Пиролизный котел своими руками

На сегодняшний день в России огромное количество населенных пунктов, где отсутствует магистральный газопровод, поэтому приходится отапливать помещения электричеством или доступным твердым топливом. Конечно, последний вариант гораздо более экономный, но при этом очень трудоемкий. Приходится постоянно контролировать количество топлива в котле, следить, чтобы не прогорел, чтобы не пришлось растапливать заново. Выходом из такой ситуации являются пиролизные котлы, которые также работают на твердом топливе, но при этом оптимизирован процесс горения. Стоимость такого котла выше, чем у обычного, но его вполне можно изготовить самостоятельно. Мы расскажем, как сделать пиролизный котел своими руками, чертежи и принцип работы, приведем рекомендации специалистов и видео-уроки.

Фото 1 Принцип работы пиролизного котла

Принцип работы

Оценить преимущества пиролизных котлов невозможно без понимания общих принципов работы. И изначально, что такое пиролиз?

По сути, это разложение природных соединений при минимальном количестве воздуха. В стандартном котле дрова сгорают при температуре 900-1200°С при нормальном доступе воздуха, на одну закладку дров уходит около 3-4 часов с выделением порядка 4900 калорий тепла.

Таблица 1 Теплотворная способность дров разных пород древесины

В пиролизном котле твердое топливо сгорает при меньшей — 300–850°С температуре, при этом происходит распад на следующие элементы — на твердый осадок и газ. При отсутствии кислорода в отдельной камере горючий (пиролизный газ) вступает в реакцию с углеродом и дополнительно перерабатывается, за счет чего увеличивается теплопроводность.

Таким образом, при сухой перегонке (процесс пиролиза) помимо твердого топлива дополнительно сгорает твердый осадок и одновременно с ним пиролизный газ. Все это в комплексе увеличивает время прогорания одной закладки дров до 12 часов (сравните с обычными 3-4 часами) и коэффициент полезного действия котла до 85-90% при стандартных 65-70%.

Плюсы и минусы оборудования

Любой агрегат отличается как положительными, так и отрицательными характеристиками. Для того, чтобы сделать правильный выбор, их необходимо адекватно оценить.

• поддержание определенной температуры горения в автоматическом режиме;
• увеличенное время прогорания закладки на фоне повышенного КПД котла;
• возможность использовать различные виды твердого топлива, вплоть до продуктов переработки деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности.

Не рекомендуется использовать более трети общего количества топлива полимеры и резину.

• большие габариты котла за счет увеличенной камеры сгорания;
• особые требования к твердому топливу – дрова должны быть совершенно сухими

При закладке топлива даже 25% влажности замедляется процесс выделения газов, что приводит к снижению температуры теплоносителя и падению эффективности.

• энергозависимость – во время работы котел потребляет электричество для работы вентилятора, создающего принудительную тягу, и автоматики;
• цена – это самый главный недостаток, который заставляет отказаться от покупки.

Именно поэтому мы предлагаем сделать пиролизный котел своими руками, чертежи и принцип работы смотрите дальше в статье.

Устройство котла

Принципиальная разница стандартного и пиролизного котла заключается в том, что в первом варианте 1 камера сгорания, а во втором – 2, между которыми пролегает колосниковая решетка, в нижней сгорают собственно топливо и твердый остаток, а в верхней – пиролизные газы. Именно такая организация топочных камер позволяет оптимизировать процесс, увеличить время сгорания топлива и максимально увеличить эффективность.

Фото 2 Схема устройства пиролизного котла

Процесс пиролиза возможен только при ограниченном доступе воздуха, когда топливо не горит, а фактически тлеет, выделяя большее количество газа.

К числу особенностей пиролизного котла относится и повышенное аэродинамическое сопротивление в дымоходе за счет отсутствия воздуха и реакции углерода с пиролизным газом. Принудительную тягу обеспечивает электровентилятор, собственно, именно по этой причине пиролизные котлы и относятся к категории энергозависимого оборудования.

Стоимость самодельной модели

Безусловно, основная причина, почему принимаются за изготовление пиролизного котла своими руками, ищут чертежи и принцип работы — банальная экономия. В среднем по регионам стоимость готового котла варьируется от 36 000 руб. (мощность 10 кВт, площадь 100 кв.м.) до 140 000 руб. (мощность 38 кВт, площадь 300 кв.м.). При самостоятельном изготовлении котла получается сэкономить от 500 до 1500 у.е. за счет стоимости материалов и личного труда.

Видео 1 Пиролизный котел 15-25 кВт — изготовление и испытание

В любом случае, этот вид работ нельзя назвать недорогим или легким, поэтому прежде чем решится сделать пиролизный котел своими руками, оцените свои возможности изучите все чертежи и подберите именно те материалы которые необходимо.

Как сделать пиролизный котел

• электродуговая сварка и 3-4 пакета электродов;
• дрель;
• малая болгарка (круг 230).

Устройство и схема пиролизного котла

Из всех видов отопительных установок, работающих на твердом топливе, наиболее эффективными считаются агрегаты, в которых при сжигании дров или угля происходит пиролиз. Это процесс дожигания газов, выделяющихся из дров или угля при их тлении, что позволяет передавать теплоносителю почти всю энергию сгорания топлива. Данный принцип использует схема пиролизного котла, в которой реализовано выделение горючего газа из топлива и его последующее сжигание.

Конструкция и компоновка элементов установки

В отличие от классических твердотопливных установок устройство пиролизных котлов длительного горения предусматривает две камеры сгорания вместо традиционной топки. В первой камере осуществляется медленное горение за счет недостаточного количества воздуха. При этом топливо начинает выделять так называемый пиролизный газ, перетекающий во вторичную камеру вместе с продуктами сгорания. Туда же подается достаточное количество воздуха, вследствие чего газ воспламеняется и сгорает, нагревая водяную рубашку агрегата.

Расположение двух камер может быть различным, поскольку отопительные котлы пиролизного типа могут работать как на естественной тяге дымохода, так и с помощью принудительной подачи воздуха вентилятором. В установках, использующих естественную тягу, вторичная камера расположена над первичной и воздух проходит через топливо снизу вверх. При искусственно создаваемой тяге главная топка, наоборот, находится над камерой дожига и поток воздуха направлен сверху вниз. Это отражают представленные ниже схемы устройства пиролизных котлов с различной компоновкой камер.

Способы подачи воздуха для горения

К высоте и диаметру дымохода предъявляются повышенные требования, когда схема подачи воздуха в пиролизном котле предполагает использование обычной тяги. Ее должно хватать на преодоление сопротивления газовоздушного тракта установки и дымоходной трубы, а также на создание разрежения в топке величиной 16—20 Па. Подобрать диаметр можно по выходному патрубку, а высота должна быть не менее 5—6 м.

Принудительная подача воздуха в обе камеры может осуществляться тремя способами:

Обычно схема пиролизного котла, предусматривает установку вентилятора в режиме нагнетания. Это объясняется тем, что обычный нагнетатель по стоимости доступнее чем дымосос, так как последний должен вытягивать отходящие газы с высокой температурой. По этой причине его конструктивные элементы стоят дороже.

Ведущие производители пиролизных котлов устанавливают на свои изделия дымососы на выходе продуктов горения. Причина – обеспечение безопасности для человека, открывшего дверцу топки в рабочем режиме. Дымосос создает разрежение, поэтому пламя не полыхнет через открытый проем человеку в лицо.

При большой мощности установки производителями применяются вентиляторы для котлов обоих типов, на входе и выходе газовоздушного тракта.

Для того, чтобы понять, как работает пиролизный котел, рекомендуем посмотреть следующее видео.

Изготовление пиролизного котла

Эффективность этого вида установок на дровах стала причиной их популярности у мастеров, которые могут изготавливать твердотопливные котлы пиролизного типа собственными силами из имеющихся материалов. Процесс этот достаточно трудоемкий и требующий навыков выполнения слесарных и сварочных работ, некоторого минимума инструментов и оборудования:

• аппарат для электросварки;
• угловая шлифовальная машина;
• дрель электрическая;
• набор слесарных инструментов.

Если имеются навыки, инструменты и большое желание, то можно изготовить агрегат, используя следующий чертеж пиролизного котла на естественной тяге:

1 – воздушный канал; 2 – дверца для загрузки топлива; 3 – дверца вторичной камеры; 4 – заслонка прямой тяги; 5 – первичная камера; 6 – верхняя крышка; 7 – входной канал для подачи воздуха; 8 – воздушная заслонка; 9 – патрубок для группы безопасности; 10 – вторичная камера дожигания; 11 – патрубок присоединения дымохода; 12 – форсунка; 13 – жаротрубный теплообменник.

Материалом для изготовления камер может служить жаропрочная легированная сталь, но это дорогой материал, поэтому мастера берут простую углеродистую сталь толщиной 5 мм. Для защиты ее от высокой температуры в нижней части топки выполняется футеровка пиролизного котла огнеупорным кирпичом. Им же нужно защитить днище вторичной камеры, куда направлен факел пламени. Для обшивки водяной рубашки применяется листовой металл толщиной 3 мм, его приваривают к ребрам жесткости из полосовой стали. Из такого же металла изготавливают дверцы, крышку и обрамление проемов.

Передачу тепла от дымовых газов устройство котла предусматривает через жаротрубный теплообменник, находящийся внутри водяной рубашки. Для его изготовления подойдут бесшовные стальные трубы из углеродистой стали наружным диаметров 48 или 57 мм. Количество труб следует подобрать по необходимой площади поверхности теплообмена, для чего выполняется расчет пиролизного котла.

Учитывая, что топливо в пиролизных агрегатах горит долго (до 12 часов) и продуктивно, некоторые владельцы классических установок прямого горения задумываются о том, можно ли их модернизировать. Такая переделка твердотопливного котла в пиролизный возможна, но при условии, что топка агрегата сделана из металла, а не чугуна. Колосниковая решетка убирается и с помощью электросварки на ее месте закрепляется перегородка, разделяющая главную топку и зольник, который будет выполнять роль вторичной камеры. Между ними устанавливается форсунка. Кроме этого, понадобится организовать подачу воздуха в обе камеры, надо изготовить воздушные каналы и установить их, как показано на чертеже.

Как правило, переделка котла в пиролизный происходит не на заводских агрегатах, а на самодельных, это расширяет возможности для усовершенствования конструкции. Можно менять проходное сечение форсунки, размеры обеих камер или площади поверхностного теплообмена, добиваясь наилучших показателей длительности горения и повышения КПД установки.

Расчет пиролизного котла

Расчет начинается с определения величины температурного напора, ºС:

Ƭ= (∆Т – ∆t) / ln (∆Т / ∆t)

• ∆Т – перепад температур продуктов сгорания перед теплообменником и после него;
• ∆t – разница между температурами в трубопроводах подачи и возврата теплоносителя.

Полученное значение Ƭ подставляют в формулу:

S = Q / k / Ƭ, где:

• Q – расчетная мощность отопительной установки, Вт;
• k – коэффициент теплопередачи, равен 30 Вт / м 2 ºС.

Укрупненный расчет мощности пиролизного котла (Q, кВт) выполняется исходя из площади здания. Ее значение нужно принимать по наружному обмеру дома, результат разделить на 10. Смысл этого действия в том, что на обогрев каждых 100 м 2 здания требуется ориентировочно 10 кВт тепловой энергии. Полученный результат – это расчетная мощность системы отопления, а источник тепла принимается с коэффициентом запаса. Он зависит от региона проживания и колеблется от 1,1 до 1,5.

Пусконаладочные работы

После того как сборка пиролизного котла завершена, нужно обязательно проверить герметичность сварных соединений. Водяная рубашка наполняется водой, затем в нее накачивается воздух, создавая избыточное давление. Некачественно сваренные швы дадут о себе знать протечками. Теперь можно производить испытания, лучше это делать на улице, подавая проточную воду из шланга. Если на агрегате установлена группа безопасности, то можно наполнить резервуар котла водой и проверить его работу при критическом давлении 2—2,5 Бар. Порядок испытаний следующий:

• Присоединить временный дымоход, загрузить в камеру топливо и открыть заслонку прямой тяги.
• Прекратить подачу проточной воды, предусмотрев для этого временный кран.
• Произвести розжиг и запуск пиролизного котла. Как только дрова разгорятся, заслонку прямой тяги нужно прикрывать, чтобы начался процесс пиролиза.
• Открыв дверцу вторичной камеры, убедиться в наличии факела пламени. Здесь требуется регулировка пиролизного котла, нужно добиться ровного и устойчивого факела, открывая или закрывая воздушную заслонку.
• Закрыть дверцу и наблюдать за показаниями термометра и манометра. В закрытой водяной рубашке процесс парообразования может начаться при достижении давления 1,5 Бар, в это время надо внимательно отслеживать температуру.
• Качественно сваренные пиролизные котлы отопления могут выдерживать давление до 3 Бар, но не стоит ставить рекорды. Достаточно, если предохранительный клапан, настроенный на давление 2 или 2,5 Бар начнет сбрасывать пар, тогда можно открывать кран и возобновлять циркуляцию воды. Заслонку подачи воздуха надо закрыть, чтобы топливо начало затухать.

Будьте осторожны, проводя такие испытания, есть опасность обвариться кипятком по неосторожности или при разрыве водяной рубашки.

Подключение котла к системе отопления

Последний этап – подключение пиролизного котла и выполнение его обвязки. Как и во всех твердотопливных установках, надо исключить образование конденсата на внутренних стенках топки во время разогрева. Это явление сокращает срок службы корпуса топки, поскольку конденсат содержит включения серы и будет вызывать интенсивную коррозию металла. По этой причине обвязка котла отопления должна быть выполнена по схеме, не допускающей попадание в рубашку холодной воды при разогреве.

Ниже приведена классическая схема подключения пиролизного котла к системе отопления с балансировочным вентилем между подающим и обратным трубопроводами.

Перемычка образует малый контур, в котором теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом. Приведенная на схеме обвязка пиролизного котла отопления позволяет воде циркулировать по малому контуру, прогреваясь вместе с агрегатом. Термостатический трехходовой клапан начнет подмешивать холодную воду из системы в тот момент, когда в малом контуре температура воды достигнет заданного значения, обычно это 45—50 ºС.

Рабочая температура в системе отопления лежит в пределах 60—80 ºС, поднимать ее выше приходится редко. Если при работе в этом диапазоне температур в вашем доме прохладно, то надо искать причину в самой системе. Увеличивать температуру не имеет смысла, это только увеличит расход дров в пиролизном котле.

Заключение

Пиролизные установки, сделанные своими руками, приобретают все большую востребованность. Причина – высокая стоимость котлов заводского изготовления, самодельные агрегаты часто оказываются единственной альтернативой. Единственный недостаток — топливо для пиролизных котлов должно иметь влажность не выше 25%, иначе процесс пиролиза будет слабым, что влияет на производительность установки.