Как сделать котел пиролизного горения — видео уроки

Основные характеристики пиролизных котлов

Основными чертами котлов, работающих на технологии пиролиза являются следующие:

1. Возможность изготовления из недорогих конструкционных материалов.
2. Длительное время одного цикла пиролиза, достигающего около 30 часов,
3. Полная взрыво и пожаро-безопасность.
4. Простота конструкции, доступная для самостоятельного изготовления.
5. Широкий спектр используемого древесного топлива (от классических дров до пеллет).
6. Высокая экологичность котлов, низкое количество продуктов сгорания.

Как часть нужно подкидывать дровишки?

В обычную печь вам придется загружать топливо минимум через каждые два часа. Причиной этому является большая интенсивность горения топлива в печах такой конструкции. Большая часть тепла при этом в прямом смысле «вылетает в трубу». КПД таких котлов минимален, кроме того, в нем остается много остатков, которые приходится регулярно выгребать.

А вот если ограничить приток кислорода, то период горения значительно увеличивается. При этом тепло выделяется не только при самом процессе тления-пиролиза, но и от сгорания выделившихся газов. Вследствие этого время работы от одной загрузки может увеличиваться до суток и более.

Особенности конструкции

https://youtube.com/watch?v=Lkhm4z4sF7c

Пиролизные котлы — один из видов твердотопливных котлов, который в последнее время пользуется повышенным спросом из-за постоянно растущих цен на газ и электроэнергию, их еще называют — газогенераторные котлы.

Основным топливом для пиролизного твердотопливного котла является:

• древесина;
• брикеты;
• щепа;
• древесные отходы.

Очень редко в качестве топлива используется каменный уголь или кокс. Пиролизные котлы комфортны в эксплуатации, отличаются надежностью и большим сроком эксплуатации. Прежде чем купить пиролизный котел нужно изучить возможность выполнения строгих требований по качеству используемого топлива.

В подавляющем большинстве разрешается применять древесину, влажностью не более 20 %. При использовании древесины с большим количеством влаги резко снижается эффективность.

Пиролизный котел работает по принципу сухой перегонки топлива.

При недостатке кислорода, под воздействием высокой температуры, сухая древесина разлагается на твердый остаток и летучую часть (пиролизный газ, который впоследствии смешивается с горячим воздухом).

Эта воздушно-газовая смесь, которая образовалась в процессе пиролиза, является топливом пиролизного котла. Процесс пиролизного сжигания является экзотермическим (сопровождается выделением теплоты).

Происходит он при температурах от 200 до 800 оС и обеспечивает подогрев поступающего в камеру сжигания воздуха. При этом происходит прогрев и подсушивание топлива в камере агрегата, за счет чего минимизируется выход сажи и золы.

Для пиролизного или газогенераторного котла характерным является более высокий КПД по сравнению с традиционной твердотопливной техникой.

При сжигании качественного топлива, КПД пиролизного котла находится на уровне пеллетных котлов и котлов длительного горения и достигает 90 %.

Пиролизные твердотопливные котлы используются как в частных домах и квартирах, так и для отопления производственных помещений.

Пиролизные котлы являются весьма рентабельным видом отопительной техники. Достаточно высокая цена на пиролизный котел покрывается за счет низкого потребления топлива.

В обычном твердотопливном агрегате длительного горения теплоноситель нагревается от тепла, выделяемого при горении топлива, то пиролизные котлы работают по-другому принципу.

При сжигании органического топлива (дров, пеллет, дровяных брикетов и даже угля) при температуре 400-800°С выделяется газ, сжигая который, можно получить намного больше тепла, чем при сжигании топлива.

Процесс газообразования из твердого топлива и последующее сжигание полученного газа называется пиролизом, а агрегаты, использующие такой принцип работы, называются пиролизными, или газогенераторными котлами.

В пиролизном котле присутствуют две камеры, и в обеих осуществляется горение:

• Камера сгорания – сжигаются (обугливаются) дрова или другое топливо.
• Камера дожига – сжигается газ, выделяемый топливом.

В камере сгорания располагается и поджигается топливо. В зону горения подается первичный воздух. При прогреве топлива до определенной температуры начинается газовыделение.

При помощи дымососа газ, вместе с вторичным воздухом, засасывается в камеру дожига (она расположена ниже уровня топлива) и сгорает там, выделяя тепло.

Продукты горения попадают в дымовой тракт (газоход) и поступают в дымоход, проходя через водяную рубашку агрегата и нагревая теплоноситель.

В результате, дрова превращаются в древесный уголь, сгорая практически полностью, а дым очищается от неприятных запахов и угарного газа.

Что нужно для изготовления устройства своими руками?

Для самостоятельного изготовления устройства необходимо выбрать подходящий под конкретные условия и принцип работы проект. Конечно, можно пойти и купить прибор в магазине, но сделать его самому своими руками дешевле и эффективнее.

Перед тем как приступить к изготовлению, необходимо оценить требуемую мощность. Для этого нужно учесть площадь помещения, которое предстоит отапливать.

Затем необходимо определить, будет ли установлена на котле дополнительная автоматика или нет.

Автоматический блок позволяет отслеживать температуру помещения и в зависимости от этого регулировать работу котла, а также отключать его функции в случае опасности. Но без него тоже можно обойтись.

Оценив необходимый эффект от котла и выбрав проект, приступают к изготовлению агрегата. Наиболее распространённым проектом для самостоятельной сборки считается схема Беляева.

Чтобы её реализовать, нужны соответствующие материалы и инструменты. Большое значение для материалов играет их устойчивость к высоким температурам. Чтобы не ошибиться в выборе, можно обратиться к консультанту на металлобазе или в магазине.

Необходимые инструменты

Обычно к необходимым для изготовления котла материалам относятся:

• металлическая и профильная труба разного диаметра;
• шамотный кирпич;
• листы из металла;
• насос для воздуха или вентилятор;
• датчик температуры;
• жаростойкая фурнитура.

В список инструментов, необходимых для работы над агрегатом, входят:

• инвертор и электроды;
• болгарка с кругами;
• дрель и свёрла по металлу;
• электролобзик.

К этим инструментам в процессе сборки могут добавиться и другие. Главное, чтобы они позволили резать и соединять детали котла, добиться его прочности и герметичности, а также смонтировать на корпусе требуемые элементы.

Этапы постройки пиролизного котла длительного горения

После того, как выбран подходящий чертёж, на его основе выполняется рабочий вариант.

Размеры отсеков, топочных камер и других элементов агрегата устанавливаются в соответствии с проведёнными расчётами.

Например, объем загрузочной камеры вычисляется по принципу 2 литра на один килограмм топлива, которое планируется использовать, плюс 30%.

Это связано с тем, что дрова могут иметь неровные края и не укладываются впритык друг к другу, увеличивая занимаемую площадь.

Габариты также стоит прикидывать в расчёте на мощность 20–25 кВт. На неё ещё можно найти материалы при ручной сборке. При большей мощности нужна более толстая сталь, сварку которой проводить дома крайне затруднительно по причине необходимости мощного оборудования.

В список действий для изготовления пиролизного котла, входят:

• Резка труб и листов болгаркой.
• Сверление отверстий.
• Сварка топочной камеры.
• Установка перегородки для дымооборота.
• Установка колосника между топочной камерой и секцией дожига.
• Присоединение трубы с заслонкой вверху.
• Выполнение отверстий из остатков металла для топочной и зольной камер.
• Установка вертикальных стальных перемычек между внутренней и внешней сторонами теплообменника.
• Монтаж соединений для подачи воды.
• Монтаж дверей агрегата с асбестовой прослойкой для теплоизоляции.
• Укладка шамотного кирпича в зоне дожига.
• Монтаж регулируемых ножек для балансировки котла.
• Шлифовка поверхности агрегата.
• Покрытие жаропрочной краской.
• Установка дымососа или насоса для воздуха.
• Монтаж температурного датчика или автоматики.

Количество операций может уменьшаться или увеличиваться в зависимости от предъявляемых требований.

Подключение к системе отопления

Пиролизный котёл длительного горения может подсоединяться к естественной и принудительной системам отопления. В первом случае требуется тщательно выверять наклон труб. Во втором — определить мощность насоса для нагнетания водяного потока.

Важно! Наладьте подмес горячей воды с выхода на вход, так, чтобы при поступлении в теплообменник температура жидкости не опускалась ниже 60 °C. В противном случае возникает риск коррозии устройства

Порядок подсоединения котла к системе отопления включает:

1. Заполнение системы теплоносителем.
2. Подключение к сети насоса для воздуха.
3. Загрузку топлива в камеру и розжиг.
4. Регулирование подачи воздуха в секцию дожига.

В зависимости от объёма подаваемого воздуха меняется интенсивность сгорания газов и температура нагрева теплоносителя.

Поэтому необходимо отрегулировать работу котла так, чтобы топливо сгорало полностью.

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

Подходящие отходы для переработки

Преимущество пиролизных установок в том, что они пригодны для безопасной утилизации широкого спектра материалов, включая трудноразлагаемые вещества.

• ТБО: бумага, пластмасса, стекло, кости и т.д;
• отходы деревообработки: щепки и опилки;
• пластик и полимерсодержащие отходы (бутылки, полиэтиленовые пакеты);
• иловые слои, образующиеся в коллекторах и канализациях;
• сланец и торф;
• автомобильные покрышки, резиновые отходы;
• отходы аграрно-промышленного комплекса;
• сельскохозяйственные отходы (шелуха зёрен, скорлупа орехов и т.п.);
• отходы медицинских учреждений
• нефтешламы;
• растительные отходы, включая водоросли.

Технология сборки

1. Последовательность операций может быть различной, но опыт мастеров показывает, что сборку котла своими руками лучше проводить так:
2. По приведенному базовому чертежу выполняют рабочий, с размерами, уточненными по таблице и расчету.
3. Из листов металла и труб болгаркой вырезают заготовки для сборки агрегата. Отверстия для труб и штуцеров выполняют с помощью дрели и электролобзика или плазмореза — второй вариант предпочтительнее, так как позволяет сделать идеально ровный срез.
4. Сваривают топочную камеру из металла 4-5 мм толщиной. Вваривают перегородку, образующую дымооборот в задней части топки. Между загрузочной камерой и зоной дожига из уголка или стальной полосы делают опору для колосника. Колосник лучше устанавливать чугунный — он прослужит дольше, а при деформации или прогорании можно легко его снять и заменить.
5. К камере в верхней его части приваривают дымовой патрубок и трубу с заслонкой для подачи воздуха. На выходе предусматривают посадочные места для дымососа.
6. Выполняют проемы для дверок топочной и зольной камеры из обрезков металла.
7. Наваривают перемычки, которые будут соединять внутреннюю и внешнюю стенки теплообменника и компенсировать перепады давления. Их можно сделать из стальной полосы. Перемычки должны располагаться вертикально, чтобы не мешать естественной циркуляции теплоносителя.
8. Постепенно приваривают внешние стенки теплобменника, соединяя их с перемычками. В отверстия на задней стенке котла приваривают штуцера для подачи воды в систему.
9. Делают из листового металла дверцы. Их выполняют двойными со слоем теплоизоляции — асбестовой тканью. Дверки крепят к котлу на петли или продумывают другой тип крепления.
10. Топку в зоне дожига футеруют шамотным кирпичом в четверть кирпича на жаропрочный раствор.
11. К котлу приваривают или крепят на болты регулируемые ножки, позволяющие выставить его строго горизонтально.
12. Корпус шлифуют, удаляют окалину, после чего своими руками покрывают его жаропрочной краской из баллона.
13. Устанавливают дымосос между дымовым патрубком и дымоходом, подключают его к сети.
14. На верхней части котла устанавливают контроллер, а датчик размещают в теплообменнике рядом с выходным штуцером.

На этом сборка котла закончена, и можно подключать его к системе отопления и приступать к наладке.

Подключение котла к отопительному контуру

Из-за склонности к низкотемпературной коррозии теплообменника рекомендуется обязательно контролировать температуру воды на входном штуцере. Она не должна опускаться ниже 60 градусов Цельсия. Для того, чтобы поддержать ее в этих пределах, между прямой и обратной трубой делают перемычку, с помощью которой обратку разбавляют горячей водой до нужной температуры.

Наладка и включение

Перед включением котла в работу необходимо заполнить систему теплоносителем. Наладка заключается в выборе режима подачи воздуха в камеру дожига, тем самым регулируется интенсивность горения газов и температура в топке.

Косвенно можно определить оптимальность режима работы по дыму, выходящему из трубы: если он не имеет резкого запаха и серого оттенка, значит, топливо сгорает полностью, и режим выбран правильно.

Первые несколько дней самодельный котел работает в режиме тестирования. В это время лучше не оставлять его без присмотра и использовать только качественное топливо, а камеру загружать на 2/3 загрузки. После тестирования котел можно запускать на полную мощность и наслаждаться теплом в доме.

Чертежи и описание

Принцип его действия таков:

• в топливник через дверку, расположенную в верхней части корпуса, закладывают разовую порцию топлива и разжигают их сверху;
• вентилятор-дымосос, установленный в верхней части корпуса, направляет выделяющийся при горении дым в камеру дожигания;
• там происходит окончательное догорание газов и содержащихся в них горючих включений;
• дым отводится через дымовой патрубок, расположенный в задней части котла, в дымоход;
• зола, образующаяся при топке, через колосниковую решетку попадает в зольник, который находится ниже топочной камеры;
• топку окружает водяная рубашка, играющая роль теплообменника и термоизоляции стенок котла;
• вода в теплообменник поступает через нижний штуцер, расположенный в задней части котла, а отводится в систему — через верхний;
• на верхней плоскости котла расположен контроллер, позволяющий регулировать режим, а внутри теплообменника — температурный датчик.

На чертеже представлены размеры котла и обозначения его конструктивных частей. Часть размеров обозначена буквенным кодом — их уточняют по таблице и выбирают по желаемой мощности котла. Эти размеры определены тепловым расчетом, от них зависит правильная и бесперебойная его работа.

Материалы и инструмент, необходимые для сборки

• Корпус котла делают своими руками из листовой стали и металлических труб с помощью сварки. Поэтому перед его изготовлением необходимо подготовить:
• сварочный инвертор, электроды;
• болгарка с отрезными и шлифовальными кругами;
• дрель с набором сверл по металлу;
• электролобзик.

Материалы и их примерное количество:

• 3 листа стали стандартного размера 1250х2500 мм, толщина 4-5 мм, лучше холодный прокат — его меньше ведет при скачках температуры;
• 2 листа оцинкованной стали 1250х2500 мм, толщина 1,5-2 мм;
• металлическая труба Ø32 мм, толщина стенок 3,2 мм;
• металлические трубы Ø57 мм, толщина стенок 3,5 мм;
• металлическая труба Ø159 мм, толщина стенок 4,5 м, общая длина 0,5 м;
• профильная труба двух сортотипов: 60х30х2 и 80х40х2;
• фурнитуру для дверок — ручки, задвижки;
• метизы;
• шамотный кирпич для футеровки топки;
• асбестовый шнур для термоизоляции дверцы.

Точное количество материала необходимо уточнить по рабочим чертежам. Кроме этого, необходимо подготовить дымосос — вентилятор необходимой мощности, термодатчик, контроллер и источник бесперебойного питания на ~220 В. Мощность вентилятора определяется с помощью расчета.

Для уменьшения веса котла для внешних стенок теплообменника можно взять сталь толщиной 2 мм. Они нагреваются меньше, чем до 100 градусов, поэтому не подвержены деформации.

Пиролизные котлы для отопления

Пиролизный котел

Работающие по принципу пиролиза котлы отопления слишком мощные для обогрева дач, поэтому их применяют в коттеджах и больших хозяйственных помещениях.

Дровяные печи проигрывают котлам в экологичности (у них больше выброс угарного газа), мощности и удобстве эксплуатации (постоянно нужно загружать новое топливо).

Загруженные в котёл дрова медленно тлеют под действием высокой температуры и ограниченного доступа кислорода. Выделяемый пиролизный газ поступает в камеру сжигания и смешивается с воздухом. Происходит одновременное сжигание в разных камерах древесного угля и газа. Преимущество такой схемы — продолжительное горение каждой закладки топлива и повышенный КПД установки.

В котле топливо сгораёт не сразу в полном объёме, а постепенно, тем самым увеличивается время от одной закладки от другой. Продвинутые модели требуют вмешательства человека не чаще 1-2 раз в день.

Пиролизный котёл для коттеджа стоит около 350 000 рублей. Пример такой установки — ATMOS D 15.

Как работает газогенераторное оборудование с верхней загрузкой?

Дрова в пиролизном котле с верхней загрузкой сгорают так:

• Загруженная топка поджигается, пламя на естественной тяге нагревает топку до температуры в первичной камере 60 °C.
• Закрывается дверца, включается подача первичного воздуха. За несколько минут температура в очаге горения достигает 600 °C — оптимальный режим для разложения газов. Дрова тлеют при недостатке кислорода.

Фото 1. Загруженная дровами топка пиролизного котла, пламя нагревает ее при естественной тяге до 60 °C.

• Во вторичную камеру подаётся предварительно пропущенный через пламя первичной камеры воздух. Горячие газы смешиваются, получается смесь со стехиометрическим числом – оптимальным соотношением воздуха и горючего газа.
• Проходя через форсунку, смесь воспламеняется и горит с выделением большого количества тепла. Часть тепла расходуется на поддержание горения в первичной камере.
• Тепло улавливается системой теплообменников, выделяемый углекислый газ удаляется через дымоход.

Кратко о пиролизном горении

Процесс пиролиза – это медленное разложение углеродного топлива, происходящее под воздействием высокой температуры при недостатке кислорода. На выходе получается горючий газ либо жидкое топливо – в зависимости от исходного сырья и условий протекания химической реакции.

Пиролизные котлы отопления производят и сжигают именно газ, отсюда второе название – газогенераторные или газифицирующие. Начальное сырье – сухие дрова, уголь, топливные брикеты.

Схема газогенераторной установки, вырабатывающей топливо для двигателя внутреннего сгорания

Как происходит пиролиз древесины:

1. В закрытый резервуар (реактор) загружается определенный объем измельченной древесины или опилки.
2. Металлический сосуд нагревается снаружи до 500…900 °C, сквозь фурмы (дутьевые отверстия) ограниченно подается воздух.
3. Дерево тлеет и разлагается на составляющие – водород, метан, угарный газ, водяной пар, углекислый газ. По окончании реакции на дне остается немного золы.
4. Полученная газовая смесь охлаждается, очищается, потом закачивается в баллоны для дальнейшего использования.

Перед загрузкой внутрь газогенератора древесина подсушивается. Иначе энергия нагрева станет расходоваться на испарение воды, реакция пиролиза сильно замедлится, на выходе получим кучу водяного пара.

Отметим, что любой процесс сжигания твердого топлива сопровождается выделением древесного газа, даже в костре (смотрим фото). Подробнее пиролиз описывается в другой нашей публикации.