Схема пиролизного котла: устройство, чертежи, обвязка, расчет

Принцип работы

Хотя различные модификации пиролизных устройств отопления могут сильно отличаться по строению, принцип работы пиролизного котла любого вида является одинаковым. Он осуществляется по такой схеме:

В камере газификации зажигают дрова. Когда температура поднимается до нужного уровня, подача воздуха сильно уменьшается. Топливо начинает тлеть.
Воздух подается только в таком количестве, чтобы дрова тлели. При этом температура достигает 200-800 °С.
Во время тления топливо разлагается, и из него высвобождаются различные газы, а также образуется кокс.
Пиролизные газы движутся в камеру сгорания.
В эту же камеру подается вторичный воздух. Он смешивается с газами, которые начинают гореть.
Фактически все газы сгорают. Не горят только те, которые начали реагировать с частицами свободного углерода. Результатом этого взаимодействия является образование угарного газа и окиси азота. Такая реакция сопровождается поглощением некоторой части тепла.
Образованные частицы движутся в камеру догорания и окисляются там. Во время окисления впитанное ими тепло отдается обратно.
Дымовые газы движутся в теплообменную камеру, проходят через теплообменник и выходят через дымовую трубу.
Все это время температура внутри камеры сгорания контролируется автоматикой. Температура должна быть постоянно высокой, иначе пиролизные газы не сгорят.

Согласно многим видео о пиролизных агрегатах и их подключении все их типы имеют три общих рабочих режима:

Режим розжига. Во время него открывается заслонка прямого хода (находится вверху перегородки между газогенерирующей и теплообменной камерами), и все газы, пройдя через заднюю камеру, выводятся через дымоход.
Рабочий режим. Вышеупомянутая задвижка является закрытой, в топку подается ограниченное количество воздуха, происходит пиролиз.
Режим загрузки дров. Заслонка прямого хода является открытой, часть пиролизного газа выходит из нее, а часть попадает в камеру сгорания. Пиролиз продолжается.

Схемы и чертежи котлов

Необходимое количество материала можно с точностью рассчитать на основе чертежей. Платные чертежи и литературу по данной тематике можно найти в интернете. Руководствуясь этим материалом, можно сделать неплохой прибор. В схеме пиролизного котла обозначается топка, теплообменник и место подачи воды. Нет надобности создавать схему котла на дровах с нуля, лучше воспользоваться принципиальной схемой, внеся в нее лишь некоторые изменения.

Примерная схема и чертеж пиролизного котла для изготовления своими руками. Для увеличения, нажмите на картинку.

Для изготовления газогенераторного котла своими руками подойдет схема отопительного прибора на 40 кВт, разработанная конструктором Беляевым. Ее нужно будет оптимизировать под лазерную резку с использованием меньшего количества деталей. Конструкцию прибора можно менять так, чтобы его внутренний объем остался неизменным, а рубашка теплообменника значительно увеличилась.

Далее необходимо соединить согласно чертежу все детали будущего газогенераторного котла. В данном случае теплоносителем является воздух, и он прогреет помещение без теплопотерь.

Обеспечивать герметичность труб необязательно, поскольку для пиролизного котла нехарактерны утечки и размерзание отопительной системы. Поэтому такой прибор – идеальное решение для дачи, где топить его будут лишь изредка.
Собрав котел по схеме, можно приступить к его установке, затем к дальнейшим испытаниям. Если сборка была сделана правильно, котел должен быстро выйти на необходимый режим, а отопительная система – прогреться максимум за полчаса. Температура в помещении при этом повышается очень быстро.

Котлы верхнего горения

Один из вариантов пиролизного устройства – котел верхнего горения. Принцип действия этих двух агрегатов очень схож.

Точно так же в топку загружают большое количество твердого топлива низкой влажности, воздух нагнетают принудительно и обеспечивают тление топлива при пониженном количестве кислорода. Задвижку, которая регулирует поток кислорода, устанавливают в нужном положении.

Схема устройства котла верхнего горения. Топка такого котла имеет глухое дно, частички продуктов горения удаляются через дымоход (+)

Но котлы длительного горения не имеют ни зольника, ни колосника. Дно представляет собой глухую металлическую плиту. Такие котлы устроены так, чтобы древесина сгорала полностью, а оставшееся в топке малое количество золы выдувалось воздухом.

Такие устройства отличаются высоким КПД и также работают при температурах более 1000°С.

Основная особенность таких устройств – они действительно обеспечивают длительный срок работы при полной загрузке. Топливная камера в таких устройствах обычно выполнена в форме цилиндра.

В нее сверху загружают топливо, сверху же, по центру, нагнетается необходимый для горения воздух.

В котлах верхнего горения устройство для нагнетания воздуха – это подвижный элемент, который опускается вниз по мере прогорания дров

Таким образом осуществляется медленное тление верхнего слоя топлива. Топливо постепенно сгорает, его уровень в топке понижается. Одновременно изменяется и положение устройства для подачи воздуха в топку, этот элемент в таких моделях подвижен и он практически лежит на верхнем слое дров.

Второй этап горения осуществляется в верхней части топки, которая отделена от нижнего отделения толстым металлическим диском. Горячие пиролизные газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива внизу, расширяются и перемещаются вверх.

Здесь они смешиваются с воздухом и сгорают, дополнительно передавая теплообменнику солидную порцию тепловой энергии.

Балка, удерживающая диск, который разделяет камеру сгорания на две части, как и сам этот диск, в процессе работы котла верхнего сгорания постоянно находится под воздействием высокой температуры. Со временем эти элементы сгорают, их придется периодически заменять.

На выходе из второй части топливной камеры обычно установлен регулятор тяги. Это автоматический прибор, который определяет температуру теплоносителя и в зависимости от полученных данных регулирует интенсивность движения горючего газа. Он защищает устройство от возможного перегрева.

Стоит отметить, что наружный теплообменник в таких котлах реагирует на изменение скорости циркуляции жидкости в теплообменнике, т.е. на колебания температуры. На поверхности устройства сразу же образуется слой конденсата, который вызывает коррозию, особенно если речь идет о стальных котлах.

Предпочтительнее брать устройство из чугуна, которое значительно лучше сопротивляется подобному воздействию.

Хотя топливо в пиролизных котлах длительного горения должно сгорать без остатка, на практике так бывает не всегда. Порой пепел спекается, образуя частички, которые трудно удалить с помощью потока воздуха.

Если в топке накопится большое количество таких остатков, может наблюдаться заметное снижение тепловой отдачи агрегата. Поэтому котел верхнего горения следует периодически все же прочищать.

Особенность устройств этого типа в том, что по мере сгорания топлива его можно догружать, не дожидаясь сгорания всей закладки топлива. Это удобно, когда нужно избавиться от горючего бытового мусора.

Существуют также разновидности котлов верхнего горения, которые работают не только на древесном топливе, но и на угле. Сложные узлы автоматического управления в пиролизных котлах этого типа отсутствуют, поэтому серьезные поломки наблюдаются крайне редко.

Конструкция котла верхнего горения позволяет загружать топку лишь частично, если это необходимо. Однако в этом случае выполнить розжиг верхнего слоя топлива может быть не просто. Само топлива должно быть подсушенным, дрова из открытой поленницы для такого котла не подходят.

Топливо крупных фракций также не следует использовать для этого вида техники, т.е. дрова придется обязательно колоть на небольшие части.

Технические характеристики установки

Промышленное пиролизное оборудование позволяет перерабатывать десятки тонн материала в сутки, но его минус — большие размеры.

Основные параметры агрегатов:

производительность (кг/час или кубометры в день);
масса установки (мобильные агрегаты весят 3-8 тонн, стационарные — больше 10 тонн);
габаритные размеры;
мощность;
тип питания (требуемое топливо/параметры электросети);
мобильность (требуется ли разборка для перевозки);
этажность установки (количество уровней).

Иногда ]пиролизных установок указывает дополнительные параметры: окупаемость, объём реактора и т.д.

Инструкция по изготовлению пиролизного котла

Наиболее оптимальным для сборки является пиролизный котел мощностью от 25кват. Он способен отапливать большие помещения площадью от 180 м2.

Для его изготовления необходимы следующие материалы:

металлические листы толщиной не менее 0,8 мм;
15−20 штук шамотного (огнеупорного кирпича);
система датчиков температуры;
колосниковая решетка;
3 трубы диаметром 5,7 см, 3,2 см и 16 см (для подвода холодной и горячей воды, а также для подающей магистрали контура котла);
2 профтрубы (для патрубков аварийной линии и выхода);
дутьевой вентилятор;
датчик температуры;
чертеж и таблица размеров для сборки котла;
2 дверцы для топки и зольника;
крепления из пережжённой проволоки для дверок;
шлифовальные круги -10 штук.

Необходимые инструменты:

аппарат для сварки электрический;
болгарка;
углошлифовальная машинка.

Процесс изготовления

Из стальных листов необходимо вырезать 4 стенки для котла. В передней стенке сделать отверстия для топки и расположенного под ним зольника.
Вырезать отверстия для дымососа и под трубников. Соединить все металлические стенки (кроме задней) при помощи сварочного аппарата, а стыки между сторонами будущего котла необходимо отшлифовать.
Далее собирается теплообменник, как показано на рисунке. Трубы свариваются при помощи сварочного аппарата. Перед сваркой на сами трубы необходимо «одеть» шлифовальные круги для удаления стыков и швов между ними.
Затем необходимо вмонтировать теплообменник в будущий котел как на рисунке. Прежде чем, закрывать устройство задней стенкой, необходимо проверить его на наличие течей компрессором. Если таковых нет, заднюю часть котла сваривают.
Далее необходимо установить колосниковую решетку, которая будет отделять место газификации и сжигания топлива. Нижний отдел, где будет сжигаться топливо, оснащают воздуховодом и обкладывают шамотным (огнеупорным) кирпичом со всех сторон, в том числе и снизу.
Затем необходимо прикрепить дверцы в соответствующие отделения для подачи топлива и для зольника. Они должны плотно прилегать к стенкам котла.
В конце готовый котел устанавливают на кирпичную поверхность и присоединяют к трубе, утепленную негорючим утеплителем (например, фольгированной минватой). Без этого на стенках трубы будет оседать деготь, который значительно укоротит срок службы котла. К устройству подключают водяной контур и дымовой насос.
Для того чтобы котел работал автоматически, так же как и производственный, необходимо установить систему контроля температуры. Он нужен для того, чтобы регулировать работу дымососа, а также подачу воздуха.
Установка котла на этом не заканчивается. Необходимо проверить его КПД. Если, включив котел, вы не обнаружили запаха угарного газа от выходящего дыма, значит его КПД достаточно высок и оборудование является безопасным для использования.

Таким образом, если у вас есть первоначальные навыки работы с болгаркой и шлифовальным аппаратом, если вы разбирайтесь в элементарных чертежах, вы без труда соберете пиролизный котел самостоятельно. А это не только уют и тепло в своем доме, но и очень выгодная экономия финансовых средств.

Таблица размеров пиролизного котла

А-контроллер котлового контура
B -загрузочная дверца
С-дверца зольника
D -дымосос
E -муфта
F -патрубок аварийной линии
G — подающая магистраль котлового контура
H — подвод холодной воды
K — Подвод горячей воды
L -Обратная магистраль теплового контура
M -Патрубок опорожнения и расширительный бак

Таблица размеров (зависимость мощности будущего котла от размеров деталей).

Изготовление котла

Пиролизный котёл изготавливается в такой последовательности:

Если для изготовления прибора будет использоваться газовый баллон, бывший в употреблении, то необходимо стравить остатки газа, открутить болты, которые удерживают горловину баллона, и слить газолин. После этого газовый баллон необходимо заполнить водой и выдержать несколько дней.
Затем болгаркой баллон распиливается поперёк немного выше сварочного шва. Таким образом, получится идеально ровный металлический цилиндр длиной более 130 см. Внутри этого цилиндра будет происходить пиролизное горение древесины, но тепло выделяемое во время этого процесса должно быть передано теплоносителю. Теплоноситель будет находиться в рубашке, которая будет “одета” на цилиндрическую камеру сгорания.
Для изготовления рубашки необходимо вырезать из листовой стали 6 пластин: 2 прямоугольные пластины размером 60 * 60 см, и 4 пластины 120 * 60 см. В пластинах размером 60 * 60 см следует вырезать круглые отверстия ровно посередине квадрата. Диаметр этих отверстий должен равняться внешнему диаметру цилиндра, изготовленного из газового баллона.
Чтобы отверстия идеально подходили для размещения в них пропанового баллона, следует установить на пластину обрезанную крайнюю часть баллона ровно посередине и обвести её маркером. Затем, уже по намеченному рисунку, вырезать отверстие с помощью газового резака.
Когда изготовление отверстий в нижней и верхней грани будет закончено, из всех приготовленных ранее пластин сваривается ёмкость высотой 120 см и шириной 60 см. Грани с прорезями будут располагаться соответственно в верхней и нижней части резервуара.
Когда рубашка для баллона будет готова, его помещают внутрь прямоугольного резервуара таким образом, чтобы был отступ от плоскости рубашки сверху около 5 см.
Затем цилиндр тщательно приваривается к плоскости рубашки. К водяной рубашке привариваются два патрубка.
Один в нижней части резервуара, он будет использоваться для входа охлаждённого теплоносителя, другой в верхней части рубашки, через него будет осуществляться забор нагретой жидкости. Оба патрубка имеют диаметр трубы 28 мм.
Когда водяная рубашка будет полностью изготовлена, из металлического “блина”, который образовался при вырезании отверстий для баллона, изготавливается разграничительная пластина. Эта пластина позволит оградить горящий пиролизный газ от топлива, расположенного внутри топочной цилиндрической камеры. С одной стороны к “блину” приваривается уголок 50*50 мм.
Уголок необходимо установить крест накрест. Таким образом, будет поддерживаться постоянный зазор между заградительной перегородкой и тлеющим топливом.
Из верхней части баллона, которая была отпилена, изготавливается крышка, для загрузки топлива внутрь пиролизного котла, а также для отвода продуктов горения древесины в специально смонтированный для такой печи дымоход.
Для того чтобы крышка закрывала топочный цилиндр сверху достаточно плотно необходимо к отпиленной крышке по окружности приварить полосу металла толщиной 1 мм и шириной 50 мм. В верхней части крышки делается отверстие с помощью резака и приваривается отрезок трубы диаметром 112 мм и длиной 0,5 метров.
В нижней части баллона делается отверстие под размер дверцы зольника, которая затем приваривается электросваркой. Дверца должна иметь в своей конструкции надёжное запорное устройство, исключающее самопроизвольное открытие во время работы отопительного прибора.
Для регулировки интенсивности горения топлива рядом с дверцей зольника приваривается патрубок диаметром 28 мм, на котором нарезается резьба и устанавливается водопроводный кран с червячным запорным механизмом. Таким образом, можно будет полностью перекрыть поступление воздуха в камеру сгорания, что приведёт к уменьшению интенсивности горения дров, и этот процесс будет продолжаться не менее 8 часов.

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

Виды печей длительного горения

Варианты печей такого типа классифицируются в зависимости от материала, способа эксплуатации и метода передачи тепла. Конструкции отличаются по типу тяги и взаимному расположению внутренних камер. Таким образом, печи изготавливаются металлическими или кирпичными.

Таблица: классификация пиролизных печей

материал	внутренняя конструкция	применение
металлическая	печь-буржуйка	обогрев жилого и нежилого помещения
для бани и сауны
готовка пищи
для барбекю (уличная)
печь Булерьян	обогрев жилого и нежилого помещения
печь Бубафоня	обогрев нежилого помещения
печь на отработанном масле	обогрев нежилого помещения
кирпичная	печь Кузнецова	обогрев жилого помещения
для бани
готовка пищи

Фотогалерея: разнообразие агрегатов отопления

Придумана в Канаде, работает на любом топливе, колосники с подачей воздуха вмонтированы во второй камере

Её легко изготовить из газового баллона, работает на опилках, угле, дровах и древесной коре; пламя горит сверху вниз

Используется в гараже для обогрева и в качестве плиты, но следить за техникой безопасности

Конструкция состоит из перевёрнутых куполов, позволяющих пиролизным газам разогревать её длительное время

Используется в бане или сауне для повышения влажности и нагрева воды

По способу передачи тепла агрегаты разделяются на модели:

с водяным контуром отопления;
вариативностью размещения теплообменников (камеры сгорания и тления располагаются в разном порядке). Если топка находится сверху, а камера дожига газов — снизу, тогда необходима принудительная тяга с помощью дымососов и вентиляторов. Если же, наоборот, топка расположена снизу, то срабатывает естественная тяга.

Как выбрать вариант печки

Сначала определитесь:

для каких целей нужна печь;
где она будет стоять;
на каком топливе работать.

При выборе типа конструкции для создания своими руками учитывайте площадь и тип пространства. В зависимости от параметров обогреваемого помещения подбирают размеры и мощность печи. При этом стоит учесть, что кирпичные модели ставят на постоянное место будущего использования, а металлические — почти все мобильны.

Самодельная печь должна соответствовать необходимым характеристикам и быть безопасной в использовании

При изготовлении любой модели печи собственноручно стоит рассчитать баланс между соотношением кислорода и газа. Поэтому выбор и сборка любого варианта печи требуют тщательного расчёта параметров, мощности и габаритов изделия.

Конструктивные элементы

Высококачественные стальные листы используют для создания металлических конструкций прямоугольной формы. При этом печь изготавливают с двойными стенами. Пространство между ними заполняются песком или водой (водяной контур). Металлические бочки с толстыми стенками могут служить основой для изготовления небольшой печи.

Металлическую конструкцию можно обложить кирпичом снаружи (обкладка) или изнутри печи (футеровка)

В пиролизной печи две камеры сгорания. В одном отделении происходит переработка твёрдого топлива, а в другой продукты пиролиза смешиваются с воздухом. При верхнем расположении топки для твёрдого топлива, между отсеками ставят колосниковую решётку. В печах из металла перегородками служат полые внутри пластины.

Наглядное изображение потоков воздуха во время работы пиролизной печи-буржуйки с топкой в нижнем отсеке

Вентиляторы наддува являются необходимыми элементами в конструкциях, где камера для газов расположена снизу. С помощью принудительной тяги газообразные вещества перемещаются вниз, где начинается процесс дожига. В таких изделиях присутствуют и дымососы на отводящих каналах.

Принудительная тяга направляет газы во вторую часть печи, где происходит их дожиг (с выделением большого количества тепла)

Все элементы конструкции взаимосвязаны, обеспечивая эффективную работу пиролизной печи.