Принцип на пиролизните котли на твърдо гориво

Принцип на пиролизния котел

Пиролизата е силно екзотермичен процес, при който сложни органични вещества (в нашия случай въглища, дървесина, торф, биогорива под формата на пелети и т.н.) се разлагат на по-прост състав от твърда, течна и газова фаза. Процесът на разлагане изисква температура и ограничен кислород, което се постига в котела на газовия генератор. Горивото, което се зарежда в пещната част на котела, трябва да има характеристики, отговарящи на препоръките на производителя, в противен случай няма да се получи очакваният ефект. Горенето протича при високи температури, но в същото време при липса на кислород. Дървесните или въглищните горива не горят с пламък при такива условия, а по-скоро се синтероват при пиролизно разлагане, при което се отделя много повече енергия, отколкото при нормално горене във въздух. Основните продукти са твърди и летливи фракции (коксов газ).

Устройството има две камери, като горната камера служи за екзотермична реакция на пиролиза на гориво при температури от 300 до 800 градуса. Камерите са конструктивно независими и са разделени с решетки и регулатори - задвижки. Горната газификационна камера, в която се зарежда горивото, е херметически затворена и кислородът е в недостиг. Върху решетката има твърдо гориво, което създава пречка за отделянето на топлина, а надолу във втората камера тече само въздух и потокът е слаб. Резултатът е бавно тлеене и разлагане или пиролиза. В резултат на пиролизата се получават дървени въглища и пиролизен или коксов газ, CO и в малка степен въглероден диоксид.

Сместа от пиролизен газ и въздух също се изпраща в долното отделение на горивната камера, където температурите са много по-високи - до 1200⁰С, и по време на горенето се отделя топлина, която е несравнима с отделянето на топлина при горене на твърдо гориво във въздушна среда. Долната част на втората горивна камера не е нищо повече от устройство тип дюза, изработено от топлоустойчиви керамични или шамотни тухли. Аеродинамиката на такава пещ оказва голямо съпротивление, така че тягата се реализира чрез нагнетяване на комин. Топлината от изгарянето на газа се използва за ефективно отопление на жилището. Всъщност пиролизните котли не работят с дърва или въглища, а с отделяния газ. Процесите на горене на газовете могат да се контролират по-лесно, така че автоматизацията на газовите инсталации е по-напреднала.

Твърдата фаза гори много бавно, като постоянно се отделя топлинна енергия. Неорганизираният газ от коксовата пещ също се изгаря и топлинната мощност от този процес е малко по-висока, отколкото от изгарянето на твърдата фракция. Ефективността от използването на дърва и въглища се увеличава значително.

При цялата си простота газовият генератор може да се сравни с домашен лабораторен комплект, който добива газ от дърва за огрев, торфени брикети, въглища и др. горивен газ - за последващо изгаряне със значително по-висока топлинна мощност.

Схемата на пиролизния агрегат се счита за несложна, което привлича домашните майстори. За изграждането на котела не се изисква специално оборудване; основните условия са корпус с необходимите параметри, осигуряване на херметичност в пещното отделение и стриктно дозиране на входящия въздух.

С навлизането на пиролизните котли класическите котли на дърва могат да се считат за остарели, въпреки че цените им са наполовина по-ниски от тези на пиролизните котли с подобна мощност. Едно зареждане на дърва в пиролизния агрегат дава време за горене и топлинна мощност, многократно по-големи от тези в обичайния котел на твърдо гориво. Новите устройства се изплащат за кратко време. Двуконтурните бойлери осигуряват още по-големи икономии, тъй като топлата вода, за разлика от отоплението, е необходима на жилището не сезонно, а целогодишно. Друго предимство е, че е възможно да се използва мокър материал (с влажност до 40-50%). Но изсушените дърва са по-ефективни и икономични. Пиролизните котли, работещи с дървесина, са се наложили и поради факта, че сухият дървен материал е евтин, а в много региони и населени места често и безплатен. Изсушаването на мократа дървесина през летния сезон също не е проблем, а потреблението на пиролизния котел е много икономично.

Характеристики на пиролизните котли

Традиционните котли на дърва са досадни, тъй като изискват постоянен надзор. С други думи, на всеки 2-3 часа трябва да добавяте все повече и повече гориво в тях, в противен случай тръбите в къщата ще бъдат студени. Особено трудно е през нощта, когато вместо спокоен сън домакините получават главоболие под формата на отопление. От една страна, спането на хладно е полезно за здравето ви. От друга страна, не е много приятно да се събуждаш сутрин със скърцащи зъби.

Класическите котли за отопление на дома имат още един важен недостатък - ниска ефективност. Горивото в тях изгаря много бързо, а по-голямата част от топлината просто се отделя в атмосферата. Заедно с тях летят и продукти на горенето, съдържащи горими газове. Тези газове могат да се използват за производство на допълнителна топлина, което се случва в котлите с пиролизно горене.

Както вече разбрахте, отоплителните котли на твърдо гориво с пиролиза са лишени и от двата горепосочени недостатъка. Те са снабдени с вместителни пещи, които изгарят твърдо гориво на малко по-различен принцип. Ето и основните им характеристики:

Принципът на работа на пиролизния котел на твърдо гориво е много прост. Тази снимка не подчертава всички нюанси, но предава същността на технологията в най-пълна степен.

• Големият обем на горивната камера достига до няколко десетки литра. Благодарение на това честотата на посещенията за зареждане на гориво се намалява няколко пъти;
• Принцип на изгаряне чрез пиролиза - позволява да се получи много повече топлинна енергия от същото количество дървесина;
• Доста голям размер - всъщност има две горивни камери. Едната бавно изгаря дървесината, а втората изгаря продуктите на горене, отделени от дървесината;
• Ниска температура на горене - намалява топлинното натоварване на метала.

Пиролизните котли с продължително горене са устроени малко по-сложно от традиционните си аналози, но осигуряват значителни икономии на гориво.

Трябва да се разбере, че пиролизните котли са с висока цена поради сложната си конструкция, която често включва елементи на автоматизация. Затова първоначалните разходи за закупуването им могат да изглеждат големи. Но те със сигурност ще се отплатят в бъдеще.

Тайните на дизайна на пиролизния котел

Схема на пиролизната пещ със собствените си ръце.

За да се приведе настройката на котела в идеално състояние, е препоръчително да се извършат някои действия. Под резервоара за гориво може да се монтира променлив вентилатор. Той е предназначен за подаване на въздух директно в самия котел. Изкуствено нагнетеният въздух ще ускори изгарянето на горивото. Всички тези операции могат да бъдат извършени със собствените ви ръце. Тази технология не изисква специални умения за монтаж.

Системата за автоматизация трябва да работи безпроблемно и точно, а бункерите за гориво трябва да са в правилна позиция, за да произвеждат оптимално количество топлина.

Възможно е да се постигне удължаване на срока на горене на горивото, ако при изграждането на котела със собствени ръце има разделение на горивните камери. В този случай единият от тях изгаря горивото, а другият събира газовете. Чрез използването на двузонова система за газификация е възможно да се постигне енергийно независим котел и постоянно високо ниво на мощност. Производителността на печката на дърва може да се увеличи, като се поставят решетки на дъното на бункерите за гориво.

Добър акумулатор на топлина в пиролизните котли (за разлика от устройствата, работещи с въглища) е монтирането на клапа директно в горивната камера. В този случай системата за автоматизация изпълнява пряката си функция.

Конструкцията на пиролизния котел е направена по такъв начин, че не е необходимо дървесината да се раздробява, преди да се подаде към вратата на печката.

Пиролизните котли на дърва могат да функционират и да отделят повече топлинна енергия, когато се използват дървени стърготини, торфени брикети. Някои котли могат да работят дори с въглища. Монтажът на такъв котел не изисква много усилия и време. Основното нещо е да разберете как работи и да направите добър комин

Важно е коминът да има достатъчна тяга, за да изхвърля остатъчните газове. Не е трудно да го направите със собствените си ръце.

Как работят пиролизните котли

Принципът на работа на пиролизния котел е генерирането на горими газове и последващото им изгаряне. За да разберем как работи, си струва да си припомним един интересен експеримент от училищния учебник по физика. Там е предложено в стъклена колба, запечатана с тапа с тънка тръбичка, да се поставят дървени стърготини. Колбата е поставена под горелка и след известно време в нея започва пиролизна реакция. След известно време от тръбата могат да се отделят горими газове, които лесно се възпламеняват и избухват в пламъци.

Пиролизният котел се основава на подобна реакция, но в по-голям мащаб. В случая става въпрос за две камари:

• Горивна камера - в нея горивото се поставя предварително и след това дървата се разпалват бавно в режим на тлеене с ограничен достъп на въздух;
• Горивна камера - тук продуктите на пиролизата изгарят, като генерират топлина, която се изпраща към тръбния топлообменник.

Всичко това се охлажда от водна риза.

Изучавайки принципа на работа на пиролизния котел, може да ви се стори, че ефективността на тази техника е много ниска. Всъщност се отделят много газове. Ако надникнем в горивната камера, ще видим там мощен ревящ пламък, който отделя огромно количество топлинна енергия.

Горивните камери в пиролизните котли могат да бъдат подредени във всякаква последователност. Например един върху друг или последователно, един след друг. Съществуват и агрегати, при които доизгарянето се извършва под основната горивна камера. Интензивността на горене се регулира с помощта на вентилатор или с помощта на вратичка за пепел. Трябва да се отбележи, че диапазонът на регулиране е доста голям - ако е необходимо, пламъкът може да се изгаси почти напълно.

Принципът на работа на пиролизния котел включва предварително запалване на дървеното гориво. Необходимо е дървото да е добре заето от пламъка. За целта отворете дросела и пепелника и поставете в огнището част от дървата за огрев с малки трески за разпалване. Запалете огъня и изчакайте да се появи стабилен огън. Сега нашият пиролизен котел е готов за пълен старт. Предприемете следните стъпки:

Благодарение на конструкцията на пиролизния котел горещият въздух не се изпуска веднага в комина, а първо преминава през специално отделение. Това позволява на системата да повиши значително ефективността си в сравнение с конвенционалните котли.

• Затворете дроселовата клапа;
• Затворете вратата на пепелника;
• Стартирайте автоматиката;
• Наблюдавайте повишаването на температурата в системата.

Нека разгледаме как работи един пиролизен котел отвътре - тук се случват много интересни неща. На първо място, щом се прекъсне притокът на кислород, веселият ни пламък се превръща в тлееща жарава. На второ място, след стартиране на автоматизацията, вентилаторът се включва и продуктите от пиролизата се изпращат в камерата за доизгаряне, където започва да бушува мощен пламък. Този принцип на работа се прилага във всички пиролизни котли. Единствената разлика е в схемата на регулиране: в някои случаи електрониката отговаря за автоматичното регулиране, а някъде това е проста механична система.

Предимства и недостатъци на пиролизните котли

Подобно на другото отоплително оборудване, пиролизните котли имат плюсове и минуси според различни критерии.

Недостатъците на котлите с продължително горене се изразяват главно в тяхната цена. Такова оборудване е няколко пъти по-скъпо от класическите устройства за директно изгаряне.

За разлика от стандартните котли, пиролизните котли се нуждаят от по-малко гориво, за да поддържат температурата в помещението дълго време.

Друго предимство е малкото количество отпадъци.

Ако органичният материал гори дълго време, от него на практика не остава пепел.

Недостатъците са високите изисквания към съдържанието на влага в дървата за огрев. То не трябва да надвишава 20%, в противен случай дървата няма да горят и няма да отделят газ.

Инструменти и материали

За да сглобите самостоятелно такъв модул, ще са ви необходими следните инструменти и материали:

• Термостат.
• Вентилатор.
• Стоманени ленти с различна дебелина и ширина.
• Комплект профилирани тръби с диаметър 2 мм.
• Метална ламарина с дебелина 4 мм.
• Комплект тръби с различен диаметър.
• Диск за рязане с диаметър 230 мм.
• Шлифовъчен диск с диаметър 125 mm.
• Ръчен циркулярен трион.
• Няколко опаковки електроди.
• Заваръчна машина.
• Електрическа бормашина.

Ако планирате сами да изградите котел за пиролиза, препоръчителната дебелина на стоманата е 4 mm. За да спестите пари, можете да използвате стомана с дебелина 3 мм. Корпусът на устройството ще изисква здрава стомана, която да издържа на високи температури.

Предимства и недостатъци

Предимствата на този тип инсталация включват:

• Най-висока ефективност сред всички котли на твърдо гориво - 90-93%.
• Отделят се около 3 пъти по-малко вредни вещества, което ги прави по-екологични.
• Дълъг интервал между зарежданията с гориво, приблизително 12 часа за мека дървесина и 24 часа за брикети, пелети и твърда дървесина.
• Ниското съдържание на катран в изгорелите газове удължава живота на комините.

Недостатъци:

• Необходимо е гориво с ниска влажност. Най-добрият вариант е 20%.
• Цената на тези котли е по-висока от тази на всички останали видове такова оборудване.
• Устройството с принудителна тяга е зависимо от електричеството.

Как съдържанието на влага в дървесината влияе на ефективността

Дървесината за пиролизните котли трябва да бъде изсушена до съдържание на влага 15-20%. Този резултат е труден за постигане при естественото сушене, така че може да се счита за основен недостатък на този тип котли.

Необработените дърва за огрев генерират повече водни пари, които се смесват с газово-кислородната смес и намаляват нейната енергийна интензивност. Пример за това намаляване на броя:

• При изгаряне на 1 кг дърва за огрев със съдържание на влага 20% - мощност 4 kW;
• Изгаряне на 1 kg дърва с 50% влажност - мощност 2 kW.

Пиролизен котел - схема, основни стъпки

За да сглобите сами отоплителна инсталация за пиролиза, трябва да спазвате следните изисквания:

Необходимите елементи трябва да се изрежат с помощта на шлайфмашина.
Входът за гориво е малко по-висок, отколкото при котлите на твърдо гориво.
За да се контролира количеството въздух, постъпващо в горивната камера, трябва да се монтира ограничител. Това може да стане с помощта на тръба с диаметър 70 mm и дължина, малко по-голяма от тази на барабана на котела.
Стоманеният диск се заварява със заваръчен апарат и заедно със стените на тръбата трябва да образува междина от около 40 mm.
За да се монтира ограничителят в капака на котела, трябва да се направи подходящ отвор. Той трябва да има правоъгълна форма. Отворът се затваря с врата, снабдена със стоманена плоча. Това ще осигури сигурно закрепване. Под него се намира отворът за отвеждане на водата.
Използвайте огъвачка за тръби, за да огънете тръбата, която ще се използва за транспортиране на топлоносителя вътре в котела. По този начин се осигурява максимална топлинна мощност.
Количеството на топлоносителя към уреда може да се регулира с помощта на външно монтиран вентил.
След първото пускане на уреда в експлоатация не трябва да има въглероден оксид в продуктите на горене. Ако това условие е изпълнено, системата на пиролизния котел (схематично изображение) е инсталирана правилно.

Важно е редовно да следите състоянието на заварките на уреда и своевременно да отстранявате саждите и пепелта от уреда.

Комбинацията на пиролизния котел с въздушна отоплителна система вместо класическата водна отоплителна система е отлична възможност. В резултат на това въздухът ще се предава по тръбите и ще се връща в системата през пода. Тази система има много предимства: не замръзва при силни студове и не е необходимо да се източва отоплителната среда по време на отпътуването на собственика.

Дизайн и функция

Пиролизният котел за отопление на частен дом работи чрез изгаряне на гориво при много висока температура и ограничен достъп на въздух. Вместо твърдо гориво всъщност се създава ново гориво - специален газ. Те се изгарят допълнително в специална камера, която обикновено се намира под тази, предназначена за твърди вещества. Съответно въздухът първо се изпомпва в горната част и оттам се насочва към долната камера. Тъй като това противоречи на законите на физиката, то трябва да бъде преодоляно по изкуствен начин с помощта на вентилатори или помпи.

Липсата на кислород в използвания въздух спомага за по-продължително горене, отколкото при обикновените котли или пещи. Възможно е топлинната мощност на една партида дърва да бъде удължена, например до 20 часа. Разбира се, чудеса не се случват: те отделят топлинна енергия на малки порции. Въпреки това, в случай на оранжерия, това решение е предимство, тъй като ви позволява да поддържате стабилна температура, без да прегрявате или преохлаждате.

Използването на пиролизен котел за сауната заслужава отделно обсъждане. Той е по-практичен от газовите и електрическите отоплителни уреди. По отношение на ефективността и удобството изпреварва много готварски печки, особено в сравнение с домашно приготвените конструкции. Всеки пиролизен котел има хоризонтален сегмент (т.нар. "бор"), който е предназначен да свързва конструкцията с комина. Дебелината на стената в тази област е 4,5 мм, а нормалната ѝ дължина е до 50 см.

Характеристиките на пиролизния котел позволяват в повечето случаи да се счита, че повишените разходи (в сравнение с обикновените алтернативи на твърдо гориво) са съвсем подходящи. Времето за използване на един товар гориво е трудно да се предвиди предварително и зависи от голям брой фактори. В техническата документация и популярните описания обикновено се посочват минималните и максималните възможни стойности.

Те се влияят от:

• влажността на използваното гориво;
• температурата в къщата и навън;
• качеството на изолацията;
• особености на конструкцията на отоплителната система.

Сухата дестилация се регулира с помощта на дюза, която подава атмосферен въздух.

Важното е, че пиролизните котли могат да изсушават дървата или въглищата, съхранявани в същото помещение. Специалният режим на работа предотвратява навлизането не само на въглероден оксид или въглероден диоксид, но и на по-безопасни водни пари в жилищното помещение.

Повечето модели работят най-добре с много добре изсушено дърво.

Принцип на работа

Котлите на твърдо гориво обикновено се захранват с дърва за огрев, торф, дървесни отпадъци, специални дървесни брикети, въглища и пелети (пелети, направени от натрошено дърво, смола, борови иглички и др.). Най-популярни са универсалните котли, които могат да използват почти всички видове твърди горива.

Котлите могат да бъдат базирани на метода на пренос на топлина:

• Въздух.
• Steam.
• Водогрейни котли (най-разпространените).

На принципа на изгаряне на горивото:

• Традиционни. Отоплява се на дърва и въглища. Принципът на работа е същият като на обикновена печка на дърва.
• Дълго горене. Иновативна разработка в областта на отоплителното оборудване. Котлите на твърдо гориво с продължително горене имат продълговата пещна камера, заобиколена от всички страни от водна риза. По време на горенето пламъкът не се разпространява отдолу нагоре, а отгоре надолу, което напомня процеса на горене на свещта. Принципът на работа на котела с продължително горене позволява да се постигне пълно изгаряне на горивото. В този случай периодът на изгаряне на едно гориво (до 7 дни) се увеличава. Като правило дългогоривният котел работи при стабилно висока температура на топлоносителя, което повишава ефективността му с един порядък. Безпроблемното и безопасно функциониране на тези модели се постига благодарение на включените в конструкцията им вентилатори за аварийно гасене, предпазен клапан и циркулационна помпа.

• Пелети. Пелетите се използват като гориво. Тези котли са допълнително оборудвани с автоматична система за подаване на пелети и бункер за съхранение на гориво. Електронни сензори следят за наличието на гориво в пещта. За работата на такава система е необходимо стабилно електрозахранване.
• Пиролиза. Уникален уред, който освен енергията от изгарянето на твърди горива, използва и топлината, генерирана от газовете. Това дава възможност за превръщане на малко количество гориво в значително количество топлинна енергия. Резултатът е повишаване на ефективността на котела и намаляване на вредните емисии.

Конструкция и принцип на действие

Първичната горивна камера или камерата за пиролиза е подобна на конвенционална пещ по своята конструкция. Твърдото гориво (дърва, дървени стърготини, дървени или торфени брикети, пелети) се поставя през прозореца за зареждане върху масивна огнеупорна решетка - скара, която осигурява приток на въздух към горивото, наречена първична.

Принцип на работа на котела с продължително горене

Пиролизният газ принудително, по-рядко гравитачно, преминава във вторичната камера - горивна камера или камера за доизгаряне, в която има достатъчно количество въздух, наречен вторичен въздух. При контакт с кислород газът, нагрят до високи температури (над 300 градуса по Целзий), моментално се възпламенява и изгаря, като отделя голямо количество топлина. Основната функция на котела е да загрява отоплителната среда.

Принципът на работа на пиролизния котел е илюстриран подробно във видеото.

Въздухът обикновено се подава от малък вентилатор. Понякога обаче за създаване на тяга в малки модели се използва коминна помпа.

Тази схема показва конструкцията на котел за пиролиза с долно горене. Дървата горят бавно при липса на кислород и отделят горим газ ( ).

Наличието на принудителна вентилация може да се счита за основната разлика между пиролизния котел и класическия модел на твърдо гориво. Корпусът на устройството се състои от две части, които са вложени една в друга. Пространството между стените е запълнено с охлаждаща течност, чиято роля традиционно се изпълнява от водата.

Температурата на горене може да достигне до 1200°C. Водата във външния топлообменник се загрява и циркулира в отоплителната система на къщата. Остатъчните продукти от горенето се извеждат през комина.

Цената на уредите, които използват принципа на пиролизното горене, е сравнително висока. Обикновеният котел на твърдо гориво струва значително по-малко. Но в котлите с продължително горене дървата изгарят почти изцяло, което не може да се каже за класическия котел.

Дървесината за пиролизния котел подлежи на определени изисквания по отношение на размера и съдържанието на влага. Подробна информация можете да намерите в инструкциите на производителя.

Когато избирате пиролизен котел, трябва да помните, че евтините модели с ниска мощност обикновено са предназначени само за дърва за огрев. По-скъпите модели могат да използват различни горива.

В зависимост от метода на изгаряне на горивото котлите с дълъг горивен цикъл с двоен контур могат да бъдат разделени на:

• Пиролитичен. Те са оборудвани с две горивни камери. Едната от тях се използва за тлеене и отделяне на газ за пиролиза, а другата се използва за смесване на получения газ с кислород и изгарянето му. Оборудването от този тип е изключително екологично, като отделя минимално количество замърсители в атмосферата. В процеса на горене се образуват малки сажди. Ако котелът е оборудван с автоматика, ще бъде възможно да се регулира мощността.
• Котли с горна горивна камера. Тези котли са много лесни за експлоатация. Броят на автоматите за стабилната им работа трябва да бъде минимален, като е възможно функционирането им в автономен режим на работа без електричество. Има и недостатъци - по време на работа се образува много пепел, има списък с изисквания за видовете гориво. Например фини дървени стърготини или дървени стърготини не са подходящи за подпалки.
• Пелети. За запалването на такова оборудване се използват специални пелети или брикети от сгъстено гориво. Тези котли са екологични, икономични и ефективни и имат дълъг експлоатационен живот. Един от основните недостатъци е високата цена на котела и специалните условия, които трябва да се поддържат при съхранението на горивото. Помещението трябва да е сухо, високата влажност на въздуха ще допринесе за влошаване на качеството на пелетите.

Плюсове и минуси

Не е достатъчно да се проучат прегледите на собствениците и експертите на конкретни модели, за да се прочетат рейтингите на най-добрите модификации. Необходимо е да се отговори на основния въпрос: как да се съпоставят предимствата и недостатъците на пиролизните котли, наистина ли си заслужават инвестираните пари? Няма универсален отговор, тъй като много зависи от приоритетите и особеностите на приложение на оборудването.

Всеки пиролизен котел вече има вградена автоматизация по силата на конструктивните си характеристики. Работата в продължение на много часове с едно зареждане освобождава много време и усилия. Почти всеки отпадъчен материал от дървообработването и дърводобива може да се използва като гориво, а понякога не само дървесина.

Недостатъците на тези предимства са:

• Свързани с електрическата мрежа;
• необходимостта от непрекъсваемо електрозахранване;
• непригодност на суровата дървесина;
• невъзможност за подаване на вода в отоплителния кръг, ако тя е по-студена от 60 градуса (причинява корозия);
• невъзможност за автоматизиране на самото зареждане на горивото (зареждането от бункера само намалява честотата на ръчната работа, но не я изключва напълно);
• необходимостта от облицовка с шамотни тухли;
• По-висока цена в сравнение с обикновените котли на твърдо гориво.