Пиролизная печь длительного горения – устройство, принцип действия

Современные твердотопливные котлы – это технологичные установки, которые позволяют качественно отопить частный дом, сэкономив при этом на ресурсах. В этой статье мы расскажем о том, как собрать котел на твердом топливе своими руками, и какие разновидности таких агрегатов бывают.

На данный момент рынок изобилует различными типами пиролизных котлов. Отличаются они расположением камеры дожига:

  • Находится сверху. Достаточно редкий вид твердотопливных аппаратов, Преимущество: воздух попадает в камеру дожига сразу и после догорания попадает в камеру охлаждения для дальнейшего вывода в дымоход. Не экономичный вид, конструкция такого рода очень сложна на этапе сбора. Человек может доложить топливо, не дожидаясь сгорания предыдущей партии. У остальных видов котлов такой возможности нет.
  • Камера дожига находится снизу. Такие устройства пользуются большей популярностью, пользователю удобно закладывать топливо. Конструкция ниже по стоимости, чем котел с верхней камерой дожига. Отдел для золы приходится часто чистить, чтобы дым эффективно продвигался вниз, нужна усиленная тяга.

Пиролизные котлы отличаются по типу тяги: бывает естественная и принудительная.

  • Тяга естественная. Используют мощный, высокий дымоход, при этом стоимость аппарата возрастает. Благодаря высокому дымоходу отпадает необходимость электрозависимости.
  • Принудительный наддув и тяга. Появляется необходимость в электрике, и отпадает зависимость от погодных условий. К слову, время работы с максимальным КПД вырастает на 5 часов, по сравнению с котлами при естественной тяге.

Котлы различаются по способу использования:

  • Котел для воздушного отопления. Такой котел ставят с целью обогрева различных коммерческих или хозяйственных помещениях. Для распределения тепловой энергии используются тепловые массы воздушные. Распределяется энергия с помощью алюминиевых труб и нагнетателей.
  • Котел водяного отопления. Вода нагревается в наружном теплообменнике, затем попадает в трубы радиатора. Вода постоянно циркулирует — поддерживается постоянная температура в доме.

Большая часть пиролизных котлов длительного горения работает на дереве. Существуют котлы, использующие для работы уголь и другие вещества. Преимущества котла на углевом топливе складываются из простой конструкции: различные сложнейшие узлы автоматического управления отсутствуют, что гарантирует минимальное количество поломок в процессе эксплуатации.

Заключение

Для обогрева маленького дома или просторного коттеджа пиролизные котлы подойдут идеально. Несмотря на то, что стоимость такого твердотопливного устройства достаточно высока, вложенные средства полностью окупятся. Срок службы такого аппарата долгий, а поломки крайне редки.

Пиролиз

Термическое разложение активируется в ходе химической реакции из-за воздействия высокой температуры. Результатом является распад субстанции или вещества. Процедура необходима для вырабатывания тепловой энергии, которая разбивает молекулярные связи и позволяет получить новые соединения. Основная функция – добыча ценного топлива и химикатов.

Для чего нужен пиролиз:

  • Получение нефтехимической продукции – этилена и пропилена.
  • Древесный крекинг позволяет произвести ценное горючее, используемое для активации химических процессов.
  • Уничтожение биологического мусора.
  • Отопление помещения.

Можно достаточно долго перечислять способы использования данной методики сжигания. Приступим к непосредственному обсуждению отопительного прибора и объясним принцип работы и действия пиролизной печи.

Пиролизный котел своими руками: принцип работы

Пиролизная печь – это сложное устройство, для работы которого в качестве топлива требуются дрова, брикеты или отходы кусковой древесины. Однако самым ценным веществом для эффективной работы котла является не горящие дрова, а пиролизный газ. В котле, изготовленном своими руками, идет скорее не горение, а медленное тление топлива, в результате образуется газ и древесный кокс. Учитывая принцип работы котла, часто используется другое название – газогенератор.   

Пиролиз – это сложный термический процесс разложения сухого топлива на составляющие. Этот процесс проходит в первой камере котла. Важный аспект для образования газа – это низкое содержание кислорода, иначе пиролиз не начнется. В традиционных печах пиролизный газ свободно выводится через дымоход. Во время пиролиза древесины, кроме газа, выделяется огромное количество горючих веществ, а именно:

Пиролизный котел своими руками: принцип работы
  • смола;
  • ацетон;
  • древесный уголь;
  • метиловый спирт.
Пиролизный котел своими руками: принцип работы

Как известно, все перечисленные вещества отлично горят и выделяют большое количество энергии при разрушении огнем. Это происходит в специальной камере, где газ смешивается с кислородом и при очень высокой температуре начинается процесс горения смеси.

Пиролизный котел своими руками: принцип работы

Важная особенность пиролизного котла – наличие принудительной тяги. Это достигается при использовании дымососа или верхнего вентилятора. Направление тяги – сверху вниз. Проходя через множество дымовых каналов, горячий газ нагревает воду, которая используется для обогрева здания.

Принцип работы котла

Топка таких котлов состоит из газифицирующего отсека и камеры сгорания. Первый располагается в верхней части, в нем медленно горит и разлагается топливо. Для него характерно отсутствие кислорода. Все выделившиеся газы попадают в нижнюю часть, куда и подается воздух. В результате получается двойное дутье. Пространство между камерами разделено колосниками, на которых располагают дрова. Первичный же воздух подается сверху вниз. Так достигается характерное для подобных конструкций верхнее дутье.

Читайте также:  Водонагреватель не греет воду лампочка горит

Из-за повышенного аэродинамического давления топки тяга преимущественно имеет принудительный характер. Причем лучше отдавать предпочтение дымососам, чем дутьевым вентиляторам. Правда, очень часто в описаниях конструкции можно встретить именно понятие «вентилятор».

Принцип работы котла

Теперь пришло время рассмотреть подробнее, как работает подобная установка. Кладем твердое топливо на колосники в верхней камере. Затем поджигаем их и закрываем герметично дверцу, в это время включается дымосос. Со временем кислорода в топке становится все меньше и получается его дефицит. Температура же внутри может превышать 800 градусов. Сочетание этих процессов приводит к обугливанию древесины с выделением газа. Собственно говоря, происходит пиролиз.

Классификация пиролизных устройств

Газогенераторные печи классифицируются по нескольким категориям. По материалу изготовления различают установки металлические и кирпичные. Также модели делятся по назначению и способу передачи тепловой энергии. По методу передачи тепла различают варианты пиролизных агрегатов с водяным контуром отопления и теплообменниками воздушной системы.

Металлическая печь пиролизного горения

В эту группу входит ряд конструкций:

  1. Печь-буржуйка. Газогенератор с внутренней конструкцией в виде буржуйки применяется для обогрева жилых и технических помещений. Модель также актуальна для бань и саун, используется для приготовления пищи, есть уличные варианты для барбекю комплексов,
  2. Печь Булерьян. Эта пиролизная конструкция шахтного типа с КПД до 75% предназначена для обогрева как жилых, так и нежилых помещений. Через нижние концы опоясывающих котел труб всасывается холодный воздух, который быстро нагревается и выбрасывается вверх в помещение через верхние элементы.
  3. Печь Бубафоня. Изобретенье принадлежит умельцу из Колымы, в качестве основы для конструкции применяется старый газовый баллон. Установка актуальна для отопления технических помещений. Бубафоня из баллона с объемом 50 л способна работать на одной закладке дров 6 часов, поддерживая комфортную температуру в помещении площадью до 70 м².
  4. Печь Лачиняна. Установка сочетает в себе максимально высокий КПД и предельно низкий уровень расхода топлива. Модели активно применяют для обогрева автофургонов и походных палаток. «Лачинянки» используют также для отопления сельхоз строений и охотничьих домиков. Модели с водяной рубашкой применяются для обогрева жилых помещений площадью до 300 м². Примечательно, что 2 ведер угля достаточно для 5-7 суток бесперебойной работы пиролизного агрегата Лачиняна, известного изобретателя из Казахстана.
  5. Пиролизная печь на отработанном масле. Экономичный агрегат длительного горения на отработке предназначен для обогрева нежилых помещений. Конструкция максимально проста, и смастерить такую модель под силу большинству домашних умельцев.
Классификация пиролизных устройств

Кирпичная печь длительного горения

Газогенератор в виде кирпичной конструкции – печь Кузнецова – применяется для обогрева жилых помещений и банных комплексов. Также устройство используют для приготовления пищи. КПД кузнецовских пиролизных печей – 80% и выше, топливо в них сгорает практически полностью. Весь потенциал горячих газов и дыма используется для нагревания кирпичного корпуса конструкции. Высокую продуктивность кузнецовским газогенераторам обеспечивает особая двухколпаковая конструкция.

Читайте также:  Дымоход для газового котла: устройство и требования к установке

Пиролизный котел своими руками – чертежи и схемы

Лучше всего для изготовления своими руками взять схему пиролизного котла без принудительной вентиляции. Таким образом, упрощается и удешевляется конструкция и агрегат получается энергонезависимым.

Однако особое внимание в такой модели нужно уделить качеству выводящей трубы и обеспечению хорошей тяги.

Чертеж пиролизного котла

Пиролизный котел своими руками – чертежи и схемы

Требования к дымоотводящей трубе:

  • она должна быть качественно утеплена;
  • без резких поворотов;
  • с отводом конденсата;
  • с легким доступом для чистки;
  • не менее 5-ти метров высотой.

Тяга является залогом стабильной работы котла.

Данная схема котла имеет три основных камеры:

  1. Загрузочная, для топлива.
  2. Камера дожига, куда обеспечивается подача вторичного воздуха.
  3. Теплообменник выходящий в трубу.

Горение происходит сверху вниз. Под колосниками в массиве шамотного кирпича при подаче воздуха дожигаются горючие газы и уходят через лабиринт теплообменника в дымоотвод.

Пиролизный котел своими руками – чертежи и схемы

Схема пиролизного котла

Доступнее всего осуществить регулировку тяги от термодатчика на выходе из котла цепочкой связанной с заслонкой подачи вторичного воздуха.

Для более высокого КПД, в некоторых конструкциях, основание отопительного прибора тоже является теплообменником. Оно имеет двойные стенки и нагревает не фундамент, а теплоноситель.

Как ввести котел в эксплуатацию?

Перед запуском твердотопливного агрегата на пиролизе его необходимо присоединить к дымоотводу и заполнить водой. При этом на газогенераторе обязательно должен быть установлен термостат для отслеживания температуры теплоносителя.

Ввод пиролизной системы с водяным контуром в эксплуатацию происходит по следующей последовательной схеме:

Как ввести котел в эксплуатацию?
  1. Подсоединение вентилятора к электропитанию и проверка его работоспособности.
  2. Выставление воздушных заслонок в среднее положение.
  3. Поместить бумагу в камеру газификации, сверху поместить несколько сухих дровишек. Закрыть дверцу камеры газификации.
  4. Открыть дроссельную заслонку дымохода, включить устройство принудительной вентиляции и поджечь бумагу.
  5. Когда топливо хорошо разгорится, закрыть заслонку дымохода.
  6. Контролировать зажигание факела сгорания газа через нижнюю камеру сжигания.
  7. Интенсивность/цвет пламени регулируются перемещением заслонок. При правильной настройке котла пламя желто-белого цвета.
  8. Засечь, через какое время теплоноситель в котле закипит. Когда будет достигнута температура +100°С, вентилятор отключить. Факел погаснет, а теплоноситель начнет постепенно остывать.

Так происходит ввод прибора в эксплуатацию и проверка его работоспособности.

Сборка котла по готовому проекту

Проще всего будет построить своими руками твердотопливный котел из кирпича. Его конструкция популярна и не требует сложных расчетов. Использовать такой котел можно сразу в нескольких целях, поэтому устанавливают их преимущественно на кухнях. Примечательно, что самостоятельно собрать такой агрегат смогут даже новички.

В процессе работы понадобится болгарка, сварочный аппарат с электродами, листовая сталь, кирпич, материалы для печного раствора, трубы и металлические уголки. Тем, кто никогда не держал в руках сварку, лучше всего выполнить резку деталей по чертежу котла на твердом топливе, а сварочные работы перепоручить профессионалу. Это важно, так как качество швов напрямую влияет на долговечность котла.

Положительный момент самостоятельного сооружения отопительного оборудования состоит в том, что можно подобрать размер твердотопливного котла и топки, а также рассчитать его мощность под конкретные нужды. Кроме того, в нем можно предусмотреть варочную поверхность или кирпичный свод, чтобы тепло аккумулировалось в процессе горения дров, а затем перераспределялось в систему отопления.

Теплообменник чаще всего делают прямоугольным, используя для этого прямоугольный профиль и трубы сечением 40-50 мм. Благодаря профилям облегчается стыковка труб, а швы получаются более прочными.

Классификация по материалу

Различают большое количество видов пиролизных котлов.

Читайте также:  Газовый проточный водонагреватель Нева: отзывы и цены

По материалу, из которого изготовлен котел, выделяют каменные и металлические. 

Каменные печки на сегодняшний день пользуются достаточно малым спросом и устанавливаются крайне редко.

Металлический котел пиролизного горения используется куда чаще, ведь является более эффективным, нежели его предшественник. Такой агрегат также отличается простотой сборки и его, при желании, можно перемещать с одного помещения в другое.

Среди металлических пиролизных котлов выделяют:

Классификация по материалу
  • Печь-буржуйка. Пожалуй, пиролизная буржуйка является самой удобной и многофункциональной отопительной системой. Она может быть использована в целях приготовления пищи, для бани и сауны, также часто применяются для обогрева как жилых, так и нежилых домов.
  • Печь Булерьян. Один из самых универсальных и часто устанавливаемых видов пиролизных котлов. Обеспечивает обогрев как жилого, так и нежилого помещения.
  • Печь Бубафоня. Конструкция такого котла предельно проста и понятна любому непрофессиональному сварщику. В большинстве случаев используется для прогревания нежилого помещения.
  • Печь на отработанном масле (отработке). Тоже не используется для прогревания жилых домов, однако активно устанавливается в нежилых помещениях. Очень проста в изготовлении и является достаточно экономичной моделью.

Среди кирпичных конструкций принято только выделять печь Кузнецова, которая может быть установлена как в жилом помещении, так и в бане.

К тому же, на таких печах возможно приготовление пищи. Их главное преимущество в том, что отдача тепла, вырабатываемого в них, более мягкая, и тепло такие печи сохраняют дольше.

Главные минусы в больших габаритах печи и ее не мобильности. Они являются более проблематичными в установке и монтаже. Кирпичные пиролизные печи, чаще всего, выглядят более эстетично, чем металлические.

Немного химии и физики

Интересны и физико-химические процессы, происходящие в пиролизных котлах. Принцип работы традиционных агрегатов заключается в прямом сгорании, когда пламя играет прямо на поверхности дров. Здесь же все происходит по-другому. Горение в основной топке происходит примерно при +400-500 градусах, что на порядок меньше, чем в традиционных агрегатах. Отправляясь в камеру дожигания, продукты пиролиза сгорают при температуре до +1100-1200 градусов.

Максимальная температура наблюдается на самом конце факела, минимальная температура – у его основания.

Дутьевой вентилятор позволяет нагнетать пламя пиролизных газов до очень высоких температур. Вместо него порой используют поддувало, но эффективность подобного решения оставляет желать лучшего.

Еще одно интересное отличие в принципах работы заключается в температуре выхлопных газов. В традиционных отопительных агрегатах она составляет +300-400 градусов. В пиролизных агрегатах она составляет +140-160 градусов – чуть выше, чем в газовых агрегатах. А это означает, что подавляющая часть тепла ушла в отопительную систему, а не отправилась в атмосферу.

Продукты пиролиза в пиролизных котлах создаются в бедной кислородом среде – как и в той стеклянной трубке на уроках физики. Тяга может быть искусственной, как в примере выше, так и естественной, как это реализовано в энергонезависимых пиролизных котлах. В остальном принцип действия одинаков. Попадая в камеру дожигания, газы сгорают с образованием высокотемпературного пламени. Причем сгорание довольно глубокое, с минимальным выделением вредных оксидов углерода и азота.

Немного химии и физики

В продаже существует огромное количество пиролизных котлов, отличающихся по своей конструкции. Но принцип работы у них одинаковый.

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.

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.