Принцип работы твердотопливных пиролизных котлов

Принцип действия пиролизного котла

Пиролиз – процесс с мощной экзотермией, при котором сложная органика (в нашем случае уголь, древесина, торф, биотопливо в виде пеллет и пр.) Разлагается на более простой состав – твердой, жидкой и газообразной фазы. Для процесса распада нужно обеспечить температуру и ограничить поступление кислорода, что и осуществляется в газогенераторном котле. Для загрузки в топочный отдел котла нужно топливо, имеющее характеристики, удовлетворяющие рекомендациям производителя, в противном случае ожидаемого эффекта не будет. Сгорание происходит при высоких температурах, но одновременно при дефиците кислорода. Дровяное или угольное топливо в подобных условиях не горит с пламенем, а скорее спекается с пиролизным разложением, с выделением энергии намного большим, чем при обычном горении на воздухе. Основные продукты – твердые и летучие фракции (коксовый газ).

Агрегат имеет две камеры, верхняя камера служит для реализации экзотермической реакции пиролиза топлива при температуре от 300⁰С до 800⁰С. Камеры конструктивно самостоятельны и разделяются колосниками и регуляторами – шиберными задвижками. Верхняя газифицирующая камера, в которую и производится загрузка топлива, герметична и кислород в ней в дефиците. На колосниках находится твердое топливо, оно и создает препятствие для отвода тепла, вниз, во вторую камеру, проходит только воздух, и поток его слабый. Результат – медленное тление и процесс разложения, или пиролиз. А результат пиролиза – древесный уголь и пиролизные, или коксовые газы, СО и в малой части углекислый газ.

Смесь пиролизного газа и воздуха также направляется в нижний отсек камеры сгорания, где температуры намного выше – до 1200⁰С, и при горении выделяет тепло, несравнимое по количеству с теплоотдачей от сгорания твердого топлива в воздушной среде. Нижний отсек второй камеры сгорания – ничто иное, как устройство типа форсунки из жаростойкой керамики или шамотного кирпича. Аэродинамика в такой топке дает высокое сопротивление, поэтому тяга реализуется принудительно, включением дымососа. Тепло от сгорания газа и служит для эффективного отопления жилья. По факту, пиролизные котлы работают не на дровах или угле, а на выделяемом газе. Процессы горения газов поддаются контролю легче, поэтому автоматизация газогенераторных агрегатов более совершенна.

Твердая фаза сгорает очень медленно, с постоянным выделением тепловой энергии. Летучий коксовый газ тоже сгорает, и теплоотдача от этого процесса несколько больше, чем при горении твердой фракции. КПД от использования дров и угля возрастает значительно.

Газогенераторный агрегат при всей простоте его устройства можно сравнить с домашним лабораторным комплексом, извлекающим из дров, торфяных брикетов, угля и др. топлива газ — для последующего сжигания со значительно большей теплоотдачей.

Схема пиролизного агрегата считается несложной, чем и привлекает домашних умельцев. Для сооружения котла не требуется специального оборудования, основными условиями называют корпусную часть с нужными параметрами, обеспечение герметичности в топочном отсеке и строгую дозировку поступающего воздуха.

При появлении пиролизных котлов классические дровяные стали считаться устаревшими, несмотря на их цены –вдвое дешевле пиролизных с аналогичной мощностью. Одна загрузка дров в пиролизный агрегат дает время сгорания и подачу тепла в разы большую, чем для привычного котла, работающего на твердом топливе. Окупаются новые агрегаты в короткий срок. Двухконтурные котлы дают еще большую экономию, поскольку горячая вода, в отличие от отопления, требуется жилищу не сезонно, а круглый год. Также называют такой плюс, как возможность применять для топки влажный материал (до 40-50% влажности). Но высушенные дрова более эффективны и экономичны. Дровяные пиролизные котлы завоевали признание в том числе и потому, что во многих регионах и населенных пунктах сухой древесный материал недорог, а зачастую и бесплатный. Сушка влажной древесины в течение летнего сезона также не является проблемой, а расход для пиролизного котла очень экономный.

Особенности пиролизных котлов

Традиционные котлы на дровах раздражают тем, что требуют постоянного наблюдения. То есть, каждые 2-3 часа в них нужно подкладывать все новые и новые порции топлива, иначе трубы в доме станут холодными. Особенно туго приходится ночью, когда вместо спокойного сна домочадцы получают головную боль в виде остывающего отопления. С одной стороны, спать в прохладе полезно для здоровья. С другой стороны, встречать утро, отчаянно стуча зубами, не очень приятно.

Классические котлы для отопления дома обладают еще одним важным недостатком – низкий КПД. Топливо в них сгорает очень быстро, большая часть тепла просто улетучивается в атмосферу. Вместе с ним в воздух улетают продукты сгорания, содержащие в себе горючие газы. Их можно использовать для получения дополнительных порций тепла – это и происходит в пиролизных котлах длительного сгорания.

Как вы уже поняли, твердотопливные пиролизные котлы отопления лишены обоих вышеперечисленных недостатков. Они наделяются вместительными топками, сжигая твердое топливо несколько по иному принципу. Вот их основные особенности:

Принцип работы твердотопливного пиролизного котла очень прост. Данный рисунок пускай и не освещает всех нюансов, но передает суть технологии в полной мере.

• Большой объем топки – до нескольких десятков литров. Благодаря этому частота подходов для закладки горючего снижается в несколько раз;
• Пиролизный принцип горения – позволяет получить из того же количества дров гораздо больше тепловой энергии;
• Довольно большие размеры – фактически здесь две топки. В одной медленно сгорают дрова, а во второй дожигаются выделяющиеся из древесины продукты сгорания;
• Низкая температура горения – уменьшает тепловую нагрузку на металл.

Пиролизные котлы длительного горения устроены несколько сложнее, чем их традиционные собратья, зато они обеспечивают существенную экономию топлива.

Следует понимать, что из-за сложной конструкции, часто содержащей в себе элементы автоматики, пиролизные котлы отличаются высокой ценой. Поэтому первоначальные затраты на их покупку могут показаться большими. Но в дальнейшем они себя обязательно оправдают.

Секреты разработки пиролизного котла

Схема пиролилзной печи своими руками.

Чтобы устройство котла было доведено до идеального состояния, желательно выполнить некоторые действия. Под топливный бункер можно установить регулируемый вентилятор наддува. Он предназначен для нагнетания воздуха непосредственно в сам котел. Под воздействием искусственно нагнетенного воздуха происходит ускоренное сжигание топлива. Все эти работы можно провести своими руками. Установка данной техники не требует владения специальными навыками.

Для увеличения количества выделяемого тепла автоматика должна работать слаженно и четко, топливные бункеры должны находиться на оптимальных позициях.

Добиться продления срока сгорания топлива можно в том случае, если при сооружении котла своими руками будет выполнено разделение топливных камер. При этом в одной из них будет происходить сжигание топлива, а в другом будут собираться газы. При использовании двухзонной системы газификации можно добиться энергонезависимости котла и постоянно высокого уровня мощности. Мощность печи, работающей на дровах, можно увеличить, расположив внизу топливных бункеров колосниковые решетки.

Качественным накопителем тепла в пиролизных котлах (в отличие от устройств, работающих на угле) является монтаж перемычки непосредственно в камере сгорания. Автоматика в таком случае выполняет свою непосредственную функцию.

Конструкция пиролизного котла устроена таким образом, что перед подачей топлива в нее дрова нет необходимости измельчать – главное, чтобы они смогли пройти в дверцу печи.

Пиролизные котлы, работающие на дровах, могут функционировать и источать большую тепловую энергию при использовании опилок, брикетов торфа. Некоторые котлы могут работать даже на угле. Установка подобного котла не потребует много сил и времени. Главное – правильно понять принцип его работы и выполнить качественный дымоход

Очень важно, чтобы дымоход обладал достаточной тягой для выдувания остаточных газов. Его не сложно выполнить своими руками. https://www.youtube.com/embed/uKshq2tUe84

Как работают пиролизные котлы

Принцип работы пиролизного котла заключается в генерации горючих газов и из последующего сжигания. Для того чтобы можно было понять, как он работает, следует вспомнить интересный опыт из школьного учебника физика. Там предлагалось заключить немного древесной щепы в стеклянную колбу, заткнутой пробкой с тонкой трубкой. Колба помещалась под горелку, спустя некоторое время в ней начиналась реакция пиролиза. После этого из трубки начинали выходить горючие газы, которые легко поджигались и горели ярким пламенем.

Принцип действия пиролизного котла основан на аналогичной реакции, только в больших масштабах. Здесь задействованы две камеры:

• Камера сгорания – в ней осуществляется предварительный розжиг топлива, после чего дрова находятся здесь в режиме медленного тления, с ограниченным доступом воздуха;
• Камера дожигания – здесь горят продукты пиролиза, рождая тепло, отправляющееся в жаротрубный теплообменник.

Все это хозяйство охлаждается водяной рубашкой.

Изучая принцип работы пиролизного котла, вам может показаться, что эффективность данной методики крайне мала. На самом деле газов выделяется очень и очень много. Если заглянуть в камеру дожигания, мы увидим там мощное ревущее пламя, выделяющее дикое количество тепловой энергии.

Камеры сгорания в пиролизных котлах могут располагаться в любых последовательностях. Например, друг над другом или последовательно, друг за другом. Также встречаются агрегаты, в которых дожигание осуществляется под основной топкой. Регулировка интенсивности горения осуществляется с помощью дутьевого вентилятора или с помощью дверки поддувала. Следует отметить, что диапазон регулировки достаточно большой – при необходимости, пламя может быть потушено практически полностью.

Принцип работы пиролизного котла предусматривает предварительный розжиг древесного топлива. Нам нужно, чтобы дрова хорошо занялись пламенем. Для этого открываются дроссельная заслонка и поддувало, в топку закладывается порция дров с мелкими лучинками для розжига. Поджигаем, дожидаемся появления устойчивого костерка. Теперь наш пиролизный котел готов к полноценному запуску. Производим следующие действия:

Благодаря конструкции пиролизного котла горячий воздух вылетает в дымоход не сразу, а проходит сначала через специальный отсек. Это позволяет системе значительно повысить свой КПД в сравнении с обычными котлами.

• Закрываем дроссельную заслонку;
• Закрываем дверцу поддувала;
• Включаем автоматику;
• Наблюдаем за ростом температуры в системе.

Давайте посмотрим, как работает пиролизный котел внутри – здесь происходит масса интересного. Во-первых, после перекрытия доступа кислорода наше веселое пламя превращается в тлеющие угольки. А во-вторых, после запуска автоматики включается дутьевой вентилятор, продукты пиролиза направляются в камеру дожигания, где начинает бушевать мощное пламя. Такой принцип работы реализуется во всех пиролизных котлах. Различия только в схеме регулировки – где-то за автоматическую регулировку отвечает электроника, а где-то простая механика.

Достоинства и недостатки пиролизных котлов

Как и другое отопительное оборудование, пиролизные котлы имеют плюсы и минусы по различным критериям.

Недостатки котлов длительного горения в основном заключаются в их стоимости. Такое оборудование в несколько раз дороже классических устройств прямого горения.

В отличие от стандартных котлов, пиролизным требуется меньшее количество топлива, для того чтобы поддерживать продолжительное время температуру в помещении.

Ещё одним плюсом считается небольшое количество отходов.

При продолжительном горении органики от неё практически не остаётся золы.

К минусам также можно отнести высокие требования к влажности дров. Этот порог не должен быть выше 20%, иначе они не смогут гореть и выделять газ.

Инструменты и материалы

Чтобы смонтировать такой агрегат собственными силами, потребуется следующий набор инструментов и материалов:

• Термодатчик.
• Вентилятор.
• Полосы стали различной толщины и ширины.
• Набор профтруб диаметром 2 мм.
• Листы металлические толщиной 4мм.
• Набор труб различного диаметра.
• Отрезной круг диметром 230 мм.
• Шлифовальный круг диаметром 125 мм.
• Ручная дисковая пила (болгарка).
• Несколько упаковок электродов.
• Сварочный аппарат.
• Электрическая дрель.

Если вы планируете изготовить самостоятельно пиролизный котел, то рекомендуемая толщина стали должна быть 4 мм. Чтобы сэкономить, можно воспользоваться сталью толщиной 3 мм. Для изготовления корпуса устройства потребуется прочная сталь, которая способна выдержать высокий температурный режим.

Преимущества и недостатки

К плюсам такой установки можно отнести:

• Самый высокий КПД среди всех твердотопливных котлов, он составляет 90–93%.
• Выделяется примерно в 3 раза меньше вредных веществ, что делает их более экологичными.
• Большой интервал между загрузками топлива, порядка 12 часов для мягких пород древесины и 24 часа для брикетов, пеллет и твердых сортов.
• Низкое количество смол в отработанных газах продлевает срок службы дымоходов.

Недостатки:

• Необходимо топливо низкой влажности. Лучший вариант это 20%.
• Стоимость таких котлов выше всех остальных типов такого оборудования.
• Установка с принудительной тягой делает ее зависимой от электричества.

Как влияет влажность дров на эффективность

Древесина для пиролизных котлов должна быть просушена до 15-20% влажности. Такой результат сложно получить при естественной сушке, поэтому можно считать это главным недостатком такого типа котлов.

Сырые дрова выделяют большее количество водяного пара, который перемешивается с газо-кислородной смесью и снижает ее энергоемкость. Пример такого снижение в цифрах:

• Сжигание 1 кг дров с влажностью 20% – мощность 4 кВт;
• Сжигание 1 кг дров с влажностью 50% – мощность 2 кВт.

Пиролизный котел – схема изготовления, основные этапы

Чтобы самостоятельно собрать газогенераторный отопительный агрегат, следует придерживаться следующих требований:

Необходимые элементы следует резать посредством болгарки.
Отверстие для загрузки топлива размещается несколько выше, чем у твердотопливных устройств.
Для осуществления контроля над поступающим в топочную камеру количеством воздуха, необходимо вмонтировать ограничитель. Его можно изготовить с помощью трубы диаметром 70 мм, при этом длина должна быть немного больше, чем корпус котла.
С помощью сварочного аппарата приваривается стальной диск, который совместно со стенками трубы должен образовывать зазор примерно 40 мм.
Чтобы установить в крышке котла ограничитель, нужно проделать соответствующее отверстие. Оно должно иметь прямоугольную форму. Отверстие закрывается дверцей, укомплектованной накладкой из стали. Это обеспечит надежное прилегание. Ниже располагается отверстие, предназначенное для удаления воды.
С помощью трубогиба необходимо согнуть трубу, предназначенную для перемещения внутри котла теплоносителя. Таким образом обеспечивается максимальная отдача тепла.
Регулирование количества теплоносителя, направляемого в устройство, может осуществляться посредством вмонтированного снаружи вентиля.
Как только будет выполнен первый запуск оборудования, в продуктах горения не должно быть угарного газа. Если данное условие соблюдается, обвязка пиролизного котла (схема указана) сделана правильно

Важно регулярно следить за состоянием сварных швов устройства и своевременно удалять с него образовавшуюся копоть и золу.

Прекрасным вариантом может стать совместное использование пиролизного котла не с классическим водяным отоплением, а с системами воздушного обогрева. В результате передача воздуха будет производиться по трубопроводам, а его возврат в систему – по полу. Такая система обладает многочисленными достоинствами: при сильных морозах не замерзает, во время отъезда хозяина отсутствует необходимость слива теплоносителя.

Устройство и предназначение

Пиролизный котел для отопления частного дома работает, сжигая топливо при очень высокой температуре и при ограниченном доступе воздуха. Вместо твердого топлива фактически создается новое – специальный газ. Он дополнительно сжигается в особой камере, которая обычно расположена ниже предназначенной для закладки твердого вещества. Соответственно, воздух прокачивается сначала в верхнюю часть, а уже оттуда он попадает в нижнюю камеру. Так как это противоречит законам физики, приходится их преодолевать искусственно, используя вентиляторы либо насосы.

Дефицит кислорода в используемом воздухе помогает сделать сжигание более растянутым, чем в обыкновенных котлах или печах. Удается продлить время отдачи тепла от одной порции дров, к примеру, до 20 часов. Чудес, конечно, не бывает: они отдают тепловую энергию небольшими порциями. Но для теплицы подобное решение оказывается даже плюсом, потому что позволяет поддержать стабильную температуру без перегрева и переохлаждения.

Отдельного разговора заслуживает использование пиролизного котла для бани. Он оказывается практичнее и газового, и электрического нагревательных приборов. По КПД и удобству опережает многие печи, особенно если сравнивать с самодельными конструкциями. Любой пиролизный котел имеет горизонтальный сегмент (так называемый «боров»), который предназначен для соединения конструкции с дымоходом. Толщина стенки в этом месте составляет 4,5 мм, а обычная длина достигает 50 см.

Характеристики пиролизного котла позволяют считать повышенную (в сравнении с простыми твердотопливными альтернативами) стоимость вполне уместной в большинстве случаев. Время использования одной загрузки горючего трудно предсказать заранее, оно зависит от большого числа факторов. В технической документации и популярных описаниях приводятся обычно минимальные и максимальные возможные цифры.

На них оказывает воздействие:

• влажность применяемого топлива;
• температура в доме и на улице;
• качество утепления;
• особенности исполнения отопительной системы.

Сухая перегонка регулируется при помощи форсунки, которая дозирует поступление атмосферного воздуха

Что немаловажно, котлы, работающие на принципе пиролиза, способны сушить хранимые в том же помещении запасы дров или угля. Особенности рабочего режима исключают попадание в жилые помещения не только угарного или углекислого газа, но и более безопасных водяных паров

Большинство конструкций лучше всего работают с очень хорошо высушенной древесиной.

Принцип работы

Работает котел на твердом топливе, как правило, на дровах, торфе, отходах пиломатериалов, специальных древесных брикетах, угле и пеллетах (гранулах, изготовленных из измельченной древесины, смолы, хвои и т.п.). Особой популярностью пользуются приборы универсального типа, способные потреблять практически все виды твердого топлива.

По способу теплопередачи котлы бывают:

• Воздушными.
• Паровыми.
• Водяными (встречаются чаще всего).

По принципу сжигания топлива:

• Традиционные. Работают на дровах и угле. Принцип действия такой же, как у обычной дровяной печи.
• Длительного горения. Инновационная разработка в области оборудования для отопления. Твердотопливные котлы длительного горения имеют вид удлиненной топочной камеры, окруженной со всех сторон водяной рубашкой. При горении пламя распространяется не снизу вверх, а сверху вниз, напоминая в этом отношении процесс горения свечи. Принцип работы котла длительного горения позволяет достигать полного сгорания топлива. При этом увеличивается промежуток горения одной закладки топлива (до 7 суток). Работает котел длительного горения, как правило, при стабильно высокой температуре теплоносителя, что на порядок повышает его КПД. Бесперебойное и безопасное функционирование таких моделей достигается за счет включения в конструкцию вентиляторов для экстренного тушения, предохранительного клапана и циркуляционной помпы.

• Пеллетные. В качестве топлива здесь используются специальные пеллеты. Такие котлы дополнительно оснащаются автоматической системой подачи пеллет и бункером для хранения топлива. Благодаря электронным датчикам осуществляется контроль наличия топлива внутри топки. Для работы такой системы необходимо стабильное электрическое питание.
• Пиролизные. Уникальное оборудование, где наряду с энергией от горения твердого топлива используется также тепловыделение газов. Это дает возможность небольшой объем топлива обратить в значительную порцию тепловой энергии. В результате достигается повышение КПД котла и снижение вредных выхлопов.

Устройство и принцип работы котла

Камера первичного сжигания или пиролизная камера напоминает своим устройством топку обычной печи. Твердое топливо (дрова, опилки, древесные или торфяные брикеты, пеллетные гранулы) помещается через загрузочное окно на массивную огнеупорную решетку – колосник, обеспечивающий приток к топливу воздуха, который называют первичным.

Принцип работы котла длительного горения

Пиролизный газ принудительно, реже самотеком попадает во вторичную камеру – камеру сгорания или камеру дожига, в которую осуществляется подача достаточного количества воздуха, который называют вторичным. От контакта с кислородом нагретый до высоких температур (более 300 градусов Цельсия) газ моментально вспыхивает и горит с выделением большого количества тепла. Происходит выполнение главной функции котла – нагрев теплоносителя.

Подробно принцип работы пиролизного котла показан на видео.

Воздух обычно нагнетается принудительно с помощью небольшого вентилятора. Хотя в небольших моделях иногда для создания тяги используют дымосос.

На этой схеме представлено устройство пиролизного котла нижнего горения. Дрова медленно сгорают при малом количестве кислорода и выделяют горючий газ ( )

Наличие принудительной вентиляции можно считать основным отличием пиролизного котла от классической твердотопливной модели. Корпус устройства состоит из двух частей, вставленных друг в друга. Пространство между стенками заполняют теплоносителем, роль которого традиционно выполняет вода.

Температура горения может достигать 1200°С. Вода, находящаяся в наружном теплообменнике, нагревается и циркулирует по системе отопления дома. Остатки продуктов сгорания удаляются через дымоход.

В упрек устройствам, в работе которых используется пиролизный принцип горения, можно поставить относительно высокую цену. Обычный твердотопливный котел стоит значительно меньше. Но в котлах длительного горения дрова сгорают практически полностью, чего о классическом котле не скажешь.

К дровам для пиролизного котла предъявляют определенные требования по размерам и влажности. Подробную информацию можно найти в инструкции изготовителя

Выбирая пиролизный котел, следует помнить, что недорогие модели малой мощности обычно рассчитаны только под дрова. Дорогие модификации способны работать на разных видах топлива.

По способу сжигания топлива котлы длительного горения с двойным контуром можно подразделить на:

• Пиролизные. Оборудованы двумя камерами для сгорания. В одной из них присходит процесс тления и выделения газа для пиролиза, в другой — смешивание полученного газа с кислородом и его сжигание. Оборудование данного типа характеризуется высокой экологичностью — вредных веществ в атмосферу выделяется минимальное количество. В процессе сгорания образуется мало сажи. Если котел оборудован автоматикой, возможна будет и регулировка мощности.
• С верхней камерой горения. Такие котлы очень просты в обслуживании. Количество автоматики для их стабильной работы нужно минимальное, возможно функционирование в автономном режиме работы без электричества. Есть и недостатки — при работе образуется много золы, есть перечень требований к типам топлива. Например, для растопки не подойдет мелкая щепа или опилки.
• Пеллетные. Для растопки такого оборудования используют специальные пеллеты или топливные брикеты в спрессованном виде. Подобные котлы экологичны, экономичны и эффективны, имеют длительный эксплуатационный срок. Один из главных недостатков — высокая цена котла и специальные условия, которые придется поддерживать для хранения топлива. Помещение должно быть сухим, высокая влажность воздуха будет способствовать порче пеллетов.

Плюсы и минусы

Изучить отзывы владельцев и специалистов на конкретные модели, ознакомиться с рейтингами лучших модификаций недостаточно. Следует еще ответить на самый главный вопрос: как соотносятся достоинства и недостатки пиролизных котлов, оправдывают ли они на самом деле вкладываемые средства. И тут как раз универсального ответа быть не может, потому что многое зависит от приоритетов и от особенностей применения оборудования.

Любой пиролизный котел уже в силу конструктивных особенностей имеет встроенную автоматику. Работа в течение многих часов на одной заправке высвобождает много времени и сил. В качестве горючего можно применять почти любые отходы обработки и заготовки дерева, а иногда и не только их.

Оборотной стороной этих преимуществ оказываются:

• привязанность к работе электросети;
• обязательная установка источников бесперебойного питания;
• непригодность сырого дерева;
• невозможность подавать в отопительный контур воду холоднее 60 градусов (она форсирует коррозию);
• невозможность автоматизировать саму загрузку горючего (подача из бункера лишь делает ручную работу реже, но не исключает ее совсем);
• потребность в футеровке шамотными кирпичами;
• повышенная стоимость по сравнению с простыми твердотопливными аппаратами.

Как вам статья?