Пиролизные котлы отопления

Преимущества и недостатки

Газогенераторные или котлы с пиролизным сжиганием твердого топлива имеют следующие преимущества:

• имеют более высокий КПД (до 85%) по сравнению с обычными твердотопливными агрегатами;
• возможность более эффективного управления мощностью их работы;
• в процессе горения выделяемый пиролизный газ взаимодействует с активным углеродом и поэтому в дымовых газах, на выходе из котла, содержится минимальное количество вредных примесей, то есть, они практически состоят из смеси водяного пара и углекислого газа (причем последнего содержится почти в три раза меньше, чем в дымовых газах обычных твердотопливных котлов);
• образуется минимальное количество сажи и золы, что позволяет реже производить их чистку, а, следовательно, меньше хлопот во время их эксплуатации;
• возможность более длительной работы на одной закладке топлива.

Из недостатков можно отметить следующие:

• более высокая стоимость твердотопливных газогенераторных (пиролизных) котлов по сравнению с традиционными;
• зависимость от электроэнергии (она необходима для принудительной подачи воздуха с помощью вентилятора и питания блока управления, хотя существуют конструкции и без них);
• для эффективности их работы, желательно, чтобы дрова были сухими (влажность древесины не превышала бы 20%).

Кроме того, большинство современных систем отопления устраивается с принудительной или комбинированной циркуляцией теплоносителя и поэтому, нуждаются в электроэнергии для работы циркуляционных насосов, независимо от вида применяемого котла.

То же относится и к повышенной влажности топлива. Она одинаково оказывает негативное влияние на условия его сжигания в любых видах твердотопливных котлов или печей, так как требует больше времени и энергии для его подсушивания.

Видео по теме: Принцип работы пиролизного котла с верхним расположением камеры дожига (сжигания древесного газа).

Особенности эксплуатации

Перед запуском котла необходимо ознакомиться с особенностями его функционирования. В отличие от традиционных твердотопливных аналогов загрузочный бункер такой модели нуждается в предварительном прогревании. Когда температура в этом достигнет 500–800˚C , можно загружать твердое топливо. После этого останется запустить пиролизный режим и активизировать дымосос.

Упомянутая последовательность действий сделает возможным медленное сжигание топлива. В результате происходит эффективное выделение пиролизного газа, а значит, в жилище будет поддерживаться оптимальный температурный режим.

Устройство и работа пиролизного котла

Схематичное устройство твердотопливных пиролизных топок (2 и 3)

Топка пиролизного котла разделена на два отделения. В первой сгорают дрова, а во второй производится вторичное сгорание смеси пиролизных газов и воздуха. Отделяет первую камеру от второй колосниковая решетка, на которую и укладывают топливо.

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.

Сначала в первое отделение топки пиролизного котла загружают топливо, затем включают вентилятор и поджигают топливо. Образующиеся в результате горючие газы перемещаются во второе отделение, смешиваются с воздухом и сгорают.

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.

Причем загружать топливо в устройство придется по максимуму, снижение нагрузки приводит к повышенному образованию золы и сажи, а также негативно сказывается на работе агрегата в целом.

Принцип работы пиролизных котлов и их особенности

Создавая пиролизные котлы своими руками, люди стремятся сэкономить денежные средства в своем кошельке. Если газовое оборудование стоит довольно дешево, то твердотопливные агрегаты просто поражают своей ценой. Более-менее приличная модель мощностью 10 кВт обойдется в 50-60 тысяч рублей – дешевле провести газ, если рядом проходила бы газовая магистрально. Но если ее нет, то выходов два – приобретать заводское оборудование или делать его самостоятельно.

Изготовить пиролизный котел длительного горения своими руками можно, но сложно. Давайте для начала разберемся, для чего вообще нужен пиролиз. В обычных котлах и печах дрова сгорают традиционным способом – при высокой температуре, с выбросом продуктов сгорания в атмосферу. Температура в камере сгорания составляет порядка +800-1100 градусов, а в дымоходе – до +150-200 градусов. Таким образом, солидная часть тепла просто улетает наружу.

Прямое сгорание дров применяется во многих отопительных агрегатах:

Твердотопливные пиролизные котлы могут использовать несколько видов топлива, в том числе отходы деревообрабатывающего производства и сельскохозяйственной переработки.

• Твердотопливные котлы;
• Печи-камины;
• Камины с водяными контурами.

Главным преимуществом данной методики является то, что она отличается простотой – достаточно создать камеру сгорания и организовать отвод продуктов сгорания за пределы оборудования. Единственным регулятором здесь становится дверка поддувала – регулируя просвет, мы можем отрегулировать интенсивность горения, тем самым воздействуя на температуру.

В пиролизном котле, собранном своими руками или купленном в магазине, процесс сгорания топлива идет несколько по-другому. Дрова здесь сгорают при низкой температуре. Можно сказать, что это даже не горение, а медленное тление. Древесина при этом превращается в подобие кокса, одновременно выделяя горючие пиролизные газы. Эти газы отправляются в камеру дожигания, где сгорают с выделением большого количества тепла.

Если вам кажется, что данная реакция не даст особого эффекта, то вы глубоко заблуждаетесь – если заглянуть в камеру дожигания, то здесь будет видно ревущее пламя ярко-желтого, почти белого, цвета. Температура сгорания – чуть выше +1000 градусов, а тепла в этом процессе выделяется больше, чем при стандартном горении древесины.

Для того собранный своими руками пиролизный котел смог показать максимальную эффективность, необходимы дрова с низким содержанием влаги. Влажная древесина не даст оборудованию выйти на полную мощность.

Реакция пиролиза знакома нам еще со школьного курса физики. В учебнике (а может и в лабораторном кабинете) многие из нас видели интересную реакцию – древесина помещалась в стеклянную запечатанную колбу с трубкой, после чего колба нагревалась над горелкой. Через несколько минут древесина начинала темнеть, а из трубки начинали выходить продукты пиролиза – это горючие газы, которые можно было поджечь и понаблюдать за желто-оранжевым пламенем.

Аналогичным образом работает и пиролизный котел, собранный своими руками:

На одной загрузке топлива пиролизные котлы работают около 4-6 часов. Так что большим и стабильно пополняемым запасом дров стоит озаботиться заранее.

• В топке разжигаются дрова до появления устойчивого пламени;
• После этого доступ кислорода перекрывается, пламя гаснет почти полностью;
• Запускается дутьевой вентилятор – в камере дожигания появляется высокотемпературное пламя.

Устройство пиролизного котла довольно простое. Основными элементами здесь являются: камера сгорания, в которой складированы дрова, и камера дожигания, в которой сгорают продукты пиролиза. Передача тепла в отопительную систему осуществляется через теплообменник

В схеме пиролизного котла ему уделяется особое внимание

Все дело в том, что теплообменники в пиролизных котлах, собранных своими руками, устроены не так, как в газовом оборудовании. Продукты сгорания с воздухом проходят здесь через множество металлических труб, омываемых водой. Для увеличения эффективности котловая вода омывает не только сам теплообменник, но и все другие узлы – здесь создается своего рода водяная рубашка, которая отбирает излишки тепла от раскаленных элементов котельного агрегата.

Требования к древесине

Пиролизные системы очень чувствительны к изменениям влажности топлива. Избыток влаги провоцирует выделение большого количества пара. В результате снижаются тепловые характеристики отопительного оборудования, падает мощность котла вплоть до остановки работы. Взаимосвязь теплоты сгорания топлива от влажности древесины показана на графике ниже.

График зависимости теплоты от влажности древесины

Ухудшение работы сопровождают дым и копоть. Для нормального функционирования котла рекомендуемая влажность древесного топлива –не более 45%. Оптимальная цифра для влажности – 20%.

Закладка топлива влажностью 50% дает тепла вдвое меньше, чем древесина с влажностью 20%.

Самостоятельная сборка

Сварка постоянным током

Пиролизный котёл – аппарат высокой эффективности. Его можно приобрести в специализированных точках, а можно собрать пиролизный котел своими руками. В этом случае потребуются хорошие знания об его устройстве и спецификах. Ключевыми составляющими являются:

•  отсек сгорания,
•  трубы, отводящие и подающие воды,
•  зона установки дымососа,
•  дырочки для воздуха,
•  каналы для дыма,
•  регуляторы (шиберы),
•  схемы пиролизных котлов.

Для частного строения подойдёт котёл с мощность 40 кВт. Это хватит для отопления двухэтажного дома. Если дом скромный по масштабам, то будут подходящими параметры 25-30 кВт. При создании небольшого аппарата можно хорошо сэкономить и финансы, и время.

•  электродрель,
•  набор электродов,
•  круг для шлифовки, его диаметр – 12,5 см,
•  металлические листы, толщина – 4 мм,
•  профилированные трубы,
•  вентилятор,
•  сварочная техника с постоянным током.
•  болгарка,
•  отрезной круг, его диаметр – 23 см.

Рекомендации по выбору оборудования

Если вы уверены, что сможете постоянно покупать сухие дрова или самостоятельно просушивать их в домашних условиях, то можете смело покупать пиролизный котел. В противном случае следует отдать предпочтение современному оборудованию, топка которого рассчитана на пиролизное и традиционное сжигание топлива. Такое устройство может работать на дровах, влажность которых достигает 35–45%.

Если проблем с топливом нет, обратите внимание на загрузочную камеру. Сюда должны помещаться дрова размером в 55–65 см

В обеих камерах должно иметься покрытие из керамзитобетона. Благодаря ему внутри устройства поддерживается оптимальный температурный режим, что обеспечивает качественное сжигание выбранного топлива и защиту стенок изделия от прогорания.

Подключение твердотопливных котлов

Обозначим некоторые критерии правильной установки и подключения подобных агрегатов

В первую очередь следует акцентировать внимание на устройство пола, где будет устанавливаться твердотопливный котел. Так как котел имеет значительный вес, под него необходимо залить прочный плиточный фундамент с устройством песчаной подушки и армирующего каркаса

При этом минимальная толщина фундамента не должна быть меньше 5 сантиметров. Обязательное условие — это выравнивание установки в горизонтальной плоскости. 

Подсоединение трубы

Так как подобный тип котлов используется в системе с естественной циркуляцией теплоносителя, необходимо провести монтаж всей отопительной схемы профессионально. То есть нужно учитывать диаметр труб, уклон трубопроводов, выставление расширительного бака и радиаторов. Небольшая неточность может привести к перегреву и неэффективной работе не только котла, но и всей отопительной системы в целом.

Обязательное условие — это небольшой перепад температур на магистралях подачи и обратки. Минимальные показатели в этом случае должен быть на подаче +55С, а на обратке +45С. Что касается расширительного бака, то его лучше установить повыше, для чего можно использовать чердачное помещение.

И последнее требование — дымоход должен быть снабжен обратным клапаном из нержавейки и специальным сборником для конденсата, который устанавливается в нижней части. Чтобы очищать дымоходный канал, установите несколько лючков. А чтобы сам дымоход прослужил долго, в не отапливаемых помещениях утеплите его части.

Схемы подключения твердотопливных котлов

Вариант подключения

На практике существует достаточно большое количество вариантов, по которым можно подсоединить этот вид нагревательных агрегатов. Выбирая один из них, необходимо знать принцип работы котла, его достоинства и недостатки.

Честно говоря, очень сложно добиться стабильной температуры при использовании подобных отопительных установок. И если с котлами длительного горения еще что-то и как-то можно отрегулировать, то с классическими конструкциями сделать это практически невозможно. Температура будет все время скакать в пределах 5 градусов. Особенно, если в доме используются двухконтурные схемы. К тому же твердотопливные котлы очень инертны.

Особенности эксплуатации

Модель с вентилятором и контроллером

Что нужно учесть, если в доме организовано отопление твердотопливным котлом? Прежде всего, необходимо отдельное помещение под котельную. Оно должно соответствовать всем нормам и требованиям пожарной безопасности. К примеру, в нем должен быть оконный проем, определенная освещенность, поддув воздуха, наличие всех средств тушения пожара. Отдельно следует отметить наличие складских помещений для топлива. И если дрова можно хранить на улице под навесом, то уголь лучше держать в закрытых помещениях. То есть затраты будут все равно, хотите вы того или нет.

Что касается отдельного помещения. Это может быть не только пристроенная комната или отдельно стоящая постройка. Можно использовать и подвал. Главное — правильно подойти к его строительству, чтобы он соответствовал размерам котельных. И чем больше используемый котел, тем просторнее должно быть помещение для его установки.

Минусы

1. Энергозависимость. Чаще всего такие котлы не могут работать без дымососа. Для принудительной тяги необходима система с генератором. Вентилятор использует электроэнергию в размере не менее 80—100 Вт.
2. Высокая цена. В среднем в 1,5—2 раза дороже других типов.
3. Чувствительность к влажности топлива. Необходима максимальная сухость. Так, при сжигании 1 кг дров с 20% влажностью, сила работы оборудования составит 4 кВт. Если взять 1 кг дров с 50% влажностью, мощность уменьшается в 2 раза и достигает всего 2 кВт.
4. Нестабильная работа агрегата при малых загрузках (ниже 50%), нарастание дёгтя в газоотводе.
5. Большие габариты пиролизного оборудования.
6. Пиролизные котлы исключительно одноконтурные. Чтобы нагреть воду для бытовых потребностей, потребуется отдельный агрегат.
7. Невозможно автоматизировать процесс загрузки топлива — загружается исключительно вручную.

На чем основана работа пиролизного котла

В основе работы любого газогенераторного или, по другому, пиролизного котла лежит явление так называемого пиролиза или сжигания твердого топлива при высокой температуре и недостатке кислорода. В таких условиях происходит не обычный процесс горения, а разложение (тление) сухой древесины или другого вида твердого топлива с выделением горючего пиролизного газа, который в дальнейшем используется для получения тепловой энергии и нагрева жидкого теплоносителя в теплообменнике.

Пиролизный котел

Для того, чтобы принцип работы пиролизного котла, был более понятен, рассмотрим его устройство и схему функционирования основных его узлов.

Принцип работы и основные элементы конструкции пиролизного котла

Основой конструкции таких генераторов тепловой энергии служат две камеры (см. рис). Первая (данном случае — верхняя) имеет большой объем и служит для загрузки топлива, его поджигания, подсушивания, а также, пиролизного сжигания с выделением древесного газа. Для обеспечения этого процесса в нее подается ограниченное количество первичного воздуха. При первоначальном розжиге дроссель (заслонка) дымовой трубы открывается и дымовые газы выходят в нее напрямую, как в обычном твердотопливном котле. После того, как топливо загорится, дроссельную заслонку закрывают и агрегат начинает работать в газогенераторном режиме.

Вторая камера (нижняя) имеет меньший объем и служит для сжигания пиролизного газа, который подается в нее из верхней камеры, с помощью форсунки, расположенной в разделяющем их перекрытии из огнеупорного материала. По каналам в том же огнеупорном перекрытии к форсунке принудительно подается вторичный воздух, который обеспечивает полное сжигание пиролизного газа в нижней камере. С помощью изменения объема подачи воздуха можно регулировать работу котла: скорость сжигания топлива и температуру нагрева теплоносителя.

Хотя в настоящее время, существуют модели, которые могут отличаться формой и устройством, расположением и конструкцией камер сжигания, способом подачи первичного и вторичного воздуха и другими особенностями. Но принцип их работы остается одним и тем же: твердое топливо сжигается в таких условиях, что из него выделяется горючий газ, который потом сжигается в отдельной камере с выделением большого количества тепла.

Нюансы запуска котла и его работы

Настройка шибера

При запуске данного котла стоит учесть его специфики, отличающие его от стандартных твёрдотопливных котлов. Режим генерации газа идёт за счёт двух отделов, в которые внедрены шиберы – особые регуляторы.

Перед работой загрузочный отсек пиролизной модели необходимо прогреть до 500- 800 °С. Это оптимальные показатели в зависимости от разновидности топлива. После чего можно помещать туда твёрдое топливо.

Следующая стадия – настройка шибера в рабочий режим. Далее следует запуск дымососа.

При таком алгоритме действий во время запуска горючее будет сжигаться медленно и без кислорода, газ станет выделяться эффективно, его сгорание чистого желтовато-белого цвета. Так на целые сутки в отапливаемом помещении воцарится стабильная и комфортна температура.

Вопросы с горючим

Бурый уголь

Для пиролизных котлов длительного горения прекрасно подходят разные виды твёрдого горючего. Это и дерево, и торф, и уголь (как бурый, так и чёрный).

Типом горючего характеризуется его время сгорания. Оно таково:

1. Мягкое дерево сгорает за 5 часов (максимум).
2. Твёрдое дерево – за 6 часов.
3. Бурый уголь – 8 часов.
4. Чёрный уголь – 10 часов.

Если обратиться к многочисленным отзывам пользователей, то большинство называют сухие дрова самым эффективным топливом под твердотопливные пиролизные котлы.

Здесь есть свои нюансы. Это параметры дров. Их длина должна быть в диапазоне 45-65 см, а влажность – максимум 20%. Сухие дрова с такими параметрами гарантируют оптимальную мощность аппарата и продлевают его эксплуатационный срок.

Если не удаётся раздобыть качественные дрова, можно применять различное органическое горючее с очень большим количеством летучих фракций

Важное условие здесь – котёл должен поддерживать это топливо. Обычно эти сведения указываются в документах к котлу

И часто подходящими видами становятся:

•  определённые разновидности торфа,
•  отходы из пищевой промышленной сферы, содержащие целлюлозу,
•  каменный уголь,
•  пеллетные и брикетные дрова,
•  древесные отходы

При работе котла обратите внимание, какого цвета пламя от пиролизного газа. Должен быть белый или желтовато-белый цвет

При этом не образуются побочные результаты горения. Такие условия получаются, если вы грамотно распределили траты первого и второго воздушных потоков. А влажность горючего не превосходит 30%. Если этот показатель больше, то при горении получатся большие объёмы водяного пара. Последствия этого таковы:

1. Образуется копоть, дёготь.
2. Снижается уровень выделяемого тепла.
3. В крайних случаях затухает котёл.

Что такое пиролиз

Твердотопливный котел, работающий на угле или на дровах по старой, традиционной схеме – это уже пережиток прошлого. Несмотря на то, что твердое топливо продолжает оставаться относительно доступным, многих смущает невысокая эффективность обогрева жилого помещения, отапливаемого традиционными твердотопливными котлами. Ситуация сегодня в корне изменилась. На рынок отопительной техники пришли пиролизные котлы, экономичные, высокоэффективные и мощные агрегаты. Огромные технологические оборудования этого вида обязаны пиролизу, инновационному процессу сжигания твердого топлива.

Пиролиз представляет собой процесс равномерного распада органических соединений под воздействием высокой температуры. Искусственно ограничив доступ воздуха, можно превратить обычное горение топлива в медленно текущий термический распад органических соединений. В процессе тления органического топлива помимо тепловой энергии выделяется большое количество газообразного горючего вещества. В результате процесса получается древесный газ и древесный уголь. Другое название конечного продукта — кокс, органическое вещество, на 90% состоящее из углерода.

Полученный в результате пиролиза древесный газ является отличным топливом. Попадая во вторичную камеру сгорания, насыщенную кислородом, в процессе горения газообразное вещество выделяет огромное количество тепловой энергии.

Количество золы, оставшейся после сгорания древесного газа незначительно, что существенно облегчает чистку отопительного котла.

Этапы пиролиза

Что бы понять принцип работы пиролизного котла нужно иметь представление, что и зачем происходит на каждом этапе. Твердотопливный котел этого типа имеет две камеры сгорания. В первой камере сгорания осуществляется досушивание древесины. Температура котла в этот момент составляет 450 0С. На этом этапе начинается генерация продуктов горения в газообразное вещество — древесный газ. Смешиваясь с подаваемым с помощью вентилятора разогретым, вторичным воздухом, газообразное вещество горит уже при температуре 560 0С.

На данном этапе экзотермическая реакция набирает силу, создавая в итоге высокую интенсивность горения. Газ поступает во вторую камеру, где уже с помощью подаваемого кислорода горит значительно интенсивнее. Температура во второй камере сгорания составляет 1100 0С.

На каждом этапе из получаемых в результате горения продуктов выжимается максимально возможное количество полезной работы, соответственно КПД котла значительно увеличивается. Для оптимизации работы отопительного котла в рабочем режиме, конструкция пиролизного котла имеет шиберы (задвижки). В чем суть этих приспособлений?

После включения пиролизный котел работает в обычном, печном режиме. При полной загрузке котла топливом с помощью шибера можно выставить наиболее эффективный пиролизный режим горения. В отличие от традиционного горения экзотермической реакцией можно управлять. Такая особенность дала возможность сделать пиролизные котлы автоматизированными нагревательными приборами. Благодаря пиролизу удалось полностью использовать топливные возможности древесины, доведя в результате горения КПД котла до высоких значений. Автоматизация всего процесса минимизирует человеческий фактор, снижает расход топлива.

В плане выбора топлива, пиролизные котлы всеядны. Для отопления жилого дома с помощью твердотопливного котла пиролизного типа подойдут дрова и опилки, брикеты из древесины и торфа, пеллеты.

Что подразумевается под названием пиролиз

Пиролиз – генерирование горючего газа и его последующее сжигание, — происходит во всех твердотопливных котлах, в большей или в меньшей степени. Такой же процесс идет и в обычной печи, — при горении дров или угля, в каком-то месте не хватает кислорода, появляется угарный газ CO, затем он находит недостающий кислород и сгорает, выделяя тепло, превращаясь из яда в обычный углекислый газ – CO2.

В качестве экспериментов еще 1950-х годах была разработана схема котельного оборудования, где сначала топливо тлело при недостатке кислорода, затем полученное СО дожигалось во вторичной камере. Но идеи не были воплощены, как не дающие ни каких преимуществ с весомыми недостатками и дорогостоящие.

Теперь же в рекламках ядовитый угарный газ СО называют – «древесный газ».

Это интересно: Как сделать освещение в ванной комнате своими руками — разбираемся в вопросе