Пиролизный котел своими руками

Пиролизные (газогенераторные) котлы отличаются большим КПД по сравнению с обычными твердотопливными котлами и позволяют извлечь больше тепловой энергии из аналогичного объема твердого топлива. На чем же основан принцип работы пиролизного котла и за счет чего увеличивается эффективность сжигания топлива? Ответ на этот вопрос вы можете узнать из материала данной статьи. Кроме того, здесь также рассмотрены преимущества и недостатки генераторов тепловой энергии такого типа, которые необходимо обязательно учитывать, решив приобрести или изготовить его своими руками.

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.

При работе пиролизных котлов, в большинстве их моделей, пламя из форсунки направлено вниз. Горячие газы проходят через теплообменник водяной рубашки, отдают ему свою тепловую энергию и выходят через дымовую трубу.

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.

Пиролизный котел с верхней камерой

Использование дров в стандартных котлах неудобно по той простой причине, что топливо очень быстро сгорает, а большая часть тепловой энергии улетучивается в атмосферу. Поэтому домовладельцу постоянно нужно подкладывать топливо в топку.

В свою очередь, при пиролизе создаются определённые условия, при которых твёрдое топливо горит очень медленно с большим выделением тепловой энергии. Это было достигнуто за счёт сгорания топлива в условиях недостачи кислорода. Результатом такого горения является разложение топлива на уголь и горючие газы. Если не углубляться в сложные процессы, то смысл работы будет заключаться в следующем:

• пиролизное устройство состоит из двух металлических корпусов схожей формы, но различного диаметра соединённых между собой с помощью сварки;
• внешним кожухом служит корпус больших размеров, а топкой меньшая конструкция;
• в полученное между ними пространство заливается вода, которая является основным теплоносителем;
• меньшее изделие тоже разделено на несколько частей за счёт воздушного распределителя — одна часть предназначена для сгорания топлива, а другая для дожига пиролизных газов;
• воздушный распределитель напоминает телескопическую трубу с лопастями на конце, для равномерного распределения газов, выделяющихся, в процессе горения топлива;
• с другой стороны воздушного распределителя в область горения топлива подаётся кислород;
• в процессе прогорания топлива распределительное устройство начинает опускаться, и кислород подаётся на следующий уровень;
• контроль процесса работы пиролизного котла производится в автоматическом режиме за счёт специальных приборов, подключённых, к сети электрического тока.

Для обеспечения максимального эффекта горения важно учитывать температуру воспламенения древесины и степень её влажности, которая, испаряясь, в значительной мере влияет на качество работы пиролизного котла.

Что понадобится для изготовления котла?

Для изготовления конструктивно сложного устройства понадобится наличие широкого набора инструментов, расходных материалов и документации в соответствии со следующим перечнем:

• чертёж или схема пиролизного котла с точным указанием размеров прибора;
• электросварочный аппарат с электродами;
• шлифовальная машинка;
• турбинка с отрезными кругами по металлу.

Из расходных материалов нужно позаботиться о наличии следующих комплектующих:

• толстостенная 3 мм труба 1300 мм длины и 500 мм диаметра;
• полутораметровая труба 450 мм в диметре и стенками 3 мм толщины;
• трубка 1200 мм длиной и 60 мм в диаметре;
• кольца диаметром 500 мм 2 штуки;
• листовой металл или готовая загрузочная дверца и люк для зольника;
• четыре металлические петли и две ручки;
• стальная задвижка;
• швеллер или уголок для крыльчатки и ножек;
• асбестовый материал для утепления дверок, что позволит в значительной мере снизить потери тепловой энергии;
• шнур из асбеста для уплотнения зольниковой и топочной дверок.

Изготовление пиролизных котлов – процесс достаточно сложный и не всегда оправдывает себя. Полученное изделие прекрасно подходит для обогрева подсобных помещений, но в целях безопасности в жилом доме целесообразно использовать заводские обогревательные системы, такие как котёл Холмова.

Изготовление корпуса котла

Для сборки пиролизного котла своими руками рекомендовано использовать стальные материалы толщиной 4 мм. Но с целью экономии для кожуха конструкции можно использовать 3 мм металл.

1. Берётся 2 трубы, диаметр которых должен составить 1500 и 1300 мм соответственно. Меньшая труба вкладывается внутрь более широкого аналога и соединяется с последней при помощи кольца, которое также изготавливается своими руками из обрезка уголка 2,5х2,5 см.
2. Из стали вырезается круг диаметром 450 мм и приваривается на дно внутреннего патрубка. В итоге получается бочонок, наваренный на водонагревательный контур, по ширине составляющий 25 мм.
3. С нижнего конца бочонка прорезается отверстие прямоугольной формы 150 мм по ширине и 80 мм по высоте. Полученное отверстие будет являться дверцей зольника. Далее, вваривается зольниковый люк и монтируется дверца, которая оснащается петлями и металлической задвижкой.
4. Вверху водяной рубахи прорезается отверстие прямоугольной формы, в которое в дальнейшем будет загружаться топливо. Вваривается загрузочный лючок, оборудуется дверца, которая также оснащается металлическими петлями и задвижкой. Лучше использовать двойную дверцу в пустую полость, которой вложить прокладку из асбестового материала. Это в значительной мере снижает тепловые потери.
5. Также сверху пиролизного котла приваривают выпускной патрубок, предназначенный для вывода отработанных газов в трубу дымохода.
6. В верхней и нижней части рубахи привариваются патрубки 4-4,5 см в диаметре, с резьбой на концах предназначенные для подключения котла к отопительной системе.
7. Все сварные стыки хорошенько подмыливаются и проверяются на герметичность. Затем выполняется опрессовка рубашки котла под давлением не меньше 2-2,5 кг на см квадратный. В случае обнаружения огрехов они удаляются с помощью сварочного аппарата.

Хочется отметить, что довольно удачно сочетается пиролизный твердотопливный котёл с воздушной системой отопления, а не стандартной конструкцией с водяным теплоносителем. В такой ситуации передача воздуха происходит по трубам, а его возврат обратно в систему по полу. Такой обогрев не перемерзает в морозы, если котёл простаивает вхолостую а, следовательно, нет необходимости сливать теплоноситель в случае отъезда хозяев.

Сборка распределителя воздуха

Только после тщательного изучения схемы и чертежа устройства можно переходить к сборке воздухораспределителя. Очень подробно сборка воздухораспределителя пиролизного котла представлена в видео с учётом подробной последовательности действий:

1. Из листового металла вырезается круг диаметр, которого должен быть меньше на 20-30 мм основного корпуса. По центру в соответствии с диаметром распределителя воздуха высверливается отверстие.
2. В полученное отверстие вставляется труба распределителя воздуха, которая приваривается сварочным аппаратом.
3. На нижней поверхности стального блина привариваются обрезки швеллера, по форме напоминающие лопасти.
4. На другом конце приваривается петля, предназначенная для поднятия и опускания конструкции. Затем монтируется заслонка регулировки поступления кислорода в топочную зону.

На этом изготовление воздухораспределителя своими руками может считаться завершённым. Остаётся из металлического листа вырезать 500 см блин с отверстием 80 мм диаметром по центру. Готовая конструкция вставляется в корпус котла, и крышка приваривается герметичным швом. На петлю распределителя воздуха крепится тросик и вся конструкция готова к установке и вводу в эксплуатацию.

Особенности пиролизного котла с нижней камерой

Принципиально пиролизный твердотопливный котёл, снабжённый нижней камерой дожига газов намного сложнее для изготовления своими руками. При этом для его самостоятельного изготовления понадобится больше времени и денежных затрат. Но для начала нужно понимать, что такие котлы подразделяются на системы, оборудованные дымососом или наддувом. Если не углубляться в сложные физические процессы, то можно обозначить определённые принципиальные отличия.

Система с наддувом функционирует за счёт поступления горючих газов в камеру дожига посредством вмонтированного вентилятора. Из-за этого в камере нагнетается избыточное давление. При этом такая конструкция предусматривает использования любого даже самого дешёвого вентилятора, благодаря которому можно выполнить совмещение топки с камерой дожига.

Но это достоинство одновременно является и недостатком по той простой причине, что такой пиролизный котёл имеет КПД не более 83%. Из-за нагнетаемого давления часть воздуха попросту не попадает в центр процесса горения и поэтому топливо сгорает не до конца. Помимо этого под давлением часть пиролизного газа попросту вылетает в дымоходную трубу не сгорая, что опять-таки сказывается на коэффициенте полезного действия. Но самое главное слишком мощный наддув может привести к взрыву котла.

Особенности установки готовой конструкции

Установка пиролизного котла длительного горения собранного своими руками должна происходить в полном соответствии схеме и требованиям пожарной безопасности, так как процесс горения такого агрегата может достигнуть чрезмерно высокой температуры.

• В качестве котельной лучше использовать отдельное помещение.
• Чтобы обеспечить качественную вентиляцию котельная снабжается приточным отверстием.
• Котёл должен располагаться на забетонированной или выложенной из кирпича поверхности.
• Непосредственно перед топкой укладывают металлический лист.
• К ближайшим легко воспламеняемым материалам от котла должно оставаться свободное пространство не менее 2 м.

Пиролизные котлы, можно изготавливать как своими руками, так и приобретать готовые изделия в магазине. При этом выбор будет сделан индивидуально каждым домовладельцем в зависимости от его предпочтений. Конструкцию такого устройства сложно назвать простой для самостоятельного изготовления. Однако в итоге можно сэкономить значительную денежную сумму, хотя безопасность и качество работы самодельного устройства остаётся под сомнением.

• Леонид Григорьевич Чернухин

Твердотопливные пиролизные котлы отличаются тем, что топливо и летучие вещества, образующиеся при горении, сгорают раздельно. Такие устройства рассчитаны на длительное горение. По сравнению с обычными твердотопливными котлами, они более эффективны.

Что такое пиролиз, как функционирует пиролизный котел?

Пиролизом называют процесс сжигания твердого топлива, при котором происходит разложение органических веществ и частичная газификация. Лучшим топливом, выделяющим большое количество летучих веществ, считается древесина и бурый уголь. В некоторых устройствах используется каменный уголь, реже — кокс. Высокие требования предъявляются к влажности топлива — оно должно быть сухим.

Пиролизный котел — это двухкамерное устройство, камеры которого отделяются друг от друга колосником. На колосник укладываются дрова или другой вид топлива. После возгорания топлива дверца закрывается и запускается дымосос. В верхней камере, при температуре 200–800˚C и ограниченном поступлении воздуха происходит тление и пиролиз топлива.

Газ вместе с потоком воздуха перемещается под колосник в нижнюю камеру, соединяется со вторичным воздухом и сгорает при температуре 1000–1200˚C. Выделяется тепло, которое используется для подогрева теплоносителей (воздуха, воды) и для поддержания пиролиза. Для обогрева помещений применяются пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром.

Вентиляция, необходимая для функционирования агрегатов может быть естественной или принудительной. Для естественной обустраивается высокий дымоход. Принудительная обеспечивается путем подключения к электросети и системе насосов.

Преимущества пиролизных котлов

• Высокий КПД (до 95%)
• Обеспечивают длительное горение топлива
• Простые в применении
• Поддаются автоматизации
• Снижают образование вредных веществ
• Обеспечивают полное сгорание топлива
• Позволяют сжигать даже не колотые дрова

К недостаткам можно отнести энергозависимость, высокую стоимость агрегата и требования, предъявляемые к влажности топлива.

Преимущества и недостатки

Газогенераторные или котлы с пиролизным сжиганием твердого топлива имеют следующие преимущества:

• имеют более высокий КПД (до 85%) по сравнению с обычными твердотопливными агрегатами;
• возможность более эффективного управления мощностью их работы;
• в процессе горения выделяемый пиролизный газ взаимодействует с активным углеродом и поэтому в дымовых газах, на выходе из котла, содержится минимальное количество вредных примесей, то есть, они практически состоят из смеси водяного пара и углекислого газа (причем последнего содержится почти в три раза меньше, чем в дымовых газах обычных твердотопливных котлов);
• образуется минимальное количество сажи и золы, что позволяет реже производить их чистку, а, следовательно, меньше хлопот во время их эксплуатации;
• возможность более длительной работы на одной закладке топлива.

Из недостатков можно отметить следующие:

• более высокая стоимость твердотопливных газогенераторных (пиролизных) котлов по сравнению с традиционными;
• зависимость от электроэнергии (она необходима для принудительной подачи воздуха с помощью вентилятора и питания блока управления, хотя существуют конструкции и без них);
• для эффективности их работы, желательно, чтобы дрова были сухими (влажность древесины не превышала бы 20%).

Хотя, если судить объективно, то последние два недостатка, характерны не только для пиролизных котлов. В настоящее время, и твердотопливные агрегаты с обычным сжиганием топлива часто снабжаются принудительной подачей воздуха или автоматикой для регулирования процесса горения и, поэтому, также могут быть зависимыми от наличия электроэнергии.

Кроме того, большинство современных систем отопления устраивается с принудительной или комбинированной циркуляцией теплоносителя и поэтому, нуждаются в электроэнергии для работы циркуляционных насосов, независимо от вида применяемого котла.

То же относится и к повышенной влажности топлива. Она одинаково оказывает негативное влияние на условия его сжигания в любых видах твердотопливных котлов или печей, так как требует больше времени и энергии для его подсушивания.

Видео по теме: Принцип работы пиролизного котла с верхним расположением камеры дожига (сжигания древесного газа).

Преимущества пиролизного отопительного оборудования

На эффективность функционирования отопительного оборудования влияет ряд факторов:

• температура внутри дома и на улице;
• степень утепления строения;
• проектное решение создания отопительной системы и то, насколько оно правильно выполнено;
• вид и состояние топлива.

По сравнению с традиционными способами нагрева пиролиз своими руками является более эффективным, а в процессе сжигания дров и горения газов, выделяемых при этом, нет необходимости в значительном объеме воздуха. В результате время горения увеличивается и одновременно повышается температура.

Отличительные особенности, которыми обладают пиролизные котлы своими руками, изображенные на фото:

• длительное тление дровяного топлива, приводящее к равномерному распределению тепла (прочитайте также: «Дровяной котел длительного горения: правила выбора»);
• минимальная пожароопасность;
• максимальный временной период, в течение которого дом обеспечивается комфортной температурой;
• котел на одной закладке дров функционирует в течение 18-28 часов;
• для отопления можно использовать любые древесные отходы (опилки, щепы и прочее), а также пластик и резину (посмотрите статью: «Отопительные котлы на опилках — существенная экономия»);
• отсутствие сажи;
• небольшая цена создания агрегата.

Чертежи пиролизных котлов

На этапе подготовки создания пиролизного агрегата необходимо:

• изучить информацию относительно особенностей такой отопительной системы;
• произвести точные расчеты, чтобы знать оптимальный вид горения;
• также нужно иметь на самодельные пиролизные котлы чертежи.

Только качественная обвязка отопительного агрегата и правильный подбор мощности для него обеспечат эффективное функционирование всех элементов системы. Для выполнения обвязки требуется схема пиролизного котла своими руками.

Местонахождение котла и количество материалов определяют на основе расчетов и чертежей, отображающих составляющие компоненты отопительной системы, включая элементы подачи теплоносителя, теплообменник и топку.
Имея на самодельный пиролизный котел чертежи и соответствующие расчеты, владелец дома или дачи может приступать к монтажным работам и последующему испытанию оборудования (читайте также: «Камины для дачи своими руками: технология монтажа»). Если все выполнено в соответствии с проектной документацией, то после завершения сборки котел способен запустить работу отопительной системы в течение максимум 45 минут.

Постройка пиролизного котла

Чтобы соорудить самодельные пиролизные котлы длительного горения из оборудования, инструментов и стройматериалов потребуются:

• сварочный аппарат;
• болгарка;
• электрическая дрель;
• шлифовальные круги, имеющие диаметр 12,5 и 23 сантиметров;
• сейф с двумя дверцами;
• огнеупорный кирпич;
• 4-миллиметровый стальной лист;
• электроды
• дверцы, необходимые для топки и поддувала;
• чугунные колосники (подробнее: «Какие бывают колосники чугунные для печи – виды, различия, размеры, правила использования»);
• круглый прут;
• вентилятор-дымосос;
• профильные трубы;
• асбестовый шнур;
• терморегулятор;
• болты и гайки.

Как своими руками сделать пиролизный котел, смотрите на видео:

Оригинальный вариант создания котла

Пиролизный котел можно установить даже, когда его труба выведена ниже уровня расположения крыши. Проблему решают путем монтажа дымососа. На расстоянии примерно 40 сантиметров от края дымохода устанавливают колено наружу раструбом. Если используется гофрированная трубка, колено подсоединяют к вентилятору, и тогда воздух будет нагнетаться в дымоход. Читайте также: «Печи длительного горения своими руками: схема».
Неплохой основой для котла станет несгораемый сейф из двух дверей. Избавившись от всего, что находилось внутри, дверцы заваривают, после чего делают 2 вставки. Для увеличения площади теплообмена в конструкцию вваривают полтора десятка труб.
После этого вырезают отверстие и монтируют топочную горловину. Внутри топки нижние углы обкладывают огнеупорным кирпичом для обеспечения распределения потоков воздуха через колосники.

Кожух для котла выполняют из оцинковки, в его нижней части находится поддувало и колосниковая решетка. Дверцу оборудуют трубой с поворотной заслонкой для первичного поступления воздуха. Вторичный воздух подается при помощи распределительной коробки, находящейся над топочной дверкой и соединенной с котлом тремя трубами, заведенными в агрегат строго горизонтально. С торца на трубах ставят заглушки, а снизу сверлят три ряда отверстий на расстоянии 22-25 миллиметров одно от другого диаметром 2-3 миллиметра.