Пиролизные котлы принцип

  • автор:

Содержание

Принцип работы пиролизного твердотопливного котла длительного горения

В данной статье рассмотрим, что такое пиролизные котлы, их недостатки и преимущества.

Пиролизные твердотопливные котлы — схема, принцип работы, достоинства и недостатки

Пиролиз – это химический процесс разложения древесины на древесный уголь и газ, при котором выделяется большое количество энергии в виде тепла. Такой процесс возможен при высокой температуре (200…800°С) и ограниченным содержанием кислорода.

Пиролизные котлы – это котлы, которые предназначены для отопления помещений, основной принцип их работы основан на выделении пиролизного газа и его сжигании, фото 1.

Фото 1. Пиролизные котлы

Топливом для пиролизных котлов могут быть (фото 2.):

Фото 2. Пиролизные котлы используют различное твердое топливо

Наиболее эффективным видом топлива является древесина, которая выделяет максимальное количество пиролизного газа. Для эффективной работы пиролизных котлов следует применять дрова толщиной не менее 70…100 мм. Также в комплексе с дровами можно использовать опилки и пеллеты (до 25%). Только на опилках или измельченных ветках и древесине пиролизные котлы не работают, или работают с очень низким КПД.

Принцип работы пиролизных котлов

Оборудование, которое позволяет получить газ вследствие пиролиза древесины, называется газогенератором. В замкнутой емкости, которая называется реактором или топливная камера помещаются дрова, фото 3.

Дрова поджигают с помощью спичек или других средств (этап 1). Вначале дрова начинают гореть как в обычном котле, а далее при достижении температуры 200…800°С задвижка подачи воздуха в камеру сгорания прикрывается и тогда начинает происходить процесс пиролиза древесины. В процессе разложения происходит выделения древесного газа (пиролизного газа), который отводится с помощью отводной трубы (этап 2). Химический процесс пиролиза происходит с выделением теплоты (экзотермия).

В трубке данные газы конденсируются и подаются в камеру сгорания (дожига), где смешивается с вторичным воздухом и затем сжигаются (этап 3). Температура в котле регулируется автоматически с помощью автозадвижки, которая обеспечивает подачу нужного количества воздуха и пиролизного газа в камеру дожига. В камере дожига температура горения пиролизного газа может достигать 110…1200°С.

Фото 3. Принцип работы пиролизных котлов

При сгорании газа выделяется тепло, которое проходит через теплообменник, нагревая тем самым воду в системе, а продукты сгорания выходят через дымоход (этап 4).

Производители пиролизных котлов заявляют, что КПД таких котлов достигает 85…89%. Тут надо отметить, что такая эффективность использования котла достигается только за счет оптимального качества дров – в этом случае дрова должны быть максимально сухими. Приведем данные для наглядности, как влияет влажность дров на получения количества теплоты (энергии):

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

Высокая влажность дров приводит к интенсивному выделению водяного пара, который перемешиваясь с пиролизным газом уменьшает концентрацию горючего, и тем самым снижает мощность горения.

Еще одной отличительной особенностью таких котлов является взаимодействие пиролизного газа и продуктов сгорания, т.е. с углеродом содержащимся в их составе. Такое взаимодействие значительно обезвреживает выброс вредных веществ.

Температура воды обратной трубы, которая поступает в котел должна быть не меньше 50…60°С. Снижение температуры воды, которая поступает в котел приводит к образованию конденсата на оборудовании котла и интенсивному процессу коррозии, что снижает долговечность эксплуатации котла, изготовленного из стали. Внутренняя толщина стальных стенок котла должна быть не менее 4…5 мм.

Конструкция твёрдотопливных пиролизных котлов

В наше время производят очень большое количество пиролизных котлов различной конструкции, но принцип действия их одинаковый, и основные узлы и детали содержатся в каждом из видов такого котла, фото 4.

Фото 4. Примеры конструкции пиролизных котлов длительного горения

Твердотопливный пиролизный котел состоит из двух основных камер:

  • топки загрузки (газогенераторная камера);
  • топки сгорания (камера сгорания газа).

В топке загрузки происходит процесс пиролиза дров. В топке сгорания происходит горение газа, который выделился из древесины вследствие пиролиза.

В зависимости от места расположения камеры сгорания различают котлы с:

  • нижней топкой;
  • верхней топкой.

Наиболее распространенные котлы с верхней топкой сгорания.

Рассмотрим кратко основные достоинства и недостатки котлов с нижней и верхней топкой (камерой сгорания):

Достоинства и недостатки котлов с нижней и верхней топкой

Пиролизные котлы в зависимости от типа тяги разделяются на:

  • с естественной тягой;
  • с принудительной тягой.

Естественная тяга обеспечивается за счет длинного (высокого) дымохода. Котел с принудительной тягой оборудован вентилятором или дымососом, которые работают от электрической сети переменного тока напряжением 220 В. Котел с принудительной вентиляцией более эффективный, но зависит от наличия электричества.

Теперь рассмотрим кратко недостатки и преимущества котлов с принудительной и естественной тягой:

Недостатки и преимущества котлов с принудительной и естественной тягой

Пиролизные котлы длительного горения дорогой комплектации оборудованы программатором, с помощью которого выставляется требуемый режим отопления. Автоматизация процесса горения заключается в регулировании работы циркуляционного насоса и вытяжного вентилятора.

Корпус котла изготовлен из стали или чугуна. Чугунные котлы (например «DAMAT PYRO») более надежные и долговечные, потому что не так быстро прогорают и подвергаются коррозии.

Достоинства:
  • получение дополнительного тепла из-за сгорания газа, который выделяется при пиролизе древесины. При сгорании дров выделяется значительно меньше тепловой энергии, чем при сгорании пиролизного газа. Для горения газа затрачивается меньшее количество воздуха, чем при сжигании дров в обычном котле;
  • при сжигании не образуется сажа или образуется в очень малом количестве. Пиролизные котлы вследствие сгорания древесины и других видов топлива выделяют в 3 раза меньше вредных веществ и компонентов, чем традиционные твердотопливные котлы;
  • дрова сжигаются полностью, что означает получения очень маленького количества пепла в виде пыли по сравнению с обычным сгоранием дров;
  • высокое значение КПД (до 85…89%);
  • длительная работа котла (время между загрузками составляет 8…12 часов и более) и зависит от температуры окружающей среды, размера жилой площади, мощности и конструкции котла;
  • возможность регулировки мощности котла, в приделах 30…100%. Процессом сгорания пиролизного газа легче управлять, чем процессом сжигании дров или другого вида топлива в обычном котле;
  • в некоторых модификациях таких котлов можно сжигать резину и полимерные изделия с минимальным выбросом в атмосферу вредных веществ и соединений.
Недостатки:
  • зависимость от электричества. Вентилятор потребляет энергию в размере 80…100 Вт. Для обеспечения бесперебойной и надежной работы пиролизного котла с принудительной тягой применяют систему оборудованной генератором невысокой мощности;
  • большие габариты котлов;
  • высокое требование к влажности дров;
  • пиролизные котлы производятся только одноконтурными. Для обогрева воды следует дополнительно устанавливать отдельно стоящее оборудование;
  • высокая стоимость котла (примерно, в 1,5…2 раза выше стоимости традиционных котлов).

На рынке пиролизные котлы представлены такими фирмами-производителями: отечественные «Мотор Сич», «Буржуй-К», «Стс» и иностранные VIESSMANN, DAKON, ATMOS, OPOP, OLYMP и др.

Публикацию подготовил – эксперт GIDproekt

Конев Александр Анатольевич

Пиролизные котлы длительного горения являются прекрасным альтернативным источником энергии в частных домах в условиях частых перебоев газоснабжения. Дрова являются древнейшим видом топлива, которым человек обогревает свои жилища на протяжении тысячелетий.

Твердотопливный котел отопления: виды, преимущества, применение () Пиролизные котлы длительного горения — современная альтернатива газовому отоплению в частном доме.

Пиролизные котлы — одна из разновидностей котлов длительного горения. Поэтапное разделение процесса горения повышает эффективность и продлевает время работы газогенератора. Топку пиролизного котла разделяет специальная форсунка. В первом отсеке, под действием высоких температур, закладка дров выделяет горючий газ. Второй служит для дожига продуктов разложения древесины. В зольнике образуется минимальное количество золы, а дымоход не обрастает отложениями сажи.

Газогенераторные установки предназначены для систем отопления жилых домов, площадь которых больше 100 м².

Цена пиролизных котлов длительного горения с водяным контуром:

Марка Цена, рублей
Твердотопливный пиролизный котел МС-16 (Россия) 132000
Стальной пиролизный котел Buderus Logano S171-22 W (Чехия) 202250
Твердотопливный пиролизный котел Буржуй — К СТАНДАРТ-20 (Россия) 49800
Газогенераторный котел КО12 (Россия) 52494

Пиролизные дровяные котлы работают до двух суток на одной загрузке топлива. Стоимость продукта зависит от марки производителя, мощности и степени оснащения агрегата автоматикой.

Что такое пиролиз и какова его эффективность

Средневековые европейцы в результате долгих веков сжигания дров установили, что эту энергию можно использовать более рационально, если в печи класть не дрова, а древесный уголь. Производили его путем сжигания обычных дров без достаточного доступа кислорода. Для этого копали специальные ямы в земле, где и происходил весь этот процесс, в последствии названный пиролизом.

Некоторые виды пиролизных котлов длительного горения.

Такие ямы прекрасно справлялись с задачей получения древесного угля, но та энергия, которая выделялась в ходе этих процессов, тратилась без какой-либо пользы. Стоит сказать, что количество, выделяемой энергии было очень приличное. Поэтому современные технологии не обошли стороной такой подарок природы. Были созданы пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром, которые смогли обуздать это тепло, используемое ранее впустую. Сегодня их с успехом используют, не только как вспомогательные источники отопления, но и как основные. Это и не удивительно, ведь кроме обычных дров, в них можно загружать и другое, более современное и эффективное топливо на древесной основе.

Пиролизный котёл длительного горения с водяным контуром — вид в разрезе.

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.

Преимущества и недостатки котлов на пиролизном газе

Пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром ценят за их преимущества перед печами с прямым горением. Можно перечислить некоторые из них:

  • полное сгорание топлива без накопления сажи. Кроме экономии дров это свойство несет гораздо большую пользу. Полное сгорание означает, что в качестве отходов выделяется лишь углекислота и обыкновенная вода. Ни то, ни другое не представляет большого вреда для людей и природы в целом. Этого нельзя сказать о частичном сгорании дров. Вредные токсичные вещества, образующиеся при неполном распаде органики, попадают в атмосферу, вызывая нежелательные последствия, не говоря уже о зловонном едком дыме;

Для увеличения эффективности пиролизного котла используйте только сухие дрова.

  • благодаря полному сгоранию, в газогенераторах можно использовать любое органическое твердое топливо. По сути им может быть любая органика, способная к активной реакции окисления, то есть горению. Такие котлы можно устанавливать на швейных и кожевенных фабриках, на предприятиях деревопереработки, сельхозпредприятиях. Этим полностью решается проблема утилизации отходов;
  • высокая экономия средств на топливо, так как пиролизные котлы длительного горения с водяным контуромимеют такое названия по причине того, что от одной дровяной закладки рабочий процесс может продолжаться не менее 12 часов. Простая печь или котел, максимум способны гореть 4 часа;

Схема подключения твердотопливного котла к системе отопления дома.

  • полностью решен вопрос регулировки процесса горения и нагревания теплоносителя. По причине того, что в рабочей камере сгорает газообразное топливо, его поток легко регулируется, так же, как и интенсивность горения. Это позволяет полностью автоматизировать работу котла, не хуже, чем электрического или газового.

Есть у пиролизных котлов длительного горения и недостатки, о которых следует осведомиться, при приобретении этой техники:

  • стоимость газогенераторов намного выше, чем у других видов теплотехники. Однако это со временем окупается, благодаря экономии топлива;

Автоматизированная котельная в современном частном доме.

  • топливо должна быть идеально сухим. Уже 20%-я влажность является серьезным препятствием для горения. Котел просто престанет работать после ограничения доступа воздуха;
  • в связи с тем, что в конструкции практически всех моделей предусмотрено использование вентиляторов для нагнетания воздуха, то для их работы требуется наличие электроэнергии, что не позволяет использовать эту технику на дачах, не имеющих электроснабжения.

На заметку! Отзывы владельцев пиролизных котлов длительного горения говорят о том, что иногда они останавливаются из-за того, что вода из обратной трубы системы попадает в контур котла сильно остывшей. Чтобы этого избежать, надо впаять в систему обходной контур из трубы подачи. Здесь используется обычный трехходовой клапан. Тогда горячая вода смешается с охлажденной, котел не будет отключаться. Схематическое изображение пиролизного котла с водяным контуром.

Отзывы владельцев пиролизных котлов длительного горения

Если задаться вопросом, то можно найти на форумах и в блогах множество отзывов владельцев пиролизных котлов длительного горения. Вот некоторые из них:

Сергей Васильев, г.Омск: В прошлом году поставил газогенератор у себя на даче. Рядом лесопилка, где всегда огромное количество опилок коры и сучков. Бери – не хочу. Теперь не нарадуюсь. На топливо совсем не трачусь. Привез телегу отходов, которые взял бесплатно. Не знаю, когда и израсходую. Николай Павлов, г.Тверь: Недавно приобрел твердотопливный котел, друг посоветовал. Поначалу не понимал, зачем я это сделал, где брать и хранить дрова. А потом узнал, что можно пользоваться пеллетными гранулами. Купил несколько мешков. Топлю – горя не знаю. Ольга Мейзер, п.Голышманово, Тюменской обл: Мой муж привез недавно чудо-печь, которая работает на обычных дровах. Я его долго ругала. Говорила, что у нас газопровод и газовый котел. Зачем нам еще эта печка. Он сказал, что я все пойму позже и подключил это устройство к системе, оставив и газ. Однажды в поселке произошел обрыв газопровода. Рабочие три дня исправляли аварию. Соседи скупили все электронагреватели, а мой муж только пожал плечами и растопил свою печь. Теперь я поняла, что была не права. Схема самодельного пиролизного котла для отопления дачи или гаража.

Отзывы владельцев пиролизных котлов длительного горения раскрывают все положительные качества устройства. Использовать этот прибор действительно можно с большой пользой для себя. Являясь альтернативным источником тепла, он может полностью решить проблему временного отсутствия газа. Для тех же, у кого имеется возможность пользоваться отходами различного производства, это просто находка.

Где установить пиролизный котел длительного горения

Как правило пиролизные агрегаты устанавливают для отопления домов большой площади. Их располагают в отдельном специально приспособленном, защищенном от возгораний, помещении. Котельную оборудуют системой приточной вентиляции. Агрегат должен быть удален от стен на расстояние не менее 20 см.

Нормативное значение веса для самодельных котлов длительного горения на дровах — 250 кг/м². Соблюдение условия допускает установку агрегата на ровной устойчивой поверхности без фундамента. Площадь места установки выносят за проекцию корпуса агрегата на 15 см (перед топочной дверцей 30 см).

Устройство стального твердотопливного котла Buderus Logano.

Пол застилают асбестом или базальтовым картоном, (толщина 4÷6 мм). Сверху кладут лист оцинкованного кровельного железа (толщина 2 мм). Прямой контакт пола с корпусом исключают опорные конструкции — ножки котла.

Поверхность дымохода обязательно покрывают теплоизоляцией. Утепление предотвратит резкий перепад температур и образование конденсата в дымоходе. Толщина слоя утеплителя зависит от температуры уходящих дымовых газов. Желательно использовать сэндвич-трубу из нержавеющей стали, стойкой к агрессивной среде. При отсутствии естественной тяги устанавливают дымосос.

Пиролизные котлы длительного горения — экологичны и энергоэффективны благодаря полному сгоранию твёрдого топлива.

Эстетика кустарного производства уступает дизайну заводских моделей, но самостоятельно собранный агрегат отвечает требованиям конкретной системы отопления. Не стоит забывать, что изготовление по готовым чертежам (видео) своими руками котла длительного горения, снизит затраты на его обустройство как минимум в 2 раза.

Видео: принцип работы твердотопливного поролизного котла длительного горения

Принцип работы твердотопливного пиролизного котла длительного горения «Траян»
Твердотопливный пиролизный котел на дровах.

Принцип работы твердотопливных пиролизных котлов

Традиционные твердотопливные котлы отопления отличаются своей простотой. В их конструкции нет практически ничего, кроме топки, дверок, термометра и теплообменника. Данная простота приводит к низкому КПД и быстрому сгоранию дров. Поэтому в этом обзоре мы будем рассматривать принцип работы пиролизного котла – он более сложен конструкционно, но у него более высокий КПД. А еще этот агрегат порадует длительным горением от одной закладки дров. Как это реализуется – расскажет наш обзор.

Принцип работы традиционных котлов

Работа пиролизного котла не отличается особой сложностью. Но для того чтобы можно было понять все преимущества пиролизной схемы, следует немного поговорить про традиционную схему. Она предусматривает прямое сгорание дров в топке отопительного агрегата. Выделяемое тепло отправляется через теплообменник в систему отопления. Еще дикая часть тепла улетает в дымоходную трубу, отправляясь в атмосферу.

Простота принципа работы традиционного котла позволяет не заморачиваться с усложнением его конструкции. Тут всего два важных узла – это топка тех или иных размеров, а также теплообменник, изготовленный из стали или чугуна. Никаких систем автоматики здесь нет, а регулировка температуры осуществляется путем открытия или закрытия дверцы поддувала. Нужный режим работы контролируется с помощью термометра. В отличие от пиролизных котлов, интенсивность горения регулируется в минимальных пределах.

Давайте посмотрим, в чем заключаются недостатки схемы прямого сгорания древесного топлива:

  • Слишком быстрое сгорание, почти неконтролируемое – не позволяет выставить нужный режим работы;
  • Нельзя подключить следящую электронику – все операции по регулировке интенсивности горения придется проделывать самостоятельно, с помощью заслонки;
  • Пониженный КПД – принцип работы классических котлов, в отличие от пиролизных, подразумевает удаление большого количества тепла в атмосферу. Одновременно с этим отмечается пониженная теплотворная способность дров при их естественном горении;
  • Нужно постоянно подбрасывать все новые порции дров – особенно если агрегат не оснащен большой топочной камерой.

Но есть и неоспоримые преимущества:

Разнообразие возможных видов топлива для твердотопливных пиролизных котлов поражает воображение: дрова, брикеты, опилки, измельченные ветки, пеллеты, кокс, уголь, торф.

  • Энергонезависимость – в отличие от пиролизных котлов, принцип действия традиционных агрегатов не предусматривает подключения к электросети;
  • Предельная простота конструкции – единственное, что может тут сломаться, это теплообменник. Но поломки можно избежать, если выбрать котел с теплообменником из чугуна;
  • Нетребовательность к дровам – если в топке уже горит порция древесины, в нее можно докинуть даже полусырые поленья. Не имеет особого значения и сорт древесины;
  • Доступная стоимость – пиролизные котлы, о принципе работы которых мы будем рассказывать в данном обзоре, стоят существенно дороже.

Таким образом, даже у самого несовершенного оборудования можно отыскать те или иные недостатки.

Традиционные котлы, в отличие от большинства пиролизных, оптимальны для обогрева загородных домов, не подключенных к электрическим сетям.

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.

Немного химии и физики

Интересны и физико-химические процессы, происходящие в пиролизных котлах. Принцип работы традиционных агрегатов заключается в прямом сгорании, когда пламя играет прямо на поверхности дров. Здесь же все происходит по-другому. Горение в основной топке происходит примерно при +400-500 градусах, что на порядок меньше, чем в традиционных агрегатах. Отправляясь в камеру дожигания, продукты пиролиза сгорают при температуре до +1100-1200 градусов.

Максимальная температура наблюдается на самом конце факела, минимальная температура – у его основания.

Дутьевой вентилятор позволяет нагнетать пламя пиролизных газов до очень высоких температур. Вместо него порой используют поддувало, но эффективность подобного решения оставляет желать лучшего.

Еще одно интересное отличие в принципах работы заключается в температуре выхлопных газов. В традиционных отопительных агрегатах она составляет +300-400 градусов. В пиролизных агрегатах она составляет +140-160 градусов – чуть выше, чем в газовых агрегатах. А это означает, что подавляющая часть тепла ушла в отопительную систему, а не отправилась в атмосферу.

Продукты пиролиза в пиролизных котлах создаются в бедной кислородом среде – как и в той стеклянной трубке на уроках физики. Тяга может быть искусственной, как в примере выше, так и естественной, как это реализовано в энергонезависимых пиролизных котлах. В остальном принцип действия одинаков. Попадая в камеру дожигания, газы сгорают с образованием высокотемпературного пламени. Причем сгорание довольно глубокое, с минимальным выделением вредных оксидов углерода и азота.

В продаже существует огромное количество пиролизных котлов, отличающихся по своей конструкции. Но принцип работы у них одинаковый.

Обеспечение длительного горения

Принцип работы пиролизного котла длительного горения прост, как спичечный коробок. Все дело в том, что подобные котлы изначально оснащаются внушительными камерами сгорания. Сюда помещается большое количество древесного топлива. Поэтому горение здесь очень длительное – одной закладки в некоторых агрегатах хватает на 10-12 часов. Заложив утром дрова, можно целый день заниматься своими делами, а не заглядывать каждые 5 минут в топку. То же самое и вечером – загружаем дрова и отправляемся спать.

Длительное горение обеспечивается и самим принципом работы пиролизных котлов, а точнее, самой реакцией пиролиза. Большие топки присутствуют и в традиционных отопительных агрегатах, но пиролиз позволяет еще больше замедлить процесс горения. Причем не просто замедлить, но и обеспечить дополнительный забор тепла. А в особо мощных агрегатах тепло затрачивается и на дополнительный охлаждающий контур – поступающая отсюда теплая вода может использоваться для любых хозяйственных нужд.

Достоинства и недостатки пиролизных котлов

Теперь вы знаете, в чем заключается принцип работы пиролизного котла. Фактически это газогенераторная установка, дающая большое количество тепловой энергии. Если сравнивать теплотворность древесины в прямом сгорании и в пиролизном, то во втором случае она на 10-15% выше. Благодаря этому снижаются расходы на топливо. Давайте рассмотрим основные достоинства пиролизных печей, вытекающие из их принципа работы:

В зависимости от конструктивных особенностей камера дожига может располагаться как под, так и над топкой загрузки топлива. В плане производительности оба варианта практически равнозначны.

  • Экономичность – возможность экономить топливо очень важна, ведь полный грузовик дров стоит довольно дорого;
  • Повышенное тепловыделение – принцип работы пиролизных котлов позволяет извлечь из килограмма поленьев больше энергии, чем при их прямом сгорании;
  • Длительная работа от одной закладки дров – позволит спокойно заниматься домашней работой, а не сидеть у пиролизного котла, чтобы заложить в его ненасытную топку очередную порцию поленьев;
  • Экологическая чистота – благодаря горению при максимальной температуре, снижается количество вредных выбросов в атмосферу;
  • Возможность регулировки интенсивности горения в довольно больших пределах – обеспечивает более точный температурный контроль;
  • Легкость в обслуживании – пиролизные котлы снабжаются дверками для доступа в камеры сгорания и дожигания, а также для доступа к зольнику;
  • Повышенный КПД – для некоторых моделей он составляет до 90%. Такой показатель характерен разве что для газовых агрегатов, да и то не для всех;
  • Возможность обогрева зданий большой площади – для этого выпускаются пиролизные котлы повышенной мощности. По своему принципу работы они мало чем отличаются от своих маломощных собратьев.

К сожалению, не обошлось и без недостатков:

  • Внушительные размеры – даже самые маломощные пиролизные котлы отличаются своими габаритами. В них большие теплообменники и сразу две камеры сгорания + зольник. Кроме того, в оборудовании нередко присутствуют водяные рубашки, служащие для их охлаждения – их толщина составляет до нескольких сантиметров;
  • Повышенные требования к дровам – при использовании сырых дров генерация продуктов пиролиза может быть затруднена. Поэтому поленья для пиролизных котлов должны храниться в сухом месте, иначе работа оборудования будет отличаться низкой стабильностью – пары воды помешают нормальному протеканию реакции пиролиза;
  • Высокая стоимость – даже при самостоятельной сборке затраты будут высокими, ведь для этого потребуется хорошее листовое железо. Стоимость заводских образцов составляет от 50-60 тыс. рублей и выше, в зависимости от мощности;
  • Отдельные модели требуют подключения к электросети – их принцип работы заключается в использовании электронного управляющего модуля, который управляет работой дутьевого вентилятора. Для обогрева зданий без электрификации используются пиролизные котлы с механическим управлением – они обладают все тем же принципом работы.

Больше всего потребителей смущает высокая стоимость оборудования. Но если хочется ощутить экономию на топливе и обеспечить хороший температурный контроль при работе на дровах, следует приобрести пиролизный котел.

Сжигание топлива в классических твердотопливных котлах – это хорошая альтернатива применению для отопления дома традиционных энергоносителей, таких как природный газ или электричество. Но данные устройства не полностью используют энергию горения дров. При работе обычного котла выделяющийся при высокой температуре из топлива газ просто уходит наружу вместе с продуктами горения. Принцип работы пиролизного котла позволяет использовать этот газ, тем самым увеличивая КПД агрегата и длительность интервала между загрузками топлива. Такие аппараты еще называют газогенераторными.

Пиролизный котел в разрезе

Из чего состоит газогенераторная установка?

Главное отличие от классического котла на дровах – наличие дополнительной камеры сгорания, в которой происходит дожигание выделяющегося газа, а в первичной топке он генерируется из дров при недостаточном количестве кислорода. Компоновка камер и устройство пиролизного котла может быть различным, топка может находиться как снизу, так и сверху, принцип действия это не меняет. Традиционно она располагается снизу, над зольником, в который для удобства очистки помещают выдвижной ящик. Крышка зольника откидывается вверх и в рабочем режиме служит для регулировки количества воздуха, поступающего в топку. Это реализовано с помощью цепного привода, который натягивается или отпускается термостатом. Последний установлен в верхней части котла.

Принцип работы пиролизного котла

Все основные элементы и детали установки можно увидеть, изучив подробный чертеж пиролизного котла. Главная топка снабжена дверцей для загрузки дров и в процессе работы плотно закрыта. Над ней устроена вторичная камера сгорания, в которой расположены устройства подачи воздуха. Они могут иметь различную конфигурацию в аппаратах разных производителей, но задача их одинакова: подавать в камеру дожигания подогретый воздух через множество отверстий определенного диаметра. Нагрев воздуха происходит по пути от дверцы зольника до распределителей.

Конструкция пиролизного котла предусматривает возможность очистки верхней камеры дожигания, для этого она оборудована специальной дверцей. Пространства обеих камер сообщаются между собой каналом, по которому поднимаются газы для сжигания. Внешней оболочкой корпуса является водяная рубашка, нагреваемая обеими топками. Для подачи теплоносителя в систему отопления в нее врезаны патрубки с резьбой. Контроль температуры воды и давления осуществляется по приборам, установленным на фронтальной панели.

Дымоход для пиролизного котла ничем не отличается по своему устройству от труб для выброса продуктов горения классических агрегатов. Одно из требований – достаточная тяга для работы котла. Наиболее простая конструкция агрегата не предусматривает установку дутьевого вентилятора, поэтому горение идет за счет естественной тяги. Второе требование — это чтобы часть трубы, находящаяся на улице, была утеплена. Причина – низкая температура дымовых газов (до 150 ⁰С), поэтому очень высока вероятность выпадения на ней конденсата и быстрого разрушения материала трубы.

Описание схемы работы пиролизных котлов

Полное представление о работе агрегата может дать принципиальная схема пиролизного котла. Вначале главная топка загружается топливом и разжигается. При этом заслонка зольника максимально открыта. После того как дрова разгорятся, дверца начинает прикрываться, процесс горения замедляется и переходит в тление. Тогда и начинается интенсивное выделение древесного газа, который поднимается и попадает во вторичную камеру дожигания. Туда же через множество калиброванных отверстий подается нагретый воздух. Последний попадает в канал из того же проема под крышкой зольника и по дороге получает тепло от горячей стенки топки.

Принципиальная схема котла

Весь технологический процесс протекает благодаря естественной тяге, создаваемой дымоходом, поэтому скорости движения воздуха и дымовых газов в каналах невелики. Схема работы пиролизного котла заключается в том, что во вторичной камере нагретый воздух вступает в термохимическую реакцию с древесными газами и воспламеняет их. В результате сгорают не только газы, но и мелкие летучие частицы, благодаря чему дым из трубы практически незаметен. В действительности пиролизное сжигание топлива более экологично, нежели традиционное, поскольку продукты сгорания от него содержат гораздо меньше оксидов углерода и азота, а также частиц золы.

Дрова, находящиеся в топке, горят медленнее чем обычно, поэтому одной загрузки может хватить на 10–12 часов работы, в зависимости от мощности газогенераторной установки и влажности дров. Настройка пиролизного котла заключается в ограничении подачи воздуха для горения. Слишком малое его количество не позволит начаться термохимическому процессу во вторичной топке, а слишком большое вызовет неполное сгорание газов и понижение КПД агрегата. Для аппарата, работающего на естественной тяге, потребуется настройка расхода воздуха в каждом индивидуальном случае, так как высота и диаметр дымоходной трубы может очень различаться. Соответственно, сила тяги будет разной. В некоторых случаях ее следует увеличить путем поднятия трубы на большую высоту.

Если цепной привод крышки зольника снабжен термостатическим регулятором, то настройка аппарата сводится к установке желаемой температуры теплоносителя. Термоэлемент, встроенный в водяную рубашку газогенераторной установки, воздействует на привод цепи в зависимости от температуры воды и сам прикрывает или открывает заслонку, регулируя интенсивность горения.

Сравнение пиролизного и твердотопливного котла

Для создания искусственной тяги, которая не будет зависеть от параметров дымохода, котлы пиролизного типа дополнительно снабжаются дутьевым вентилятором и комплектом автоматики, регулирующим его работу. Если обычный агрегат может работать с КПД порядка 85–90%, то дутьевая машина помогает его развивать до 93%. Здесь есть недостаток — зависимость от внешних источников энергии.

Достоинства и недостатки

Источники тепла данного типа обладают многими преимуществами:

  • Принцип действия и работа пиролизных котлов позволяет достигать отличных показателей эффективности при сжигании твердого топлива – 90–93% КПД.
  • Процесс более экологичен, в атмосферу выбрасывается гораздо меньше вредных веществ.
  • Интервал между загрузками топлива не меньше, чем у агрегатов длительного горения – 12 часов, работать кочегаром придётся не чаще 2 раз в сутки.
  • Обслуживание и чистка установки не представляют проблемы, ко всему внутреннему пространству есть доступ, а многие аппараты оборудованы выдвижным ящиком зольника. Принцип действия пиролизного котла практически безотходный, золы и пепла остается очень мало, поэтому операцию выполнять надо нечасто.
  • Экономичность. Ориентировочно расход топлива на 100 м² помещения при его высоте до 3 м составляет 10 кг в сутки.
  • Установки, работающие на естественной тяге, не зависят от наличия электричества в сети.

Как и любой другой аппарат, работающий на твердом топливе, пиролизный котел отопления нуждается в защите от закипания теплоносителя внутри водяной рубашки. Это может привести к разрыву оболочек и дорогостоящему ремонту. По этой причине производители ставят на свои изделия дополнительные водяные ТЭНы охлаждения, которые одновременно могут служить источником горячей воды для хозяйственных нужд.

Из недостатков агрегатов пиролизного типа можно выделить следующие:

  • Требуется топливо с невысоким содержанием влаги, влажность дров не должна превышать 25%. Процесс интенсивного выделения газов для дожигания сильно затруднен, если дрова откровенно сырые. Это негативно влияет на работу пиролизного котла, снижая его КПД.
  • Практика эксплуатации показывает, что на стенках первичной камеры со временем появляются отложения дегтя и смол, поскольку температура в ней относительно невысокая, а в качестве топлива чаще всего берут березу или древесину хвойных пород. Этот налет надо периодически удалять, он затрудняет передачу тепла водяной рубашке.
  • Стоимость выше, чем у классического твердотопливного котла. Это оправдано, ведь технология процесса более прогрессивная и дает высокие показатели, которые позволят экономить при эксплуатации.

При выборе источника тепла для дома лучше ориентироваться на изделия средней ценовой категории, сильно экономить в этом вопросе не стоит. Ведь от того, как работает пиролизный котел, зависит комфорт и тепло вашего дома.

Эффективность увеличена в разы! Пиролизный котел: что это такое, принципы его работы

Принципы пиролиза для отопления

Пиролиз широко применяют в разных отраслях промышленности. Востребован этот химический процесс и для обогрева жилых площадей.

Пиролиз происходит при любом виде твёрдого сырья:

  • Дрова.
  • Мелкие ветви или древесные опилки.
  • Брикеты.
  • Торф.
  • Бурый уголь.
  • Пеллеты.
  • Кокс.

Однако наиболее эффективно пиролизный агрегат работает на топливе с повышенным уровнем выхода летучих веществ — на древесине толщиной 80—100 мм. Вместе с ними используют пеллеты или древесные отходы.

Внимание! Использовать только опилки или пеллеты нецелесообразно — с ними котел не вырабатывает тепло или же его КПД снижается до минимума.

Пиролизный котел: что это значит, его устройство

Конструкция пиролизного котла выглядит следующим образом:

  1. Дымоход.
  2. Блок управления.
  3. Загрузочный бункер.
  4. Форсунка.
  5. Камера сгорания.
  6. Теплообменник.

Отопительный котёл на основе пиролиза представляет собой двухкамерный агрегат — в этом его особенность. Главная химическая реакция в этих камерах:

  1. Камера загрузки или газифицирующая камера. Здесь происходит предварительное термическое разложение сырья. Органика под воздействием высоких температур превращается в горючий газ. Для поддержания тления в камеру направляется первичный воздух. Горение при температуре 300—800 °C.

Фото 1. Камера загрузки топлива в пиролизном котле. Внутренняя отделка выполнена шамотным кирпичом.

  1. Камера сгорания. После тления выделенный воздух и газ попадают сюда. Здесь образовавшийся газ горит, как обычный природный. Температура в среднем 1200 °C. Именно на этом этапе выделяется очень много тепла, необходимого для отопления. В то же время происходит сильное аэродинамическое сопротивление, поэтому необходима принудительная тяга, роль которой выполняет дымосос.

Два пространства между камерами разделяет колосник, в который загружается топливо. Там оно поджигается и запускается дымосос. Колосник препятствует выходу тепла из верхней камеры загрузки и обеспечивает лёгкий поток первичного воздуха.

Пиролизные топки оснащены переключателями тяги, которые разжигают топливо. Таким образом, в начале розжига котёл функционирует как устройство прямого горения, а после закрытия задвижки переключается на пиролиз.

Виды пиролизных устройств, характеристики

Котлы на основе пиролиза различаются по своему строению. Так, существуют:

  • Камера дожига сверху. Встречается редко. Преимущества конструкции в том, что дымовой газ беспрепятственно проходит в камеру дожига, а после догорания сразу попадает в дымоход для дальнейшего охлаждения. Среди минусов — расположение дымовой системы неэкономичное, так как изначально требуется больше расходного материала для изготовления подобной конструкции.

Фото 2. Пиролизный котел с нижней камерой дожига. Стрелками указаны составные части устройства.

  • Камера дожига снизу. Самый распространённый и наиболее комфортный тип конструкции. Пользователю удобно закладывать дрова, так как камера находится не на полу. А также камера имеет прямой выход в нижний дымоотвод, а оттуда — в дымоход. Однако подобная конструкция имеет также свои недостатки. Так, из загрузочного отсека зола засоряет вторую камеру, поэтому её чаще чистят. Кроме того, нужно обеспечивать усиленную тягу, чтобы дым продвигался вниз.

А также пиролизные котлы различаются по типу используемой тяги:

  1. Естественная тяга. Нет необходимости в электрике. Однако для эксплуатации нужен довольно высокий дымоход с мощной естественной тягой, что будет стоить дорого.
  2. Принудительный наддув и тяга. Котёл становится энергозависимым, впрочем, повышается скорость выхода на режим. Такой агрегат оснащается вентиляторами и дымососами, которыми управляет автоматика — полностью пропадает зависимость от погодных условий и повышается эффективность горения. Этот тип топки может работать с максимальным уровнем КПД на протяжении 4—5 часов, а это на 20% больше, чем у котла с естественной тягой.

По способу отопления выделяют два типа пиролизных устройств:

  • Для водяного отопления. В качестве теплоносителя выступает вода, которая нагревается в теплообменнике, затем разливается по трубам в радиаторы. Температура поддерживается за счёт постоянной циркуляции.
  • Для воздушного отопления. В бытовых условиях используется значительно реже. Зачастую применяют для обогрева хозяйственных построек или на производствах. Тепловая энергия распределяется в помещении с помощью тёплых воздушных масс. Они прогреваются в результате сгорания сырья. Тепло распределяется посредством алюминиевых труб и нагнетателей. Такая система управляется автоматикой, поэтому владелец с лёгкостью может настроить её в соответствии со своими потребностями.

Как выбрать такой прибор

При выборе агрегата на основе пиролиза обращают внимание на его ключевые характеристики:

Качество корпуса. Раньше корпус топки изготавливали преимущественно из чугуна.

Теперь производители выпускают цельносварной корпус из листового материала.

Главное здесь — его толщина.

Она зависит от мощности котла:

  • 15—65 кВт: внутренние конструкции 5 мм, наружные — 4 мм;
  • 75—110 кВт: внутренние — 6 мм, внешние — 5 мм;
  • 135—195 кВт: внутри — 8 мм, снаружи — 6 мм;
  • 200 кВт и более: внутренние составляющие — 10 мм, наружные — 8 мм.

Мощность. Этот показатель зависит от отапливаемой площади. Существует множество методик определения мощности. Самый простой и оптимальный среди них — брать за основу 1 кВт на 10 квадратных метров отапливаемой площади.

Специалисты рекомендуют агрегат с 10% запасом мощности. Так, для помещения на 120 метров квадратных подойдёт котёл на 16 кВт. Если площадь территории 160 метров квадратных, мощность устройства должна составлять не менее 18 кВт, и далее по такому же принципу.

Справка. Если высота потолков в отапливаемом помещении превышает 3 м, для каждого дополнительного метра добавляется мощность котла на 1—3%.

Энергоэффективность. Обозначает соотношение полезной теплоты, которая была израсходована, с объёмом затраченного сырья. Этот показатель зависит в основном от топлива. Так, для эффективного прогревания необходимы исключительно сухие расходные материалы.

Впрочем, учитывают также объем загрузочной камеры, которая вмещает дрова до 60—65 см. Кроме этого, обе камеры покрывают специальным слоем керамобетона — он поддерживает подходящую температуру внутри. В результате топливо сжигается более качественно и эффективно.

Важно! Оптимальным считается котёл, который обеспечивает не менее 10 непрерывных часов горения сырья и служит бесперебойно на протяжении 20 лет.

Стоимость. Пиролизные котлы стоят дороже других типов отопительных котлов. Однако и здесь есть варианты. Так, отечественные в 2—3 раза дешевле импортных, а по характеристикам не уступают заграничным аналогам.

Плюсы использования

  • Длительность горения.

После одной закладки такое устройство работает бесперебойно до 12 часов, то есть догружать его приходится в 2 раза реже, чем другие твердотопливные котлы.

Однако все зависит от типа: обычная топка с дровами работает порядка 4 часов, а с верхним горением — в среднем 30 часов на дровах и 5—7 дней на угле.

Такой эффект обеспечивается за счёт регулируемого процесса горения. Во многих современных моделях автоматическое регулирование работы. Длительность горения также зависит от объёма жилой площади, температуры воздуха в помещении и на улице, конструкции агрегата и его мощности.

  • КПД 85—90%.
  • Полное сгорание сырья.

Меньший расход сырья, реже нужно прочищать газоходы и зольник.

  • Экологичность.

В результате тления древесины или подобных видов топлива выделяется в 3 раза меньше вредоносных веществ, чем в иных твердотопливных котлах. К тому же вредоносные выбросы в атмосферу минимизируются под воздействием горячей температуры в верхней камере.

  • Экономичность.

Для сжигания подходят даже крупные неколотые дрова. Кроме этого, двухкамерное сжигание снижает избыток воздуха в уходящем газе, что тоже повышает экономию. По сравнению с другими типами твердотопливных котлов экономичность пиролизных агрегатов выше на 5—8%.

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.

Безопасное использование

Функционирование пиролизного котла подразумевает работу на максимально высоких температурах. Поэтому каждый производитель предъявляет высокие требования к монтажу и эксплуатации оборудования.

Установку проводит специалист, имеющий необходимую компетенцию. Котёл размещается в отдельном помещении с хорошей вентиляцией, на агрегат устанавливается дымоход.

Учитывают также следующие правила эксплуатации:

  • При отсутствии достаточной тяги или необходимого теплоносителя котёл нельзя эксплуатировать.
  • Загрузку и розжиг оборудования запрещено доверять детям или каким-либо посторонним лицам.
  • Температура воды в системе труб, идущих через котёл, не должна превышать 95 °C. Если показатель превышен, пламя в камере агрегата на время ослабляют с помощью песка. Параллельно с этим открывают все возможные заслонки дымохода.
  • Котёл сильно нагревается во время работы, поэтому возле него не должны находиться легковоспламеняющиеся материалы и предметы.
  • Модифицировать конструкцию котла и использовать не по назначению категорически запрещено.

Фото пиролизных котлов

Фото 3. Пиролизный котёл, установленный дома. Рядом с ним хранятся дрова для растопки.

Фото 4. Пиролизный котел от производителя Viessmann. Устройство оснащено электронным управлением.

Фото 5. Пиролизный котел с нижним типом загрузки топлива довольно больших размеров.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором демонстрируется работа пиролизного котла, рассказывается, как его топить.

Выводы

Пиролизный котёл — хорошая альтернатива агрегатам прямого горения. Впрочем, некоторые специалисты рекомендуют покупать пиролизное оборудование в качестве резервного источника тепла в комплекте с электро- или газовым котлом. Если все же устанавливать пиролизный в качестве основного генератора тепла, понадобятся грамотная проектировка и высококвалифицированные специалисты для монтажа.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *