Как собрать самодельный пиролизный котёл. Выполнение вычислений

Как собрать самодельный пиролизный котёл. Выполнение вычислений

Первым делом нужно подобрать размеры проема форсунки. Самый простой способ – приобрести готовое изделие, рассчитанное под определенную мощность, такие имеются в продаже для установок разных производителей, например, ATMOS. Другой путь несколько труднее, зато гораздо дешевле: изготовить проем необходимого сечения в шамотном кирпиче, который будет уложен на днище топки. Габаритные размеры щелевидного проема для разных значений мощности представлены в таблице 1.

Таблица 1

Самодельный пиролизный котел длительного горения можно изготавливать с произвольными размерами топки, которые рассчитываются по такой схеме:

• Теплота сгорания древесины – 2,8 кВт/кг, плотность – 400 кг/м³. Чтобы обеспечить мощность 10 кВт, нужно за 1 час сжигать 10 / 2,8 = 3,6 кг дров.
• Учитывая, что между поленьями в топке остается пустое пространство, нужно принять коэффициент заполнения 0,5. Тогда полезный объем камеры на 1 час работы составит: 3,6 / 400 / 0,5 = 0,018 м³.
• Приняв длину полена равной 0,6 м, а высоту первичной камеры – 0,5 м, высчитывается ее полезная ширина на 1 час работы: 0,018 / 0,6 / 0,5 = 0,06 м.
• Чтобы загружать топливо 1 раз в 10 часов, полезный объем должен быть: 0,018 х 10 = 0,18 м³. Тогда при прежних значениях глубины и высоты полезная ширина будет: 0,18 / 0,6 / 0,5 = 0,6 м. Окончательные габариты – 0,6 м х 0,6 м х 0,5 м.

Самодельный пиролизный котел

Следующий шаг – подбор вентилятора – нагнетателя, который устанавливается на самодельные пиролизные котлы и обеспечивает подачу воздуха в обе камеры. Устройства подбираются по производительности, которая зависит от мощности установки, эти данные можно взять по Таблице 2.

Таблица 2

Дымовые газы, покидающие вторичную камеру, имеют достаточно высокую температуру. Чтобы не выбрасывать это тепло на улицу впустую, применяется жаротрубная схема изготовления пиролизного котла. В соответствии с ней, дымовые газы, проходя через дымогарные трубы теплообменника, охлаждаются до температуры 150–200 ⁰С, отдавая свою теплоту водяной рубашке. Чтобы рассчитать полезную площадь теплового обмена, нужно определить такие исходные данные:

• температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах t₁и t₂;
• температуру дымовых газов на входе в теплообменник и на выходе из него Т₁и Т₂.

Далее, определяется разность температур ∆t= t₁– t₂и ∆Т = Т₁– Т₂. После этого можно посчитать величину температурного напора τ, ⁰С:

τ = (∆Т – ∆t) / ln (∆Т / ∆t)

Площадь поверхности теплообмена S(м²) находят по формуле:

S = Q / k / τ

В этой формуле:

• Q– потребная мощность котельной установки;
• k – коэффициент передачи теплового потока, принимается 30 Вт/м²⁰С.

Проверить результат можно по Таблице 3, в которой представлены укрупненные значения площади поверхности теплообмена в зависимости от мощности агрегата.

Таблица 3

Изготавливая пиролизные котлы длительного горения своими руками, мастера зачастую устанавливают патрубок дымохода «на глазок», в то время как от правильной работы дымоходной трубы зависит КПД самого агрегата. Поэтому площадь сечения трубы, а потом и ее диаметр лучше определить по формуле:

F = L / 3600ϑ

В этой формуле:

• ϑ – скорость дымовых газов, принимается равной 0,5 м/с;
• L – расход газов, соответствует производительности вентилятора, м³/ч;
• F – площадь сечения трубы дымохода, м².

Через формулу площади круга находят значение диаметра трубы.

Сделать пиролизный котел своими руками. Отличия и преимущества

В обычных дровяных котлах и печах с водяным отоплением древесина сгорает довольно быстро, и одной загрузки дров хватает на 3-4 часа. Отопительное оборудование при этом требует постоянного внимания, ведь если огонь в топке потухнет, то теплоноситель остынет, и в доме станет холодно. Эта особенность твердотопливных котлов часто вынуждает домовладельцев устанавливать дополнительный электрообогрев или устанавливать котел длительного горения.

Котлы пиролизного типа, отличаются длительным временем работы на одной загрузке. Они могут использовать в качестве топлива дрова или пеллеты — прессованные отходы деревообработки. Длительность работы таких моделей обусловлена особым режимом работы, основанном на пиролизе.

Пиролиз — что это такое, и как его используют в котлах

Процесс горения древесины достаточно сложен. Она состоит из волокон целлюлозы, скрепленных связующим веществом — лизином. При нагреве эти связи разрушаются, и начинается выделение газа, а древесные волокна начинают темнеть и обугливаться. Газ, называемый пиролизным, содержит горючие элементы, в том числе водород. Нагреваясь от горячей поверхности тлеющего полена, он воспламеняется и образует яркий огонь.

Повышенное содержание кислорода в зоне горения увеличивает размер пламени. Это можно заметить при открывании топочной дверки — дрова сразу начинают гореть ярче. Сгорание пиролизных газов сопровождается активным выделением тепла, от чего тление дров усиливается, и очень скоро они сгорают до углей. Пламя при этом может достигать высоты более метра, при этом греется не только печь, но и дымоход, а горячие, не до конца прогоревшие газы с высоким содержанием сажи выходят в трубу.

Конструкция пиролизного котла позволяет сжигать дымовые газы в отдельной зоне дожига. При этом дрова в зоне газогенерации тлеют долго и равномерно, с постоянной температурой. Чтобы избежать активного горения топлива, поступление воздуха в загрузочную камеру ограничивают с помощью заслонки. К зоне дожигания газов воздух, напротив, нагнетают, иногда с помощью вентилятора, но чаще — с использованием естественной тяги.

Конструкция

Внешне котел пиролизного типа не сильно отличается от твердотопливного аналога. В корпусе из стали или чугуна расположена топка, оснащенная дверкой или люком для загрузки топлива. Топка может быть разделена на камеры газогенерации и дожига с помощью перегородок, но иногда деление условное, и процессы происходят в разных зонах топки.

Для чистки от золы в нижней части камеры загрузки топлива расположен колосник, а ниже — зольник с дверцей или ящиком для сбора золы. Отдельной дверцей для прочистки оснащается также зона дожига, так как в ней часто образуется сажа, и требуется ее прочистка.

Рядом с топкой расположен теплообменник, по которому циркулирует выбранный для системы отопления теплоноситель: антифриз, тосол или специально подготовленная вода. Он оснащен двумя штуцерами для подключения труб отопительного контура.

Для отвода дыма предназначен подключаемый к дымоходу патрубок, подсоединенный к топке в зоне дожига. Он может быть оснащен датчиками температуры и шибером для регулирования тяги .

Уровень автоматизации котла зависит от модели, при этом стоит отметить, что котлы с регулированием процесса горения энергозависимы, их установка возможна только при наличии бесперебойного электроснабжения.

Достоинства и недостатки

Несомненное преимущество, благодаря которому пиролизные котлы по удобству использования приближаются к газовым — это эффективность и высокий КПД. Но этим перечень достоинств котла не ограничивается, их отличают также:
• длительная работа на одной загрузке топливника — до 48 часов в мощных моделях, до 18 часов — в бытовых;
• доступность и разнообразие потребляемого топлива — пиролизные котлы могут работать также на пеллетах, брикетах, стружке и обрезках досок, а некоторые модели даже на опиле;
• котлы имеют компактные размеры, для их установки достаточно небольшого отдельного помещения;
• температура дыма на выходе из котла невысока, максимум 200 градусов в режиме растопки, что позволяет использовать недорогой и удобный в сборке металлический сэндвич-дымоход ;
• дым содержит незначительное количество сажи, не загрязняет атмосферу и кровельное покрытие;
• современные модели оснащены автоматическим регулятором тяги, позволяющим установить режим отопления и не тратить время на регулирование режима;
• срок использования котла — от 15 лет.

Пиролизный котел принцип работы. Пиролизный котел — устройство и принцип работы

Его конструкция содержит две камеры — верхняя предназначена для закладки и сжигания твердого топлива, нижняя служит для сжигания генераторных газов. Помещенное в верхнюю камеру древесное топливо в процессе горения и образования газовой фазы дополнительно просушивается (процесс пиролиза древесины — экзотермический), в этой же камере нагревается воздух, принудительно нагнетаемый вентилятором. Между верхней и нижней камерами пиролизного котла размещена керамическая форсунка-колосник, способная выдерживать высокие температуры — через отверстия в ней газы, образующиеся при пиролизе древесины в условиях недостатка кислорода, проникают в нижнюю камеру. Пепел, остающийся после полного сжигания топлива, также скапливается в нижней камере котла.

1 - топливо, 2 - первичный воздух, 3 - вторичный воздух, 4 - уходящие газы, 5, 6 - вход и выход воды A - камера газификации, B - колосник, C - камера дожигания, D - газоход, E - дымосос

1 - топливо, 2 - первичный воздух, 3 - вторичный воздух, 4 - уходящие газы, 5, 6 - вход и выход воды A - камера газификации, B - колосник, C - камера дожигания, D - газоход, E - дымосос

Принудительная подача воздуха с регулировкой его объема производится вентилятором, подающим воздух через воздуховод, размещенный в верхней камере пиролизного котла, либо с помощью вентилятора-дымососа, установленного внутри вытяжной трубы.

Работает пиролизный котел так: в верхнюю камеру закладывается топливо (дрова), разжигается, дверца камеры закрывается и включается вентилятор котла. Как только температура внутри верхней камеры поднимется выше 250 °С — древесина начнет обугливаться, выделяя генераторный газ, поступающий через форсунку в нижнюю камеру. Здесь к полученным в результате пиролиза газам подмешивается путем наддува вторичный воздух и они сгорают, возвращая некоторую часть тепла нижнему уровню топливной закладки. Вторичный воздух — воздушный поток, огибающий топливо в верхней камере по бокам либо поступающий через специальные щели в дверце нижней камеры пиролизного котла.

Забор тепла от пиролизного котла и его передача теплоносителю (воде или воздуху) производится через контакт трубопровода с теплоносителем внутри с дном нижней камеры котла.

С одной полной загрузки топливной (верхней) камеры пиролизный котел вырабатывает тепло от 6 до 12 часов, в зависимости от качества топлива и потребностей в тепле.

Если разделить процессы, происходящие в пиролизном котле поэтапно, то происходит следующее:

• Температура 450 °С — древесное топливо подвергается сушке и дегазации;
• Температура 560 °С — генераторный газ, соединенный с вторичным воздухом, подвергается сжиганию;
• Температура 1100 °С — дожигаются остатки пиролизного газа, происходит возврат тепла к нижнему слою топлива, заложенного в верхнюю камеру;
• Температура 160 °С — отвод продуктов дожига в дымоход.

Самодельный пиролизный котел на естественной тяге. На что обратить внимание при изготовлении

Если вы собираетесь делать пиролизный котел своими руками, вам надо четко представлять не только механизм и принцип его работы, но и учитывать все неприятные моменты, которыми данные агрегаты обладают. В первую очередь необходимо сказать о том, что практически все пиролизные газы ядовиты. То есть, агрегат должен быть полностью герметичным, сварные швы должны быть высшего качества.

Кроме того, для обеспечения безопасности необходима система контроля за процессом горения (датчики температуры, дыма, наличия тяги) и автоматика, которая в зависимости от показаний датчиков регулирует процессы горения. Если самодельный пиролизный котел собираетесь делать на естественной тяге, автоматика может быть простейшей — энергонезависимой. При наличии вентилятора наддува для подачи воздуха в току, нужны уже более серьезные (и дорогие) устройства, а они питаются от сети 220 В. Работа котла такого типа без автоматики опасна, потому необходим источник бесперебойного питания, который обеспечит работу вентилятора и автоматики на 10-12 часов — время прогорания закладки.

Примерная компоновка пиролизного котла

Второй момент. В некоторых моделях пиролизников температура в активной фазе достигает 1000°C и выше. Обычная конструкционная сталь при таких условиях быстро прогорит. Чтобы котел существовал долго, необходима жаростойкая сталь и внутренняя футеровка самых термонагруженных частей. Если пиролизный котел делают своими руками, футеровку чаще всего делают из шамотного кирпича. В рабочей фазе шамот разогревается до малинового свечения и становится очень хрупким. Если, вдруг, вам придется в это время орудовать в печи, будьте аккуратны — повредить футеровку в данный момент легко, а ремонтировать — долго и сложно.

Гидролизный котел. Устройство и принцип работы

Процесс длительного распада органических соединений под действием высокой температуры (до 800°С), при недостатке кислорода для сгорания, приводит к выделению древесного газа и созданию древесного угля, каждый из которых является высокоэнергетическим топливом. Агрегат, предназначенный для выделения этих продуктов с последующим их сжиганием и получением горячей воды, называется пиролизным твердотопливным котлом.

Основной принцип работы газогенераторного котла – разделить твердое топливо на две фракции (уголь и газ) с целью выжать из их сгорания все на что они способны. Различное их устройство имеет общие черты:

• камера сгорания твердого топлива в режиме наибольшего выделения газов;
• камера сжигания газа;
• принудительное управление подачей воздуха (вентиляторами или механически).

Устройство и принцип работы пиролизного котла с нижним расположением камеры дожига и принудительной тягой.

В камере сгорания загруженное топливо горит в обычном режиме, подаваемый в зону горения воздух доводит температуру в ней до обильного выделения газа и не более. Топливо горит постепенно, превращаясь в золу, греет водяную рубашку котла и выделяет газ в режиме ограниченной подачи кислорода.

Газ, за счет разности давлений (тяги), перемещается в камеру дожигания, где интенсивно сгорает при обильном поступлении кислорода, перемещаясь по дымовому тракту. Высокая температура горения прогревает трубы теплообменника и теплоноситель.

Тяга в агрегате создается за счет механического регулятора тяги , управляющего дверкой поддувала и высоким дымоходом при автономной работе. В современных котлах с высоким уровнем автоматизации для управления подачей кислорода в зону горения используется вентилятор поддува, а тягой горящего газа через теплообменник управляет вентилятор-дымосос.

Пиролизный котел своими руками: чертежи. 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

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.

Плюсы:

• 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.

Минусы:

• 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.

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

Инструменты:

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