Пиролизный котел своими руками

Газогенераторные и пиролизные котлы получили популярность при отоплении жилых и промышленных помещений. Принцип их работы несколько отличается от привычных твердотопливных моделей. Однако более сложная конструкция устройства предоставляет массу достоинств и экономию денежных средств, затраченных на отопление.

1. Принцип работы и устройство пиролизного котла
2. Достоинства и недостатки пиролизного котла
3. Топливо для пиролизного котла
4. Делать или нет пиролизный котел самостоятельно
5. Твердотопливный пиролизный котел своими руками: пошаговая сборка
   • разработка чертежа и расчет пиролизного котла
   • инструменты и материалы
   • сборка пиролизного котла
6. Ввод котла в эксплуатацию
7. Техника безопасности

Принцип работы и устройство пиролизного котла

Основным элементом любой отопительной системы является котел. Задача котла – нагреть с помощью топлива теплоноситель, а затем передать его систему отопления. Одним из наиболее перспективных и экономных бытовых котлов считаются пиролизные котлы.

Пиролизный котел – подвид твердотопливного котла (обычно водогрейного), в котором процесс сгорания топлива и выходящих из него летучих веществ, происходит отдельно. Такие котлы еще называют газогенераторными.

Пиролиз – способность древесины разлагаться во время горения на твердые остатки (уголь) и газ. Для протекания двух процессов должны соблюдаться два условия:

• высокая температура;
• недостаток кислорода.

Необходимые условия обеспечивает специальная конструкция, реализованная в пиролизных котлах. В таком оборудование топка поделена на две части. В камере загрузки (первая часть) горит и при недостатке кислорода пиролизуется топливо. В камере сгорания (вторая часть) догорают выделяющиеся газы – в этот отсек поступают вторичный воздух. Подобная конструкция минимизирует отвод тепла из камеры первичной загрузки.

Оба отсека разделены колосником, на который размещается топливо. Воздух подается сверху вниз и проходит сквозь топливо – это характерное отличие котлов пиролизного типа от других теплогенерирующих установок. Топка имеет повышенное аэродинамическое сопротивление, поэтому обустройство тяги, обычно, принудительное. Как правило, используется дымосос или дутьевой вентилятор.

Работа пиролизных котлов длительного горения происходит в такой последовательности:

1. Дрова (или другое топливо) помещаются на колосник и поджигаются.
2. После закрытия дверцы запускается дымосос.
3. Под действием высокой температуры (до +800°С) происходит обугливание, выделяется древесный газ.
4. Выделившиеся продукты (угарный газ, водород, углеводороды и азот) поступают под колосник.
5. К продуктам пиролиза добавляется продув — летучие вещества постепенно сгорают, а часть тепла возвращается к слою дров, расположенных снизу.
6. Тепло используется для нагрева теплоносителей – воздуха, воды.

Достоинства и недостатки пиролизного котла

Пиролизные котлы завоевали свою популярность благодаря ряду преимуществ:

1. Полное сгорание топлива обеспечивает экономичность горения. Кроме того это качество позволяет реже проводить чистку зольника и газоходов.
2. Регулируемый процесс горения позволяет увеличивать длительность сгорания одной топки (около 12 часов).
3. Снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу – высока температура в камере сверху подавляет СО.
4. Для топки подходят крупные, неколотые дрова.
5. Возможность полной автоматизации работы котла и подключения к любой системе отопления.
6. Котел может утилизировать резину, пластмассу и полимеры, не загрязняя при этом окружающую среду.

Важно! Газогенераторные котлы эффективнее традиционных. КПД пиролизного котла достигает 85%, а мощность оборудования можно регулировать в пределах 30-100%

К недостаткам пиролизных котлов можно отнести:

1. Большие габариты установки.
2. КПД котла резко снижается, если в него поместить топливо повышенной влажности.
3. Энергозависимость котла – без дымососа установка не будет работать.
4. На малых загрузках (менее 50%) отмечается нестабильное горение и появление дегтя в газоходах.
5. Нельзя организовать автоматическую подачу дров.
6. Высокая стоимость пиролизных котлов. Сэкономить можно, если сделать котел самостоятельно. Но изготовление котла – достаточно сложный процесс, требующий точных расчетов, разработки чертежа и грамотной сборки.

Топливо для пиролизного котла

Для пирокотлов лучше использовать топливные пеллеты или дрова. Древесину можно загружать диаметром 100-250 мм, длиною 400-450 мм. Размеры топливных брикетов – 300х30 мм. Мелкие древесные отходы и опилки можно жечь вместе с дровами, но их должно быть не более 30% от общего объема камеры загрузки.

Котел работает на максимальной мощности, если используется высушенная древесина. Кроме того, это условие позволяет продлить срок эксплуатации установки.

Теплота сгорания 1 кг дров влажностью 20% составляет 4 кВт/час, а древесины с влажностью 50% — 2 кВт/час

В промышленных установках могут использовать пиролизное масло – разжиженный древесный деготь. Материал имеет высокую теплотворную способность – порядка 40 000 кДж/кг, но пиромасло обладает сильной кислой реакцией, что негативно сказывается на футеровке и металле. Поэтому его применение в бытовых котлах не желательно.

Делать или нет перолизный котел самостоятельно

Пиролизный котел – это современно и эффективно, но – дорого. Стоимость простого отечественного котла – не менее 1000 долл. США, цены на импортные газогенераторные установки на порядок выше.

Вполне реально сделать пиролизный котел самостоятельно или заказать изготовление установки у специалистов. Второй вариант обойдется дороже первого, но по сравнению с покупкой нового оборудования удастся сэкономить немалую сумму денег (зависит от размеров котла).

Самодельный пиролизный котел: фото

Конечно, процесс сборки котла нельзя назвать абсолютно дешевым и простым. Перед изготовлением оборудования необходимо оценить собственные возможности и силы, изучить всю информацию по составляющим элементам и работе котла.

Твердотопливный пиролизный котел своими руками: пошаговая сборка

Разработка чертежа и расчет пиролизного котла

При работе важно точно следовать разработанным  чертежам пиролизного котла. Приведем чертеж наиболее распространенной конструкции, который применяется при самостоятельной сборке. Отопительный аппарат рассчитан на 40кВт. Конструкцию прибора можно менять, но внутренний объем должен оставаться неизменным.

Расшифровка чертежа:

А – контролер котлового контура;

B – дверца загрузки;

C – дверца зольника;

D – дымосос;

E – муфта для датчика термического предохранителя (R 1/2);

F – патрубок аварийной системы (предохранительный клапан монтируется в подающей магистрали при помощи тройника – есть в сборке с группой безопасности);

G – подающая магистраль котлового контура;

H – подвод охлажденной воды защитного теплообменника, R ¾;

K – подача горячей воды защитного теплообменника, R ¾;

L – обратная магистраль котлового контура;

M – расширительный бак и патрубок опорожнения.

Для частного дома обычно достаточно котла мощностью 40 кВт. При изготовлении установки большей/меньшей мощности необходимо соответственно откорректировать и другие параметры котла. Правильное соотношение размеров пиролизного котла гарантирует эффективность и долговечность установки.

Таблица соответствия пиролизного котла генерируемой мощности

Важно! Для небольшого дома оптимальным вариантом станет котел мощностью 25-30кВт. Изготовления компактного оборудование позволит сэкономить средства и время на сборку

3d- визуализация соединения всех узлов котла поможет понять внутреннее устройство котла.

3d схема пиролизного котла

Инструменты и материалы

Для работы понадобятся следующие инструменты:

• сварочный аппарат (желательно, постоянного тока);
• электродрель и набор сверл по металлу;
• болгарка;
• углошлифовальная машинка;
• плазморез или газовый резак – для создания отверстий большого диаметра (при наличии опыта эту работу можно сделать болгаркой);
• слесарные инструменты (напильник, молоток, зубила, струбницы).

Перечень необходимых материалов:

1. Листовая сталь (5 мм) – для изготовления камеры сжигания и газифицирующей камеры. Листовая сталь (4 мм) – для внешней обшивки. Общий метраж стальных листов – 8-10 кв.м.
2. Труба для теплообменников: длина – около 10 м, диаметр – 57 мм, толщина стенки – 4,5 мм.
3. Труба для борова: длина – 0,5 м, диаметр – 159 мм, толщина стенки – 4,5 мм.
4. Огнеупорный шамотный кирпич – 20-25 шт.
5. Профильная труба 60х30х2 и 80х40х2 по 2 метра.
6. Труба длиною 2 м, диаметром 32 мм, толщиною стенки – 4,5 мм.
7. Стальная полоса 30х4 мм- 2 м.
8. Круги отрезные 230 мм, 125 мм – по 10 шт.
9. Электроды – 5 пачек.
10. Шлифовальные круги 125 мм – 5 шт.
11. Центробежный дутьевой вентилятор.
12. Датчик температуры.

Сборка пиролизного котла

Приведем основные этапы по изготовлению пиролизного котла:

1. Составить оптимальный план раскроя заготовок. Желательно листы металла порезать сразу на металлобазе. Конечно, это услуга не бесплатная, но дает существенные преимущества: ровный разрез и экономию времени.
2. Изготовление внутренней части котла – сварка камеры сжигания и газифицирования.                                            
3. После создания каркаса камер приварить воздуховоды и заднюю стенку в отсеке газификации. Под дымоходный канал прорезать отверстие в задней стенке.
4. Ввести трубу подачи вторичного воздуха в камеру сжигания. Труба связывается с фасадом котла с помощью профильной трубы размером 20х20 мм.
5. Изготовление теплообменника. Газовым резаком выжечь на заготовленной пластине отверстия диаметром 57 см под трубы.
6. Нарезать трубы теплообменника, насадить на опорные пластины и прихватить в нескольких местах сваркой. Проверить размеры и окончательно обварить стыки.                                                                                                   
7. Теплообменник приварить к котлу. Изготовить и установить дроссельную заслонку дымохода.
8. В передней стене камеры котла сделать отверстия для труб подачи первичного/вторичного воздуха. Переднюю стенку установить на свое место.
9. Боров и заднюю крышку приварить в месте дроссельной заслонки. После этого зачистить все швы шлифовальным диском. Внутренний короб котла собран.
10. Для крепления внешней обшивки наварить на корпус котла отрезы уголка №25.
11. На раскроенном листе обшивки сделать сквозные отверстия для крепления к корпусу котла.
12. Сопоставить отверстия с уголками и приварить так, чтоб обшивка прочно скрепилась с основанием. Обшить все стороны установки (кроме верхней крышки). Стыки проварить и зачистить.
13. Проверка герметичности швов. Заглушить все отверстия (вход/выход/слив теплоносителя) и через верхнюю крышку наполнить котел водой. Место протечки пометить мелом.
14. Заслонки отрегулировать резьбовыми шпильками. Воздушные отверстия прикрыть общим кожухом.
15. Изготовить и навесить дверцы камер котла. Дверцы должны быть отделаны чугунными пластинами или шамотным кирпичом.
16. Из распиленного кирпича создать футеровку для нижней части камеры газификации.                                                   
17. На профильную трубу воздуховода приварить фланец, закрепить центробежный вентилятор.
18. Сделать футеровку камеры сжигания шматочным кирпичом.
19. В каналы газохода теплообменника поместить турбулизаторы (завихрители) – они способствуют улучшению теплопередачи и очищают трубы газохода от отложений. Завихрители прикрепить к коромыслу.
20. Проверить герметичность котла и настроить давление в 4 бар. Для этого котел надо наполнить водой и подключить к нему опрессировщик.
21. На трубу подачи в отопительной системе вмонтировать группу безопасности котла (манометр, автоматический воздухоотводчик и аварийный клапан).
22. Пиролизную установку желательно оснастить автоматикой с термодатчиками, которые будут отслеживать работу котла, производить остановку/запуск.

Изготовление пиролизных котлов: видео

Ввод котла в эксплуатацию

Перед запуском котла его надо подсоединить к дымоходу и наполнить водой. На котле обязательно должен быть термометр для контроля температуры теплоносителя. Для установки термометра в проектах котлов предусмотрены отверстия.

Ввод системы пиролизного котла в эксплуатацию происходит в такой последовательности:

1. Вентилятор подсоеденить к электросети и проверить его работу. Выставить воздушные заслонки на среднее положение.
2. В камеру газификации положить бумагу, а сверху нее разложить небольшое количество дров. Закрыть дверь камеры газификации.
3. Дроссельную заслонку дымохода открыть, включить вентилятор и поджечь бумагу.
4. Когда дрова хорошо разгорятся заслонку дымохода надо закрыть.                                                                              
5. Контроль зажигания факела сгорания пиролизных газов выполняется через нижнюю камеру сжигания.
6. Интенсивность/цвет пламени регулируются перемещением заслоно. При правильной настройке котла пламя желто-белого цвета.
7. Засечь, через сколько времени  вода в котле закипит. При достижении температуры +100°С отключить вентилятор. После этого факел погаснет, а вода начнет постепенно остывать.

Техника безопасности

При установке котла должны быть соблюдены требования пожарной безопасности:

1. Для отопительного котла пиролизного типа необходимо наличие отдельной котельни.
2. Устанавливать котел надо на кирпичное или бетонное основание.
3. Размер вентиляционного отверстия в помещении должен быть не меньше 100 кв.см.
4. Расстояние от котла до стен – минимум 20 см.
5. Перед котлом надо положить листовой металл толщиною 2-3 мм.
6. Дымоход надо изолировать утеплителем.

Принимать решение о самостоятельном изготовлении пиролизного котла надо взвешенно. Такая установка конструкционно – весьма сложная. Конечно, получится сэкономить большую сумму денег, но для обеспечения максимально эффективной и безопасной работы необходимо соблюдать многочисленные нюансы и особенности.

Источник