Путеводитель по отоплению

Пиролизные котлы - двойной эффект

Пиролизные котлы - одни из самых мощных отопительных приборов, чьё КПД достигает 90%, а количество отходов сгорания значительно меньше, чем во всех других устройствах.

Приборы, работающие по принципу пиролиза, широко используют при отоплении жилых и промышленных зданий, домов отдыха, школ, магазинов, теплиц и бань. Благодаря своему устройству пиролизные котлы работают на меньшем количестве топлива, чем агрегаты обычной конструкции, а тепла выделяют больше.

Принцип работы и преимущества

Принцип работы пиролизного котла предполагает создание таких условий, когда в топочной камере происходит не горение, а тление топлива. Достигается это с помощью повышения давления и ограничения доступа в прибор кислорода. В результате его действия происходит термическое разложение древесины на золу (отходы), кокс и горючий древесный газ. Последний поступает во вторую камеру топки, где и сжигается, увеличивая выделяемое агрегатом тепло.

По сравнению с прочими видами отопительного оборудования пиролизные котлы обладают следующими преимуществами:

  • Уровень КПД прибора от 90 % и выше. Для сравнения, КПД классических твердотопливных агрегатов составляет, максимум, 80%. Уровень выработки тепла зависит от влажности топлива (не более 20%).
  • Полное сгорание твёрдого топлива при работе.
  • Минимальное количество отходов и оседающей в дымоходном канале сажи.
  • Длительность тления топлива, в зависимости от вида, составляет от 5 до 24 часов.
  • Выбрасываемые в атмосферу вещества безвредны, так как в процессе сжигания древесный газ преобразуется в углекислый и водяные пары.

К не многочисленным недостаткам пиролизных котлов относят большие габариты и зависимость некоторых моделей от электроснабжения.

Конструкция пиролизного котла

Классическое устройство пиролизного котла состоит из следующих элементов:

  • Топочная камера, состоящая из двух частей. В первой непосредственно происходит процесс пиролиза, то есть разложения топлива на твёрдый остаток и газ, который подаётся во второй отсек топки и, смешиваясь с воздухом, усиливает теплоотдачу. Располагаются они одна над другой.
  • Колосниковая решётка, которая разделяет два отсека топочной камеры. Как правило, её изготавливают из чугуна или огнеупорной керамики.
  • Каналы подачи воздуха: первичного (в камеру пиролиза) и вторичного (в камеру сгорания газа).
  • Водный теплообменник и двумя патрубками. Под этим элементом подразумевается слой воды в двойных стенках пиролизного котла.
  • Дымоход, через который отходы сгорания выводятся из помещения.
  • Автоматика контроля за температурой и давлением.
  • Вентилятор для нагнетания в камеру сгорания воздуха и дымосос для вытягивания остатков горения.
Конструкция стандартного пиролизного котла
Рис. 1 Конструкция стандартного пиролизного котла

Поэтапная работа пиролизного котла

Работа отопительного устройства начинается с закладки через дверцу в камеру сгорания (первый отдел топки) топлива. Поленья или брикеты укладываются прямо на колосник и поджигаются любым способом. После этого дверца закрывается, но в топку продолжает поступать воздух через открытый воздушный канал. Это называется - первичная подача воздуха. От уровня силы подачи воздуха в обе части топочной камеры и зависит мощность прибора.

Когда пиролизный котёл выходит на режим, то есть когда пламя охватывает весь объём топлива, воздушный канал перекрывают. Именно с этого момента и начинается пиролиз, когда горит лишь малая часть, но выделяемого тепла хватает для термического разложения оставшегося объёма топлива.

Горячий древесный газ попадает во вторую часть топки (камера дожига или газификации), где смешивается с воздухом, который поступает из вторичного канала подачи воздуха. Из-за контакта с кислородом он вспыхивает и сгорает с выделением большого количества тепла. Во время тления топлива и горения древесного газа и происходит нагрев водяного теплообменника. В зависимости от конструкции пиролизный котел работает как отопительный прибор (водяное отопление) либо как водогрейный.

Далее остатки перегоревшего пиролизного газа естественным путём или при помощи установленного в дымоходном канале вентилятора (дымососа) выводятся из прибора за пределы помещения. Ниже приводится схема работы пиролизного котла, на которой с помощью стрелок показано движение воздуха и тепла. Изменение цвета с голубого на красный подразумевает повышение температуры.

Принцип действия пиролизного котла
Рис. 2 Принцип действия пиролизного котла

Изготовление пиролизного котла своими руками

Одним из самых больших недостатков пиролизных устройств является их высокая стоимость. Даже простейшие модели стоят более 50 000 рублей, что для многих домовладельцев становится непреодолимым препятствием.

Самодельные пиролизные котлы стоят значительно дешевле, но изготовление их сопряжено с некоторыми сложностями. В первую очередь, это необходимость точно следовать конструкторским параметрам.

Ввиду большой сложности работы устройства, не имеющим специального образования людям не стоит заниматься самостоятельными расчетами, а воспользоваться чертежами, находящимися в открытом доступе.

Чертежи самодельных пиролизных котлов

Наиболее популярна схема, которая показывает работу оборудования конструкторов Беляева и Попова, которые несмотря на общие принципы работы обладают определёнными конструктивными различиями.

Схема оборудования позволяет изготовить отопительное устройство мощностью 40 кВт. Размещённый в сети Интернет чертёж содержит все необходимые размеры и адаптирован под лазерную сварку. К тому же классическая схема пиролизного котла работающая по принципу Беляева позволяет знающим людям изменять некоторые параметры схемы (кроме объёма прибора), адаптируя её под конкретную ситуацию. Принцип действия пиролизного котла Беляева предполагает работу пиролиза в самом образцовом его проявлении.

Схема пиролизного котла Беляева
Рис. 3 Схема пиролизного котла Беляева

Котлы конструкции Попова часто называют "термохимические установки" (ТЭУ) и работа их также основана на принципе пиролиза. Они успешно используются не только для отопления, но и для просушки сельскохозяйственной продукции и пиломатериалов на складах и лесопилках. Часто данная схема пиролизного котла используется и как утилизирующие камеры.

Основные конструктивные отличия отопительного устройства по схеме Попова заключаются в следующем:

  • Регулировка теплообменника происходит механическим путём, что позволяет ему работать независимо от системы электроснабжения.
  • Камера дожига (газификации) разделена горизонтальной перегородкой.
  • Отопительный агрегат оснащён 3 регуляторами-воздуховодами. Первый (нижний окислитель), в виде труб малого диаметра, расположены под дверцей закладки топлива и регулирует подачу воздуха в камеру пиролиза. Во время действия агрегата у основания нижних окислителей необходимо укладывать негорючий изолирующий материал (песок, золу и пр.) для предотвращения возможного возгорания от искр.

    Второй (верхний шибер) в котле Попова расположен в патрубке дымохода и предназначается для контроля за скоростью выхода отработанных газов из устройства.

    И, наконец, третий регулятор (внутренний шибер) расположен по центру корпуса прибора и позволяет избежать попадания дыма в помещение. Он имеет небольшой диаметр и выглядит, обычно, как круглое отверстие диаметров 1-2 см, закрытое специальной заслонкой.
  • Вентиляторы и дымососы отсутствуют, так как необходимая тяга обеспечивается высотой дымоходной трубы (не менее 7 м).

Корпус котла конструкции Попова рекомендуется закрывать изолирующим материалом, так как его основное предназначение не отопление, а именно нагрев воды в баке, в которому присоединены трубы патрубков.

Особенность работы пиролизных устройств Попова заключается в том, что после первоначальной закладки небольшого объёма топлива все воздуховоды открыты до тех пор, пока прогорание не пройдёт, минимум, наполовину. После этого следует ещё один заброс максимального количества топлива и закрытие через 5-10 минут всех регуляторов.

Как показывает практика при работе на древесине котлы Попова не требуют повторной закладки топлива в течение 10-12 часов. Периодически (не чаще 1 раза в час) центральный регулятор открывается на непродолжительный срок.

Одной из самых положительных черт пиролизных котлов Попова является возможность использование влажного (до 65%) топлива. Чем выше уровень влажности, чем ниже эффективность действия котла.

Ниже приведена общая схема пиролизного агрегата Попова и технические данные, позволяющие не только определиться с расположением основных элементов, но и рассчитать габариты агрегата в зависимости от желаемой мощности.

Схема пиролизного котла Попова
Рис. 4 Схема пиролизного котла Попова

Материалы и оборудование, необходимые для устройства пиролизного котла

Сложность изготовления пиролизного котла предполагает не только четкое следование чертежу, но и обширный набор материалов и инструментов.

В частности, для сборки обязательно понадобятся:

  • Сварочный аппарат постоянного тока.
  • Электроды.
  • Электрическая дрель и набором свёрл разного диаметра.
  • Болгарка с шлифовальным (125 мм диаметром) и отрезным (230 мм диаметром) кругами.
  • Металлические листы толщиной не менее 4 мм. В случае если металл будет тоньше он быстро выгорит и прибор придёт в негодность.
  • Трубы из нержавеющей или легированной стали диаметром согласно используемому чертежу (от 5 до 50 см).
  • Полосы стали разной ширины и толщины, металлические уголки.
  • Дымоходная труба заданного чертежа диаметра и длиной не менее 4-5 м.
  • Кирпичи и бетонный раствор для устройства фундамента под котлом.

Особенности установки самодельного пиролизного котла

Собранное своими руками отопительное или водогрейное устройство не рекомендуется устанавливать в жилом помещении. Даже при точном действии следования чертежу и использовании высококачественным материалов нельзя гарантировать его полное соответствие требованиям пожарной безопасности.

Пиролизный агрегат имеет приличный вес и потому обязательно устанавливается на кирпичный или бетонный фундамент. Даже при наличии изолирующего слоя расстояние между мебелью, стенами и корпусом прибора должно составлять не менее 20 см.

В помещении, где устанавливается самодельный пиролизный котёл, необходимо организовать дополнительное вентиляционное отверстие общей площадью не менее 100 кв.м. Также перед дверцами топочной камеры должен находиться защитный слой из негорючего материала.

Статьи по теме:
Твердотопливный котел Виадрус (Viadrus)Твердотопливный котел Виадрус (Viadrus)
Твердотопливный котел отопления для частного домаТвердотопливный котел отопления для частного дома
Котел для бани на дровахКотел для бани на дровах