть вследствие высокой температуры. Высота отопительного прибора должна составлять не менее 1 м, поскольку от количества топлива зависит длительность его работы. Тем не менее, не надо стараться соорудить слишком высокий агрегат. Во-первых, его будет неудобно загружать, а во-вторых, слишком толстый слой дров или опилок может снизить тягу настолько, что горение попросту прекратится.
Условно вертикальную печь можно разделить на три рабочих пространства:
- загрузочная камера — часть корпуса, в которую закладывается топливо. Во время работы высота загрузки уменьшается по мере прогорания брикетов, дров или стружки;
- зона горения или рабочая зона представляет собой самый высокотемпературный участок. В этом слое горючего материала происходят окисляющие реакции с выделением большого количества тепла;
- зона отвода горючих газов — пространство с высокой температурой, в котором происходит теплообмен и дожиг продуктов сгорания.
Представленная ниже принципиальная схема котла длительного горения позволяет получить полное представление о его конструкции и принципе действия.
Схема котла длительного горения с вертикальной загрузкой
Для того чтобы ограничить зону горения применяется распределитель воздуха. Это устройство представляет собой плоский металлический круг толщиной 5–6 мм, по центру которого выполнено отверстие для подвода кислорода в рабочую зону. Подача воздуха осуществляется по длинной стальной трубе, выведенной через верхнюю крышку отопительного агрегата. Беспрепятственное движение воздухораспределительного устройства обеспечивается за счёт разности диаметра металлического блина и корпуса агрегата, а высота горящего слоя зависит от ширины крыльчатки. Поскольку последняя определяет воздушный зазор между топливом и поршнем, от её параметров зависит, как быстро будет прогорать топливо.
Распределитель воздуха самодельного котла
Экспериментальным путём установлено, что высота лопастей воздухораспределителя не должна превышать 50 мм, иначе скорость сгорания топлива будет увеличена, а это приведёт к необходимости более частых закладок горючего материала.
Диаметр воздушного канала должен быть не менее 60 мм, в то время как размер отверстия распределителя более 20 мм считается излишним — перенасыщение кислородом увеличивает интенсивность горения, что для агрегата этого типа является недопустимым.
Чаще всего труба распределителя изготавливается с открытым краем, благодаря чему в качестве окислителя используется атмосферный воздух. Место, где воздуховод входит в верхний люк, не герметизируют — свободный доступ кислорода к надпоршневому пространству даёт возможность сгорать летучим углеводородным соединениям. Существует и вариант, когда воздух в зону горения проходит из верхней камеры, где он предварительно подогревается. Такая конструкция повышает производительность отопительного прибора и делает его работу более стабильной. Количество кислорода регулируют специальной заслонкой, установленной в окне подачи воздуха.
Для отвода продуктов сгорания верхнюю часть котла оборудуют дымовым каналом с небольшим горизонтальным участком. Как правило, 50–60 см прямой трубы достаточно для того, чтобы ослабить тягу. Несмотря на то, что в печах этого типа полнота сгорания топлива достигает 90–95%, периодически требуется удалять пепел и золу, которые скапливаются на дне установки. Для этого в нижней части корпуса делают окно и устанавливают герметичную дверцу.
Для подключения печи длительного горения к жидкостной системе отопления, агрегат оборудуют теплообменным контуром или водяной рубашкой.
Чертежи и схемы
Несомненным достоинством представленной выше конструкции «буржуйки» долгого горения является нетребовательность к размерам. Как правило, для правильной работы печи достаточно знания принципов её работы и соблюдения основных пропорций. Тем не менее, представляем вашему вниманию чертежи и схемы действующих конструкций, изготовленных и испытанных в реальных условиях.
Чертёж печи с вертикальной загрузкой
Чертёж котла длительного горения
Схема печи длительного горения с открытым воздушным каналом
Чертёж котла
Необходимые материалы и инструмент
Прежде чем приступать к постройке печи длительного горения, подготовьте такие материалы:
- двухсотлитровая бочка из-под ГСМ. Желательно выбирать ёмкость с толстыми стенками, без повреждений и сильно проржавевших участков. В качестве корпуса можно использовать трубу подходящего диаметра или баллон из-под пропана (бытовой на 50 л или автомобильный на 80–100 л). Кроме того, печку можно изготовить из листовой стали толщиной не менее 3 мм;
- металлическая труба диаметром не менее 60 мм — для обустройства воздушного канала;
- стальная труба диаметром 100 мм — для изготовления дымохода;
- стальной швеллер или уголок с полкой 50–60 мм;
- лист металла толщиной 5–6 мм размерами чуть больше диаметра корпуса — для изготовления распределителя воздуха;
- стальной лист толщиной не менее 3 мм, который потребуется, чтобы сделать крышку;
- петли для нижней дверцы.
Что касается инструментов, то они найдутся у любого уважающего себя домашнего мастера:
- сварочный инвертор или трансформатор;
- угловая шлифовальная машина (по-народному «болгарка»);
- зачистной и отрезной круг для УШМ;
- электрическая дрель;
- набор свёрл для работ по металлу;
- молоток;
- наковальня;
- мерительный и разметочный инструмент.
Если конструкция отопительного агрегата предусматривает обустройство водяного контура, то дополнительно требуется запастись листовой сталью и двумя резьбовыми патрубками для врезки котла в гидравлическую отопительную систему.
Пошаговая инструкция по изготовлению печи длительного горения своими руками
1. Для изготовления корпуса печки используют болгарку, которой аккуратно срезают верх металлической бочки. Разумеется, в случае использования ёмкости толщиной более 3 мм применение газового резака будет более оправдано. Ещё раз напоминаем о том, что работу надо сделать аккуратно — из срезанной части в дальнейшем будет изготовлена крышка печи. Если в качестве корпуса используется труба, то к ней необходимо приварить днище, вырезанное из листового металла толщиной 5–6 мм.
Срезая крышку, помните, что этот элемент понадобится в дальнейшем
2. В нижней части к корпусу при помощи сварочного аппарата монтируют четыре ножки из швеллера или уголка. Отметим, что если корпус будет изготавливаться из металла и иметь прямоугольную форму, то можно обойтись и без дополнительных опор.
Один из вариантов обустройства опорных ножек
3. При помощи всё той же болгарки или автогена из листовой стали толщиной 5–6 мм вырезают распределитель воздуха — круг, который сможет входить в бочку с небольшим зазором. Края металлического блина необходимо тщательно зачистить, чтобы предотвратить возможность задевания за стенки печи.
4. По центру воздухораспределительного устройства прорезают отверстие диаметром 20 мм и приваривают трубу для подачи воздуха в зону горения.
Лопасти воздухораспределительного устройства крепят на одинаковом расстоянии
5. С обратной стороны плоского поршня приваривают четыре отрезка швеллера или уголка, равномерно расположив их по кругу. Заметим, что лопасти не должны выступать за пределы воздухораспределителя. В дальнейшем, благодаря этим элементам, между металлическим блином и дровами будет находиться воздушный зазор, необходимый для горения топлива.
В итоге воздухораспределительное устройство должно выглядеть так
6. Из отрезанной ранее верхушки бочки изготавливают крышку. Для этого с внешней стороны по всему контуру приваривают металлическую полосу так, чтобы её диаметр позволял свободно установить верх печки на корпус.
Изготовление крышки
7. В крышке прорезают отверстие, на 3–5 мм больше диаметра трубы воздуховода. Кроме того, на её верх приваривают две ручки из полосок металла. С их помощью будет проще открывать люк для загрузки топлива.
8. В нижней части корпуса вырезают люк для чистки печи. Постарайтесь проделать эту часть работы при помощи болгарки с установленным тонким кругом. Так будет обеспечено более точное прилегание дверцы к корпусу. По периметру люка приваривают тонкую металлическую полосу, чтобы устранить образовавшуюся щель. Затем приваривают петли, устанавливают конструкцию на корпус и монтируют задвижку.
9. С другой стороны печи, на расстоянии 50–100 мм от её верхнего среза, врезают дымоотводный патрубок. В его качестве используют кусок стальной трубы, в которую с небольшим натягом будет входить дымоход.
Монтаж дымоотводящего патрубка
Лучше использовать дымоход разборной конструкции, состоящий из нескольких участков — в процессе эксплуатации его будет легче чистить.
На этом изготовление твердотопливного агрегата вертикального типа можно считать завершённым. Остаётся установить печь на место и присоединить дымовую трубу.
Печь длительного горения: окончательный вариант
Как правильно загружать топливо и эксплуатировать агрегат
Агрегат длительного горения отличается от традиционной печи увеличенным объёмом загрузки и ограничением доступа кислорода в рабочую зону. От количества загруженного топлива зависит время работы котла, поэтому дрова укладывают максимально плотно, не оставляя больших зазоров между поленьями. Если же в качестве топлива используют такие материалы, как торф, мелкий уголь, стружка, опилки или паллеты, то их насыпают до уровня дымового канала, не утрамбовывая. Необходимое уплотнение горючего обеспечит тяжёлый металлический поршень.
Загрузку топлива выполняют в следующем порядке:
- с агрегата снимают верхнюю крышку;
- вынимают воздухораспределительное устройство;
- производят загрузку печи до уровня дымохода;
- сбрызгивают верхний слой горючего материала жидкостью для розжига;
- устанавливают регулятор воздуха;
- возвращают на место крышку;
- внутрь воздушного канала бросают клочок ветоши, смоченной в горючей жидкости.
Устойчивое горение сопровождается дымом, равномерно выходящим из трубы. По мере сгорания дров труба воздуховода опускается вниз. По ней можно судить об оставшемся времени работы твердотопливного агрегата.
Разжигать печь лучше всего при помощи ветоши, смоченной горючей жидкостью
Во время эксплуатации на дне бочки скапливается пепел и зола. Надо сказать, что на процесс горения их количество не оказывает никакого влияния. Тем не менее, продукты сгорания топлива периодически надо удалять, поскольку они уменьшают толщину слоя закладки. Для этого открывают нижнюю дверцу и выгребают золу при помощи обычного металлического совка.
Удаляя золу, оставьте слой толщиной 10–20 мм на дне печи. Особого влияния на количество дров это не окажет, однако, создаст отличную теплоизолирующую подушку, которая будет защищать днище агрегата от прогорания.
Видео: Работа печи длительного горения, изготовленной из бочки
Рассмотренная конструкция обладает всеми достоинствами печей длительного горения, однако, специфика использования этого отопительного агрегата может превратить преимущества в недостатки. Например, если в отапливаемом помещении необходимо поработать час или два, то лучше использовать обычную буржуйку — она и тепло даст сразу же после возгорания дров, и прогорит топливо как раз к моменту вашего ухода. Если же потребуется обогревать помещение целый день, то более подходящей конструкции просто не найти. В отдельных случаях можно установить и два отопительных агрегата, подключив их к одному дымоходу. Благо, места при этом потребуется совсем немного.
