Пиролизный котел своими руками

Восстанавливая небольшой домик в селе, мы задумались об альтернативе «старой доброй» печке — все ж таки XXI-й век на дворе. Становится вопрос не только экономного использования природных ресурсов (дрова, уголь) но и комфорта проживания: зимой, все-таки, мало радости вставать ночью для  того, чтобы подкинуть дровишек, а поутру все равно просыпаться от того, что сопли в носу начинают замерзать.

Из всех имеющихся на сегодня альтернатив твердотопливного способа отопления, пиролизные котлы представляют наибольший интерес. Почему именно пиролизный? И что вообще такое «пиролиз» по отношению к котлам?

Твердотопливные котлы с пиролизным сжиганием еще называют газогенераторными. Главные достоинства этих котлов заключаются в более высоком КПД (до 85%) и возможности регулирования мощности (обычно в диапазоне от 30 до 100%). Основным отличием котлов с пиролизным сжиганием является то, что в них горят не только сами дрова, но и древесный газ, выделяющийся из них под воздействием высокой температуры. Во время такого сжигания не образуется сажа и появляется минимальное количество золы. В котлах с пиролизным сжиганием древесный газ, возникающий благодаря высокой температуре в бункере топлива, проходит через специальную форсунку и горит очень чистым пламенем желтого или почти белого цвета. К недостаткам пиролизных котлов можно отнести необходимость электропитания и более высокую по сравнению с традиционными твердотопливными котлами цену.В газогенераторных котлах обычно можно сжигать все виды древесины, отходы древесины или древесные брикеты с влажностью не более 20%.

ПОЧЕМУ же пиролизные котлы могут работать на одной закладке топлива сутки и даже дольше? Разумеется, время их работы может измеряться в широких пределах в зависимости от многих факторов, а именно: температуры на улице, необходимой температуры в помещении, степени утепления дома, вида и влажности топлива, а также от того, насколько правильно спроектирована и смонтирована система отопления. Но бесспорно одно — пиролизные котлы существенно эффективнее традиционных.

С ЧЕМ ЭТО СВЯЗАНО?
Во-первых, при сжигании дров, особенно влажных, невозможно достичь таких высоких температур, как при сжигании полученного из них газа. Во-вторых, для горения газа необходимо меньше вторичного воздуха, чем для горения дров, благодаря чему выше температура горения и, следовательно, эффективность и время горения. В-третьих, процессом горения пиролизного газа легче управлять, поэтому работа газогенераторного котла поддается автоматизации практически так же, как газового или жидкотопливного.

ЧТО ТАКОЕ ПИРОЛИЗ?
В основу работы газогенераторного котла положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть— так называемый пиролизный газ и твердый остаток— древесный уголь (кокс).

Пиролиз древесины осуществляется при температуре 200–800°С.Причем процесс этот экзотермический, т.е. идущий с выделением тепла, за счет чего, кстати, улучшается прогрев и подсушивание топлива в котле и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха.
Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. И даже СО2 такой котел будет выбрасывать в атмосферу до трех раз меньше, чем обычный дровяной и, тем более, угольный котел.

В процессе пиролизного горения образуется минимальное количество сажи и золы, поэтому котел реже, чем обычный, нуждается в чистке.

НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ТОПЛИВЕ
Пиролизные котлы рекомендуется топить как можно более сухой древесиной, тогда обеспечивается работа котла на максимальной мощности и длительный срок его службы. Например, дерево, с 12–20%-м содержаним воды имеет теплоту сгорания 4 кВт •ч на 1 кг древесины, дерево с 50%-м содержанием воды имеет теплоту сгорания 2 кВт•ч/1 кг древесины. Теплотворная способность топлива зависит от содержания воды в древесине. Как видно из графика, полезное энергетическое содержание древесины весьма существенно снижается в зависимости от объема содержащейся в нем воды.

Сырая древесина мало греет, плохо горит, сильно дымит и существенно сокращает срок службы котла и дымоходной трубы. Мощность котла снижается до 50%, а расход топлива увеличится в два раза.

На рис.1 представлена принципиальная схема пиролизного котла. В предтопок загружаются дрова или опилки. Здесь происходит термическая возгонка древесины. Полученный генераторный газ подается в топку, где и сжигается. Теплообменник утилизирует теплоту полученных дымовых газов для отопления. Пиролизный процесс контролируется подачей нужного количества воздуха в предтопок.

ЦЕНА ВОПРОСА

Итак, пиролизный котел — это эффективно и современно. В чем же проблема? Проблема в цене. Импортные газогенераторные котлы (да и отечественного производства тоже) — удовольствие недешевое. На последней стоительной выставке самый простой отечественный котел стоил от $1000 и выше. Поэтому возникает вопрос, актуальный для многих — как сделать дорогое удовольствие доступным?

СДЕЛАЙ САМ

Один из способов — сделать пиролизный котел своими руками по чертежам, или заказать изготовление у специалистов (что все равно выходит дешевле, чем покупать готовый). Готовых чертежей, созданных энтузиастами в интернете не так уж и много.

Например, котел Blago изобретателя Благодарова Ю.П. В чём преимущества пиролизного котла Blago по заявлению изобретателя:

1. По длительности горения топлива в режиме максимальной теплотворной способности пиролизный котёл Blago превосходит все пиролизные котлы. Как это достигается.
— В существующих пиролизных котлах, выпускаемых промышленностью под топливным бункером устанавливаются сопла, небольших размеров, куда нагнетается воздух вентилятоами наддува. Вентилятор устанавливается: регулируемый или старт-стопного режима, в зависимости от заданной температуры.
— В отличии от естественной системы сжигания топлива, при наддуве воздуха топливо сгорает быстрее. При этом, камера сгорания в момент наддува охлаждается. В результате не все газы сгорают полностью. При отключении эл/энергии режим горения настолько мал, ввиду малой площади сопла, что котёл работает только в поддерживающем режиме, не протаплиая помещение.
— В пиролизном котле Blago колосниковые решётки перекрывают полностью низ топливных бункеров. В результате. при естественной тяге можно добиться высокой теплоты сгорания топлива и более длительного периода сгорания за счёт удачной компоновки толивных бункеров, дающих возможность увеличивать объём топливных бункеров без ущерба снижения КПД.

2. По длительности горения топлива в режиме минимальной теплотворной способности, но с наивысшим КПД пиролизный котёл Blago превосходит все пиролизные котлыДостигается это тем, что поочерёдно горит топливо в одном из двух топливных камер, а другом газится.

3. Пиролизный котёл Blago энергонезависим и всегда выдаёт требуемую мощность.Достигается это тем, что:
-колосниовые решётки расположены по всей площади низа топливных бункеров;
-используется двухзонная система процесса газофикации, в результате в камере сгорания используется температура на уровне 700 градусов.

4. Осуществляется полное сгорание соединений фенольных групп (эфирные масла, спирты, смолы, дёготь) Достигается это тем, что кроме сжигания генераторных газов в зоне газификации, осуществляется также дожиг во вторичной зоне дожига, кеуда подаётся дополнительно воздух. А установленные рельсы (перемычки) в камере сгорания являются хорошим накопителем тепла. При этом, нет резкого перепада температур в камере сгорания.

5. В пиролизном котле Blago можно сжигать уголь, торфобрикеты, опилки.В этой связи предусмотрена возможность шуровки толива через нижние колониковые решётки, расположенные под топливными бункерами. Открывается дверца топочной камеры. просовывается кочерга и производится шуровка.

6. В период очень низких температур можно постоянно подкладывать топливо в топочную камеру, поддерживая оптимальную температуру в помещении.

Обсудить конструкцию и задать вопросы можно на форуме.

Второй вариант — это пиролизный котел конструктора Вадима Беляева, усовершенствованный вариант котла, который был сделан по чертежам жителя Сум — Горобея. Протопип котла и его описание можно найти на сайте автора:

Пошел второй сезон эксплуатации котла. Что интересно сообщить за 2007 сезон, так это то, что зима для меня была одна из самых беззаботных зим по отношению к предыдущим! Моя работа по обслуживанию сводилась к редким, по сравнению с отоплением углем, посещений котельной. Дрова не измельчал, а бросал размером, какие позволяла засунуть дверца! В 2009 году изменил конструкцию горелки, увеличилось время работы на одной загрузке, теперь оно составляет до 2 суток.

В прошлом, 2009 году, я построил еще один газогенераторный котел, но с той разницей, что горение происходит не на колосниках , а в щелевой горелке, подобной керамической. Котел получился компактным, размеры 750  х 500 х 1500 мм и не дорогим. Себестоимость составила около 350 евро. Посмотрите видео его работы, вам понравится. А тем , кто желает повторить конструкцию, есть возможность получить документы, для самостоятельного изготовления газогенераторного котла мощностью 40 кВт. Убедительная просьба, в своих письмах ко мне не путать эти два котла, документация есть только на 40 кВт котел.
Теперь информация для тех кто уже имеет котел подобного типа. В этом году планируется постройка гидравлического пресса , для прессования опилок, соломы, лузги . Если все пойдет по плану, то к осени на сайте будет доступна информация для повторения конструкции. Пресс для опилок будет изготовлен из доступных материалов и не сложный для повторения. Все кто имеет подходящую сырьевую базу, смогут отапливать свой дом практически бесплатно, за исключением потерянного времени на прессование и электроэнергии для работы самого устройства.

Конструктор Беляев В.А., взяв за основу прототип котла Воробея на 40 кВт, внес ряд доработок и усовершенствований. В частности, оптимизирована конструкция с точки зрения цельного кроя под лазерную резку (уменьшено кол-во деталей) и создана модификация котла на «воздушной рубашке». Внутренний объем остался такой же, а рубашка теплообменника увеличилась.

Использование воздуха в качестве теплоносителя обеспечивает более быстрый и эффективный нагрев помещения (отсутствуют теплопотери). Также, нет необходимости в специальном теплоносителе, не требуется обеспечивать герметичность труб. Отсуствует опасность утечек и размерзания системы — т.е. систему можно останавливать и запускать эпизодически в зимнее время (что актуально для дач и загородных домов, которые посещаются «наездами»). Подача горячего воздуха происходит по трубам, а обратный приток — по полу, самотеком.

Испытания котла:

Вчера топил котел небольшой пачкой дров (1:6 — 1:8 емкости котла) в течении четырех часов с температурой воды 40-45 гр.С.

Недостатки:
1. Вырывается дым из-под верхней дверцы — недостаточно уплотнителя.
2. Шумит вентилятор — выбросить и купить нормальный.
3. Я не сумел с налету разобраться с релюхой. Одна группа контактов выключает устройства, другая включает. Особо не заморачивался — опасался неполадок поэтому управлял вручную.

Обнаруженные успехи:
1. Относительно не сложно затопить котел. Я опасался что это будет сложнее.
2. Котел быстро выходит на режим. Вся система нагревается за 20-30 минут.
3. Сжигание топлива вполне управляемо. В диапазоне 40-45 градусов процесс удерживается легко — при достижении верхней температуры вентилятор выключается и котел переходит в тлеющий режим при котором вода в системе начинает остывать. При включении вентилятора постепенно разгорается факел (горит вниз) и вода начинает нагреваться.
4. При остановке вентилятора газ не прорывается через вентилятор. Я опасался что тяги дымохода не хватит, чтобы обеспечить прямое движение в канале вентилятора. Обратной тяги нет, дым в помещение не прорывается.
5. Котел экономичен. Ни одна из моих печей не обеспечивает такой температуры с таким количеством дров. Соотношение полученной тепловой мощности к израсходованному количеству дров — великолепно!

Выводы:
1. Устройство после устранения шероховатостей полностью готово к эксплуатации.
2. Принцип действия котла работоспособен.
3. Весьма вероятно, что этот принцип даст еще лучший результат на воздушном котле.

Чертежи данного котла доступны для продажи (цена 85 EUR). Также принимаются индивидуальные заказы на изготовление пиролизных котлов.

Телефон для связи высылаем по запросу на вышеуказанный email.

См. также:
— Коптильня своими руками
— Солнечный колектор своими руками
— Биогаз своими руками