Пеллетный котел из нержавейки

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Здравствуйте уважаемые форумчане! Строю себе одноэтажный каркасный дом на УШП 17х10 метров в Иваново. Решил отапливаться пеллетами. Планирую сделать котел из нержавейки с адиабатической (теплоизолированной) топкой. При -40 ͦС на улице максимальные расчетные теплопотери дома около 10 кВт с учетом вентиляции без рекуператора, обычных окон и сквозняков через двери. При -16 ͦС уже надо около 6 кВт. Купил горелку Bison PG-15 от Dance Fire на 15 кВт. Отопление теплым полом. В его контуре будет свой циркуляционный насос. Часть дома 40 м2 будет отапливаться по остаточному принципу – это гараж/мастерская.

 

Предполагаемые особенности котла:
Планирую сделать котел из нержавейки с адиабатической (теплоизолированной) топкой с необходимым объемом. В этой топке должно полностью успевать сгореть топливо, чтобы было как можно меньше отложений на стенках теплообменника котла. Теплоизоляция топки будет шамотным легковесным кирпичом ШЛ-06. Масса теплообменника около 50 кГ, водяная рубашка объемом примерно 100 литров. Размеры котла без горелки, зольника и доп. теплоизоляции: высота 117 см, ширина 70 см, глубина 46 см. Моделирую в SolidworksFlowSimulation. Хочу добиться отсутствия пристеночного кипения при мощности меньше 6 кВт при атмосферном давлении в системе отопления, т. к. ожидаю, что на ней будет работать большую часть времени. Отсутствие кипения у стенки, даже локального, должно снижать отложения солей. Малое количество металла – невысокая стоимость. Большая толщина водяной рубашки должна привести к нетребовательности к охлаждению боковых стенок газового тракта за счет конвекции. Было несколько вариантов схем теплообменных поверхностей и вариантов циркуляции, но все имели проблемы, из-за которых их пришлось отбросить. Например: кипение на горизонтальной поверхности со стороны топки, узкие каналы хитрой формы в газовом тракте, которые надо закрывать заглушками (дверками) для прочистки и не очень простая их очистка, проблемы с аварийным остановом в случае пропадания принудительной циркуляции в случае узких горизонтальных каналов и т. д.

 

Описание работы модели:
вода из подачи котла подается в сопла и эжектирует из рубашки воду в 6 нижних труб, затем эта вода разворачивается, проходя по рубашке котла и попадает еще в 6 верхних наклонных труб. На выходе из них стоит выходной штуцер котла, отбирающий часть нагретой воды. Остальная вода по рубашке спускается вниз, где засасывается эжекторами снова в нижние трубы. Эжектор как бы двухступенчатый получился. Расход воды подачи 0,35 л/с, скорость истечения воды из сопел 1,5м/с. Температура подачи 52 ͦС. Основные трубы диаметром 52 мм стенка 1 мм, в нижние 6 штук примерно до середины длины ставлены дополнительно трубы 47х2 мм - они обеспечивают повышенную скорость течения у стенки, не допуская кипения там воды. По середине газового тракта стоит экран из нержавейки, он не допускает движения газов по кратчайшему пути в трубу. Он установлен с зазорами 1-2 мм.

Допущения модели: рабочая среда воздух вместо дымовых газов, вода. tдымовых газов из горелки 927 ͦС (1200 К). Лучистый теплообмен включен, но похоже, что от факела излучение не учитываю. Не учитываются также зарастания поверхности нагрева. В общем, по эмпирическим прикидкам на небольшой мощности должен работать. При отключении циркуляции и начале кипения наклонная форма труб вызовет активную естественную циркуляцию внутри котла, ничего страшного не произойдет. Будет шуметь при этом как закипающий чайник. Горелку можно гасить особо не торопясь при этом. Еще несколько вариантов подачи и отвода воды планирую промоделировать, это не окончательный вариант, похоже.

 

Некоторые результаты моделирования:


Данный проект видится мне довольно небыстрый - на пару лет. На выходе надеюсь получить недорогой, достаточно экономичный и весьма надежный котел. Возможно, что потом придется делать второй теплообменник с учетом эксплуатации первого макета. Хотелось бы найти желающих поучаствовать в разработке, изготовлении и доводке конструкции котла и системы отопления. Может есть интересные идеи у кого по нему, внимательно прочту.

Ссылка на архив с моделями в SW 2017, а также фото и сборку в 3dPDF:

https://yadi.sk/d/JW1saZxS54818g

 

Вопрос, почему нержавейка?
Теплоизоляцию, ИМХО, делайте лучше из плотности 1,3 и фетр, шл-0,6 на сезон.

 

@Макароныч, очистка труб планируется сверху, через люк?

 

@Igrek1977, на нержавейке стенку хочу сделать 1- 2 мм без надобности запаса на коррозию, можно прокаливать пустой для выжигания отложений смол на поверхностях нагрева) у ШЛ-1,3 больше теплопроводность, чем у 06, есть также ШЛ-09, можно в местах с расплавленной золой его установить - производитель не рекомендует ШЛ-06 в таких условиях применять. снаружи планировал 50мм минваты добавить. но даже так потери через кладку порядка 300-400 Вт выйдут. Да, сверху ряд кирпичей лежать на уголках будет и простая крышка для чистки планируется.

 

@Макароныч, можно сделать как у америкосов сбоку, и без кирпичей
а сверху лучше поймать немного лучистой

 

теперь дошло, котел будет из двух частей, "мокрый" теплообменник из стали и "сухой" из нержавейки.

 

Толщина нержавейки в 1 мм - напрочь лишит ее несущей способности. Придется фурнитурить или футеровку несущей делать со всеми вытекающими...Может футеровку полой сделать а в полость регистры из профильных труб...ну или скомбинировать трубы и листы...

 

@Igrek1977, водяная рубашка с боков и трубы в газовом объеме - одна водяная полость. всё из нержавейки и легковесного шамота. давление в системе отопления минимальное будет, так как кипения в нормальном режиме даже с атмосферным давлением не должно быть нигде в котле. @alarin, стенка труб на растяжение будет работать, а плоские поверхности перегородками в нескольких местах с внутренними будут связаны, так чтобы максимальный пролет незакрепленного листа составлял 40х30 см. Благодаря низкому рабочему давлению считаю, более толстый металл не нужен. Можно будет в дальнейшем задать небольшую кривизну вертикальных стенок, тогда получится более совершенная конструкция. Это имели в виду "фурнитурить"?

 

Больно монументальная у них получилась конструкция, мне надо поменьше. на верхнюю футеровку довольно мало горячих газов пробирается через трубы, а вот по бокам они еще их довольно горячие обходят в моей модели. плюс уплотнение и конструктив проще с верхним люком у меня получается.

 

@Макароныч, Фурнитурить - перемычки между внешней и внутренней стенкой делать, то что вы и собираетесь соорудить для уменьшения пролетов. Насчет низкого давления: В случае закипания контроль над давлением будет утерян, а далее последствия...Вероятность такого события вовсе не нулевая... Рубашку по внешке футеровки сделать не плохо, но еще лучше объединить ее с каркасом несущим, потому за трубы и писал. Либо все же сделать несущей саму футеровку, что тоже вполне осуществимо. Но тогда конструктив котла наверно чуть поменяется относительно проекта... Да еще за трубы: если с них регистр по внешке футеровки поставить, саму футеровку связать кладочным раствором то 1мм лист нержавки будет просто внешним кожухом, не требующим покраски. Регистр свою функцию в замкнутой теплоизолированной полости выполнит. Такое решение могет быть попроще окажется да пофункциональнее и возможно подешевле в плане материальных затрат и трудовых ресурсов. Однако выбор всегда за автором-хозяином. ...

 

@alarin, да, хотел футеровку топки на высокотемпературном герметике собрать- должен монолит получиться, а снаружи тонким листом закрыть для гарантированной изоляции от газов. Что-то у меня опять сложный котел получается. Моделирую сейчас попроще вариант - огнетрубный с небольшим количеством деталей. Не понял немного, предлагаете вообще исключить металл о контакта с газовой средой, разместив тепллообменник снаружи футеровки? или в более холодной части газового тракта оставить экономайзер, а вокруг самой горячей части пустить снаружи от теплоизоляции?

 

@Макароныч, Вы правильно поняли суть. Я себе сделал котел, что называется без единого гвоздя. Даже ТО вынес за пределы котла. Но это сделал из принципа, что такое возможно...В моем случае контакт металла с горячим газом -это только жаровые трубы ТО, все остальное либо футеровано либо выполнено из керамических материалов. Поэтому водяную рубашку если делать, то за пределами горячей зоны и с целью забирать тепло, которое просочилось через футеровку. Сам же ТО действительно вынести в область, где уже все процессы горения закончились. По утилизации тепла и по качеству горения такая схема наиболее рациональная.
П С Футеровку лучше положить на специальный кладочный раствор, а вот теплоизоляцию действительно на герметик... Посмотрите темы где есть слово Ракета и тему Огнеупоры, отфильтруйте в ракетных темах только фото и рисунки, сможете быстро понять суть тех. решения, не читая печную Войну и мир на "китайском языке"...