Как работает пиролизный котел – пошаговое описание принципа действия

В этой статье: как образуется генераторный газ в пиролизных котлах; как устроен и работает пиролизный котел; его положительные и отрицательные характеристики; производители, цены и критерии выбора; установка и эксплуатация пиролизных котлов.

Пиролиз – как процесс длительного горения

В двух словах, пиролиз – это медленное горение топлива с выходом продуктов, снова использующихся для генерации тепла. Выделенные атомы не смешиваются друг с другом, представляют собой готовую для использования горючую субстанцию. Суть сгорания заключается в минимальной подаче кислорода для поддержания тления брикетов или дров, но при этом еще и в большой выработке тепловой энергии. Экономия – главное достоинство агрегата.

Преимущества пиролизного котла

Также пиролизный котел обладает следующими преимуществами:

  1. Высокий КПД – коэффициент полезного действия. От 85% — это прекрасный показатель, свидетельствующий о том, что топливная энергия преобразуется в тепловую практически без остатка. Для сравнения – газовый котел генерирует 65% энергии.
  2. Котел или пиролизная печь – экономичные агрегаты. В пересчете на топливо и затраченные средства, они стоят на втором месте после газового генератора. И, конечно, не сравнимы с электрическими котлами.
  3. Агрегаты перерабатывают топливо в два этапа – сжигание древесины и использование выделенного газа. Предусмотренная емкость для накопления горючего газа позволяет устроить второй контур отопления с генерацией горячей воды на собственные нужды.
  4. Котёл длительного горения своими руками – обычное дело, так как конструкция проста и требуется обладать лишь навыками сварного дела. Чертежи и схемы найдутся на любом сетевом портале, равно, как и отзывы о самодельной конструкции.
  5. На твёрдотопливный котёл длительного горения своими руками собранный, не требуется разрешения, как на газовые и электрические котлы. Но от рекомендаций мастеров-установщиков отказываться не стоит – это все-таки агрегаты повышенного риска, но сборка и монтаж на определенное место остаются прерогативой собственника, не требующей от него материальных вложений в исполнении буквы закона.
  6. Время полного сжигания одной порции топлива достигает нескольких суток. Например,котел длительного горения до 7 суток – обычный случай. Это освобождает владельца от постоянного контроля над агрегатом, а собственные автоматические настройки позволят оставить дом с работающей печью.

Принцип работы котла

Модификации котлов с бункером не только отличаются эффективностью, но и позволяют существенно упростить обогрев частного дома. Домовладельцу не придется ежедневно выполнять дозагрузку топлива, а при условии использования качественно высушенных опилок такие отопители будут отличаться максимально возможной эффективностью и экономичностью. Отдельные модификации, которые оснащаются увеличенными в размерах топочными баками и дополнительными бункерами с опилками, могут работать на одной загрузке топливом 5−6 дней, обеспечивая теплом частный дом площадью в 150−200 квадратных метров.

К особенностям эксплуатации отопительных приборов этого типа относят следующее:

  • Возможность регулировки подачи воздуха в горелку.
  • Большой объем топливника.
  • Увеличенная площадь водяной рубашки и теплообменника.
  • Горение топлива в зависимости от модификации котла идет сверху вниз или снизу вверх.
Принцип работы котла

Популярностью пользуются автономные отопительные котлы на опилках, которые используют пиролизный принцип работы. Такие установки имеют сразу несколько камер сгорания, позволяя существенно повысить коэффициент полезного действия оборудования. В нижней топке топливо тлеет, под воздействием высоких температур из древесины выделяется газ, который дожигается в верхних отсеках, что обеспечивает максимально возможную эффективность оборудования.

Читайте также:  Виды приспособлений для распиловки древесины бензопилой

Такие котлы длительного горения на опилках имеют конструкцию, аналогичную твердотопливным пиролизным установкам. Отличием является лишь наличие дополнительного бункера и специальной шнековой системы, которая автоматически подаёт топливо в камеру сгорания.

Что такое пиролиз?

Пиролиз иногда называют «сухой перегонкой». Все дело в том, что твердое топливо при невысоких температурах (плюс 200-800 °C) и небольшом количестве кислорода не горит, хотя и выделяет тепло. При таких условиях топливо тлеет, выделяя пиролизный газ. Остается лишь твердый остаток, который носит название древесный кокс.

Что такое пиролиз?

Что такое пиролиз?

Так вот пиролизный газ, если смешать его с необходимым количеством кислорода, образует горючую смесь, при сгорании которой выделяется огромное количество тепловой энергии. На этом принципе и работают пиролизные котлы и печи.

Что такое пиролиз?

Твердый кокс, оставшийся после выделения горючего газа, не остается без дела. Он продолжает тлеть, прогорая до конца. Так что в итоге остается только небольшое количество золы.

Что такое пиролиз?

Что такое пиролиз?

Особенности изготовления пиролизного котла

Материалы

Корпус пиролизного котла лучше делать из листовой стали (от 2 мм, в зависимости от расчетной мощности). Модели котлов, которые собираются из толстостенной трубы, вряд ли подходят для организации отопления частного дома. В основном такими установками обогреваются различные подсобки, гаражи или времянки.

Особенности изготовления пиролизного котла

Более габаритные пиролизные котлы монтируются по образцу большинства теплогенераторов – прямоугольной формы. В некоторых случаях, если модель мощная, ее стенки (изнутри) целесообразно выложить шамотным кирпичом.

Размеры пиролизных котлов

Один из самых интересных и «таинственных» вопросов по данной теме. Все расчеты делаются применительно к конкретному дому, его отопительной системе, со всеми ее нюансами, схемами и так далее. Проектирование пиролизного котла лучше поручить специалисту. Разработка документации стоит денег, но в любом случае это обойдется дешевле приобретения установки промышленного изготовления.

А если учесть, что ошибки в расчетах повлекут дополнительные расходы (и весьма ощутимые), связанные с разного рода переделками и модернизациями, то целесообразность именно такого решения более чем очевидна.

Особенности изготовления пиролизного котла

Основные инженерные решения

Специфика эксплуатации пиролизных котлов

Без знания некоторых нюансов использования такого оборудования приниматься за изготовление подобной модели теплогенератора не имеет смысла.

Особенности изготовления пиролизного котла

Довольно «жесткие» критерии влажности сжигаемого топлива. Например, для дров максимальное значение – 33±2%. С чем это связано? Повышение температуры инициирует испарение влаги, содержащейся в продукте. Естественно, пар начнет смешиваться с пиролизными газами и негативно влиять на интенсивность процесса горения. Применение влажного топлива резко снижает КПД установки.

Не все разновидности твердого топлива подходят для сжигания в пиролизных котлах. С учетом специфики их работы, можно использовать лишь материалы, характеризующиеся высоким газообразованием при сгорании. Недостаток летучих веществ сказывается на эффективности эксплуатации пиролизных моделей. Проще говоря, дров расходуется много, а толк минимальный.

Для отопления дома таким котлом целесообразно использовать сухую древесину и ее отходы, пеллеты, брикеты, уголь (но только бурый). Внесение отдельных конструктивных доработок в схему пиролизного котла позволяет топить коксом и некоторыми марками угля каменного (например, «Орех1»).

В заключение можно указать, что самая дешевая модель (причем небольшой мощности) стоит в пределах 48 000 рублей. В заключение можно указать, что самая дешевая модель (причем небольшой мощности) стоит в пределах 48 000 рублей. И еще не факт, что такой пиролизная установка полностью устроит хозяина. Например, габаритами в соответствие с выбранным местом для монтажа. Если подумать, то изготовление пиролизного котла своими руками,  по индивидуальным чертежам – неплохое решение проблемы отопления частного дома, особенно если невозможно его подключение к магистрали газоснабжения.

Особенности изготовления пиролизного котла

Видео: Как сделать пиролизный котёл своими руками

Конструкция

Топка пиролизных котлов делится на 2 части. В первой из них – камере загрузки, при недостаточном количестве кислорода дрова горят и пиролизуются, а выделяющиеся газы догорают во 2 части котла – в камере сгорания, куда подается вторичный воздух. Отвод тепла при этом из камеры загрузки становится минимальным.

Эти два пространства разделены колосником, на котором расположены брикеты. Первичный воздух проходит сверху вниз сквозь слой древесины. Верхнее дутье считается главным отличием между газогенерирующими котлами и остальными бытовыми приборами. Для топок данных конструкций характерно повышенное аэродинамическое сопротивление, потому чаще всего их тяга принудительная. Иногда тяга выполняется с помощью дымососа, а не посредством дутьевого вентилятора, как это характерно для котлов небольших размеров.

Устройство и принцип работы.

Разберемся, как работает пиролизный котел. Он состоит из двух камер сгорания, расположенных вертикально. В первичной топке горит древесина. Специально устроено ограничение поступления воздуха – кислород попадает только через дымоход и небольшие отверстия. В дымоходной трубе иногда дополнительно устанавливают шибер – регулируемую заслонку, частично закрывающую отверстие.

Вторая камера сгорания располагается сверху первой. Они соединены между собой газоходом. В этой части и происходит окончательное догорание выделенных газов. Если открыть слишком большой доступ воздуха, то эти газы сгорят еще в нижней топке.

Устройство и принцип работы.

Рассмотрим этапы и принцип работы пошагово:

  1. Твердое топливо закладывается в нижнюю топку и разжигается.
  2. Закрывается герметичная дверца камеры.

Принцип работы пиролизного котла

Применительно к отопительным котлам пиролизом называется горение топлива при недостаточном количестве кислорода. При этом топливо выделяет большое количество газов, практически все из них горючие. Эти газы направляются в специальную камеру сгорания и дожига, куда подается вторичный воздух. Газовоздушная смесь вспыхивает, выделяя большое количество тепла. Тепловой энергии выделяется намного больше, чем можно извлечь при обычном горении дров или угля. Дело в том, что многие из образовавшихся при горении топлива летучих веществ, имеют очень высокую температуру сгорания. В результате, из того же количества топлива, пиролизные котлы извлекают больше тепла.

Из-за особенностей процесса горения (выделения большого количества газов) такие установки называют еще газогенераторными котлами.

Конструктивная особенность пиролизных котлов — топка, состоящая из двух камер. В одну закладывается топливо (часто это верхняя часть топки), в ней же происходит выделение газов, и потому эта часть называется камерой газогенарации. Через неширокую горловину газы попадают во вторую камеру — дожига. Тут перемешиваются с вторичным воздухом, вспыхивают и сгорают практически без остатка.

Принцип работы пиролизного котла

Пиролизный котел с нижней камерой дожига

В среднем КПД пиролизников — выше 85%. Есть модели, способные выдавать 92% и даже немного больше. Но данные показатели возможны только и исключительно при использовании сухого топлива. Его влажность должна быть 5-8%. При 40% содержании влаги горение может полностью затухнуть, а при 20% просто буде неэффективным. И это — один из главных недостатков этой технологии: дрова и уголь приходится предварительно сушить, например, сделав площадку возле дымовой трубы. Просто дрова, просушенные в дровнике не пойдут, как и уголь, взятый из кучи на улице.

Пиролизный котел — устройство и принцип работы

1 — топливо, 2 — первичный воздух, 3 — вторичный воздух, 4 — уходящие газы, 5, 6 — вход и выход воды A — камера газификации, B — колосник, C — камера дожигания, D — газоход, E — дымосос

Принудительная подача воздуха с регулировкой его объема производится вентилятором, подающим воздух через воздуховод, размещенный в верхней камере пиролизного котла, либо с помощью вентилятора-дымососа, установленного внутри вытяжной трубы.

Забор тепла от пиролизного котла и его передача теплоносителю (воде или воздуху) производится через контакт трубопровода с теплоносителем внутри с дном нижней камеры котла.

С одной полной загрузки топливной (верхней) камеры пиролизный котел вырабатывает тепло от 6 до 12 часов, в зависимости от качества топлива и потребностей в тепле.

Если разделить процессы, происходящие в пиролизном котле поэтапно, то происходит следующее:

  • Температура 450 °С — древесное топливо подвергается сушке и дегазации;
  • Температура 560 °С — генераторный газ, соединенный с вторичным воздухом, подвергается сжиганию;
  • Температура 1100 °С — дожигаются остатки пиролизного газа, происходит возврат тепла к нижнему слою топлива, заложенного в верхнюю камеру;
  • Температура 160 °С — отвод продуктов дожига в дымоход.

Эффективность

Насколько эффективной окажется схема пиролизного котла, а также время его работы, будет зависеть от множества факторов:

  • Вид топлива и влажность.
  • Теплоизоляция здания.
  • Температура в помещении.
  • Температура воздуха на улице.
  • Точность проектных работ в отношении системы отопления.

Естественно, что, в отличие от обычных котлов, газогенераторное оборудование намного эффективнее. Так как при сжигании древесины невозможно получить столь высоких температурных показателей, как в процессе горения древесного газа, полученного из нее. В процессе сжигания газа предусмотрено использование меньшего объема воздуха. В связи с этим увеличивается время горения и температура. Также следует отметить, что управление процессом сжигания пиролизного газа значительно проще.

Принцип работы пиролизных котлов длительного горения

Внешне эти котлы мало чем отличаются от обычных металлических печей. Они имеют такую же загрузочную дверцу, ведущую в первичную камеру сгорания. В нее укладываются обычные дрова, а также брикеты из опилок либо торфа. Используют в этих целях и изобретение последних нескольких лет — гранулы пеллет. Они представляют собой сильно спрессованные отходы столярного производства. В дело идет все, начиная от коры деревьев и заканчивая торфом и сушеным навозом.

На заметку! Лучше всего использовать в качестве топлива пеллетные гранулы. Это топливо имеет маленький размер и может автоматически подаваться в камеру сгорания котла.

Современный котёл длительного горения с бункером для пеллетных гранул.

На дне камеры сгорания располагается колосник, имеющий вид очень тяжелой чугунной решетки. Он необходим для подачи воздуха под топливо. Загруженные дрова поджигают и ждут пока они полностью разгорятся под воздействием первичного потока воздуха. Как только котел выходит на режим, доступ воздуха в первичную камеру практически прекращают, в результате чего горение останавливается. Топливо начинает только тлеть, выпуская пиролизный газ. Он обладает очень высокой горючестью, но так как воздуха мало, то он не вспыхивает.

Схема системы отопления частного дома с использованием твердотопливного котла.

Затем самотеком или принудительно эта газообразная летучая смесь органики подается во вторичную камеру, которая собственно и является главной рабочей частью пиролизного котла длительного горения. С водяным контуром системы отопления она связана непосредственно. Поступающий в эту камеру газ имеет температуру около 300 градусов и поэтому вспыхивает при поступлении кислорода без промедления. Во вторичную камеру подается достаточное для горения количество воздуха. Пиролизный газ выделяет при сгорании намного больше энергии, чем простые дрова, поэтому нагревание теплоносителя в системе происходит очень быстро.

Пример размещения твердотопливного котла с автоматической подачей пеллет из бункера хранения в подвальном помещении частного дома.

Важным моментом является то, что порция дров, помещенная в топку, расходуется очень медленно, что позволяет отапливать помещение очень небольшим их количеством длительное время.

На заметку! В качестве топлива для газогенераторов рекомендуется использовать очень хорошо просушенные вещества и дрова. Ведь 1 кг дров, которые содержат 20% влаги выделяет 4 кВт/час. энергии, а содержащие 25% влаги, уже только 3 кВт/час.

Принцип работы пиролизного котла с водяным контуром