Пиролизные котлы отопления: принцип работы и виды котлов длительного горения

Большое количество агрегатов поддерживают шнековую подачу гранул, а интенсивность загрузки определяется автоматикой.

Твердотопливный котел с автоматической подачей топлива обладает такими особенностями:

1. Для регулировки температуры теплоносителя изменяется интенсивность подачи воздуха в резервуар.
2. Управление системой выполняется по такому принципу: температурный датчик отправляет электромагнитный сигнал на механизм управления, в результате чего осуществляется открытие или закрытие воздушной заслонки.
3. Для регулировки температуры воздуха внутри комнаты задействуются термореле и 3-ходовые клапаны.
4. Чтобы компенсировать перепады давления в отопительной системе и защитить ее от перегрева теплоносителя, в котле обустраиваются компоненты группы безопасности. К ним относятся расширительный резервуар, предохранительный клапан с отводчиком воздуха и измерительным прибором (манометром).
5. Чтобы защитить теплоноситель от перегрева, в котле размещают защитные датчики и охлаждающие контуры с естественной циркуляцией.
6. С помощью датчика тяги работа котла приостанавливается в случае понижения показателей тяги в топке.
7. Чтобы следить за функциональностью агрегата и выбрать оптимальный температурный режим, в установке размещается модуль управления.
8. Если установить дополнительный GSM-модуль, можно обеспечить удаленный контроль и управление отопительной системой с помощью смартфона или планшета.

Выбирая автоматические твердотопливные котлы, важно обратить внимание на такие нюансы:

1. Расход топливных материалов определяется их качеством (калорийность, влажность, зольность). При этом качественное сырье отличается дороговизной, а степень его расхода зависит от внешних температурных условий.
2. Периодичность подачи топлива зависит от объема бункера.
3. Мощность котла выбирается с учетом площади обогреваемой постройки. Нет смысла приобретать высокопроизводительные установки для небольших помещений. Оптимальные рабочие параметры определяются следующей формулой: 2 кВт на 10 м².
4. При идентичном объеме сжигаемого топлива 2 котловые установки могут обладать разными показателями КПД. Средний диапазон варьируется от 60 до 85%.
5. В зависимости от уровня автоматизации обеспечивается бесперебойная автономная работа оборудования без участия человека.

Автоматические котлы на твердом топливе обладают такими преимуществами:

1. Экономный расход твердого топлива. При этом уголь и древесные отходы продаются по доступным ценам.
2. Практически полная автономность и независимость от участия человека.
3. Соответствие экологическим стандартам.
4. Простота монтажа оборудования.

Кроме плюсов, такие агрегаты имеют и недостатки. Так, если в качестве топливного сырья используется щепа, при продолжительном простое она может слипаться или слеживаться на дне резервуара. Влажный материал не обеспечивает нужную степень нагрева.

Для бесперебойной работы котла важно постоянно очищать его от загрязнений

Особенности приборов

Длительное горение обеспечивается объёмным резервуаром для размещения дров, а также методом двухэтапного сжигания топлива.

Принцип действия прибора:

1. В топку загружают дрова или другое твёрдое горючее. Резервуар заполняют полностью, оставляя небольшое пространство с мелкой щепой и ветками только у самого окна для облегчения розжига.
2. С использованием бумаги или лучины поджигают закладку. На этом этапе в камеру поступает достаточно воздуха для начала интенсивного горения.
3. Когда горючее занимается, поступление воздуха в резервуар снижается до минимума. Такой приём приводит к переходу от горения к тлению материала.
4. Во время термического разложения дерево выделяет большое количество газов с повышенным потенциалом энергии (процесс пиролиза).
5. В стандартных печах пиролизные газы устремляются в дымоход, а в устройствах длительного горения они переходят в отсек дожига. Там под влиянием кислорода и высокого нагрева они воспламеняются, полностью выгорая. Этот процесс сопровождается выделением большого количества тепла.

В процессе работы котла твёрдое горючее перерабатывается в мелкую золу, а газ догорает в резервуаре дожига, что позволяет максимально уменьшить вредные выбросы и отходы.

Преимущества и недостатки

Принцип пиролиза, который частично реализуется в бытовых газогенераторных котлах, используется в промышленности для утилизации различных отходов. Сжигание и многократное доокисление продуктов распада – это способ снизить количество вредных выбросов в атмосферу. После того, как в газогенераторной установке или в бытовом котле прогорает топливо и газы, в атмосферу выбрасывается только углекислый газ и водяной пар.

Белый дым – признак полного сгорания топлива

Польза для экологии от таких котлов очевидна, однако с точки зрения эффективности и удобства они серьезно уступают например, котлам длительного горения. Разогнать котел до таких параметров, при которых возможен пиролиз, непросто. Для этого нужна высокая температура и некоторое время. Пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром останавливается при следующих условиях:

• падение температуры воды в обратке;
• отключение электропитания;
• топливо ненадлежащего качества.

Схема подключения котла в систему отопления

Процесс пиролиза нужно прекратить немедленно, как только остановился циркуляционный насос в системе отопления. Без охлаждения котел просто взорвется. Для остановки процесса нужно открыть шибер, обеспечив естественную тягу и отвод горючих газов. Поддувало должно быть открыто на минимум. После того, как температура упала, следует затушить котел. Если объем отопительной системы не велик и возможна естественная циркуляция, котел может продолжать работать при 50% загрузки при открытом шибере.

Пламя в котле, который разогнался до рабочего режима

Условия эксплуатации

Пиролизные котлы способны работать в строго определенном диапазоне температур. Система этого устройства является замкнутой, поэтому должна быть точно настроена. Очевидно, что не возможно постоянно контролировать качество топлива, его влажность, и замерять массу дров в момент загрузки. Всегда существует опасность перекала или наоборот, недостаточной температуры.

Первая проблема может быть устранена при помощи водяного контура. Корпус котла выступает в качестве теплообменника: его стенки двойные, между ними циркулирует вода. Иногда к одной из стенок котла добавляют дополнительный змеевик, который служит аварийной системой охлаждения и одновременно контуром ГВС.

Змеевик для дополнительного охлаждения

Если температура ниже рабочей, процесс пиролиза прекращается или не запускается вовсе. Котел при этом функционирует в режиме обычного твердотопливного устройства. По этой причине температура обратки должна быть не ниже 60 градусов Цельсия, а при температуре 40 градусов пиролиз прекращается во всех типах котлов. По этой причине в системе отопления монтируется дополнительная перемычка — байпас, который служит малым контуром и дает котлу войти в режим пиролиза.

Блок управления пиролизным котлом

Необходимо устанавливать датчики температуры чтобы контролировать процесс, но открывать и закрывать краны на байпас придется вручную. Пиролизные котлы это вообще котлы с ручным управлением. Согласно паспорту устройства, в нем можно использовать дрова, брикеты и пеллеты. В реальных условиях к дровам добавляются энергоемкие виды топлива, например уголь. Существует практика сжигания бытового мусора, однако он содержит резину и другие полимеры, что чревато неприятными последствиями.

Разновидности пиролизных котлов

Существуют две разновидности прибора, различающиеся местом расположения отсека дожига. Он может располагаться внизу или наверху.

Оборудование с нижней камерой дожига

Наиболее распространенная модификация приборов, что обусловлено удобством в эксплуатации. Топливо помещается в верхнюю камеру, что очень рационально. Отработанные газы выходят в трубу, находящуюся внизу. Основным недостатком таких устройств можно считать то, что чистить систему придется достаточно часто. Связано это с тем, что при прогорании топлива зола из верхнего отделения попадает в камеру дожига.

Приборы с верхней камерой

Такие системы менее удобны, зато имеют определенные преимущества. Зола не попадает в отсек дожига, что позволяет чистить его намного реже. Кроме того пиролизный газ посредством форсунок выводится вверх, где сгорает и поступает в дымоход, охлаждается и отводится в дымоход. Такая система более практична, но требует большего количества материала на изготовление дымового тракта.

Модификация пиролизного оборудования с верхним расположением камеры дожига. Регулярная чистка такой конструкции будет проводиться намного реже

Пиролизные котлы могут быть оснащены вентиляцией различного типа:

• Естественная. Такие устройства не зависят от подачи электроэнергии. Должны быть оборудованы достаточно высоким дымоходом для создания необходимой тяги.
• Принудительная. Приборы энергозависимы, поскольку оборудуются различными вентиляторами и насосами, которые управляются в автоматическом режиме. Характеризуются большим временем эффективного горения, чем устройства с естественной вентиляцией.

Важным аспектом подбора пиролизного оборудования считается материал, из которого изготавливается его корпус. Наиболее распространенный вариант – сталь, толщиной не менее 5 мм. Это достаточно прочный и довольно долговечный материал. Его главный недостаток – подверженность коррозии, что отрицательно сказывается на сроке его эксплуатации. Лучшая альтернатива такому прибору – котел в чугунном корпусе. Такие устройства отличаются более высокой теплоотдачей, служат гораздо дольше и имеют повышенную устойчивость к кислотам и смолам.

Конструкция и работа агрегата

Еще сотни лет назад люди стали понимать, что выжигать дрова – это не лучший метод освобождения заключенной в дереве солнечной энергии.

Что представляет собой пиролиз

Суть процесса пиролиза.

Как выяснилось, значительно более эффективно сжигать древесный уголь. Чтобы получить его, люди начали использоваться костры угольщиков. Так появилась технология пиролиза.

Древесный уголь – более эффективное топливо, чем дрова.

В старину для этой цели использовались угольные ямы. Данный метод имел один значительный минус. Высвобождаемая при выжигании угля из древесины (этап первичного горения) тепловая энергия тратилась впустую.

Использовать же полностью пиролизную энергию могут специальные твердотопливные котлы.

Как устроен агрегат

Отличия в работе обыкновенного твердотопливного котла и пиролизного аналога.

Пиролизные котлы являются разновидностью твердотопливных, обычно, водогрейных отопительных приборов. В них топливо и выделяемые им газообразные вещества прогорают отдельно друг от друга.

Синонимом термина служит название газогенератор (газогенераторный котел).

Практически пиролиз (распад и некоторая газификация под воздействием нагрева) возникает при любом методе выжигания органического твердого горючего.

Топливо закладывается на колосниковую решетку.

1. В газогенераторных котлах топка делится на два отсека. Их разделяет колосник, на котором размещается топливо.

Загрузочный отсек топки пиролизного агрегата.

1. В первом из них (камера загрузки, она же газифицирующая камера) при ограниченном поступлении кислорода медленно прогорает, фактически тлеет, топливо.

В этой камере сгорает пиролизный газ.

1. Выделяемые при этом летучие вещества сжигаются во втором отсеке (камера сгорания). В него одновременно поступает поток вторичного воздуха (метод двойного дутья). Нижняя часть камеры сгорания представляет собой форсунку из жаростойкой шамотной керамики.
2. Отведение тепла из газифицирующей камеры минимизируется. Выводу тепловой энергии из верхней части топки препятствует расположенное на колоснике горючее. Через него от верха и вниз идет слабый ток первичного воздуха.

Принудительную тягу в котле создает такой дымосос.

1. Чтобы понять, что такое пиролизный котел, надо учесть его характерную черту. Она отличает его от прочих отопительных котлов — это верхнее дутье. Топки у подобных агрегатов обладают увеличенным аэродинамическим сопротивлением. Из-за этого тяга в них, обычно бывает принудительной.
2. Нередко по производственным соображениям она создается при помощи дымососа, а не вентилятора. Наличие последнего характерно для маленьких котлов.

Итак, пиролизный котел — что это такое, по сути?

1. Он представляет собой двухкамерное отопительное устройство. В его верхней топочной камере при режиме температур от +200 до +800˚ идет экзотермический процесс пиролиза дерева.

Основную тепловую энергию в котле дает сжигаемый газ.

1. В итоге оно разлагается на фракции древесного угля и пиролизного газа. Последний состоит из СО (угарный газ) и незначительной примеси СО2 (углекислый газ), водорода, азота и пр.
2. Смесь воздуха и горючего газа поступает в нижнюю камеру. Где прогорая при режиме температур +1100-1200˚, выделяет значительный объем тепловой энергии. Она и применяется для отопления.

Из этого следует вывод, что принцип работы газогенератора такой. Он для получения тепла практически выжигает не дрова, а газ. Этим гарантируется высокий уровень КПД агрегата — 85-90 процентов.

Блок автоматического управления котлом.

Прогорание газа легче контролировать. Это дает возможность автоматизировать управление котлом.

Схема и продолжительность работы газогенераторов на одной закладке топлива зависима от следующего:

• температуры воздуха в помещении и на улице;
• наличия и качественности теплоизоляции здания;
• вида топлива и его качества;
• грамотности проекта системы отопления.

Однако работает газогенератор при равных условиях, в сравнении с обычными котлами на твердом топливе, всегда значительно эффективнее.

Особенности эксплуатации газогенераторных котлов

Эффективность работы пиролизного котла во многом зависит от типа и качества топлива. Технически в топку можно загрузить не только древесину, но и уголь, и даже торф, большинство современных моделей котлов рассчитаны на использование нескольких видов топлива.

Древесина сгорает примерно за 5-6 часов, в зависимости от сорта. Чем тверже дерево, тем дольше оно горит.

Современные модели котлов пиролизного горения могут работать на различных видах древесного топлива: дровах, брикетах, пеллетах, угле, торфе и т.п.

Около десяти часов уйдет на сгорание черного угля, а такое же количество бурого угля будет тлеть в течение восьми часов. На практике самую высокую теплоотдачу пиролизная техника демонстрирует при загрузке сухим деревом. Оптимальными считаются дрова влажностью не более 20%, а длиной около 45-65 см.

Если доступа к такому топливу не имеется, можно использовать уголь или другое органическое топливо: специальные брикеты из опилок и пеллеты из древесины, отходы, полученные при обработке дерева, торф, материалы с целлюлозой и т.п.

Перед началом эксплуатации котла следует внимательно изучить рекомендации производителя устройства в отношении топлива.

В котлах пиролизного горения поступление воздуха регулируется обычными механическими задвижками. Отсутствие сложной электроники обеспечивает высокую отказоустойчивость прибора

Слишком влажное топливо в таких устройствах недопустимо. При его сгорании в топке образуются дополнительные водяные пары, которые способствуют образованию таких побочных продуктов, как деготь и копоть.

Стенки котла загрязняются, теплоотдача снижается, со временем котел может даже прекратить работу, затухнуть.

Если использовать для котла пиролизного горения дрова со слишком высокой влажностью, внутри устройства возникнут условия для образования дегтя, который ухудшит теплоотдачу устройства и может привести к поломкам

Если в топку заложено сухое топливо и котел настроен правильно, пиролизный газ, полученный в результате работы устройства, будет давать пламя желто-белого цвета. Такое горение сопровождается ничтожным выделением побочных продуктов сгорания топлива.

Если цвет пламени окрашен иначе, имеет смысл проверить качество топлива, а также настройки прибора.

Пиролизные газы, смешанные с воздухом, горят ровным желто-белым пламенем. Если цвет пламени изменился, возможно, нужно проверить настройки котла или качество топлива

В отличие от обычных твердотопливных устройств, перед загрузкой дров в пиролизные котлы, работающие на твердом топливе, топку следует разогреть.

Для этого выполняют следующие шаги:

1. Загружают на дно топки мелкую сухую растопку (бумагу, щепу и т.п.)
2. Поджигают ее с помощью факела из подобных материалов.
3. Закрывают дверцу камеры сгорания.
4. Дверцу загрузочной камеры оставляют немного приоткрытой.
5. Добавляют порции растопку по мере ее сгорания.
6. Процесс повторяют до тех пор, пока на дне не образуется слой тлеющих углей.

К этому моменту топка уже прогревается примерно до 500-800°С, создавая условия для загрузки основного топлива. Не следует использовать для розжига растопки бензин, керосин или любые другие подобные жидкие вещества. Перед тем, как прогревать топку котла длительного горения, следует убедиться, что устройство готово к эксплуатации.

Характерная особенность котлов пиролизного горения – малое количество золы и пепла, что облегчает процесс очистки устройства и его обслуживания

Для этого проверяют наличие тяги, герметичность дверок, исправность запорных механизмов и регулировочной аппаратуры, наличие теплоносителя в системе отопления и т.п.

Затем следует включить терморегулятор, чтобы убедиться, что на прибор поступает напряжение. После этого открывают шибер прямой тяги и вентилируют котел в течение 5-10 минут.

Варианты применение

Твердотопливные котлы могут служить в качестве основного или резервного источника тепла, в ряде случаев этот вид оборудования позволяет не только получить дешевую тепловую энергию, но и значительно экономить на утилизации отходов производства, например, на деревообрабатывающих предприятиях.

Помимо производственной и жилой сфер, применение этого варианта отопления очень актуально для сельского хозяйства как по причине отсутствия альтернативы, так и из-за наличия большого количества отходов, которые можно использовать для обогрева. Среди основных преимуществ  можно назвать:

• относительно невысокая цена;
• различные варианты топливного материала;
• наличие энергонезависимых моделей;
• экологичность и безопасность;
• отсутствие особых требований и легкость установки.

Как в каждой «бочке меда» положительных качеств должна присутствовать «ложка дегтя» в виде недостатков, а они у этих агрегатов есть:

• необходимость дополнительного помещения для хранения топлива;
• склонность некоторых моделей (обычно самых дешевых) к накоплению сажи, что требует частой чистки дымохода;
• ручной режим загрузки топлива в большинстве моделей;
• невысокий, на уровне 70%, КПД у котлов длительного горения;
• невозможность использование в системе дымоотвода дымохода коаксиального типа.

Принцип работы пиролизных котлов и их особенности

Создавая пиролизные котлы своими руками, люди стремятся сэкономить денежные средства в своем кошельке. Если газовое оборудование стоит довольно дешево, то твердотопливные агрегаты просто поражают своей ценой. Более-менее приличная модель мощностью 10 кВт обойдется в 50-60 тысяч рублей – дешевле провести газ, если рядом проходила бы газовая магистрально. Но если ее нет, то выходов два – приобретать заводское оборудование или делать его самостоятельно.

Изготовить пиролизный котел длительного горения своими руками можно, но сложно. Давайте для начала разберемся, для чего вообще нужен пиролиз. В обычных котлах и печах дрова сгорают традиционным способом – при высокой температуре, с выбросом продуктов сгорания в атмосферу. Температура в камере сгорания составляет порядка +800-1100 градусов, а в дымоходе – до +150-200 градусов. Таким образом, солидная часть тепла просто улетает наружу.

Прямое сгорание дров применяется во многих отопительных агрегатах:

Твердотопливные пиролизные котлы могут использовать несколько видов топлива, в том числе отходы деревообрабатывающего производства и сельскохозяйственной переработки.

• Твердотопливные котлы;
• Печи-камины;
• Камины с водяными контурами.

Главным преимуществом данной методики является то, что она отличается простотой – достаточно создать камеру сгорания и организовать отвод продуктов сгорания за пределы оборудования. Единственным регулятором здесь становится дверка поддувала – регулируя просвет, мы можем отрегулировать интенсивность горения, тем самым воздействуя на температуру.

В пиролизном котле, собранном своими руками или купленном в магазине, процесс сгорания топлива идет несколько по-другому. Дрова здесь сгорают при низкой температуре. Можно сказать, что это даже не горение, а медленное тление. Древесина при этом превращается в подобие кокса, одновременно выделяя горючие пиролизные газы. Эти газы отправляются в камеру дожигания, где сгорают с выделением большого количества тепла.

Если вам кажется, что данная реакция не даст особого эффекта, то вы глубоко заблуждаетесь – если заглянуть в камеру дожигания, то здесь будет видно ревущее пламя ярко-желтого, почти белого, цвета. Температура сгорания – чуть выше +1000 градусов, а тепла в этом процессе выделяется больше, чем при стандартном горении древесины.

Для того собранный своими руками пиролизный котел смог показать максимальную эффективность, необходимы дрова с низким содержанием влаги. Влажная древесина не даст оборудованию выйти на полную мощность.

Реакция пиролиза знакома нам еще со школьного курса физики. В учебнике (а может и в лабораторном кабинете) многие из нас видели интересную реакцию – древесина помещалась в стеклянную запечатанную колбу с трубкой, после чего колба нагревалась над горелкой. Через несколько минут древесина начинала темнеть, а из трубки начинали выходить продукты пиролиза – это горючие газы, которые можно было поджечь и понаблюдать за желто-оранжевым пламенем.

Аналогичным образом работает и пиролизный котел, собранный своими руками:

На одной загрузке топлива пиролизные котлы работают около 4-6 часов. Так что большим и стабильно пополняемым запасом дров стоит озаботиться заранее.

• В топке разжигаются дрова до появления устойчивого пламени;
• После этого доступ кислорода перекрывается, пламя гаснет почти полностью;
• Запускается дутьевой вентилятор – в камере дожигания появляется высокотемпературное пламя.

Устройство пиролизного котла довольно простое. Основными элементами здесь являются: камера сгорания, в которой складированы дрова, и камера дожигания, в которой сгорают продукты пиролиза. Передача тепла в отопительную систему осуществляется через теплообменник

В схеме пиролизного котла ему уделяется особое внимание

Все дело в том, что теплообменники в пиролизных котлах, собранных своими руками, устроены не так, как в газовом оборудовании. Продукты сгорания с воздухом проходят здесь через множество металлических труб, омываемых водой. Для увеличения эффективности котловая вода омывает не только сам теплообменник, но и все другие узлы – здесь создается своего рода водяная рубашка, которая отбирает излишки тепла от раскаленных элементов котельного агрегата.

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

Почему у пиролизного котла такой высокий КПД

В отличии от классических твердотопливных котлов здесь происходить процесс “горения наоборот”, то есть тепло выделяет не процесс горения древесины, а горение выделяемого газа. Теперь давайте разберемся подробнее.

Этот принцип работы используют и газогенераторные котлы, где, в качестве органического вещества служит древесина. Выработанный таким образом газ сгорает при температуре до 1200°С и выделяет значительно больше тепловой энергии, нежели сами дрова из которых он получен. Таким образом можно получить до 50% больше тепла. КПД таких котлов достигает 85…89%.

В качестве топлива может использоваться:

• дрова,
• различные пеллеты,
• щепа,
• топливные брикеты,
• кокс,
• уголь.

При этом содержание канцерогенных веществ в отработанных газах, выбрасываемых наружу, минимальное, что важно для людей, заботящихся об экологии