Как сварить твердотопливный котел своими руками

Надёжный и экономичный твердотопливный котёл своими руками

Добавил(а): Дмитрий Шварц 1 марта

Самодельный котёл на твердом топливе

Для организации бытовой системы отопления твердотопливные котлы являются наиболее экономичным вариантом. Но, несмотря на всё богатство выбора доступного на рынке оборудования и довольно широкий ценовой и функциональный диапазон, далеко не каждому потребителю под силу купить агрегат, оптимально удовлетворяющий его нужды. С другой стороны, котёл, работающий на твёрдом топливе, вполне реально изготовить своими руками. И сохранить при этом значительные средства, которые пришлось бы заплатить за заводское оборудование. Всё, что нужно для этого – знания устройства и принципа работы этой категории отопительных установок, а также навыки работы с различным инструментом и материалами, в частности, металлом.

Выбираем тип твердотопливного котла

Как понять, какой котёл будет оптимальным для обслуживания конкретной системы отопления? Очевидно, следует определиться с видом топлива, требуемой мощностью агрегата и особенностями его конструкции, процесса монтажа и последующей эксплуатации, а также с особенностями подключаемой системы отопления.

Самодельный котёл на твёрдом топливе

Среди материалов, которые можно использовать в качестве твёрдого топлива, наиболее широкое распространение получили:

• уголь;
• торфяные брикеты;
• пеллеты;
• дрова;
• опилки и другие горючие отходы производства.

Виды твёрдого топлива для котлов отопления на фото

С целью повышения рентабельности и эффективности системы отопления можно изготовить универсальный агрегат, который сможет работать с различными видами топлива.

Выбор типа и конструктивного исполнения отопительного котла напрямую зависит от того, каким топливом вы собираетесь пользоваться, требуемой производительности системы отопления, а также места, где он будет установлен. Для самостоятельного изготовления подходят следующие модификации твердотопливных отопительных агрегатов:

Оснащаются стальным или чугунным теплообменником, могут использоваться и для отопления, и для целей горячего водоснабжения. КПД таких котлов составляет около 85%.

Классический котёл на твёрдом топливе

Обеспечивают раздельное сгорание топлива и выделяемых при этом летучих газов, благодаря чему существенно повышается эффективность и, следовательно, экономичность отопительной системы.

Схема пиролизного котла на твердом топливе

Эффективность этой разновидности котлов отопления достигает 90%. Главным их достоинством является высокая степень автоматизации рабочих процессов, а недостатком – сложность конструкции.

Принцип работы пеллетного котла

1. Длительного горения

Способны непрерывно работать на протяжении всего отопительного сезона, требуя загрузки топлива 1 раз в несколько суток, что выгодно отличает их от классических твердотопливных котлов.

Компоновка твердотопливного котла длительного горения

Основы проектирования

Для того чтобы сделать правильный – безопасный, эффективный и удобный в эксплуатации – твердотопливный котёл, необходимо понимать физику процесса его работы и работы системы отопления в целом.

Принцип действия отопительного котла на твёрдом топливе:

• топливо загружается в камеру сгорания;
• нагретые в процессе сгорания топлива воздух и другие газы поднимаются вверх и отводятся через дымоход;
• по пути к дымоходу горячий воздух нагревает теплообменник, который в с вою очередь нагревает тепловой агент (в большинстве бытовых систем отопления – воду);
• нагретый тепловой агент вытесняет холодный, проходя всю систему отопления и возвращаясь после остывания назад в теплообменник.

Всё дело в свойстве любой нагреваемой среды подниматься выше холодной — это один из основополагающих законов термодинамики.

Принцип работы водяной отопительной системы

Для реализации этого принципа помимо корпуса, выполненного из толстой (не менее 4-5 мм) жаропрочной стали, в конструкцию твердотопливного котла включаются следующие элементы:

1. Камера сгорания

Её объем определяется сложной формулой, которую, впрочем, довольно легко отыскать в интернете, равно как и готовое решение – объем камеры сгорания по отношению к номинальной мощности котла или максимальной площади отопления.

Расположение топки твердотопливного котла

На практике размеры топки зависят не только от параметров котла и свойств топлива, а также особенностей самой отопительной системы – схематической, функциональной сложности, сезонности работы, пиков потребностей в горячем водоснабжении и пр.

1. Камера отвода горячих газов

Этот узел является продолжением камеры сгорания и выполняет функцию выходного коллектора для вывода продуктов горения.

Система отвода нагретых газов

1. Внутренняя система подачи и отвода теплоносителя

Речь идёт о теплообменнике (теплообменном регистре), а также его основных патрубках – входном и выходном, который служит для приёма остывшего теплового агента, его нагрева и отвода в систему отопления.

Циркуляция теплоносителя в системе твердотопливного котла

Важные моменты

На эффективность работы отопительного котла на твёрдом топливе всегда влияют два фактора:

1. Конструктивные особенности теплообменника

Чем большей будет площадь теплового контакта, тем больше энергии за единицу времени будет передано от сгорающего топлива тепловому агенту – воде.

Варианты исполнения самодельного теплообменника на фото

1. Полнота и период сгорания топлива

Если топливо сгорает неэффективно – теряет пиролизный газ или не успевает нагреть теплоноситель до необходимой температуры, на лицо недоработки в конструкции. Поэтому к расчёту и процессу изготовления последней следует отнестись с максимальной ответственностью – после сборки изменить её будет невозможно.

Самодельный дровяной котёл: дверца топки

Конструкция котла должна быть надёжной и безопасной и ответственность за это несёт не что иное, как корпус. Он выполняется из толстой (не менее 5 мм) стали, желательно жаростойкой. Впрочем, последняя стоит заметно дороже обычной, поэтому следует запомнить, что чем толще металл, тем медленнее он будет нагреваться. А значит, для того, чтобы котёл средней мощности не обжигал руки и не делал из помещения котельной сауну, корпус котла должен иметь около 8 мм в толщину.

Твердотопливный котёл-печь со встроенным теплообменником

Исключение составляют конструкции с верхней крышкой из чугуна, которая выполняет функцию печи. Толщина и размеры чугунного листа будет зависеть от конструктивных параметров корпуса и рабочих характеристик котла (но не менее 8 мм).

Для организации внутренней трубопроводной системы котла необходимо использовать трубы толщиной стенок 3-4 мм и диаметром 50 мм. Для обеспечения тока теплоносителя следует предусмотреть сужение (от 50 до 25 мм) трубопроводов в направлении от горячего к холодному, к примеру от котла к радиаторам) и расширять их на обратном пути теплоносителя.

Пространственная схема и компоновка твердотопливного теплогенератора

Размеры твердотопливного котла зависят от габаритов и ориентации в пространстве камеры сгорания. Более широкое распространение получили вертикальные конструкции, поскольку такое расположение позволяет сэкономить место в котельной.

Традиционная схема вертикального твердотопливного котла:

• в нижней части размещается зольник с поддувалом;
• над зольником устанавливается чугунная колосниковая решётка;
• решётка встраивается в дно топки, которая должна быть оснащена надёжной дверкой;
• в над зоной топки в плоскости наибольшего теплового контакта располагается рабочая часть теплообменника.

Принципиальная схема вертикального котла на твёрдом топливе

Для настройки и контроля за работой агрегата в процессе эксплуатации вам понадобится специальное оборудование. К таковому можно отнести датчики температуры воды на входе и выходе из теплообменника и узлов системы отопления, датчики загрузки камеры сгорания, давления в ней и на отдельных участках котла и т.д.

Принцип естественной циркуляции теплоносителя реализовать его успешно удаётся далеко не всегда. Поэтому часто отопительный котёл оснащается дополнительным водяным насосом, который принудительно подаёт теплоноситель на теплообменник и/или в систему отопления.

Насос — энергозависимый агрегат, а значит, важно предусмотреть возможность подачи теплоносителя в обход на случай отключения электроэнергии. Во-первых, для того, чтобы отопление функционировало, а во-вторых, чтобы котёл или коммуникации не разорвало паром или не повредило температурой.

Если в конструкцию твердотопливного котла включается насос, необходимо предусмотреть возможность регулировки его рабочих параметров, а также аварийного отключения. Твердотопливный котёл в случае поломки узлов и коммуникаций отопительной системы остановить невозможно. Поэтому необходима система отвода излишнего тепла – амортизационный бак с компенсационным клапаном или другое, уместное в вашем случае решение.

Обвязка твердотопливного котла

Что нужно для работы?

В первую очередь мастерская, то есть место, где вы будете заниматься изготовлением основных узлов и сборкой агрегата. Кроме того, вам понадобится довольно обширный список инструментов, в который можно смело включать:

• сварочная маска, краги и спецодежда;
• бытовой инверторный сварочный аппарат и электроды;
• дисковая пила с набором дисков для резки металла;
• электродрель с набором свёрл по металлу;
• рулетка, угольники, строительный уровень.

Для сборки котла на твердом топливе понадобятся следующие материалы:

• листы стали толщиной от 5 мм;
• металлические уголки;
• чугунная колосниковая решётка;
• стальные водопроводные трубы различного диаметра;
• дверцы для зольной и топочной камеры;
• дроссельные заслонки печного типа.

Перед тем, как приступать к изготовлению элементов и узлов котла, необходимо выполнить конструктивные расчёты, определиться с принципиальной схемой и нарисовать чертёж котла, не забыв указать все его конструктивные составляющие и их главные параметры.

Дымоотвод твердотопливного котла: внутри и снаружи здания

И самое главное: соблюдайте технику безопасности как в процессе работы, так и по отношению к качеству исполнения твердотопливного котла. Малейшая оплошность с вашей стороны может стать причиной серьёзных проблем, в т.ч. повышенного риска возникновения пожара.

Источник

Делаем твердотопливный котел своими руками

Из всей отопительной техники, которую используют сегодня в быту, наиболее давно известны твердотопливные котлы. Благодаря простоте конструкции и принципа работы, доступности топлива агрегаты этого типа получили широкое распространение. Сегодня для многих жителей частных домов в сельской местности подобная техника стала своеобразной «палочкой-выручалочкой». Постоянно растущая цена бытового газа, сложности с получением разрешений на установку газового автономного отопителя способствуют тому, что твердотопливный котел сегодня, как минимум, не утратил своей востребованности у населения, проживающего недалеко от лесных массивов — источником дров.

Твёрдотопливные котлы отопления: слева — смонтированный и действующий, справа — без подключения к контуру, на стадии монтажа.

На сегодняшний день существует два варианта решить проблему автономного отопления на твердом топливе: купить готовое заводское изделие или изготовить твердотопливный котел своими руками. Стоимость современного высокотехнологичного отопительного агрегата достаточно высока, но диапазон цен широк — от 3-х до нескольких десятков тысяч рублей, что делает прибор доступным широкому кругу потребителей.

При наличии определенной технической подготовки твердотопливный котел можно собрать и самостоятельно, используя схемы и рекомендации по изготовлению моделей этих устройств, наиболее популярных при монтировании своими руками.

Концепция твердотопливного котла

Самодельный автономный котел, работающий на твердом топливе – это, по большому счёту, обычная печь, установленная в бочке с водой. Основная задача такого устройства — нагреть за счет тепла от сгорания дров или угля котельную воду, которая будет подаваться в радиаторы домашнего отопления.

Но такое устройство, заманчивое к самостоятельному изготовлению в связи с примитивностью, будет не эффективным в плане обогрева и не рентабельным из-за высокого расхода топлива — простейшие конструкции котлов имеют КПД всего в 10-15%.

Примитивный водяной котёл на твёрдом топливе с экономайзером дымовой трубы

Важно! Работа отопительного котла на твёрдом топливе зависит от качества тяги и, соответственно, приточной вентиляции. Даже качественно изготовленный котел не сможет обеспечить эффективный обогрев помещения, если вентиляция не устроена соответствующим образом.

Самодельные котлы собирают не только из металла, но и монтируют из кирпича. Кирпичные устройства сооружают обычно в загородных домах, где к эстетике устанавливаемого оборудования предъявляются более высокие требования, чем в помещениях хозяйственного или технического назначения.

Котлы из металла являются наиболее простыми устройствами, изготовление которых допускает использование подручных материалов и возможно с помощью доступных инструментов. Но из этого не следует, что их производство и монтаж можно выполнить без, как минимум, эскизов заготовок и узлов, а также чётко разработанной технологии — последовательности, способов выполнения отдельных этапов подготовительных и основных работ.

Выбираем конструкцию обогревательного котла

Печи для обогрева и твердотопливные котлы при сходстве процессов горения различаются по функциональности. Отопительный котёл, в отличие от печи, должен не только обогревать помещение по месту установки, сжигая дрова или уголь, но и снабжать отопительный контур нагретым теплоносителем. Но для выполнения второй задачи мало разместить в печи теплообменник (участок отопительного контура) — необходимо также обеспечить непрерывность горения топлива и равномерность циркуляции теплоносителя через этот змеевик.

Трубный теплообменник твёрдотопливного котла из огнеупорного кирпича

Какую конструкцию котла выбрать, чтобы было легче его изготовить своими руками, с какими сложностями придётся столкнуться в процессе работы? На эти вопросы можно получить ответ еще на стадии проектирования. Чертежи самодельных твердотопливных котлов дают достаточное представление о том, как выглядит та или иная конструкция, и на что следует обратить внимание в процессе изготовления.

Пример схематичного изображения твёрдотопливного котла снаружи: виды спереди, сбоку и сзади.

Каждая разновидность котельного оборудования, работающего на твердом топливе, имеет свои особенности конструкции и нюансы изготовления. Планируя самостоятельную сборку отопительного агрегата, необходимо решить, какой конструкции отдать предпочтение — с нижним или верхним (шахтным) способом горения.

Агрегаты с нижним горением — это оборудование, в котором дверка для загрузки дров расположена в верхней части камеры сгорания, но сгорание топлива происходит снизу, в результате чего верхние слои закладки под собственным весом перемещаются вниз, а дожигание дыма происходит в верхней части. В зависимости от модели, движение воздуха через топку происходит снизу вверх принудительно (вентилятор) или же естественным путём (тяга), что обуславливает независимость от электросети, но пониженную эффективность и меньший объём загружаемого топлива.

Схематичное изображение в разрезе твёрдотопливного котла с нижним горением топлива

В твёрдотопливных котлах шахтной конструкции загрузка дров производится через дверку, которая расположена в верхней части камеры сгорания. Такие агрегаты оборудуются принудительной тягой, которая направлена сверху вниз — гонит дым в нижнюю часть топки, где он в смеси с воздухом сгорает, а по пути подогревает и дополнительно просушивает топливо нижних ярусов.

Схема работы твёрдотопливного отопительного котла с верхним способом горения топлива

К самостоятельному изготовлению больше подходит агрегат с нижним способом горения, так при его сборке можно обойтись без вентилятора для принудительной тяги.

Твёрдотопливный стальной котёл нижнего горения без отделки

Важно! Чем сложнее конструкция оборудования, тем выше технологические требования к качеству исполнения её составляющих, которые не должны иметь отклонений от расчётных параметров. Не менее ответственен и процесс сборки такого агрегата.

По способу горения котлы на твердом топливе могут быть рассчитаны на обычный режим или же работать с выходом на пиролиз — процесс разложения твёрдого топлива на две составляющие и с последующим раздельным их сжиганием. Отдавая предпочтение второму, более сложному, варианту, придется учитывать необходимость установки второй камеры сгорания, что увеличит габариты отопителя и, соответственно, потребует большего количество материалов.

Выбор типа отопительной техники во многом определяется видом твердого топлива, которым будет снабжаться нагревательный прибор. Если у вас под рукой в большом количестве дрова, лучше будет, если сделанный вами котел будет рассчитан на топку дровами. При большей доступности каменного угля подойдет другая модель. Длительность горения закладки, качество обогрева определяются типом твердотопливного котла, его мощностью и эффективностью конструкции.

На заметку: температура горения угля значительно выше, чем у дров, поэтому колосники, теплообменник и корпус котла под уголь изготавливаются из стали большей толщины. Альтернативой может стать создание корпуса и топочной камеры котла из огнеупорного кирпича.

Если нет возможности создать внешний корпус агрегата из стали необходимой толщины, рациональным решением станет кирпичный твердотопливный котел . Футеровка огнеупорным кирпичом позволит создать просторную, удобную и устойчивую к высоким температурам камеру сгорания.

Сооружение камеры сгорания из огнеупорного кирпича с размещением внутри теплообменника

Выбор котла с конструкцией приемлемой сложности необходимо делать после анализа технического исполнения и объективной оценки своей компетенции и возможностей. При наличии сомнений, чтобы исключить вероятность неоправданной порчи материала, лучше отдать предпочтение агрегату простой, понятной по чертежам конструкции — даже такой твёрдотопливный котёл способен обеспечить дом теплом в холодное время года.

Основные требования к конструкции самодельного отопителя

В классическом виде нагревательный агрегат, от которого будет работать домашнее отопление, состоит из следующих элементов:

• топочная камера (бункер) для сжигания дров, угля, топливных брикетов;
• колосники, через которые осуществляется подача в камеру сгорания воздушной массы;
• теплообменник трубчатого типа или накопительная емкость для котловой воды;
• дымовая труба для вывода наружу продуктов горения топлива;
• регулятор тяги.

Важное требование, которое придется учитывать ещё на стадии проектировании котла, это размеры топочной камеры. Топка автономного твердотопливного котла должна быть просторной, вместительной. Конструкция камеры сгорания рассчитывается таким образом, чтобы помещенное в нее топливо сгорало полностью без дополнительного перемешивания. Кирпичные котлы в этом плане предпочтительнее, так как кирпич имеет меньшую теплопроводность, что обеспечивает в керамической топке более высокую температуру горения, чем в металлическом агрегате.

Топочная камера должна быть устроена таким образом, чтобы максимально концентрировать тепловую энергию на нагреве теплообменника.

Топка из стали котла на твёрдом топливе

Следующим, не менее важным аспектом при конструировании нагревательного оборудования, является теплообменник твердотопливного котла. От конструкции этого элемента, качества материала и исполнения зависит КПД котельного оборудования. Название теплообменника определяется материалом его изготовления — чугунный или стальной. Теплообменные змеевики этих агрегатов — трубчатые конструкции с вертикальным или горизонтальным расположением труб в обиходе часто называют водяными рубашками.

Чугунные теплообменники рассматривать не будем, так как это литая конструкция, изготовление которой в домашних условиях невозможно. Однако можно использовать готовые узлы из чугуна, снятые со старых агрегатов, демонтированных в силу каких-то причин. Такая замена распространена, когда выполняется модернизация твердотопливного котла или его ремонт.

Для изготовления стального теплообменника используют толстостенные трубы. Нужную конфигурацию трубе придают её гибкой под нагревом либо использованием отводов или полуотводов соответствующего диаметра, соединяемых с фрагментами змеевика электросваркой.

Схема установки змеевика для твердотопливного агрегата традиционного типа даст полное представление о том, как должен выглядеть теплообменник и в каком положении лучше его установить.

Эскиз одного из вариантов расположения трубного теплообменника в корпусе: виды сбоку

Поэтапное изготовление котла на твердом топливе. Тонкости и нюансы

Самый экономичный самодельный твердотопливный котел сделать вам не удастся, однако создать вполне пригодный для обогрева и горячего водоснабжения отопительный аппарат можно. Дело в том, что сборка промышленных изделий выполняется на высокоточном промышленном оборудовании из специально подобранных материалов с соблюдением технологических параметров. В основе каждой заводской модели котла лежат точные тепловые расчеты. Возможности работы в домашних условия несоизмеримо скромнее производственных, поэтому при выборе модели, подлежащей изготовлению, надо исходить из существующих реалий, в том числе, своего личного потенциала как монтажника.

Инструментарий и материалы

Имея чертеж и спецификацию обогревательного агрегата, можно определиться с перечнем необходимого инструмента. Хотите ли вы сделать большой котел или планируете собрать маленький отопительный прибор для дачи на твердом топливе своими руками, список приспособлений будет приблизительно одинаков.

Комплект инструмента для самостоятельного изготовления твёрдотопливного обогревательного агрегата

Для работы потребуется следующий инструмент и приспособления:

• сварочный аппарат;
• малая болгарка с отрезным и шлифовочным дисками (защитные очки);
• электродрель со свёрлами по металлу;
• газовые ключи №№1,2;
• молоток;
• набор рожковых или накидных ключей и отвёрток;
• пассатижи;
• угольник на 90 град.

Основной материал при изготовлении — сталь, толщина которой для котла должна быть не меньше 5 мм, для колосников — от 7 мм.

Кроме того, понадобятся:

• стальной уголок 50х50 — для каркаса котла;
• листовая нержавеющая сталь — при наличии в конструкции накопительной ёмкости;
• стальные толстостенные трубы диаметром 32- 50 мм — для изготовления теплообменника-змеевика.

Полный перечень материалов и их расход составляется предварительно на основании технических чертежей.

Изготовление корпуса и теплообменника

Корпус котла, зачастую выполняющий и роль топочной камеры, является основой всей конструкции. Для снижения деформаций стенок под воздействием высокой температуры, ограждающие конструкции топки изготавливаются двухслойными с засыпкой между слоями сухого просеянного песка, играющего роль фиксатора геометрии. Наружные и внутренние оболочки топки выполняются каркасными, что также повышает жёсткость конструкции. Кроме того, для увеличения прочности стенки камеры сгорания снаружи можно обшить стальным уголком или профилем в виде рёбер жёсткости.

Изготовление корпуса твёрдотопливного котла сваркой заготовок из листовой стали

На передней стенке болгаркой или газовым резаком согласно чертежа вырезаются два проёма — для дверцы бункера и подзольника.

Совет! Перед резкой листовой стали необходимо мелком произвести разметку будущих проёмов с выполнением отверстий малого диаметра (3-4 мм) по углам.отверстий — это позволит выполнить резку с большей точностью.

После окончания резки заготовок из листовой стали и профиля для корпуса можно приступать к созданию теплообменника. Используем нарезанные водопроводные трубы, которые путем сварки соединяются в единый герметичный контур. Главная задача — создать герметичный проточный фрагмент максимальной протяжённости для увеличения площади нагрева трубы.

Как сделать теплообменник, правильно расположить трубы и выполнить сварку, рассказывает предлагаемое вашему вниманию видео.

Сборка

По готовности всех элементов конструкции приступают к сборке, которую лучше выполнять по месту монтажа агрегата — иногда габариты и вес готового устройства не позволяют переместить его со сборочной площадки на место окончательного размещения.

Чаще всего установка котла производится на специально сооружённый бетонный фундамент с креплением агрегата сваркой к закладным деталям — анкерам. Монтаж начинают с установки каркаса, после чего выполняют его оборудование комплектующими и листами обшивки. Все сварные соединения выполняются с устройством фасок и обработкой сварных швов — удаление шлака и шлифовка.

На заметку: После сборки корпуса выполняют тщательную визуальную проверку его герметичности, по результатам которой производится дополнительная проварка швов.

В готовый корпус устанавливаются колосники (стальная решетка) и теплообменник, который сваркой подключают к контуру отопления Во время монтажа змеевика важно выполнить проектный угол его наклона, иначе будут созданы препятствия естественной циркуляции теплоносителя в контуре.

Корпус твёрдотопливного котла на стадии устройства наружных рёбер жёсткости

Важно! Изготовление накопительной ёмкости из нержавеющей стали с врезкой её в контур лучше доверить профессионалам, так как работа с этим материалом требует специального оборудования и практических навыков.

По окончании сборки котёл для защиты от коррозии окрашивается двумя слоями жаростойкой краски с предварительной подготовкой поверхности.

Термостойкая краска Ecoterra для покрытия поверхностей, работающих в условиях высоких температур

Изготовленный самостоятельно обогревательный котёл отличается долговечностью и простотой ухода, которая заключается в периодической очистке от золы топки и уходе за дымоходом.

Заключение

После окончания сборки и комплектации агрегата всеми необходимыми элементами выполняют его опрессовку водой под давлением, по результатам которой производят устранение дефектов, а затем — комплекс пусконаладочных работ. Не стоит пренебрегать и установкой регулятора тяги, который облегчит эксплуатацию твёрдотопливного котла в различных погодных условиях.

Источник