Пиролизный котел: принцип работы, особенности и 7 вариантов оборудования

Минусы

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.
Высокая цена. В среднем в 1,5—2 раза дороже других типов.
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.
Нестабильная работа агрегата при малых загрузках (ниже 50%), нарастание дёгтя в газоотводе.
Большие габариты пиролизного оборудования.
Пиролизные котлы исключительно одноконтурные. Чтобы нагреть воду для бытовых потребностей, потребуется отдельный агрегат.
Невозможно автоматизировать процесс загрузки топлива — загружается исключительно вручную.

Принцип действия

Сейчас мы попытаемся понять, как устроен пиролизный котел длительного горения и как он работает. Принцип действия очень прост и одновременно сложен. О пиролизе рассказывается еще в школьном курсе физики – подвергаясь нагреванию в замкнутом пространстве, древесина выделяет горючие газы, которые можно поджечь и получить тепло. Фактически прямого сгорания древесины в таком опыте нет.

В пиролизных котлах длительного горения дрова все-таки горят, но с ограничением подачи воздуха. Можно сказать, что это медленное тление. Разгоревшись, дерево начинает выделять горючие газы, которые сгорают в камере дожигания. Итого мы получаем два источника тепла – это горящие дрова и сгорающий древесный газ. Эффект от такого поэтапного сгорания ощущается в виде экономии топлива до 40%. Древесный газ в пиролизных котлах длительного сгорания образуется в результате медленного тления топлива. Одновременно с этим оборудование нагревает воздух, который вместе с древесным газом подается в камеру дожигания. Там смесь воспламеняется и сгорает с образованием большого количества тепла. При этом количество вредных выбросов, по сравнению с традиционными котлами, предельно мало.

Таким образом, пиролизный котел – это прямая экономия топлива, так как из одной и той же порции дров можно выделить большее количество тепла. Вместо 10 кубометров дров на один зимний период может уйти всего 6-7 кубометров. При этом пользователям не нужно будет каждые 2-3 часа подкладывать в ненасытную топку все новые порции дров.

Пиролизные котлы длительного горения выпускаются в нескольких модификациях:

Несмотря на низкую скорость горения топлива, выделяемые порилизные газы способны нагнетать пламя до подобного яркого бело-желтого цвета.

Энергонезависимые – они работают на естественной тяге и управляются механическим способом;
Энергозависимые – здесь пиролиз протекает с использованием принудительной тяги. За счет этого повышается эффективность горения;
С разным расположением камеры дожигания – она может располагаться над камерой сгорания или под ней. Также в продаже присутствуют модификации с последовательным расположением камер.

Модификаций много, но в целом устройство и принцип работы почти ничем не отличаются.

Энергозависимые пиролизные котлы длительного горения хороши тем, что в них часто присутствует автоматика, которая может управлять мощностью оборудования и интенсивностью горения, ориентируясь на температуру теплоносителя или на температуру в комнатах.

Длительное горение в пиролизных котлах обеспечивается сразу двумя факторами. Первый фактор – это низкая скорость горения/тления древесины. Второй фактор – большой объем камеры сгорания. Например, в продаже присутствуют пиролизные котлы с объемом топки 50 литров и даже больше. Неудивительно, что частота подходов для загрузки горючего снижается до 1-2 раз в сутки.

Принцип действия

В пиролизных котлах длительного горения дрова все-таки горят, но с ограничением подачи воздуха. Можно сказать, что это медленное тление. Разгоревшись, дерево начинает выделять горючие газы, которые сгорают в камере дожигания. Итого мы получаем два источника тепла – это горящие дрова и сгорающий древесный газ. Эффект от такого поэтапного сгорания ощущается в виде экономии топлива до 40%.
Древесный газ в пиролизных котлах длительного сгорания образуется в результате медленного тления топлива. Одновременно с этим оборудование нагревает воздух, который вместе с древесным газом подается в камеру дожигания. Там смесь воспламеняется и сгорает с образованием большого количества тепла. При этом количество вредных выбросов, по сравнению с традиционными котлами, предельно мало.

Пиролизные котлы длительного горения выпускаются в нескольких модификациях:

Энергонезависимые – они работают на естественной тяге и управляются механическим способом;
Энергозависимые – здесь пиролиз протекает с использованием принудительной тяги. За счет этого повышается эффективность горения;
С разным расположением камеры дожигания – она может располагаться над камерой сгорания или под ней. Также в продаже присутствуют модификации с последовательным расположением камер.

Модификаций много, но в целом устройство и принцип работы почти ничем не отличаются.

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

Как работает пиролизный котел?

Пиролизные устройства длительного горения представляют собой «лабораторию», внутри которой происходит добыча газа из твердого топлива. Именно он и используется в отоплении дома. Пиролиз – физико-химический процесс, при котором происходит распад сложных органических соединений на простые составляющие в виде твердого, жидкого или газообразного состояния. Чтобы это происходило, нужно обеспечить высокую температуру и ограниченный доступ кислорода.

Конструкция пиролизного котла имеет двухкамерный отопительный прибор, где в верхней части идет разогрев до 200-800 градусов, что способствует началу экзотермической реакции твердого топлива. Тут нет кислорода, за счет чего и происходит медленное тление материала. Распавшись на СО и СО2, смесь переходит в нижнюю часть котла, где температура горения уже держится на отметке в 1100-1200 градусов. Две камеры соединены колосниками. В результат идет выделение большого количества тепла (пиролизного газа), предназначенного для отопления дома. Остаток топлива, который не догорает, называется кокс или древесный уголь.

Стоит также отметить тот момент, что в процессе горения пиролизного газа, ему приходится контактировать с некоторым количеством активного углерода на выходе. Это приводит к образованию минимального количества вредных примесей в дымовых газах, что делает эксплуатацию данной установки более безопасной. Таким образом, дымовой газ в основной массе состоит из водяного пара и углекислого газ.

Получается, что пиролизные устройства используют не само твердое топливо, а добываемые из него газ. Благодаря такой технологии, данные котлы показывают КПД в 85-90%, так как тут материал сжигается практически без остатка. А в самом начале такого действия, идет подсушивание материала, то есть от момента поджигания и до последней искры, идет «полезный» процесс. И это уже не говоря о том, что горение газа намного проще проконтролировать, особенно, если устройство оснащено автоматикой.

Что касается длительности и качества работы, то тут есть несколько основополагающих моментов:

погодные условия на улице, в частности, температура;
качество теплоизоляции в доме;
какую температуру хотят иметь в доме;
какое топливо используется и какая у него влажность;
насколько грамотно была составлена система отопления и кто ею занимался.

Если все условия (кроме первого) были выполнены согласно всех требований, то пиролизные котлы длительного горения, в сравнении со своими другими твердотопливными собратьями, показывают себя намного эффективней.

Как сделать агрегат своими руками

Чтобы сделать такое сложное устройство, понадобится достаточно широкий набор инструментов и материалов. Вот примерный их список:

электрическая дрель;
сварочный аппарат (рекомендуется модель постоянного тока);
несколько упаковок электродов;
болгарка;
шлифовальный круг на 125 мм;
отрезной круг на 230 мм;
металлические листы 4 мм;
набор труб различного диаметра;
набор профтруб 2 мм;
несколько полос стали разной ширины и толщины;
вентилятор;
термодатчик.

Из металлических листов

Приобрести стальные листы и трубы, разрезать их на куски нужного размера можно на металлобазе. Рубка гильотиной обеспечит точность размеров, позволит сделать идеальные срезы и ровные сварные швы.

Разрезать лист стали на куски

Сварить корпус котла

Выполнить шлифовку корпуса

Выполнить монтаж воздуховода

Из газового баллона

Если в хозяйстве есть использованный старый газовый баллон, то из него можно самостоятельно сделать отличный пиролизный котел. Оптимальный объем баллона для работы 50 л. Дополнительно понадобится арматура, полоса стали.

Принцип работы пиролизного котла из газового баллона

Баллон обрезать вверху, удалить закругленную часть, из которой можно будет сделать крышку. отшлифовать, сбоку нужно вырезать загрузочное отверстие, куда будет поступать топливо. Сгоревшие дрова будут проваливаться вниз сквозь решетку из арматуры, оставляя минимум золы и сажи.

Срезать у газового баллона верхнюю часть

Выполнить монтаж дымохода

Сделать поршень для котла

Из кирпича

Печь из кирпича будет более громоздкой, для нее необходимо выделить специальное место. Чтобы пол выдержал значительный вес печи и не подвергся деформации, необходимо сделать фундамент из бетона, разобрав часть финишного напольного покрытия

Важно понимать, что кирпичом обкладывается металлический котел, поэтому предстоят не только кладочные, но и сварочные работы

Для строительства печи мастеру следует подготовить материалы и инструменты:

обычный кирпич для выкладки основания, 100 шт. шамотного кирпича, 350 шт. огнеупорного керамического кирпича. Количество может варьироваться в зависимости от габаритов котла;
поддувальная и топочная дверцы;
базальтовый картон;
лист стали размерами 6000х1500 мм и толщиной 3-4 мм;
профтруба 800х400 и трубы 57 мм, 32 мм и 159 мм;
чугунный колосник — 3 шт.;
вентилятор, мощностью не менее 300 Вт;
рычажный терморегулятор;
сварочный аппарат;
дрель;
болгарка с большим и малым диаметром круга;
набор электродов;
термодатчик.

Пошаговая инструкция для монтажу кирпичной пиролизной печи:

Очень важно выбрать подходящую и несложную схему выкладки и составить по ней рабочий чертеж. Согласно выбранной схеме, вывести основание в ноль обычным кирпичом, дождавшись полного высыхания бетонного основания. Схема работы пиролизной печи из кирпича

Схема работы пиролизной печи из кирпича

Кроме того, следует придерживаться ряда рекомендаций:

рекомендованная толщина стали, которая используется при самостоятельном изготовлении пиролизного котла, составляет 4 мм. Однако в целях экономии для корпуса устройства можно использовать трехмиллиметровую сталь;
загрузочное отверстие для топлива у самодельных моделей обычно размещают несколько выше, чем у обычных твердотопливных котлов;
обязательно нужно установить ограничитель, который позволит контролировать количество воздуха, поступающего в топливную камеру, а также своевременно подкладывать дрова или брикеты;
для изготовления ограничителя можно использовать трубу диаметром около 70 мм, длиной чуть больше корпуса устройства;
к нижней части ограничителя следует приварить стальной диск, образующий со стенками трубы зазор около 40 мм;
для установки ограничителя в крышке котла следует сделать соответствующее отверстие;
загрузочное отверстие для дров следует сделать прямоугольным. Закрывают это отверстие дверцей, со специальной стальной накладкой, обеспечивающей надежное прилегание;
ниже необходимо сделать отверстие для удаления золы;
трубу, по которой движется внутри котла теплоноситель, нужно сделать с изгибом, чтобы максимально улучшить отдачу тепла;
количество теплоносителя, поступающего в котел, можно регулировать с помощью установленного снаружи вентиля.

Корпус пиролизного котла следует изготавливать из достаточно прочной стали, способной выдержать высокую температуру. Толщина металла должна быть не менее 3 мм

Конструкция пиролизного котла длительного горения

Пиролизный котёл длительного горения имеет следующее устройство:

Блок управления. Этим устройством выбираются разные режимы и контролируются параметры работы;
Корпус. Выполняется из стали и покрывается жаростойкой краской;
Теплоизоляция. Используют для снижения теплопотерь;
Устройство от закипания. Контролирует температуру теплоносителя и регулирует горение, во избежание закипания, которое может приветси к аварии;
Теплообменник. Металлический трубопровод, заполняющийся теплоносителем, который нагревается в процессе горения топлива, после чего поступает в систему отопления;
Топочная камера. Служит для погрузки в неё твёрдого топлива. После чего происходит розжиг, и прекращается доступ воздуха. Тление происходит при 450˚С;
Камера сгорания. В данной части происходит сгорание древесного газа, при условии подачи воздуха. Температура горения доходит до 1100˚С;
Патрубок подачи теплоносителя в систему отопления;
Колосники. Металлическая решётка, расположенная между камерами загрузки и сгорания;
Подключение к дымоходу;
Вентилятор дымохода;
Клапан первичного воздуха для начала пиролиза;
Клапан вторичного воздуха для сгорания древесного газа;
Патрубок обратного трубопровода.

Модельный ряд котлов Диво

Завод изготовитель твердотопливных котлов Диво, российская компания «Выгодные печи», является относительным новичком на рынке отопительного оборудования. Но уже сейчас, имеется множество положительных отзывов о продукции, выпускаемой предприятием.

Особенно выделяются следующие тех.характеристики котлов Диво:

Универсальность – котлы работают на любом твердом топливе, включая уголь, отходы древесины и деревообработки.

Принцип работы пиролизного котла Диво – в топочной камере топливо не горит, а постепенно тлеет. В процессе сжигания, выделяется большое количество горючего газа, который дожигается в отдельной камере. Использование процесса пиролиза или дожига газа, увеличило КПД устройства до 92%.

Энергонезависимость – в базовой комплектации, модели полностью независимы от электричества. Работа регулируется механическим регулятором тяги или вручную.

Преимущества и недостатки

Среди преимуществ промышленных пиролизных котлов отмечают такие характеристики:

Высокий уровень коэффициента полезного действия.
Минимальное количество продуктов сжигания.
На одни сутки достаточно одной загрузки топлива.
Мощность регулируется автоматически, имеется контроль управления аппаратом.
Высокая экологичность.

В разряд недостатков котлов на твердом топливе входят следующие отрицательные моменты:

Аппарат подпитывается электроэнергией круглосуточно.
Устройство предназначено только для обогрева.
Высокая ценовая стоимость.
Загрузка топлива проводится вручную.
Высокая требовательность к влажности топлива.

Промышленные пиролизные котлы на твердом топливе удерживают лидирующие позиции на рынке создания котельных устройств. Они пользуются популярностью и у владельцев жилых зданий, и у владельцев промышленных предприятий.