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.

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.

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.

В видео продемонстрирован котел, в котором камера дожига находится вверху. Хотя котлы такого типа имеют более простое строение (образовавшиеся газы сами поднимаются вверх), самодельщики предпочитают камеру с нижним располодением камеры дожига (как на фото выше).

Режим работы и защитные системы

Автоматический твердотопливный котел оснащен датчиками, контроллерами, гарантирующими безопасность. Они предотвращают возгорание, обнаруживают избыток дыма, сигнализируют о неисправности. Самодельные устройства редко оборудованы такими защитными узлами, из-за чего их использование сопряжено с опасностью для жизни.

Твердотопливные приборы функционируют в таких режимах:

Максимальный. Предусмотрена полная загрузка для достижения большей производительности.
Экономичный. Автоматика снижает степень нагрева до температурного показателя, установленного пользователем.
Пауза. Остановка работы, остывание.

Продукты, получаемые на выходе

После термической обработки полимерных материалов остаются зола полукокса, пиролизная жидкость и газ.

Часть газов конденсируется и переходит в жидкое состояние. Жидкость очищают, чтобы превратить её в синтетическую нефть. Она используется как замена природному топливу.

Сухой метод пиролиза

Газ, не прошедший конденсацию, отправляют на дожиг или продают сторонним потребителям. Его можно применять в качестве топлива при выработке электроэнергии на ТЭС.

После переработки покрышек остаётся несгораемый металлокорд, его отправляют на склад для дальнейшей переработки в металлические изделия. Обуглероженный (превратившийся в кокс) остаток используется в промышленности:

в производстве новых шин и резиновых изделий;
в качестве красителя при изготовлении лакокрасочных покрытий;
применяется в качестве сорбента вместо активированного угля;
служит компонентом жидкого топлива или сам используётся как твёрдое горючее.

Немецкое качество «Бош»

Котлы от немецкой фирмы Bosch использовать можно в качестве основного или резервного отопительного оборудования. Их отличает широкая возможность регулирования мощности (изменяя режим работы дымососа меняете мощность теплового агрегата). КПД котлов 78-85%, объем воды в системе – 76-124 литра.

Технические характеристики пиролизного котла длительного горения Bosch Solid 5000 W-2

Работают котлы только на древесине влажностью до 25%, можно использовать брикеты из древесных материалов. Конструкция э похожа на чешские аналоги: сверху находится бункер загрузки топлива и его газификации, а снизу – камера дожига газов. Между ними расположена керамическая горелка. Стоимость таких котлов от 2000 евро.

Еще один видео-материал, который поясняет принцип действия пиролизных котлов на твердом топливе

Сооружение основания

Основание под печку Бубафоня закладывается таким образом:

Первым делом выкапывается квадратная яма. Ее примерные размеры – 150х150 см, при глубине 20-30 см.
Дно траншеи засыпается подушкой из щебня и заливается раствором бетона. Для выравнивания его поверхности пригодится мастерок. Когда залитый участок схватится, необходимо проверить горизонтальность его поверхности при помощи строительного уровня. Если нужно, проводится дополнительная корректировка.
Поверх полностью высохшей бетонной подставки укладывается огнеупорный кирпич в несколько рядов. Обычно достаточно 2-3 слоев.

Топливо для печи

Поскольку эти печки универсальны по отношению к используемым продуктам горения, мастера применяют разнообразные варианты топлива для своих агрегатов. Однако, большинство современных котлов работают с использованием твердого топлива. Такие отопительные устройства работают на дровах и пеллетах.

Важно учитывать, что твердое топливо для пиролизного котла должно быть достаточно сухим, и его влажность в среднем достигает не более 12%. Выделяют следующие виды топлива:

Выделяют следующие виды топлива:

Дрова. Дрова заготавливаются из различных пород и видов деревьев. Например, наибольшей теплоотдачей обладают березы и хвойные растения. Также, достаточно теплоемкими являются дрова дуба, однако древесина его достаточно дорогая, а большая часть этих деревьев занесена в Красную книгу из-за бесконтрольной вырубки. Помимо перечисленных выше деревьев, часто используются дрова из ольхи, ясеня и лещины.
Пеллеты. Представляют собой спрессованное растительное сырье в виде отдельных небольших цилиндров. В качестве сырья для изготовления пеллетов используют солому, шелуху и ветки.
Каменный уголь. Такое сырье применяется для поддержания тепла в производственных помещениях.
Евродрова. Их более распространенное название «топливные брикеты». В отличие от пеллетов имеют большие размеры, однако, сырье для их изготовления остается тем же.

Требования к топливу

Пиролизные печи для дома, работающие на брикетах, могут быть полностью автоматизированы и комфорт их обслуживания в этом случае сравним с газовыми. Топливо для них представляет собой спрессованные под высоким давлением отходы без химических связующих. Подобная технология позволяет производить относительно сухие брикеты с высокой теплотворной способностью. Их свойства, однако, могут быть различным.

Пиролизные печи и котлы работают на самом разнообразном топливе

Большинство из них не разрушаются в процессе сгорания в топке, другие же можно использовать только в смеси с кусковой древесиной или бурым углём. Мелкие брикеты подаются с помощью шнековых конвейеров, и поэтому они используются в автоматизированных системах, более крупные пригодны только для пиролизных печей длительного горения с ручным управлением. Древесные гранулы, предназначенные для автоматических установок, получают таким же способом, как и обычные брикеты. Единственное их существенное различие — размеры. Самыми качественными считаются белые пиллеты из мягкой древесины без коры.

Для пиролизных печей на дровах размеры и тип сырья могут значительно влиять на производительность — большая площадь поверхности древесины обуславливает большее количество высвобождающего газа за единицу времени. Твёрдые породы газифицируются медленнее.

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 С. 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 С.

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 С.

*На каждом этапе из получаемых в результате горения продуктов выжимается максимально возможное количество полезной работы, соответственно 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.

Особенности конструкции

В основе конструкции рассматриваемого котла лежит своего рода барабан. В этот элемент оборудования посредством системы насосов и труб подается предварительно подготовленная вода. В нижнем отсеке котла размещены опускные трубы. Эти элементы имеют разный диаметр и не нагреваются в процессе работы котла. По системе труб жидкость из барабана переходит в коллекторы. Последние чаще всего размещаются внизу котла.

Паровой котел

Коллектор сопрягается с барабаном при помощи подъемного трубопровода. За счет трубопровода в месте сгорания загруженного топлива создаются поверхности нагревания.

К парогенератору подключается система трубопроводов, работающая по механизму сообщающихся сосудов. В горячих трубах циркулирует смесь жидкой воды и водяного пара. Данная смесь имеет довольно низкую плотность, что позволяет ей беспрепятственно поступать в сепараторное отделение, где происходит разделение пара и воды. Жидкая составляющая направляется в барабан парового котла.

Пар переходит в паропровод, а затем – в специальные нагреватели, где происходит повышение давления, а также температуры пара до нужных параметров. В завершении пар направляется в соответствующую паровую турбину.

Классификация

Котлы имеют отличия по расположению камер для дожигания газов:

с верхним расположением;
с нижним расположением.

Котлы с верхней камерой более громоздкие, требуется больше материала для сборки дымоотвода. Зато чистить их придётся намного реже, ведь частицы от сгоревшего топлива не попадают в камеру для дожигания газов.

В котлах с нижним расположением секции топливо располагается в верхней части, а газы выводятся в нижнюю, и там догорают. Это удобно, но придётся часто удалять мелкие дровяные частицы из камеры утилизации газов.

По энергозависимости котлы бывают:

без применения электричества: котлы с естественной тягой;
с принудительной тягой.

Энергонезависимые котлы подразумевают включение в конструкцию высокого дымохода (не менее 5–6 метров) для увеличения тяги и обеспечения достаточного разрежения в отсеке сгорания.

Эффективность обогрева у таких котлов будет несколько ниже, чем у котлов с принудительной тягой.

Устройства с принудительным поддувом оснащаются одним или двумя вентиляторами, которые могут работать в режиме нагнетания воздуха или откачки сгоревших газов.

В некоторых моделях котлов применяется комбинированный способ с участием нагнетающих и отсасывающих газ устройств для увеличения мощности.

Справка! Механизмы, откачивающие отработанные газы, изготавливаются из особых жаропрочных (аустенитных) сплавов, их стоимость значительно выше, чем у нагнетающих вентиляторов.

По способу обогрева:

Водяного обогрева — к теплообменнику котла подключаются водяные трубопроводы, по которым нагретая рабочая жидкость разносится по различным помещениям.
Воздушного обогрева — вместо воды используется воздух, получающий тепло посредством того же теплообменника и распространяемый по воздухопроводам. Эффективность ниже, чем у водяного способа, применяется на производственных площадках, складах.

Фото 1. Пиролизный котел с теплообменником, предназначен для водяного обогрева, работает на дровах.

Чертеж: общий вид, рабочий процесс

Вариантов исполнения пиролизного котла много. Наипростейший вид по чертежу устроен таким образом.

Камера сгорания котла.
Отсек газификации.
Секция дожигания газов.
Колосниковые решётки.
Теплообменник (входной/выходной патрубки).
Трубопровод отвода газов (дымоход).
Отверстия для поддува.
Дверка в отсек для закладки топлива.

В котел могут быть включены температурные датчики и приборы для контроля и поддержания нормальных режимов работы.

А также аппаратная часть котла для автоматизации функционирования всего отопительного комплекса.

Суть происходящего внутри пиролизного котла характеризуется следующими процессами:

Поток воздуха извне поступает в отсек газификации с находящимся там топливом.
Некоторая часть кислорода будет поддерживать процесс горения (тления). Газы, являющиеся продуктами горения, через сопло попадают в камеру сгорания котла и там окисляются в присутствии вторичного кислорода, который поступает вместе с воздухом снаружи.
Часть пиролизных газов восстанавливается при наличии углерода из топлива до угарного газа и окиси азота, потребляя при этом часть энергии. Смесь проходит в секцию дожигания газов и окисляется там с возвратом отнятой им энергии.

Фото 2. Чертеж пиролизного котла длительного горения, собранное по нему устройство может обогреть большой дом.

Участвующие в реакции пиролиза газовые смеси выводятся наружу через дымоход, минуя при этом теплообменник котла.

Внимание! Так как функционирование пиролизных котлов связано с большим количеством энергии, генерируемой внутри оборудования и возможном выделении разного рода вредных газов, осуществлять самостоятельную постройку котлов рекомендуется только при полном понимании всех физико-химических процессов, возникающих при его работе. Температурные фазы:

Температурные фазы:

сушка, пиролиз древесины — 450 °C;
сгорание древесного газа и вторичного воздуха — 560 °C;
продувание пламени и возврат тепла — 1200 °C;
отвод оставшихся продуктов горения — 160 °C.

Отличия устройства от обычных котлов

Включая древесину (дрова), специальные топливные брикеты (пеллеты) и отходы, получаемые на производстве. Одно из главных отличий котлов — применение различных видов твёрдого топлива, практически любого вещества, которое может гореть.

Длительность процесса сжигания топлива намного больше, чем у обычных котлов. От 8–10 часов и выше. Есть модели котлов с крупным отсеком для дров, продолжительность непрерывной работы — до 24 часов. Это значит, что пополнение камеры сгорания новыми порциями топлива осуществляется 1–2 раза в сутки.

Важно! За счёт того, что происходит почти полное разложение твёрдых материалов, пирокотлы менее вредны для окружающей среды

Конструктивные особенности водогрейного котла

Традиционный агрегат этого вида представляет собой металлическую сварную конструкцию, в которой имеется обязательно опорная рама, каркас, оснащенный теплоизоляционными, защитными материалами. Основной элемент конструкции, как было сказано ранее, система водонагревательных труб – теплообменник, через которых происходит циркуляция котловой воды. Снаружи котлы обшиваются листовым железом.

Сама конструкция прибора и принцип действия говорят о том, что эти агрегаты имеют достаточно крупные размеры. В моделях разных типов имеются топочные камеры, рассчитанные на различные способы загрузки-подачи топлива.

Готовый водогрейный твердотопливный котел заводской сборки – это единый блок, в котором можно все элементы конструкции условно разделить на две части: экранную и конвективную поверхность. Поверхности изготавливаются из цельнокатаных стальных труб диаметром 76 мм. Между трубами предусмотрена установка плавников. Данная особенность конструкции теплообменника позволяет свести к минимуму тепловые потери, снизить утечку горячих газов через корпус агрегата. Все элементы соединяются в единую конструкцию при помощи сварочного соединения, способного выдерживать давление до 10 атм.

Загрузка угля или дров осуществляется через топочный блок, который оснащен обычными или поворотными колосниками (для котлов с ручной подачей топлива). Под топочной частью во время установки котла в опорную раму, в самой нижней части оборудуют воздуховод, через который в камеру сгорания будут нагнетаться воздушные массы.

Особенно интересно выглядит чистка отопительного оборудования. В агрегатах с ручной подачей удаление золы и сажи осуществляется через специальный люк. В приборах механической подачей все аналогичные процессы осуществляются специальными механизмами – транспортерами.

Качественные фирмы-производители

Твердотопливные котлы длительного горения представлены зарубежными и отечественными фирмами. Многие модели можно увидеть на фото.

Stropuva

Литовский производитель, предлагающий оборудование для отопления промышленных зданий и больших жилых домов. Принцип работы устройств – прогорание горючего материала сверху-вниз. Изготовитель предлагает устройства для систем с естественной и принудительной вентиляцией. Котлы длительного горения на дровах для дома также предназначены для работы с бурым углем, древесными отходами. Мощность агрегатов – 10 кВт и более. В камеру сгорания можно заложить до 50 кг топлива. Все аппараты просты в эксплуатации.

Stropuva – литовский производитель котлов.

НМК

Новосибирская фирма, специализирующаяся на выпуске отопительных котлов высокого качества. Она предлагает устройства низкой, средней и высокой ценовых категориях. Оборудование соответствует мировым стандартам качества, но адаптировано к условиям российского климата. Продажа возможна в любом уголке страны.

Buderus

Немецкий производитель, который выпускает агрегаты, функционирующие в автономном режиме. Для изготовления используется сталь толщиной до 5 мм. КПД аппаратов достигает 85%. Котлы универсальны, но требовательны к качеству топливного материала.

Buderus – немецкий котел с автоматическим режимом.

Zota

Российская фирма, предлагающая широкий ассортимент устройств, которые работают на дровах, пеллетах, угле. Оборудование предназначено для обогрева промышленных и бытовых помещений. Мощность аппаратов колеблется в пределах 3-400 кВт. Закладку горючего осуществляют 1-2 раза в сутки.

Wattek

Чешский производитель предлагает котлы, характеризующиеся простотой обслуживания и длительным сроком эксплуатации – более 10 лет. Агрегаты изготовлены из стали толщиной 5 мм. Материал устойчив к высокой температуре. В качестве топлива используют дрова, брикеты, уголь, пеллеты. Монтаж котлов не вызывает трудностей. Преимуществом оборудования является увеличенная площадь теплосъема. Максимальное время горения составляет 8 часов. Его обеспечивает уголь.

Wattek – чешский производитель котлов.

«Теплогарант»

Производственные мощности изготовителя расположены в Костроме. Оборудование в 4 раза экономичнее традиционных твердотопливных установок. Загрузку осуществляют дважды в сутки. Мощность котлов колеблется в пределах 10-20 кВт. Аппараты обладают высоким уровнем энергоэффективности на разных видах горючего материала.

ACV

Бельгийская фирма, предлагающая отопительное оборудование для обогрева промышленных помещений, хозяйственных и жилых зданий, офисов. Котлы изготовлены из жаропрочной стали толщиной 5 мм. Для работы можно использовать уголь, брикеты из отходов древесины и сельскохозяйственных растений, пеллеты.

ACV – бельгийская фирма отопительного оборудования.

Мощность агрегатов составляет 15-80 кВт. Материал устойчив к отложению продуктов сгорания на стенках. Оборудование полностью автоматизировано. Возможно регулировать мощность устройства. Котлы защищены от перегрева, оснащены системой контроля интенсивности пламени.

«Неделька»

Российский производитель, предлагающий оборудование мощностью 15-90 кВт. Загружать агрегат можно раз в неделю. Преимуществом устройств является использование топлива невысокого качества. Котел способен обогреть несколько помещений, общая площадь которых составляет 350-400 м². Максимальный КПД можно получить при использовании антрацита или бурого угля. Недостатком устройства является большой размер. В результате сгорания топлива образуется много сажи, поэтому оборудование нуждается в периодической чистке.

Wirbel

Австрийский производитель, выпускающий котлы долгого горения на угле, дровах, брикетах. Гарантийный срок службы – 17 лет. Для изготовления используется сталь толщиной 5 мм. Расход топлива экономичный, а КПД достигает 93%.

Wirbel – австрийский котел долгого горения.

Heiztechnik

Фирма предлагает небольшой ассортимент котлов отопления, мощность которых составляет 10-100 кВт. Их можно использовать для обогрева площади от 60 до 1000 м². Для работы аппаратуры применяют любое твердое топливо. Для изготовления моделей применяют сталь толщиной 4-6 мм. Срок службы оборудования колеблется в пределах 15-20 лет. Преимуществом агрегатов является возможность удаленного управления.

Выводы и рекомендации по выбору

Выбирать из всех существующих котлов пиролизный имеет смысл при таком раскладе:

вы готовы платить за эффективность и сохранение окружающей среды;
бюджет позволяет приобрести отопитель и теплоаккумулятор нужного объема;
в котельной хватает места под оборудование;
есть возможность заготавливать качественные дрова, покупать брикеты либо сушить свежесрубленную древесину.

Модель теплогенератора подбирается по мощности и функциональности. Как правильно выбрать источник тепла на дровах для дома, читайте в нашей инструкции.

Изначально пиролизные бытовые котлы рассчитаны на установку бака-аккумулятора и использование хорошего топлива. Это западноевропейская практика, где твердотопливные агрегаты нельзя эксплуатировать без буферного резервуара.

У нас доходы не столь высоки, оттого домовладельцы экономят на всем – оборудовании, горючем, способе сжигания. Отсюда вывод: на данный момент газогенераторные установки несовместимы с нуждами и расходами большинства домовладельцев, ведь их не удастся правильно эксплуатировать.

Принцип работы пиролизного котла: особенности устройства, выбор топлива, преимущества и недостатки