Почему КПД кирпичного котла выше, чем у стальных котлов?

Для запуска видео кнопка в центре экрана ролика.

Как определить фактический КПД (коэффициент полезного действия) твердотопливного котла? Непростой вопрос. Для его решения требуется знать две величины: количество тепловой энергии, отданной топливом и количество полезной тепловой энергии, полученной от котла.

Если с первым особых трудностей не возникает, ппоскольку для этого можно просто воспользоваться таблицами теплотворности топлива, то со вторым не все просто. Как узнать, сколько мы получили от котла?

С некоторым приближением мы можем узнать количество полезного тепла, если применяем теплоаккумулятор. Достаточно измерить в нем температуру до топки и после топки, а затем провести расчеты. Но в случае с кирпичным котлом такое не прокатывает, поскольку немалую долю тепловой энергии котел оставляет в своем массиве.

И тем не менее, путем логических рассуждений можно хотя бы сравнить, КПД какого котла выше: металлического или кирпичного. И начнем эти рассуждения с двух простых, всем знакомых явлений.

1. Костер. Горящий костер дает нам пример того, как правильно должны сжигаться дрова. Для пламени достаточно подводится воздуха, как главного окислителя, и у пламени вполне достаточно пространства, чтобы дожечь все составляющие топлива. И поэтому над костром практически нет дыма, если не считать появление водяных паров белого цвета. То есть, сгорает все.

Если не усложнять, если по простому, то при горении происходит окисление в основном двух составляющих углеводородного топлива: водорода и углерода. Для окисления водорода необходима температура порядка 300 градусов. А вот для окисления углерода нужны более высокие температуры, из-за чего он окисляется не сразу, не на первых этапах вместе с водородом.

Окисление углерода происходит в верхней части пламени, где развита достаточная температура. Если же появляется препятствие, снижающее температуру пламени, окисления углерода не происходит. И это уже явление номер 2:

2. Копоть. Зажгите спичку и поднесите ее снизу к стеклу или другому предмету. Вы тотчас увидите черное пятно сажи, образовавшееся на поверхности препятствия. Вот это и есть несгоревший углерод, сажа, копоть. И не сгорел (не окислился) он по единственной причине: появилось препятствие, охладившее пламя.

Эти 2 явления целиком и полностью объясняют все процессы в топках твердотопливных (и не только) котлов. Например, тесное пространство топки металлических котлов не позволяет развиться высокой температуре пламени, поэтому остается много сажи на стенках дымовых каналов.

Пламя в этих топках, не успев развить нужную температуру для окисления углерода, встречает на своем пути препятствие в виде теплообменника. Последний по определению не может иметь высокую температуру, так как в нем находится вода. Как следствие, происходит пресловутое неполное сгорание топлива, а это однозначно ведет к снижению КПД.

Еще хуже обстоит дело в тех котлах, где стенки самой топки являются стенками теплообменников. В такой топке в результате интенсивного отбора тепловой энергии стенками топки температура пламени уже изначально не может достигнуть нужных значений.

Кроме топки в этих котлах КПД снижен также и неэффективными теплообменниками, которые позволяют горячим газам проходить в трубу, на выброс.

Кирпичный же котёл свободен от перечисленных недостатков, поэтому КПД кирпичного котла значительно выше, нежели у металлических котлов. Выше, потому что конструкция котла обеспечивает следующее:

• достаточное поступление воздуха при естественной тяге;
  Воздух поступает не только снизу, под топливо, но и в область окисления углерода.
• отсутствие необходимости применять вентиляторы для наддува;
  При небольшой скорости движения газов меньше тепла вылетает в трубу.
• быстро прогреваемые стенки топки;
  Стенки, нагретые до высоких температур, не отнимают тепловую энергию у пламени, и оно способно развить температуру, достаточную для окисления углерода.
• достаточное пространство для пламени;
  Пламя отрабатывает полностью еще до встречи с "холодными" стенками теплообменника. Углерод успевает окислиться, выделяя дополнительное тепло, и сажи не образуется.
• работа теплообменника не от пламени, а от нагретых газов;
  Газы, нагретые до 500-800 градусов, отдают теплообменнику львиную долю тепловой энергии.
• невысокая температура отработавших газов в дымовой трубе;
  Благодаря эффективному теплообменнику в трубу уходит минимальное количество тепловой энергии.