Какие виды газогенерирующих котлов существуют
Схема котла с нижней камерой сгорания газов
Как вы уже поняли, такие котлы содержат две камеры сгорания: первичную топку загрузки (где горят дрова) и камеру сгорания (где непосредственно горит газ). Но, по своему расположение, топки могут быть двух видов:
- с нижней камерой сгорания,
- с верхней камерой сгорания.
Особенности котлов с нижней камерой сгорания
В этом случаи пиролизный газ с первичной топки подается путем искусственного нагнетания с помощью турбины. Это делает работу установки зависимой от электричества.
Достоинства | Недостатки |
| Удобная загрузка топлива в камеру | Необходимость очистки от золы камеры сгорания газа |
| Удобное обслуживание | Более высокая цена, обусловленная сложной конструкцией |
| КПД выше за счет большей камеры теплообменника |
Особенности котлов с верхней камерой сгорания
Камера сгорания газов сверху
В этом случаи дрова горят в нижней камере, а выработанный газ поднимается в верхнюю, где и происходит его сгорание.
Достоинства | Недостатки |
| Газ поступает в камеру естественным образом | Немного ниже КПД |
| Камеру чистить нужно реже | |
| Отработанные газы выходят благодаря естественной тяге |
Немного теории из эффективности этого оборудования
Как заявляют многие производители расход топлива на 100 м² помещения при его высоте до 3 м составляет не более 10 кг в сутки. В качества дров рекомендуют использовать березу или клен. Хвойные породы менее эффективны так как в выделяемых газах остается смола.
В заключение
Если вы решили установить и пользоваться котлом на твердом топлива, такой вариант как пиролизный будет наиболее рациональным. Не смотря на свою высокую стоимость он окупится довольно быстро за счет своего высокого коэффициента полезного действия. Кроме этого будет экономить ваше время в процессе эксплуатации и обслуживания.
Чертеж пиролизного котла (по схеме Беляева) 25-40 кВт
Фото 5 Подробный чертеж пиролизного котла
Если есть возможность, сделайте 3D схему внутреннего строения котла, чтобы понять основу его строения и приступить к изготовлению.
Фото 6 3D схема внутреннего строения котла с размерами
Плюсы и минусы
Единственный претендент, который может сложить серьезную конкуренцию пиролизным котлам — это устройства в которых есть только одна топка и у них нижнее дутье. Но ни в коем случае не стоит забывать, что у некоторых современных моделях котлов отопления также возможная подача вторичного кислорода в факел.
Современные модели пиролизных котлов
Стоит заметить, что в некоторых старых моделях весь воздух шел под колосник, в результате чего газы, которые выделялись сгорали не полностью. Привычным для стандартной работы котла является диапазон нагрузки от 50% к 100%, при этом КПД будет держаться на высоком уровне, около 92%. В случае уменьшения нагрузок такой механизм конечно будет работать, но соответственно КПД пиролизного котла будет намного меньше.
Также одним из плюсов пиролизных конструкций длительного сгорания есть то что они регулирующие. То есть, даже при одной закладке древесины, процесс сгорания может длиться больше 12 часов. Если сравнивать с обычными котлами, то их показатели дотягивают максимум до 4 часов, но у котлов верхнего горения такой процесс может длиться свыше суток.
Важную роль играет и то, что в пиролизных котлах на твердом топливе происходит полное выгорание топлива, это приводит к тому что намного меньше нужно чистить газоходы, а также зольник. Двухступенчатое сжигание древесины легко позволяет уменьшить недостаток кислорода в газах, которые выделяются при этом.
Процесс сгорания пиролизных газов легко поддается управлению и редактированию. Это позволит автоматизировать работу такого механизма так же, как и работу такого вида устройств как газовый или жидко топливный. Также стоит заметить в связи с тем, что в верхней камере сгорания температура является достаточно большой то происходит процесс подавливания газа СО, что значительно уменьшает количество выбросов вредных веществ в окружающую среду. Использование такого типа котлов на твердом топливе стимулирует к использованию не очень влажного топлива.
Процесс пиролиза в котле
Между прочим, для хорошей работы таких твердотопливных устройств сгорания можно использовать даже большую древесину. Становится понятным насколько экономнее является вырастание пиролизных механизмов сравнительно с другими видами котлов.
Но к сожалению, в них есть и свои минусы. Первое что бросается в глаза — это цена. В основном они в 2-3 раза более дорогие сравнимо с другими видами котлов. Подобным же образом они энергозависимы, без дымососа ничего не будет работать. Равным образом одним из минусов такого типа котлов считается, то что они прихотливы к влаге.
Стоит отметить, что в равной степени при малых закладках топлива, пиролизные системы отопления работают достаточно плохо.
В дымоходах может образовываться дёготь. Температура жидкости в отоплении, которая возвращается обратно должна быть не меньше чем 60 °C. Это нужно, чтобы избежать выпадения в системе отопления конденсата и низкотемпературной коррозии. Это стандартное требование к механизмам такого построения. Понятно, что эта проблема легко может решится стоить лишь сделать подмес прямой воды к обратной.
Если использовать котел на дровах, то для топлива стоит использовать лишь большие дрова. Так как иначе не будет возможности организовать автоматическую подачу топлива для работы этого механизма. В интернете достаточно много публикации о таком виде котлов. Но к сожалению основная часть таких статей содержит лишь рекламный характер. В связи с этим достаточно трудно сформулировать объективное понимание о данном механизме и его работе.
Особенности эксплуатации
Перед запуском котла необходимо ознакомиться с особенностями его функционирования. В отличие от традиционных твердотопливных аналогов загрузочный бункер такой модели нуждается в предварительном прогревании. Когда температура в этом достигнет 500–800˚C , можно загружать твердое топливо. После этого останется запустить пиролизный режим и активизировать дымосос.
Упомянутая последовательность действий сделает возможным медленное сжигание топлива. В результате происходит эффективное выделение пиролизного газа, а значит, в жилище будет поддерживаться оптимальный температурный режим.
Пиролизный котел: что это значит, его устройство
Конструкция пиролизного котла выглядит следующим образом:
- Дымоход.
- Блок управления.
- Загрузочный бункер.
- Форсунка.
- Камера сгорания.
- Теплообменник.
Отопительный котёл на основе пиролиза представляет собой двухкамерный агрегат — в этом его особенность. Главная химическая реакция в этих камерах:
- Камера загрузки или газифицирующая камера. Здесь происходит предварительное термическое разложение сырья. Органика под воздействием высоких температур превращается в горючий газ. Для поддержания тления в камеру направляется первичный воздух. Горение при температуре 300—800 °C.
Фото 1. Камера загрузки топлива в пиролизном котле. Внутренняя отделка выполнена шамотным кирпичом.
- Камера сгорания. После тления выделенный воздух и газ попадают сюда. Здесь образовавшийся газ горит, как обычный природный. Температура в среднем 1200 °C. Именно на этом этапе выделяется очень много тепла, необходимого для отопления. В то же время происходит сильное аэродинамическое сопротивление, поэтому необходима принудительная тяга, роль которой выполняет дымосос.
Два пространства между камерами разделяет колосник, в который загружается топливо. Там оно поджигается и запускается дымосос. Колосник препятствует выходу тепла из верхней камеры загрузки и обеспечивает лёгкий поток первичного воздуха.
Пиролизные топки оснащены переключателями тяги, которые разжигают топливо. Таким образом, в начале розжига котёл функционирует как устройство прямого горения, а после закрытия задвижки переключается на пиролиз.
Изготовление пиролизного котла своими руками
Чаще домашние мастера используют популярную схему Беляева, доступную для реализации. Ее мощность 25 кВт. Следует подготовить стальные листы, разложив их на столе. Берут чертеж и наносят размеры на металл, делая это очень тщательно, чтобы не было малейшего отклонения от параметров. Затем болгаркой нарезают заготовки.
Работу начинают с топок. Их основа – боковые стенки, одинаковые слева и справа, которые соединяются спереди листом металла. В нем предварительно прорезают прямоугольные отверстия, в которые будут установлены дверцы. Нижняя предназначена для обслуживания камеры сгорания газа, а верхняя – для загрузки топлива. Размеры конструкции представлены на чертеже:
A – приборы контроля; B – загрузочная дверца; C – зольниковая крышка; D – дымосос; E – муфта для подсоединения температурного датчика ½ дюйма; F – патрубок аварийной линии (устанавливается предохранительный клапан); G – подача теплоносителя; H – подвод холодной воды, R ¾; K – подвод горячей воды; L – обратная магистраль; M – расширитель.
Со всех сторон камеры закрываются листами, которые соответствуют внешним габаритам топок. До окончания монтажа внутренних частей их не приваривают. Для руководства дальнейшим процессом предлагается пошаговая инструкция.
Двухкамерную топку дополняют воздуховодами. Применяют профильную трубу 60×30 или для удобства металлический швеллер. Внутри по всей площади высверливают небольшие отверстия.
Ниже в топочной камере на поперечной стенке приваривают патрубок для вторичной подачи кислорода. Дальше приступают к теплообменнику в такой последовательности:
- на листе металла делается разметка для двух заготовок;
- в них сверлятся отверстия 60 мм;
- нарезаются трубы диаметром 57 мм необходимой длины;
- их концы вставляют в дыры на одном листе и обваривают;
- аналогично поступают с другой стороной.
По верхнему уровню теплообменника рядом устанавливается заслонка дымохода. Она оснащается рукояткой с возможностью фиксации в любом положении. В торец корпуса ввариваются куски листового металла для подсоединения дымовой трубы.
Внутреннее пространство камер сгорания футеруют шамотным кирпичом. Его разрезают алмазным кругом по размерам, часть – под углом, плотно подгоняют по месту. Внутренние работы закончены, можно приваривать заднюю стенку, верхнюю и нижнюю.
Основной этап сборки пиролизного котла завершен. При желании устанавливают вентилятор. Конструкцию обрабатывают – убирают окалину от сварки, подчищают швы, подправляют неровности. Из более тонкого металла (3 или 4 миллиметра) делается внешний кожух. Для монтажа рекомендуется применять уголки. Они соединяются сваркой через отверстия в листах, которые предварительно сделаны по краям. Перед пуском проверяют герметичность водяной рубашки. Ее наполняют водой и накачивают воздух с избыточным давлением. Некачественные швы протекут.
Наиболее востребованные агрегаты для частных владений
Разные модели дровяных котлов отличаются между собой:
- размерами камер сгорания;
- типом конструкции;
- материалом изготовления.
Теплообменник зачастую изготавливается из стали либо из чугуна. При этом чугунный прослужит дольше, чем стальной, долго остывает, но может разрушиться при резких температурных перепадах. Сталь термоустойчива, но может подвергаться коррозии и прослужит в среднем порядка 10–15 лет.
Для дачного отопления чаще всего устанавливаются простые одноконтурные модели, для домов с круглогодичным проживанием рационально поставить двухконтурный котел. В последнем случае один контур будет осуществлять обогрев, в то время как второй — обеспечит горячее водоснабжение.
Схема: устройство пиролизного котла
Каждый отдельно взятый агрегат имеет свои особые технические характеристики, усредненные данные:
- мощность порядка 100 кВт;
- температура теплоносителя на выходе 80 град., на обрате — минимум 50 град.;
- рабочее давление в среднем 1 атм.;
- масса котла до 400 кг;
- продолжительность работы на одной загрузке топлива 10−12 часов.
Работа пиролизного котлаВнимание! Покупая отопительный котел, работающий на дровах, нужно принимать во внимание, что большинство агрегатов изначально были разработаны для сжигания бурого или каменного угля. В их технических паспортах указана мощность и время горения одной закладки из расчета работы на угле
Поэтому нужно отдельно рассчитать мощность и время сгорания топлива, если генератор теплоты будет работать на дровах.
Нюансы запуска котла и его работы
Настройка шибера
При запуске данного котла стоит учесть его специфики, отличающие его от стандартных твёрдотопливных котлов. Режим генерации газа идёт за счёт двух отделов, в которые внедрены шиберы – особые регуляторы.
Перед работой загрузочный отсек пиролизной модели необходимо прогреть до 500- 800 °С. Это оптимальные показатели в зависимости от разновидности топлива. После чего можно помещать туда твёрдое топливо.
Следующая стадия – настройка шибера в рабочий режим. Далее следует запуск дымососа.
При таком алгоритме действий во время запуска горючее будет сжигаться медленно и без кислорода, газ станет выделяться эффективно, его сгорание чистого желтовато-белого цвета. Так на целые сутки в отапливаемом помещении воцарится стабильная и комфортна температура.
Устройство и работа пиролизного котла
Схематичное устройство твердотопливных пиролизных топок (2 и 3)
Топка пиролизного котла разделена на два отделения. В первой сгорают дрова, а во второй производится вторичное сгорание смеси пиролизных газов и воздуха. Отделяет первую камеру от второй колосниковая решетка, на которую и укладывают топливо.
Воздух обычно нагнетается принудительно с помощью небольшого вентилятора. Хотя в небольших моделях иногда для создания тяги используют дымосос.
На этой схеме представлено устройство пиролизного котла нижнего горения. Дрова медленно сгорают при малом количестве кислорода и выделяют горючий газ (+)
Наличие принудительной вентиляции можно считать основным отличием пиролизного котла от классической твердотопливной модели. Корпус устройства состоит из двух частей, вставленных друг в друга. Пространство между стенками заполняют теплоносителем, роль которого традиционно выполняет вода.
Сначала в первое отделение топки пиролизного котла загружают топливо, затем включают вентилятор и поджигают топливо. Образующиеся в результате горючие газы перемещаются во второе отделение, смешиваются с воздухом и сгорают.
Температура горения может достигать 1200°С. Вода, находящаяся в наружном теплообменнике, нагревается и циркулирует по системе отопления дома. Остатки продуктов сгорания удаляются через дымоход.
В упрек устройствам, в работе которых используется пиролизный принцип горения, можно поставить относительно высокую цену. Обычный твердотопливный котел стоит значительно меньше. Но в котлах длительного горения дрова сгорают практически полностью, чего о классическом котле не скажешь.
К дровам для пиролизного котла предъявляют определенные требования по размерам и влажности. Подробную информацию можно найти в инструкции изготовителя
Выбирая пиролизный котел, следует помнить, что недорогие модели малой мощности обычно рассчитаны только под дрова. Дорогие модификации способны работать на разных видах топлива.
Причем загружать топливо в устройство придется по максимуму, снижение нагрузки приводит к повышенному образованию золы и сажи, а также негативно сказывается на работе агрегата в целом.
Преимущества
Современные пиролизные котлы пользуются огромным спросом. Здесь топливо полностью сгорает, а значит, не придется регулярно очищать оборудование от сажи. Отдельно стоит упомянуть отсутствие едкого дыма. Поскольку топливо сгорает практически полностью, выделение отходов минимально. Соответственно, подобные газогенераторы считаются более экономичными. Также это позволяет применять для пиролиза отходы швейного производства. Использование качественного топлива обеспечивает работу котла в течение 12 часов на одной закладке.
Традиционные твердотопливные котлы из-за особенностей топлива всегда плохо поддавались управлению, однако использование пиролиза помогает решить проблему. Поскольку основное горение осуществляется в камере дожига, функционирование подобного оборудования возможно в автоматическом режиме.
Устройство и принцип работы пиролизного котла
Принцип работы пиролизного котла основывается на двух последовательных этапах, первый из которых схож с аналогичным процессом, применяемым в обычных печах.
То есть, топливо помещается в камеру сгорания, где поджигается при достаточном количестве кислорода. Дальше процессы разняться.
В пиролизном котле происходит следующее:
После того, как все топливо оказывается охвачено пламенем, доступ кислорода резко ограничивают.
Это приводит к тому, что гореть может только часть топлива, тогда как остальной объем просто разлагается под воздействием выделяемого тепла, что приводит к образованию смеси летучих органических веществ – пиролизного газа.
В пиролизных котлах существует вторая камера сгорания, куда и поступает этот газ – в большинстве моделей это делается принудительно, с целью повышения эффективности оборудования.
Здесь происходит встреча разогретых летучих веществ (температура газа выше 300 градусов Цельсия) с кислородом. Итог – газ вспыхивает и начинается процесс горения с интенсивным выделением тепловой энергии, которая уже используется по прямому назначению отопительного котла.
На чем основана работа пиролизного котла
В основе работы любого газогенераторного или, по другому, пиролизного котла лежит явление так называемого пиролиза или сжигания твердого топлива при высокой температуре и недостатке кислорода. В таких условиях происходит не обычный процесс горения, а разложение (тление) сухой древесины или другого вида твердого топлива с выделением горючего пиролизного газа, который в дальнейшем используется для получения тепловой энергии и нагрева жидкого теплоносителя в теплообменнике.
Пиролизный котел
Для того, чтобы принцип работы пиролизного котла, был более понятен, рассмотрим его устройство и схему функционирования основных его узлов.
Принцип работы и основные элементы конструкции пиролизного котла
Основой конструкции таких генераторов тепловой энергии служат две камеры (см. рис). Первая (данном случае — верхняя) имеет большой объем и служит для загрузки топлива, его поджигания, подсушивания, а также, пиролизного сжигания с выделением древесного газа. Для обеспечения этого процесса в нее подается ограниченное количество первичного воздуха. При первоначальном розжиге дроссель (заслонка) дымовой трубы открывается и дымовые газы выходят в нее напрямую, как в обычном твердотопливном котле. После того, как топливо загорится, дроссельную заслонку закрывают и агрегат начинает работать в газогенераторном режиме.
Вторая камера (нижняя) имеет меньший объем и служит для сжигания пиролизного газа, который подается в нее из верхней камеры, с помощью форсунки, расположенной в разделяющем их перекрытии из огнеупорного материала. По каналам в том же огнеупорном перекрытии к форсунке принудительно подается вторичный воздух, который обеспечивает полное сжигание пиролизного газа в нижней камере. С помощью изменения объема подачи воздуха можно регулировать работу котла: скорость сжигания топлива и температуру нагрева теплоносителя.
Хотя в настоящее время, существуют модели, которые могут отличаться формой и устройством, расположением и конструкцией камер сжигания, способом подачи первичного и вторичного воздуха и другими особенностями. Но принцип их работы остается одним и тем же: твердое топливо сжигается в таких условиях, что из него выделяется горючий газ, который потом сжигается в отдельной камере с выделением большого количества тепла.
Виды пиролизных устройств, характеристики
Котлы на основе пиролиза различаются по своему строению. Так, существуют:
Камера дожига сверху. Встречается редко. Преимущества конструкции в том, что дымовой газ беспрепятственно проходит в камеру дожига, а после догорания сразу попадает в дымоход для дальнейшего охлаждения. Среди минусов — расположение дымовой системы неэкономичное, так как изначально требуется больше расходного материала для изготовления подобной конструкции.
Фото 2. Пиролизный котел с нижней камерой дожига. Стрелками указаны составные части устройства.
Камера дожига снизу. Самый распространённый и наиболее комфортный тип конструкции. Пользователю удобно закладывать дрова, так как камера находится не на полу. А также камера имеет прямой выход в нижний дымоотвод, а оттуда — в дымоход. Однако подобная конструкция имеет также свои недостатки. Так, из загрузочного отсека зола засоряет вторую камеру, поэтому её чаще чистят. Кроме того, нужно обеспечивать усиленную тягу, чтобы дым продвигался вниз.
А также пиролизные котлы различаются по типу используемой тяги:
- Естественная тяга. Нет необходимости в электрике. Однако для эксплуатации нужен довольно высокий дымоход с мощной естественной тягой, что будет стоить дорого.
- Принудительный наддув и тяга. Котёл становится энергозависимым, впрочем, повышается скорость выхода на режим. Такой агрегат оснащается вентиляторами и дымососами, которыми управляет автоматика — полностью пропадает зависимость от погодных условий и повышается эффективность горения. Этот тип топки может работать с максимальным уровнем КПД на протяжении 4—5 часов, а это на 20% больше, чем у котла с естественной тягой.
По способу отопления выделяют два типа пиролизных устройств:
- Для водяного отопления. В качестве теплоносителя выступает вода, которая нагревается в теплообменнике, затем разливается по трубам в радиаторы. Температура поддерживается за счёт постоянной циркуляции.
- Для воздушного отопления. В бытовых условиях используется значительно реже. Зачастую применяют для обогрева хозяйственных построек или на производствах. Тепловая энергия распределяется в помещении с помощью тёплых воздушных масс. Они прогреваются в результате сгорания сырья. Тепло распределяется посредством алюминиевых труб и нагнетателей. Такая система управляется автоматикой, поэтому владелец с лёгкостью может настроить её в соответствии со своими потребностями.
Как выбрать такой прибор
При выборе агрегата на основе пиролиза обращают внимание на его ключевые характеристики:
Качество корпуса. Раньше корпус топки изготавливали преимущественно из чугуна.
Теперь производители выпускают цельносварной корпус из листового материала.
Главное здесь — его толщина.
Она зависит от мощности котла:
- 15—65 кВт: внутренние конструкции 5 мм, наружные — 4 мм;
- 75—110 кВт: внутренние — 6 мм, внешние — 5 мм;
- 135—195 кВт: внутри — 8 мм, снаружи — 6 мм;
- 200 кВт и более: внутренние составляющие — 10 мм, наружные — 8 мм.
Мощность. Этот показатель зависит от отапливаемой площади. Существует множество методик определения мощности. Самый простой и оптимальный среди них — брать за основу 1 кВт на 10 квадратных метров отапливаемой площади.
Специалисты рекомендуют агрегат с 10% запасом мощности. Так, для помещения на 120 метров квадратных подойдёт котёл на 16 кВт. Если площадь территории 160 метров квадратных, мощность устройства должна составлять не менее 18 кВт, и далее по такому же принципу.
Справка. Если высота потолков в отапливаемом помещении превышает 3 м, для каждого дополнительного метра добавляется мощность котла на 1—3%.
Энергоэффективность. Обозначает соотношение полезной теплоты, которая была израсходована, с объёмом затраченного сырья. Этот показатель зависит в основном от топлива. Так, для эффективного прогревания необходимы исключительно сухие расходные материалы.
Впрочем, учитывают также объем загрузочной камеры, которая вмещает дрова до 60—65 см. Кроме этого, обе камеры покрывают специальным слоем керамобетона — он поддерживает подходящую температуру внутри. В результате топливо сжигается более качественно и эффективно.
Важно! Оптимальным считается котёл, который обеспечивает не менее 10 непрерывных часов горения сырья и служит бесперебойно на протяжении 20 лет. Стоимость
Пиролизные котлы стоят дороже других типов отопительных котлов. Однако и здесь есть варианты. Так, отечественные в 2—3 раза дешевле импортных, а по характеристикам не уступают заграничным аналогам
Стоимость. Пиролизные котлы стоят дороже других типов отопительных котлов. Однако и здесь есть варианты. Так, отечественные в 2—3 раза дешевле импортных, а по характеристикам не уступают заграничным аналогам.
Как они устроены
В основе работы лежит экзотермический распад древесины на уголь и газ. Воздух поступает в ограниченном количестве, в результате чего топливо не горит, а тлеет. При условии постоянно высокой температуры внутри котла, 200–800 С, выделяемая энергия преобразуется в тепло. Весь этот процесс и называется пиролизом.
Фото: пиролизный котел в разрезе
В таких котлах исключаются колебания мощности, поскольку на протяжении горения топлива, независимо от его количества, работа поддерживается строго в заданном температурном режиме.
Применяются они для обогрева частных домов разных площадей, промышленных зданий.
Котлы с откачкой
Такие пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром изготавливают с соблюдением следующих особенностей:
- Должна быть камера догорания. Ее, а также топку и камеру сгорания, надо сделать из жаростойкой стали с футеровкой.
- Вентилятор, который является дымососом, размещают под дымоходом. Дымосос должен быть особенным, ведь ему придется выдерживать высокую температуру.
- Автоматика может быть механической. Ее можно сделать из биметаллической пластины (монтируется в патрубке подачи воды), цепного механизма и заслонки, которая управляет подачей воздуха в теплообменную камеру. Этот воздух втягивает дымосос. Если нужно ослабить горение газа, приоткрывается заслонка и воздух наполняет камеру с теплообменником. Из-за этого внутри камеры растет давление, и движение пиролизных газов ослабляется. Одновременно ослабляется пиролиз.
Такой пиролизный котел длительного горения имеет КПД, превышающий 90%. Его мощность может достигать 100-150 кВт.
