Принцип работы пиролизного твердотопливного котла длительного горения

В данной статье рассмотрим, что такое пиролизные котлы, их недостатки и преимущества.

Пиролизные твердотопливные котлы — схема, принцип работы, достоинства и недостатки

Пиролиз – это химический процесс разложения древесины на древесный уголь и газ, при котором выделяется большое количество энергии в виде тепла. Такой процесс возможен при высокой температуре (200…800°С) и ограниченным содержанием кислорода.

Пиролизные котлы – это котлы, которые предназначены для отопления помещений, основной принцип их работы основан на выделении пиролизного газа и его сжигании, фото 1.

Фото 1. Пиролизные котлы

Топливом для пиролизных котлов могут быть (фото 2.):

• дрова (оптимальный размер не более 450×250 мм (длина × толщина);
• брикеты;
• опилки, измельченные ветки;
• пеллеты;
• кокс;
• уголь;
• торф.

Фото 2. Пиролизные котлы используют различное твердое топливо

Наиболее эффективным видом топлива является древесина, которая выделяет максимальное количество пиролизного газа. Для эффективной работы пиролизных котлов следует применять дрова толщиной не менее 70…100 мм. Также в комплексе с дровами можно использовать опилки и пеллеты (до 25%). Только на опилках или измельченных ветках и древесине пиролизные котлы не работают, или работают с очень низким КПД.

Принцип работы пиролизных котлов

Оборудование, которое позволяет получить газ вследствие пиролиза древесины, называется газогенератором. В замкнутой емкости, которая называется реактором или топливная камера помещаются дрова, фото 3.

Дрова поджигают с помощью спичек или других средств (этап 1). Вначале дрова начинают гореть как в обычном котле, а далее при достижении температуры 200…800°С задвижка подачи воздуха в камеру сгорания прикрывается и тогда начинает происходить процесс пиролиза древесины. В процессе разложения происходит выделения древесного газа (пиролизного газа), который отводится с помощью отводной трубы (этап 2). Химический процесс пиролиза происходит с выделением теплоты (экзотермия).

В трубке данные газы конденсируются и подаются в камеру сгорания (дожига), где смешивается с вторичным воздухом и затем сжигаются (этап 3). Температура в котле регулируется автоматически с помощью автозадвижки, которая обеспечивает подачу нужного количества воздуха и пиролизного газа в камеру дожига. В камере дожига температура горения пиролизного газа может достигать 110…1200°С.

Фото 3. Принцип работы пиролизных котлов

При сгорании газа выделяется тепло, которое проходит через теплообменник, нагревая тем самым воду в системе, а продукты сгорания выходят через дымоход (этап 4).

Производители пиролизных котлов заявляют, что КПД таких котлов достигает 85…89%. Тут надо отметить, что такая эффективность использования котла достигается только за счет оптимального качества дров – в этом случае дрова должны быть максимально сухими. Приведем данные для наглядности, как влияет влажность дров на получения количества теплоты (энергии):

• сжигание 1 кг дров с влажностью 20% – мощность 4 кВт;
• сжигание 1 кг дров с влажностью 50% – мощность 2 кВт.

Высокая влажность дров приводит к интенсивному выделению водяного пара, который перемешиваясь с пиролизным газом уменьшает концентрацию горючего, и тем самым снижает мощность горения.

Еще одной отличительной особенностью таких котлов является взаимодействие пиролизного газа и продуктов сгорания, т.е. с углеродом содержащимся в их составе. Такое взаимодействие значительно обезвреживает выброс вредных веществ.

Температура воды обратной трубы, которая поступает в котел должна быть не меньше 50…60°С. Снижение температуры воды, которая поступает в котел приводит к образованию конденсата на оборудовании котла и интенсивному процессу коррозии, что снижает долговечность эксплуатации котла, изготовленного из стали. Внутренняя толщина стальных стенок котла должна быть не менее 4…5 мм.

Конструкция твёрдотопливных пиролизных котлов

В наше время производят очень большое количество пиролизных котлов различной конструкции, но принцип действия их одинаковый, и основные узлы и детали содержатся в каждом из видов такого котла, фото 4.

Фото 4. Примеры конструкции пиролизных котлов длительного горения

Твердотопливный пиролизный котел состоит из двух основных камер:

• топки загрузки (газогенераторная камера);
• топки сгорания (камера сгорания газа).

В топке загрузки происходит процесс пиролиза дров. В топке сгорания происходит горение газа, который выделился из древесины вследствие пиролиза.

В зависимости от места расположения камеры сгорания различают котлы с:

• нижней топкой;
• верхней топкой.

Наиболее распространенные котлы с верхней топкой сгорания.

Рассмотрим кратко основные достоинства и недостатки котлов с нижней и верхней топкой (камерой сгорания):

Достоинства и недостатки котлов с нижней и верхней топкой

Пиролизные котлы в зависимости от типа тяги разделяются на:

• с естественной тягой;
• с принудительной тягой.

Естественная тяга обеспечивается за счет длинного (высокого) дымохода. Котел с принудительной тягой оборудован вентилятором или дымососом, которые работают от электрической сети переменного тока напряжением 220 В. Котел с принудительной вентиляцией более эффективный, но зависит от наличия электричества.

Теперь рассмотрим кратко недостатки и преимущества котлов с принудительной и естественной тягой:

Недостатки и преимущества котлов с принудительной и естественной тягой

Пиролизные котлы длительного горения дорогой комплектации оборудованы программатором, с помощью которого выставляется требуемый режим отопления. Автоматизация процесса горения заключается в регулировании работы циркуляционного насоса и вытяжного вентилятора.

Корпус котла изготовлен из стали или чугуна. Чугунные котлы (например «DAMAT PYRO») более надежные и долговечные, потому что не так быстро прогорают и подвергаются коррозии.

Достоинства и недостатки пиролизных котлов

 Достоинства:

• получение дополнительного тепла из-за сгорания газа, который выделяется при пиролизе древесины. При сгорании дров выделяется значительно меньше тепловой энергии, чем при сгорании пиролизного газа. Для горения газа затрачивается меньшее количество воздуха, чем при сжигании дров в обычном котле;
• при сжигании не образуется сажа или образуется в очень малом количестве. Пиролизные котлы вследствие сгорания древесины и других видов топлива выделяют в 3 раза меньше вредных веществ и компонентов, чем традиционные твердотопливные котлы;
• дрова сжигаются полностью, что означает получения очень маленького количества пепла в виде пыли по сравнению с обычным сгоранием дров;
• высокое значение КПД (до 85…89%);
• длительная работа котла (время между загрузками составляет 8…12 часов и более) и зависит от температуры окружающей среды, размера жилой площади, мощности и конструкции котла;
• возможность регулировки мощности котла, в приделах 30…100%. Процессом сгорания пиролизного газа легче управлять, чем процессом сжигании дров или другого вида топлива в обычном котле;
• в некоторых модификациях таких котлов можно сжигать резину и полимерные изделия с минимальным выбросом в атмосферу вредных веществ и соединений.

Недостатки:

• зависимость от электричества. Вентилятор потребляет энергию в размере 80…100 Вт. Для обеспечения бесперебойной и надежной работы пиролизного котла с принудительной тягой применяют систему оборудованной генератором невысокой мощности;
• большие габариты котлов;
• высокое требование к влажности дров;
• пиролизные котлы производятся только одноконтурными. Для обогрева воды следует дополнительно устанавливать отдельно стоящее оборудование;
• высокая стоимость котла (примерно, в 1,5…2 раза выше стоимости традиционных котлов).

На рынке пиролизные котлы представлены такими фирмами-производителями: отечественные «Мотор Сич», «Буржуй-К», «Стс» и иностранные VIESSMANN, DAKON, ATMOS, OPOP, OLYMP и др.

 Публикацию подготовил – эксперт GIDproekt

Конев Александр Анатольевич