Расчеты пиролизных котлов. Пиролизный котёл длительного горения своими руками

02.05.2024 | Творчество с детьми

Нынешний рынок отопительных приборов поражает своим разнообразием, но, по мнению многих специалистов, самыми эффективными и практичными являются газогенераторные твердотопливные котлы. Они имеют достаточно высокий КПД, в некоторых моделях до 90% и даже выше. Принцип работы твердотопливного газогенераторного котла заключается в использовании «медленного» горения в условиях недостатка кислорода. В результате образуется большое количество горючих газов, которые потом сжигаются во второй камере. В качестве горючего можно использовать дрова, торфяные брикеты, солому, каменный уголь, пеллеты, опилки, а также бытовой мусор.

Пиролизные отопительные котлы пользуются довольно неплохим спросом, однако, стоимость их доступна далеко не каждому. В зависимости от типа конструкции, мощности агрегата и фирмы производителя предложения стартуют от 500€. Поэтому многие народные умельцы пробуют изготовить такой котел самостоятельно.

Несмотря на то, что конструкция пиролизного котла достаточно сложна, сделать это вполне по силам каждому, кто умеет обращаться со сварочным аппаратом и разбирается в чертежах. Прежде чем начинать изготовление стоит уяснить, что все они делятся на агрегаты с верхней или нижней камерой сжигания синтез-газов. Это зависит от способа подачи этих самых газов в камеру вторичного сгорания: когда они, повинуясь законам физики, поднимаются кверху самостоятельно, то это котел с верхней камерой дожига, а если продукты сгорания при помощи принудительного наддува опускаются в нижнюю топку и сгорают там - это конструкция с нижней камерой.

Стоит понимать, что котлы с нижней камерой догорания имеют не только более сложную конструкцию, но и потребуют дополнительных расходов на приобретение вентилятора, обеспечивающего требуемое направление движения газов. Потому быстрее и дешевле сделать котел с верхней пиролизной камерой.

Конструкция котла с верхней камерой

Если не погружаться в глубины, суть работы заключается в следующем:

Для работы понадобится

Техника:

комплект чертежей или хотя бы принципиальная схема с указанием достаточного количества размеров;
сварочный аппарат, 2–3 пачки электродов;
большая и маленькая углошлифовальные машинки (если таковых не имеется, можно взять обычный лобзик, получится дольше);
несколько отрезных и пара шлифовальных кругов Ø 125 и 230 мм (или парочка пилок по металлу для лобзика);

Материалы:

труба длиной в 130 см и Ø 50 см, толщ. стенки — 3 мм;
труба длиной в 150 см и Ø 45 см, толщ. стенки — 3 мм; если таких у вас не найдется, то можно взять пару листов металла 1250х2500х2,5 мм и найти фирму, где их прокатают, потом при помощи сварки изготовить 2 трубы;
труба Ø 5,7–6 см и длиной в 120 см;
два кольца Ø 50 см и шириной в 2,5 см (можно вырезать из листа металла, а можно согнуть из уголка 25х25 мм);
лист металла для изготовления загрузочной дверцы и люка для чистки золы;
два комплекта петель, ручки, задвижки;
пара кусков швеллера или уголка для изготовления ножек и крыльчатки;
асбестовое полотно для закладки в дверцы (чтобы не сильно нагревались и для уменьшения теплопотерь);
асбестовый шнур для уплотнения дверцы топки и лючка зольника;

Процесс изготовления

Изготавливаем корпус котла:

Теперь приступаем к изготовлению воздушного распределителя.

Распределитель воздуха готов. Из листа металла вырезаем круг Ø 50 см, в центре которого прорезаем отверстие Ø 7–8 см. Распределитель воздуха вставляем в котел, верхний конец трубы продеваем в отверстие и наглухо завариваем верхнюю крышку котла. К петле воздухораспределителя прикрепляем тросик при помощи которого через блок распределитель будет подниматься и опускаться.

Все, пиролизный котел длительного горения, изготовленный своими руками готов, можно приступать к испытаниям. Такую же конструкцию, только немного более сложную имеют котлы Стропува или Буран, отзывы о работе которых очень неплохие.

На видео представлен еще один вариант котла с верхней топкой горения пиролизных газов. Тут уже четко видно разделение топок и продемонстрирован даже сам процесс горения.

Есть еще одни котел похожей конструкции и принципа действия. Называется он , возможно он вам понравится больше.

Пиролизный котел с нижней камерой

Схема пиролизного котла длительного горения с нижней камерой догорания древесного газа несколько сложнее и его изготовление потребует немного больше затрат и усилий.

Прежде всего нужно уяснить, что котлы такого типа тоже бывает двух видов: с наддувом и с дымососом. Не вдаваясь в подробности физики и теплотехники, обозначим принципиальное отличие.

В первом случае в камеру догорания вторичный воздух нагнетается при помощи вентилятора. Это создает в камере избыточное давление (выше атмосферного). К достоинствам такой конструкции можно отнести то, что вентилятор вам подойдет любой, хоть компьютерный кулер и можно совместить топку с камерой дожига, т. к. при помощи наддува можно обеспечить достаточно большой объем избыточного воздуха. Однако это «достоинство» можно рассматривать и как недостаток, т. к. оно не позволяет поднять КПД котла выше 80–82%. Под давлением часть воздуха просто не попадает в середину процесса горения, потому топливо сгорает не полностью. Плюс к этому, из-за избыточного давления, некоторая часть пирогазов просто не успевает сгорать и улетает в дымоход в чистом виде, поэтому обеспечить КПД 90% практически невозможно. И самое главное, если наддув будет слишком сильным такой котел может взорваться.

Во втором случае при помощи вытяжного вентилятора создается недостаточное давление (ниже атмосферного), поэтому наружный воздух, повинуясь силе Кориолиса, попадает прямо куда надо, ввинчивается в самый центр горения. Прирогазы сгорают полностью, котел работает во всю мощь и способен выдавать КПД 90%, а иногда даже больше.

Котлы с нижней камерой сгорания гораздо сложнее конструктивно. Один из них, который сделан своими руками мастером-сварщиком, продемонстрирован в видео.

Установка пиролизных котлов

При монтаже системы отопления нужно помнить, что пиролизные котлы нельзя ставить в жилых помещениях, кроме потенциальной опасности для здоровья несоблюдение этого требования грозит еще и штрафом от соответствующих служб. Поэтому обустройством котельной следует озадачиться заранее. При самостоятельной установке котла необходимо обязательно соблюдать правила пожарной безопасности:

Придерживаясь этих простых правил, вы не только избежите неприятностей, но и обеспечите качественную работу вашего пиролизного котла, собранного своими руками.

В регионах, где единственным доступным источником тепла являются уголь и дрова, долгое время самым распространённым видом отопительного оборудования были твердотопливные котлы. Тот, кто когда-либо жил в доме с таким отоплением, знает насколько это неудобно. Конечно, всегда можно установить электрический нагревательный прибор, но отапливать здание при помощи электроэнергии достаточно дорого. К счастью, в последние годы появились пиролизные котлы, которые работают на дровах или прессованных топливных брикетах. В качестве «пищи» для такого агрегата подойдут и всевозможные отходы кусковой древесины. Стоимость этого оборудования достаточно высока, но ведь можно изготовить пиролизный котел своими руками. Таким образом, вы не только существенно сэкономите, но и получите устройство с необходимыми вам характеристиками.

Принцип работы такого котла основан на пиролизном сжигании топлива. Этот процесс нередко называют сухой перегонкой. Дело в том, что при температуре 200–800°С в условиях некоторого недостатка кислорода сухое дерево разлагается на твердый остаток или древесный кокс и пиролизный газ. Затем полученный газ смешивается с кислородом, что при достаточно высокой температуре активизирует процесс горения.

При этом пиролизный газ взаимодействует с углеродом, в результате чего дым, выходящий из котла, практически не содержит вредных химических соединений. Твердая часть древесины тоже сгорает, выделяя определенное количество тепловой энергии. Необходимо отметить, что процесс пиролиза является экзотермическим, то есть сопровождается выделением тепла, которое расходуется на подогрев и дополнительную просушку подаваемоготоплива и воздуха.

Преимущества и недостатки этого оборудования

Итак, достоинства:

Способность длительное время поддерживать необходимую температуру теплоносителя в автономном режиме. Это возможно благодаря увеличенному объему загрузочной камеры и более высокому КПД.
Низкое содержание канцерогенных веществ в продуктах горения.
Возможность утилизировать некоторые отходы, такие как резина, ДСП, ДВП или полимеры.

Но все бы ничего, если бы не было и недостатков:

Высокая стоимость котла, значительно снизить которую можно взявшись за его изготовление самостоятельно.
Большие габариты.
Требовательность к топливу. Очень важно использовать сухую древесину. При закладке в котел топлива повышенной влажности процесс пиролиза становится невозможным, КПД резко падает, а значительная часть тепловой энергии выходит с паром и продуктами горения.
Энергозависимость. Для нормальной работы такого оборудования важно подключение к электросети. Это обусловлено тем, что в котел должен быть вмонтирован небольшой вентилятор, который поддерживает принудительную тягу.

Классическое устройство пиролизного котла

Основной конструктивной особенностью этого вида отопительного оборудования является наличие двух камер сгорания. Это необходимо для качественного использования процесса пиролиза.

Схема устройства самого обычного «ненавороченного» варианта (клик для увеличения)

Первая камера или камера загрузки предназначена именно для пиролиза топлива. Процесс возможен только принизком содержании кислорода. Именно здесь дрова разделяются на сухой остаток и газы. Далее газы попадают во вторую камеру, куда принудительно подается вторичный воздух, что способствует улучшению процесса горения.

Камеры разделены колосником, на который уложены брикеты. Еще одной технологической особенностью такого котла является верхнее дутьё. Из-за повышенного аэродинамического сопротивления в топке в приборах обычно применяется принудительная тяга. Она может быть реализована за счет дымососа или дутьевого вентилятора.

Сколько необходимо денег для сборки?

Процесс самостоятельного изготовления пиролизного котла нельзя назвать ни простым, ни очень дешевым. Так что прежде чем приниматься за работу стоит внимательно изучить всю доступную информацию и честно оценить собственные навыки и силы. Но если вы все же решитесь на это непростое дело, сэкономить можно до 2000 у. е.

Инструменты, которые понадобятся

Сварочный аппарат (электрический). Желательно что бы он был постоянного тока.
Электродрель.
Большая углошлифовальная машинка (под круг Ø230). Желательна так же машинка под круг Ø125, но без нее вполне можно обойтись.

Необходимые расходные материалы

Листовой металл толщиной 4 мм – 7,5 м2. В целях экономии можно сделать внутренние детали котла из четырехмиллиметрового листа, а корпус из 3 мм.
Труба диаметром 57 мм с толщиной стенки 3,5 мм – 7-8 м.
Труба диаметром 159 мм с толщиной стенки — 4,5 мм – 0, 5 м
Огнеупорный кирпич – 12-15 шт
Труба диаметром 32 мм с толщиной стенки 3.2 мм — 1 м.п.
Профтруба 60×30 с толщиной стенки 2 мм – 1,5 м.п.
Полоса стальная, шириной 20 мм и толщиной 4мм — 7,5 м.п.
Профтруба 80×40 с толщиной стенки 2 мм — 1 м.п.
Полоса стальная, шириной 30мм и толщиной 4 мм — 1,5 м.п.
5 пачек электродов
Полоса стальная, шириной 80 мм и толщиной 5 — 1 м.п.
10 отрезных кругов диаметром 230 мм
5 шлифовальных кругов диаметром 125 мм
Дутьевой вентилятор
Датчик температуры

Вот собственно и все. Конечно, в процессе работы может выясниться, что не хватает каких-то мелочей, но это существенно не повлияет ни на цену котла, ни на скорость его изготовления.

Полная рабочая схема для сборки

Безусловно, прежде чем приступить к самостоятельной сборке такого серьезного оборудования как отопительный котел, любому мастеру необходимо составить детальную схему будущего агрегата. Не стоит делать этого «с нуля» (если вы не инженер-теплотехник с большим опытом работы), лучше взять готовую схему и немного изменить ее в зависимости от ваших требований. Принципиальную схему достаточно легко отыскать в сети. Вот одна из них.

Пример чертежа пиролизного котла на 40кВт

A – контроллер контура котла; B – дверца загрузки; C – крышка зольника; D — дымосос; E – муфта для датчика температурного предохранителя радиусом ½ дюйма; F – патрубок для аварийной линии (при помощи тройника в подающей магистрали необходимо установить предохранительный клапан, который входит в комплект группы безопасности); G – подающая магистраль контура котла KV; H – подвод холодной воды в защитный теплообменник R 3/4; K – подвод горячей воды в защитный теплообменник R 3/4; L – обратная магистраль контура котла KR; M – расширительный бак и патрубок опорожнения.

Готовый корпус пиролизного котла изнутри (пояснения красным шрифтом)

Это схема пиролизного котла Беляева, мощностью 40 кВт. Безусловно, при наличии некоторых инженерных навыков вы можете несколько изменить его конструкцию, но делать это необходимо так, чтобы размер внутренней камеры остался прежним или изменился незначительно.

Важно! Во время пробного запуска самодельного пиролизного котла важно определить его КПД. Проще всего сделать это по состоянию дыма, идущего из трубы. Если дым не имеет запаха угарного газа – КПД вашего котла достаточно высок. Производить проверку необходимо на всем диапазоне рабочих мощностей.

Многие пиролизные котлы предусматривают использование в качестве теплоносителя не воды, а воздуха. В этом случае подача горячего воздуха ведется по трубам, а обратный приток – самотеком по полу. Такой выбор имеет ряд преимуществ. Особенно удобна подобная система отопления в загородных домах, где хозяева бываю только «наездами». Это обусловлено отсутствием риска «размораживания» системы. Да и обеспечивать герметичность труб не нужно.

Установка и требования противопожарной безопасности

Когда котел готов, важно правильно установить его. И речь здесь пойдет не столько о технической стороне вопроса, сколько о правилах противопожарной безопасности. Несоблюдение этих правил повлечет за собой не только значительные штрафы, но и поставит под угрозу здоровье или даже жизнь вашей семьи.

Отопительное оборудование такого типа необходимо устанавливать в нежилом помещении – котельной.
Основание под котлом должно быть изготовлено из кирпича или бетона.
Перед камерами топок должен быть уложен лист металла толщиной 1,5-2 мм.
Расстояние от стен или предметов мебели до корпуса котла должно составлять не менее 20см.
В помещении должно быть вентиляционное отверстие площадью не менее 100 см2. Это обусловлено тем, что процесс горения требует постоянного притока свежего воздуха.

Важно! Утеплите дымоход фольгированной минеральной ватой. Дело в том, что охлаждение газов в стволе дымохода приведет к образованию на его стенках конденсата и дегтя, что отрицательно повлияет на его сохранность.

Пиролизная печь как альтернатива котлу

Многие умельцы утверждают, что изготовление такого котла мощностью менее 15 кВт не имеет смысла. А как же быть владельцам маленьких дачных домиков, площадь которых не предусматривает более мощного отопительного оборудования? Возможно, стоит обратить внимание на пиролизную печь. Она во многом напоминаетпиролизный котел — принцип работы такой печи основан на тех же свойствах горения древесины.

Внутренности пиролизной печи (клик для увеличения)

Для изготовления такой печи вам понадобится:

Керамический кирпич – 400 шт.
Шамотный кирпич – 100 шт.
Стальной лист толщиной 4 мм и размером 6х1,5 метра.
Вентилятор наддува.
Чугунные колосники – 3 шт.
Рычажный терморегулятор.
Дверцы для топочной камеры и поддувала.

Из этих материалов у вас получится печь, мощностью до 25 кВт. Ее будет вполне достаточно для отопления дачного домика, площадью около 60 м2. Если даже этой мощности для вас много, достаточно уменьшить габариты печи.

Видео создания самодельного котла на ВИДЕО

Основной причиной отказа большинства жителей городов и сел от дровяных котлов в пользу газового отопления является длительный период автономной работы последнего. В погоне за удобством мы порой теряем нечто важное, на что долго не обращаем внимания. Тот, кто жил в доме с дровяным отоплением никогда не забудет особого тепла, исходящего от печки, и потрескивания поленьев. Такие мелочи особенно актуальны на даче, куда большинство из нас приезжает в поисках покоя, уединения и общения с природой.

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 видео-уроки.

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.

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.

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.

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.

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.

Видео 1 Пиролизный котел 15-25 кВт - изготовление и испытание

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).

Материалы:

Наименование		Количество
	Ø 57 мм, толщина стенки 3,5 мм
	Ø 159 мм, толщина стенки 4,5 мм
	Ø 32 мм, толщина стенки 3.2 мм

Профильная труба	60×30 мм, толщина стенки 2 мм
	80×40 мм, толщина стенки 2 мм
	20х20, толщина стенки 2 мм

Полоса стальная



Шамотный кирпич
Лист металлический

Круги для болгарки


Датчик температуры
Дутьевой вентилятор

Этот перечень не предусматривает ассортимента слесарного инструмента и некоторых вспомогательных деталей. Вполне возможно, что некоторые из них придется докупать - но в целом, даже на этом этапе можно рассчитать себестоимость котла.

Чертеж пиролизного котла (по схеме Беляева) 25-40 кВт

Если есть возможность, сделайте 3D схему внутреннего строения котла, чтобы понять основу его строения и приступить к изготовлению.

Процесс изготовления своими руками

Резка болгаркой никогда не даст идеально ровного среза - так может рубить металл только гильотина. Не стоит экономить на рубке металла, это может дорого обойтись.

Приобретая металлические листы и трубы на металлобазе, заранее договоритесь о том, чтобы разрезать их на необходимые фрагменты. В дальнейшем это значительно сократит время и даст возможность получить ровные швы.

Из двух частей начинайте собирать камеры котла - сгорания и газовую

Когда сделаны обе камеры, к их задней части привариваете воздухоотводы и стенку. На фото для удобства канал сделан из швеллера, но также можно его сделать и из профтрубы 60х30, для чего предварительно нарежьте небольшие вентиляционные отверстия.

В топочной камере делаете отверстие для воздушной трубы и привариваете к ней патрубок. Обратите внимание, эта труба должна быть соединена с котлом профтрубой 20х20.

Изготовление трубчатого теплообменника - на заготовке вырезаете несколько отверстий под трубу D57 мм.

Труба D57 мм нарезается на куски равной величины, которые после выставляются на пластину и привариваются по периметру.

Далее теплообменник приваривается дуговой сваркой к котлу и делается дроссельная заслонка

На камеры приваривается передняя стенка, где предварительно нарезаются 2 отверстия - для трубы входящего и выходящего воздуха

Далее приваривается крышка и боров на место заслонки

Собрали всю внутреннюю начинку котла, после чего необходимо болгаркой или металлической щеткой тщательно зачистить места сварки.
Внешний кожух на котле делается из листа 4 мм и уголков

Для того, чтобы скрепить внешний кожух с уголками, следует сделать на заготовке небольшие отверстия. Каждое из них следует приварить, чтобы лист и кожух качественно соединились

Проверка герметичности котла с помощью воды - закройте заглушками отверстия для движения теплоносителя и наберите в него воду. Если в каком-то месте протекает, сделайте пометку, чтобы сразу переварить это место. Котел должен быть полностью герметичным

Верхнюю крышку необходимо дополнительно утеплить

Для регулирования работы воздушных заслонок понадобятся резьбовые шпильки

Котел полностью закрывается внешним кожухом, а из профтрубы делается воздохоотводная труба.

Навариваются петли и надевается дверца. Ее лучше изготовить из чугунных пластин, а для футеровки (защиты от повреждений) использовать кирпич.

Нижняя камера также подвергается футеровке из огнеупорного кирпича - его следует нарезать и обточить так, чтобы камера плотно прилегала

Для того, чтобы котел соответствовал заявленной мощности, заслонка в нижней камере должна отвечать определенным параметрам. При укладке кирпича обязательно его учитывайте

На воздуховодную трубу (из профильной) наваривается дутьевой вентилятор для создания принудительной тяги в котле

Нижняя камера также зашивается в кирпич, чтобы максимально ее обезопасить и оптимизировать процесс горения.

Для улучшения работы котла рекомендуется сделать турбозавихрители, с одной стороны они улучшают теплопередачу, с другой - прочищают трубы от отложений.

Перед тем, как запускать пиролизный котел, необходимо проверить, насколько герметичными получились швы по тому же принципу, как и в пункте 13 (см.выше). Но одновременно с водой, необходимо создать давление 3-4 bar. Для этого можно использовать специальный опрессовщик - при доведении давления, смотрите, насколько быстро оно падает. Если быстро - где-то протекает, ищите это место. Если стабилизировалось - все отлично.

Обязательно установите на котел группу безопасности, куда входят манометр, аварийный клапан сброса давления и воздухоотвод. При увеличении давления свыше 3 бар, будет происходить автоматический сброс.
Для того, чтобы максимально обезопасить работу котла и сделать его эксплуатацию беспроблемной, рекомендует установить блоком автоматики. О том, как это работает и для чего нужно такое автоматическое управление, посмотрите в видеоинструкции

Видео 2 Автоматика пиролизного котла

Первый запуск

При первом запуске котла соедините его с дымоходом и наполните водой

В нижнюю камеру кладете бумагу и на нее буквально 2-3 полена (много для проверки работы котла не надо), закрываете плотно камеру и открываете дроссельную дверцу. Когда включился вентилятор, поджигаете бумагу.
Когда все дрова занялись огнем, заслонка закрывается, чтобы топливо начало тлеть («томиться»), в этот момент начинает работать пиролизный процесс
В нижней камере контролируйте, когда загорится факел горения. Как только он загорелся, отмечайте время, за которое теплоноситель практически закипит.
При достижении теплоносителем 100С выключайте вентилятор, факел тоже сразу погаснет.

Как видим, изготовление пиролизного котла своими руками - дорогостоящее и трудоемкое мероприятие, которое окупится только через 3-5 сезонов. Но в любом случае, это выгодно, поскольку получается сэкономить не только на материалах, но и сделать такое оборудование, которое подойдет под конкретное помещение.

Пиролизный котел – один и самых перспективных на ближайшую перспективу: его КПД может превышать 90%, топливо (преимущественно пеллеты) дешево и экологично, оно изготавливается из отходов растительной биомассы. Современные технологии позволяют производить пиролизные котлы, пригодные для установки в городской квартире, но устройство таких агрегатов (см. рис.) весьма сложно, а цена высока. Поэтому наличествует большой интерес к теме: можно ли и как сделать такой полезный отопительный прибор своими руками?

Зачем эта статья?

Пиролизный котел – не печка с водогрейкой. В нем закручен, в буквальном смысле слова, целый клубок сложных процессов. И разработка работоспособного котла – серьезнейшая инженерно-конструкторская задача, требующая солидных знаний, опыта, месяцев, если не лет, напряженного труда и немалых затрат на эксперименты и обкатку готовой конструкции. Векового опыта и проверенных поколениями технических решений, как для традиционных печей, тут нет.

Примечание: Информацию о более простых печах длительного горения, эффективность работы которых основана на пиролизе, можно найти .

Чертежи пиролизного котла в свободной раздаче если и найдутся, то лишь 2-3 общих вида плюс 3-4 разреза. Имея соответствующее образование, опыт работы и посидев месяц-другой в ACAD’e и CorelDraw, деталировку можно составить самому. Но спецификаций все равно нет, из какого материала делать ту или иную деталь, можно только догадываться, либо просчитывать весь агрегат заново.

Авторы конструкций за полный комплект техдокументации просят, как правило, не очень дорого . На кофе больше уйдет, если «доковыривать» самому. Но как по ознакомительным картинкам определить, будет ли оно работать вообще, насколько эффективно и подойдет ли мне, к моим конкретным условиям и требованиям?

Аналогичные вопросы возникают у тех, кто решил купить себе пиролизную печь или котел. Производители с продавцами предлагают их наперебой, по данным обследования и замеров на месте подберут подходящую модель. Но где гарантия, что у конкурентов не найдется дешевле, экономнее и надежнее? Обратите внимание на правую часть рисунка выше. Там разрезы топок двух моделей котла одной и той же фирмы, а внешний вид почти одинаков. Какая лучше подойдет вот для этого именно дома? С холодильниками-стиралками более-менее понятно, это бытовуха привычная, а котел как выбирать?

Так вот, данная статья как раз и предназначена для того, чтобы дать и неподготовленному читателю ясное представление: что же это такое – пирокотел, что там у него внутри находится, что происходит, как все взаимосвязано и взаимодействует, на что и как влияет конструкция каждого из составляющих агрегат узлов. И дать возможность со знанием дела выбрать или модель для покупки, или прототип для повторения, или еще подковавшись «по книжкам», взяться за самостоятельную разработку.

Примечание: понятие котел отопления означает, что водогрейный контур, во-первых, полнопоточный, т.е. котел выдает расход горячей воды, необходимый для непрерывной работы системы отопления. Во-вторых, водогрейный регистр – неотъемлемая часть конструкции. В , к примеру, можно встроить водогрейку, но только для ГВС, и с накопительным баком. А можно потом и убрать, печь как грела и варила-жарила, так греть-стряпать и будет. А из котла водогрейку не уберешь, без нее, или с пустым контуром, он без аварийной автоматики прогорит или взорвется. В-третьих, варочной поверхности в котле нет и быть не может, все тепло уходит на обогрев.

Пиролиз и газогенерация

Принцип работы пирокотла основан на явлении пиролиза – термического (при повышенной или высокой температуре) разложения веществ сложного химического состава без участия дополнительных реагентов. Попросту говоря, молекулы вещества от нагрева расщепляются на более простые и легкие части. Применительно к органике в топке это значит, что продукты пиролиза гореть будут легче, сгорать полнее и тепла дадут больше.

При чистом пиролизе распад закладки топлива происходит без доступа воздуха в специальном сосуде – реторте. Далее пиролизные газы собираются в накопитель – ресивер и по мере надобности используются. По такой схеме были построены немецкие, итальянские и французские пиролизные установки для автомобилей времен войны. Для нагрева реторты использовалось тепло выхлопных газов.

КПД чистого пиролиза не очень высок, т.к. при остывании пиролизных газов часть горючих компонент осаждается. Гореть они могут, но через карбюратор их не протолкнешь. Кроме того, перед выездом нужно было довольно долго греть реторту от постороннего источника, а в поездке не забывать поддавать газку, чтобы давление в ресивере не упало, иначе не заведешься после остановки.

У нас твердого топлива и сейчас в избытке, а тогда было вообще хоть завались, поэтому наши топливные автоагрегаты строились газогенераторными: в реактор загружались деревянные чурки, разжигались чем попало и тлели еле-еле. Тепло для пиролиза давала часть самого топлива, пиролизные газы поступали прямо в карбюратор, а при длительной стоянке просто стравливались в атмосферу.

Важным достоинством газогенераторных установок было то, что их можно было подтапливать на ходу и они работали на любом виде твердого топлива. Автору известен случай, когда водитель полуторки с едва уже дышащим газогенератором (его родной дядя) на прифронтовой дороге попал под обстрел «мессера». В реактор тут же полетели валенки, ватник, ватные штаны, ушанка. Взбодрившийся движок опять потянул как следует, и водила с машиной спаслись. На хохот однополчан водила отвечал по-солдатски философски: «Жить захочешь – и … туда сунешь!»

Современные бытовые пиролизные котлы все без исключения газогенераторные. Иначе получить КПД выше 65-70% не получается. Но название «пиролизные» отнюдь не ошибочно: более 90% вырабатываемого тепла дает сгорание пиролизных газов. Поэтому далее в тексте выражения «пиролизный» и «газогенераторный» употребляются как синонимы, кроме случаев, когда иное специально оговорено.

Примечание: по умолчанию пиролизным считается также любой котел длительного горения на твердом топливе; там большую часть тепла дает также пиролиз. В масляных приборах длительного горения ( или темном печном топливе, к примеру) более половины тепла дает сгорание испарившихся легких фракций, а самые тяжелые, тоже пригодные для пиролиза, оседают в шлам на дне резервуара. Поэтому считать масляные печки пиролизными можно только с большой натяжкой.

Как устроены пирокотлы?

На рис. показано устройство пиролизных котлов самых употребительных типов. Две верхних позиции – котлы с принудительной циркуляцией в рабочем (воздушно-газо-дымовом) тракте, т.е. с принудительной тягой. Две нижние – пиролизные котлы на естественной тяге. Разберемся вначале, что у них у всех общего, а затем перейдем к частностям.

О терминологии

У печников свой язык. Хайло, к примеру, не грубое ругательство, а устье топки специальной конструкции. На рисунках боров – горизонтальная часть дымохода. Шиберы – дроссельные заслонки, регулирующие поток воздуха/газов. Иногда для определенности воздушный дроссель так и оставляют дросселем, а шибером называют его же в газоходе/дымоходе. Применительно к пиролизным котлам газоход и дымоход различают: в дымоходе все уже прогорело до углекислого газа и воды, но еще горячее. В газоходе еще идут термохимические реакции.

Примечание: в других источниках вам может встретиться название «творило». В печном деле это не мешалка-колотушка для теста, а просто-напросто дверца с задвижкой. Вспомните: отворять, затворить. Еще у печников ход печи – это ее рабочий цикл или режим горения в ней. Т.е. двух- или многоходовая печь на самом деле двух- или многорежимная.

Общее

Общий у всех пирокотлов рабочий цикл; любой пиролизный котел работает следующим образом:

Первичный наружный воздух поступает в камеру газификации, где тлеет топливо.
Небольшая часть его кислорода расходуется на поддержание тления, обеспечивающего температуру газификации в 200-800 градусов.
Пиролизные газы поступают через сопло (иногда его по-печному называют хайлом, хотя работает оно совсем не так, как хайло печи) в камеру сгорания.
В нее же поступает вторичный воздух, и пиролизные газы горят.
Некоторая часть пиролизных газов при наличии катализатора – частиц свободного углерода из топлива – восстанавливается до угарного газа и окислов азота, на что расходуется тепло.
Восстановленные компоненты окисляются в камере дожигания, отдавая обратно тепло.
Прореагировавшие дымовые газы проходят через теплообменник водогрейного регистра, а затем уходят в дымоход.
Система терморегулирования поддерживает в камере сгорания оптимальную для полного сгорания температуру.

Примечание: не вполне забывшим химию из этого ясно – отбор тепла на этапах газификации, сгорания и догорания неизбежно резко ухудшит КПД установки и даст на выходе вредные и опасные газы. В пирокотле непрерывно крутится огромное количество тепловой энергии, и нам доступно только то, что уже не нужно для самоподдержки рабочего цикла. Самодельный пиролизный котел должен проектироваться с полным знанием и пониманием этого обстоятельства, иначе получится очень плохая и опасная печь. Если где-то увидите чертежи в теплообменником в газификаторе, камере сгорания или дожигателе – в игнор без разглядывания.

Общие для пирокотлов также режимы работы. Их всего три, см. рис.

Розжиг. Заслонка (дроссель, шибер) прямого хода открыта. Дымовые газы уходят прямо в дымоход – слева на рис.
Рабочий режим, в центре. Заслонка прямого хода закрыта, идет пиролиз. Тяга в газоходе обеспечивается либо принудительно, либо естественным образом.
Догрузка топлива, справа. Заслонка прямого хода открыта, но тяга в газооходе сохраняется некоторое время: он разогрет, и вентилятор, если он есть, не выключается. Пиролиз не прекращается. Догрузку нужно производить быстро – кроме того, что цена топлива вылетает в трубу, может пойти угар.

И, наконец, общими для бытовых пирокотлов является также привередливость к топливу и материалам конструкции:

Из термохимии процессов в пирокотлах следует еще один их недостаток: небольшие пределы регулировки мощности при условии сохранения высокого КПД. Форсировать котел по теплу более чем на 50% не выйдет – топливо в газификаторе вспыхнет, и КПД упадет. И снизить ее более чем вдвое тоже не получится: пиролиз затухнет, КПД опять упадет, пойдет угар. Но в средних широтах тепловая мощность систем отопления по сезону должна меняться в 10-15 раз. Так что системы отопления на пирокотлах нужно проектировать в расчете на циклический режим прогрева, и крайне желательно при этом хорошенько утеплиться снаружи ЭППС. Пиролизный котел – детище века энергосберегающих технологий, в избе с земляным полом от него толку не будет.

О материалах

Самодельщику и покупателю нужно знать, что газификатор, камеры сгорания и дожигатель без жаростойкой футеровки долго не протянут. К примеру, на широко рекламируемые и, действительно, очень дешевые котлы на естественной тяге (см. далее) «Буржуй» имеется множество нареканий: за один-два отопительных сезона под камеры сгорания прогорает, литые из чугуна колосники корежатся.

Дешевизна «Буржуя» как раз и объясняется тем, что он не футерован. А состав и технология нанесения футеровки – главный секрет любой котлостроительной фирмы. И немалая доля стоимости готового изделия.

О топливе

Предпочтительные виды твердого топлива для пирокотлов – топливные пеллеты (именно под них проектируются промышленные модели) или дрова. Пиролизный котел на угле с высоким КПД проработает, пока не выйдут все летучие, их же в каменном угле не так-то много, а в древесном почти нет. Затем пойдет простое горение углерода с печным КПД. Высокоэффективный котел длительного горения на угле должен строиться на комбинированном рабочем цикле (на совмещенном ходу), при котором закладка топлива тлеет с поверхности, пиролизный цикл совмещен с горением и происходит непосредственно на гранулах топлива.

Примечание: влажность воздушно-сухой древесины может доходить до 50% Воздушно-сухая значит, что сушилась она на открытом воздухе под навесом; попросту говоря – в поленнице. Пеллеты в заводской упаковке при длительном хранении в неотапливаемом помещении могут натянуть в себя до 30% влаги. И то, и другое для пирокотла слишком много. Довести влажность очередной закладки топлива до комнатно-сухой (8-12%) можно, использовав остаточное тепло борова. Для этого над ним оборудуют самодельную сушилку для дежурной (следующей) закладки, см. рис. По расходам на отопление сразу чувствуется. В приятную сторону.

Здесь же необходимо сказать о пиролизном масле. Оно вовсе не топливо для пиролизных котлов. Пиролизное масло – продукт чистого пиролиза отходов деревообработки: кратковременного, 5-30 с, нагрева в герметичной реторте примерно до 800 градусов. Фактически, это разжиженный древесный деготь.

Теплотворная способность пиролизного масла высока, около 40 000 кДж/кг, а зольность невелика, примерно 0,2-0,3% Стоит оно дешево. Но обводненность – более 0,5%, что для жидкого топлива плохо. И содержание серы более 1%; для бытового топлива это вообще недопустимо. Кроме того, пиромасло имеет довольно сильную кислую реакцию, т.е. разъедает и металлы, и футеровку. Поэтому сжигают его только в промышленных установках с помощью горелок особой конструкции специально под него. Вот тут замена мазута М100 пиромаслом дает до 20% экономии. Но – не дома в бытовом котле.

“Принудительные” котлы

Наддув

На рис. со схемами котлов вверху слева – котел с наддувом: вентилятор нагнетает наружный воздух в газификатор, и вторичный воздух подается в камеру сгорания тоже не снаружи, а от внутренней воздушной магистрали. Давление во всем рабочем тракте выше атмосферного. Преимущества схемы в наддувом:

Вентилятор – обычной конструкции, хоть компьютерный.
Камера сгорания может быть совмещена с дожигателем, как на схеме, т.к. всегда можно обеспечить избыток воздуха в ней в любом объеме.
При использовании жаропрочных спецсталей можно обойтись без футеровки, т.к. температура более 1000 градусов сосредоточена в области около сопла, а у стен – 800-900 градусов.

Но эти же достоинства не позволяют получить КПД более 82-84%. Почему? Возьмите обычный кухонный дуршлаг, переверните его и подставьте под струю воды. Через сито пройдет только ее часть, а довольно много просто скатится по выпуклой сетке – в природе все стремится уйти по пути наименьшего сопротивления. Пустим воду сильнее – через сито протекает столько же, а большая часть стекает с края.

Воздух под давлением также, во-первых, частично просто обтекает закладку топлива, а нутро ее, где самый пиролиз, получает кислорода недостаточно, причем усиливать наддув бесполезно, см. пред. абзац. Во-вторых, в камере сгорания из-за этого же оказывается воздуха не то чтобы чересчур, но многовато. Температура в самой сердцевине факела не превышает 1100 градусов, и самые тяжелые продукты пиролиза не сгорают, а улетают в трубу. Их немного, но КПД 90% и более уже не добьешься.

Чем больше тепловая мощность и, соответственно, размеры котла, тем, по закону квадрата-куба, сильнее падает КПД. Кроме того, если терморегулятор косвенного типа, по температуре воды на подаче, вся система при тепловой мощности более 30-35 кВт теряет устойчивость и может пойти враскачку. Режим сгорания, особенно на слишком влажном топливе, становится пульсирующим, что опасно, и КПД резко падает. Это резко ограничивает применение в котлах такого типа простой энергонезависимой автоматики на биметалле с механикой, см. далее. На мощность более 30 кВт приходится ставить еще и датчик в камере сгорания, дорогую термопару с платиной, и управляющий процессор. Погас свет – погас котел.

Внимание!

Особо нужно сказать об опасности угара от котла с наддувом. Во-первых, раз давление в тракте выше атмосферного, малейшая трещина даст утечку пиролизных газов в помещение. Они не всегда имеют запах, но всегда ядовиты и едки.

Во-вторых, закрытая заслонка прямого хода должна блокировать от открывания загрузочный люк, а после открывания ЗПХ блокировка должна отключаться с выдержкой времени 1-3 мин. Иначе открывшему дверцу для подгрузки топлива в лицо пыхнет теми же пиролизными газами. Т.е., и здесь необходимы электроника и термостойкая электромеханика.

Откачка

Справа вверху – котел пиролизного горения с дымососом. Давление в тракте, соответственно, ниже атмосферного. Разница с наддувом принципиальная, и понять ее поможет тот же дуршлаг под краном, но уже повернутый как надо, чашей вверх. Теперь воде деваться некуда, кроме как в отверстия сита. Откроем еще кран – уровень воды в чаше повысился, давление поднялось, через сито протискивается больше. Имеем саморегулирующуюся систему.

В котлах с дымососом закладка топлива хорошо продувается: куда воздуху труднее проникнуть, там и давление будет ниже, а тяга туда сильнее. Пиролиз идет «аж бегом». Вторичный воздух можно брать снаружи: его давление больше, чем в камере сгорания. Поэтому он, стремясь расшириться, взвихривается (тут работает сила Кориолиса), отлично перемешивается в пиролизными газами и они сгорают, развивая температуру до 1200 и более градусов.

Одно только это (вспомним формулу Карно) даст повышение КПД. Еще его повысит более полное, вследствие высокой температуры, сгорание тяжелых фракций. И появляется возможность сделать «дубовый», только на механике, терморегулятор.

В его основе – термобиметаллическая пластина в водогрейном контуре. При колебаниях температуры она изгибается. От нее идет тяга к дросселю, подпускающему в дымоход наружный воздух. Перегрелась вода – заслонка приоткрылась, мотор крутит, как и прежде, прямо от сети или UPS, но наружный воздух, с более высоким давлением, оттолкнет часть дымовых газов. Давление в газификаторе и камере сгорания повысится, наружного воздуха туда поступит меньше, и пиролиз со сгоранием поутихнут точно в такт.

КПД котлов с дымососом может превышать 90%, а мощность при 100% безопасности и надежности – 100-150 кВт. Но, во-первых, вследствие высокой температуры заметным становится каталитическое восстановление, поэтому без дожигателя никак не обойтись. И весь огневой тракт должен быть основательно отфутерован, во-вторых. В-третьих, дымосос – не вентилятор. Он должен работать при высокой температуре в химически агрессивной среде.

Отставить – внимание!

Догрузку топлива в котел с дымососом можно производить безо всяких предосторожностей. Дверцу загрузочного люка и ЗПХ можно открывать-закрывать в любой последовательности. В худшем случае, вонью шибанет, но не раскаленным ядом.

Теперь, если даже забыть открыть ЗПХ при загрузке, ничего страшного не произойдет: дымосос все равно вытянет пиролизные газы. Нужно только не забыть захлопнуть люк: через 3-4 мин такого режима пиролиз прекратится, и котел нужно будет снова разжигать.

В целом преимущества отопительных котлов с дымососом настолько велики, что большинство промышленных моделей выполняются по этой схеме. Конкурируют с ними на мощностях до 40 кВт только котлы на естественной тяге. К ним мы обратимся ниже, но прежде следует поговорить об электропитании принудительных.

Электричество и UPS

Котлы с принудительной тягой требуют электропитания. Последствия его отключения могут быть двоякими. Если естественная тяга хорошая (вертикальная часть дымохода не менее 5 м), то пиролиз перейдет в пламенное горение и котел будет греть как плохая печка. Если же естественная тяга слабая (а экономия на дымоходе позволяет компенсировать значительную часть стоимости котла), то закладка топлива через несколько минут потухнет. Но перед этим даст много угара, который неизбежно просочится в комнату. Возможно, ночью, когда все спят.

Поэтому для котлов с принудительной тягой необходим источник бесперебойного электропитания – UPS. В заводских моделях он встроенный (обязательно проверьте по техописанию перед покупкой, действительно ли?) Мастеру, решившему сделать пиролизный котел самостоятельно, нужно правильно выбрать компьютерный UPS; специализированный в разы дороже и ничуть не лучше.

«Навороченный» комп с развитой периферией потребляет что-то около 300 Вт. На хорошем UPS он протянет без сети примерно час. За это время можно, к примеру, закончить рендеринг в 3D, сохраниться на диск, отправить файл заказчику, сделать контрольную копию на DVD и распечатку. Но, если заглянуть в спцификацию UPS, там будет обозначено: «Паспортная мощность – 1 кВт». Однако киловаттный утюг от него час не погладит. Он посадит такой UPS за минуту, да еще и аккумулятор с электроникой испортить может. Почему так?

Замерим ток потребления, когда сеть появится и UPS станет на заряд. Он окажется около 4,5 А, что как раз и даст 1 кВт. И полностью посаженный аккумулятор UPS «накачается» всего за 20 мин, т.е. за 1/3 часа. Дело в том, что номинальное количество циклов заряд-разряд аккумулятора обеспечивается при соотношении времени заряда/разряда как раз 1:3. «Акумыч», рассчитанный на 10-часовой разряд (в компьютерных UPS – на часовой) нужно потом заряжать таким током, чтобы полностью «накачать» его за 3 часа. Больше или меньше – количество рабочих циклов сокращается, а стоит аккумулятор для UPS недешево.

Поэтому выбирать UPS для котла по паспортной мощности нужно с трехкратным запасом. К примеру, вентилятор дымососа – 100 Вт. Считаем за 300. Держать мотор UPS должен до полного сгорания закладки топлива; допустим, 10 час. Тогда компьютерный UPS нужен на 3 кВт. В специализированном аккумулятор рассчитан на 10-24 час разряда; такие дешевле сами по себе. Но сам UPS все равно будет раза в полтора дороже компьютерного на 3 кВт. Это, скажем прямо, деньги «за звездочку».

Примечание: отключать звуковую сигнализацию UPS не нужно. Противно, особенно сквозь сон, но безопаснее будет.

Естественные

Пиролизные котлы на естественной тяге предпочтительнее принудительных на мощностях до 25-30 кВт. Они, естественно, дешевле, а проигрыш по КПД в 5-10 процентных пунктов по расходам на отопление при таких мощностях почти не чувствуется, но зато не требуется электропитание. Только нужен дымоход с хорошей тягой, высотой не менее 5-6 м. Если планируется установка котла взамен старой голландки или утермарковки, то котел на естественной тяге – оптимальный вариант.

Однако и здесь нужен выбор из двух различных типов. Первый (слева внизу на рис. со схемами котлов) – с раздельной подачей первичного и вторичного воздуха. Второй (там же справа) – с единым воздушным потоком.

Раздельная подача

Котел с раздельной подачей воздуха кое в чем похож на принудительный в наддувом: интенсивность пиролиза не максимальная, температура в камере сгорания – до 1000 градусов, поэтому можно обойтись спецсталями без футеровки. Камера сгорания совмещена с дожигателем. В целом конструкция проста; КПД – до 80%, но причина уже другая.

Без автоматики, отслеживающей и регулирующей подачу воздуха, оптимальное соотношение подачи первичного и вторичного воздуха достигается только где-то посередине всего времени выделения летучих компонент из топливной массы. Такой автоматикой снабжаются серийные модели; заодно она держит наилучшее соотношение первичного и вторичного воздушных потоков не только по мере выгорания, но и в зависимости от свойств загруженного топлива, поэтому автоматизированные котлы с раздельной подачей воздуха всеядны, а КПД их доходит до 86%. Отключение автоматики вследствие пропадания сети или ее поломки не страшно, просто КПД упадет до 70-75%, а котел можно эксплуатировать без ограничений до ремонта.

Один поток

Котел с единым воздушным потоком сложнее: камера сгорания и дожигатель разделены, нужна качественная футеровка. Так нужно, потому что воздух на пиролиз и сгорание распределяются в пиролизной камере естественным образом: топливная масса берет себе, сколько нужно для пиролиза, а остальное проскакивает мимо нее в камеру сгорания. На расчетном сорте топлива однопоточные котлы дают КПД до 87%

Котел на одном потоке требует точного расчета и/или долгой доводки опытного образца. Он критичен не только к параметрам данной закладки топлива, но и к его сорту. Однопоточные котлы чаще всего рассчитываются на пеллеты, но, для удаленных местностей с «никакой» торговой инфраструктурой и ненадежным электропитанием некоторые производители делают и дровяные котлы.

Самодельную конструкцию можно сделать двух- или многотопливной. Для этого нижнюю плиту футеровки нужно сделать сменной, с разными наборами отверстий для первичного воздуха и соплами для вторичного. Но каких трудов будет стоить ее доводка до КПД хотя бы в 80% – на ночь глядя лучше не думать.

Двухконтурные

Отопление без ГВС – нонсенс. Котлы промышленного выпуска, за редчайшими исключениями – двухконтурные. Проектируя же самодельный пиролизный двухконтурный котел, нужно, во-первых, решить, будет ли контур ГВС полнопоточным или с накопителем, во-вторых, циркуляция в ГВС будет принудительной или термосифонной, в третьих, куда засунуть змеевик-теплообменник.

Первая задача однозначно решается в пользу накопительной системы. И дело не только в том, что тратить топливо, которое денег стоит, на непрерывный подогрев воды, которой пользуются нерегулярно, неразумно. Скорее, дело в том, что воду в полнопоточной домашней ГВС уберечь от вскипания без сложной и дорогостоящей автоматики невозможно. А вскипание ГВС большого объема – серьезная авария с риском для жизни.

Вторая задача также однозначно решается в пользу термосифонно-накопительной системы. Циркуляционный насос требует электропитания. Нет сети – нет горячей воды в кране, и змеевик может закипеть. Это уже не грозит тотальным ошпариванием, но котел чинить придется, что дорого.

Третья задача решается просто: змеевик устанавливают в отопительный контур там, где температура теплоносителя в нем составляет 80-90 градусов. Это выход подачи (справа внизу на рис. со схемами котлов). Так абсолютно исключается вскипание. Но в таком случае система должна быть не сливной, т.е. заполнена антифризом и с закрытым (мембранным) расширительным баком. По эксплуатационным расходам такая дешевле водяной, но ее монтаж и начальная заправка гораздо дороже.

Второй вариант показан на рис. Здесь теплообмеенник ГВС установлен в глухом отсеке между верхом пиролизной камеры и противоточного дожигателя. Вскипание не исключено, поэтому накопитель ГВС должен быть большого объема, от 5 л на киловатт общей тепловой мощности. В таком случае вскипание воды в змеевике обойдется противным бурчанием бака ГВС и паром из его горловины, которая непременно должна быть с дренажным отверстием.

О теплообменниках

Есть две системы теплообменных регистров водогрейных котлов: огнетрубная и водотрубная. В огнетрубной системе дымогарная труба (трубы) проходит прямо сквозь водяной бак. Технологически это проще, поэтому самодельные пиролизные печки с водогрейкой часто делают по огнетрубной схеме, и это плохо.

Для эффективного нагрева воды, и высокого КПД котла, разность температур между газами в трубе и теплоносителем должна быть как можно больше. Если не нужно давление в системе выше атмосферного, то при воде в 90 градусов внутри трубы должно быть не меньше 600. Вывод? Быстро прогорит. Моряки, которым в паросиловых установках нужно не менее 4-5 ати, от огнетрубных котлов отказались еще в конце XIX в.

Водотрубный регистр сделать сложнее: нужны как минимум два бака-накопителя, на подачу и обратку, в которые нужно вварить тесный пучок из многих труб, чтобы дымовые газы как следует запутались в этом лабиринте и хорошо отдали тепло, прежде чем вылетят в трубу. Но теперь необходимый для хорошего теплообмена высокий температурный градиент работает на нас: в паровозном котле на 13 ати внешняя, контактирующая с дымовыми газами, поверхность водяных трубок нагрета всего до 400 градусов. А в бытовом отопительном без избыточного давления хватит и 200, чтобы можно было говорить о КПД более 80%. Вывод? Можно применять обычную конструкционную сталь.

О камерах и соплах

Существенно снижают КПД котлов углы с газификаторе и камере сгорания, именно по углам тепло очень любит удирать без пользы. Вспомните – неотапливаемое помещение обмерзает прежде всего по углам. Поэтому газификатор, камеру сгорания, а лучше всего и дожигатель, нужно делать покруглее. Промышленные котлы большой мощности все целиком выполняют округлыми, см. рис.

Под газификатора в котлах с принудительной тягой нужен сужающийся, чтобы закладка топлива постепенно оседала туда, а зона пиролиза оставалась на месте. В котлах на естественной тяге под плоский с колосниковой решеткой и зона пиролиза плавающая, это одна из причин, почему их КПД ниже.

Теоретически идеальная конфигурация поперечного сечения сопла – круг. Но такое сопло склонно к засорению золой, а частая прочистка не идет на пользу футеровке. Поэтому сопло выполняют в виде продольной щели; от КПД это отнимает всего 1-3 процентных пункта.

О печах из баллона

Округлость емкости для бытового сжиженного газа побуждает к мысли сделать из газового баллона пиролизную печь или котел. Ведь самодельщику очень сложно изготовить округлое изделие из листового металла толщиной не менее 5-6 мм, что необходимо для огневых частей. А толщина стенок баллона вроде подходящая.

К сожалению, не выйдет. Баллоны для бытового газа изготавливаются из обычной конструкционной стали, не обладающей ни жаропрочностью, ни химической стойкостью даже при комнатной температуре. Единственно, для чего корпус баллона пригоден – топливный резервуар для масляной печи на отработке.

Но баллон для пиролизного котла все-таки может пригодится, а именно – как накопитель горячей воды для дачной или банной ГВС. Его небольшой объем в данном случае на руку – быстро нагреется, и на двоих-троих хватит, чтобы ополоснуться под душем после дня полевых работ. А округлая форма хорошо удержит тепло при самой примитивной теплоизоляции.

Пиролиз в кирпиче

Пиролизная с водотрубным теплообменным регистром показана в разрезе на рис. Мелкие зелененькие стрелки – подача первичного и вторичного воздуха по воздушным магистралям из стальных труб с мелкими отверстиями, но наддув и дымосос не нужны; воздух и туда, и туда берется наружный. Кирпичная пиролизная печь дает КПД до 90% на естественной тяге.

Достигается это за счет большой тепловой инерции кирпичной кладки. Оптимальная температура как газификации (боковые камеры), так и сгорания (камера сгорания – посередине) поддерживаются независимо от случайных колебаний интенсивности термохимических процессов. Та же тепловая инерция кирпича-теплоаккумулятора позволяет печи самой подстраиваться под конкретное топливо. Поэтому не нужен и дожигатель.

Кроме того, двухкамерная печь еще и «двуядная»: в камеры можно закладывать разные сорта топлива. Закладки будут сгорать с разной скоростью, только и всего. Или можно одно и то же топливо загружать в обе камеры со сдвигом по времени; тогда печь точно никогда не выстудится. Наконец, прогрев печь, можно давать закладку на 1/5 часть мощности, а форсировать по теплу можно вдвое и более, что дает необходимый диапазон регулирования мощности без автоматики и электропитания.

Наверное, таких замечательных печей можно построить много, а производители котлов только давят рекламой? Вовсе нет. Инженерной методики расчета кирпичных пиролизных печей разработать пока не удается. Каждая – плод раздумий, трудов или просто удачи мастера-печника, умеющего сложить пиролизную печь. Стоимость готового прибора – соответствующая.

Самодельщикам можно дать только самые общие рекомендации:

Кладка огневой части – только из шамотного кирпича; на рисунке выделено светлым.
Полная перевязка швов как в каждом ряду, так и между рядами.
Половинки и трехчетверки – только готовые, с равномерно обожженной со всех сторон поверхностью; сердцевина каждого кирпича должна оставаться внутри.
Швы в однородной кладке – 3 мм; между шамотом и красным кирпичом и любым кирпичом и сталью – 6 мм.
– глиняный средней жирности и текучести (сметанообразный); глина и песок – 1:1.
Песок – чистый белый кварцевый просеянный и прокаленный, горный, карьерный или овражный, с угловатыми или шероховатыми гранулами. Окатанный речной песок не годится.

Возникают эти ограничения из-за опасности образования микротрещин, незаметно выпускающих в помещение угар и пиролизные газы. А склонность печи к микротрещиноватости обусловлена большими тепловыми напряжениями в ее теле. К примеру, округлый речной песок будет сцепляться с глиной на порядок хуже, чем шершавый. Уширение швов кладки ради упрощения порядовки даст концентрацию тепловых напряжений на них, и – те же трещины, и т.п.

Напоследок – печь 007!

«Суперпечка» не согревает граммом угля новорусский особняк. Она изготовлена на скорую руку из консервных банок разного диаметра, вставленных одна в другую, см. рис. Отверстия не обязательно должны быть круглыми и расположенными равномерно по высоте и окружности; их можно просто пробить лезвием ножа. В верхние отверстия во внутренней банке затягивается воздух, в котором хорошо догорают отходящие от тлеющей топливной закладки пиролизные газы, так что печка эта с полным правом пиролизная.

Охотники, рыболовы, туристы, бойцы, прошедшие курс выживания, давно знают эту конструкцию как печку-щепочницу. Широким кругам она стала известна как «печка Бонда», когда агент 007 в какой-то из серий бондианы с ее помощью спас жизнь себе и хорошей героине.

Кто там тогда бондил, Шон Коннери, Питер О’Тул, Пирс Броснан или кто-то еще, не упомнишь уже. Но щепочница (в которой, кстати, хорошо горят также веревки и тряпье) реально спасла жизнь многим и многим: на ней можно обогреть двухместную палатку или шалаш, а заодно сварить кашку из концентрата или ушицу.

Так что пиролиз – удел не только сложнейших агрегатов, разработанных и сделанных с применением высоких технологий. Он и просто так может выручить, имейте в виду.

Видео: пиролизный котел-буржуйка в работе

Термин «пиролиз» подразумевает процесс, где имеет место замедленное сжигание твёрдого топлива с получением газовой среды. Несмотря на «профессорское» название сооружения, сделать пиролизный котел своими руками относительно несложно, и самоделки на практике встречаются достаточно часто.

Объяснение тому простое – газогенераторный котёл на дровах проще в обслуживании, зачастую эффективнее и экономичнее другого похожего оборудования. Давайте вместе разберемся, как работает такое оборудование и, что понадобится для его изготовления.

Котлы систем обогрева, где в качестве топлива используются твёрдые горючие материалы, помимо классики, относятся также к пиролизным конструкциям. Обычно их называют газогенераторными котлами.

Чтобы лучше понять принцип работы домашнего пиролизного котла, логично внимательно рассмотреть устройство такой техники. Начнём с особенностей топки как основной части нагревательной конструкции. По сути, рабочая область топливной камеры пиролизных котлов разделяется на две разделённых камеры.

Конструкция пиролизного котла в разрезе: 1 – загрузочная камера (пассивная), где протекает процесс пиролиза (неполного горения); 2 – камера сгорания газа (активная), образующегося в процессе пиролиза

Одна из таких камер загружается твёрдым топливом – дровами, пеллетами, брикетами и т.п. Там начинается первичный процесс горения твёрдого топлива при ограниченной подаче воздуха. В таком состоянии топливо не горит, но тлеет. Газы, выделяющиеся при медленном горении, поступают в другую область камеры – активную, где уже при увеличенной подаче воздуха интенсивно прогорают.

Технически подобный процесс сжигания реализуется простым способом. Подобласти общей камеры попросту разделяются колосниковой решёткой и форсункой. Верхняя часть камеры – пассивная топка, нижняя часть камеры – активная топка. При этом следует учитывать конструктивную особенность – верхнюю подачу воздуха в топливную камеру (верхнее дутье).

Собственно, этим и отличается конструкция газогенераторного котла от классической однокамерной разработки, где применяется нижняя подача.

Классическая конструкция воздушного насоса (часто называют – вентилятором, но технически это ошибочное название), которая используется в схеме пиролизного котла. Это важная деталь, обеспечивающая эффективность работы оборудования

Технологически для устройства пиролизных котлов характерным моментом является также организация принудительной тяги. Конструкция двухступенчатой топки обладает завышенным аэродинамическим сопротивлением. Поэтому здесь никак не обойтись без установки воздушного насоса.

Как функционирует котёл на практике?

Практическое применение оборудования удобно рассмотреть пошаговым процессом:

Загрузка дров – укладка на колосник верхней области камеры.
Поджиг топлива и запуск в работу дымового насоса.
Образование древесного газа при температуре 250-850 °С.
Переход древесного газа в нижнюю область топки.
Сгорание древесного газа при дополнительной подаче воздуха.

1 – активная камера; 2 – вход воды; 3 – вторичный воздух; 4 – дымоход; 5 – патрубок выхода; 6 – дроссельная заслонка; 7 – выход воды; 8, 9 – датчики; 10 – терморегулятор; 11 – дверь пассивной камеры; 12 – первичный воздух; 13 – пассивная камера; 14 – воздушный насос; 15 – контур теплообменника; 16 – форсунка; 17 – дверь активной камеры

Если обратить внимание на все существующие конструкции домашних котлов, действующих на твёрдом топливе, главной альтернативой пиролизному котлу выступает конструкция традиционного исполнения.

Это похожий вариант котла на дровах, где действует одна неразделённая топка и работает принцип нижней подачи воздуха в камеру сгорания. Но такая система считается менее эффективной и неэкономичной по причине быстрого сгорания топлива.

Пиролизный котёл способен выдавать коэффициент полезного действия на уровне 85-95% при условии 100% нагрузки. Однако КПД резко падает, если нагрузка составляет менее 50%. Именно поэтому изготовители пиролизной техники рекомендуют пользователям эксплуатировать оборудование с максимальной нагрузкой.

Аналогичный подход справедлив и для самодельных конструкций, при условии их полного соответствия классической пиролизной схеме и требованиям эксплуатации.

Для «пиролиза» требования эксплуатации, надо заметить, достаточно жёсткие:

обязательное оснащение воздушным насосом;
допустимая влажность топлива не выше 25-35%;
температура обратного теплоносителя не ниже 60 °С;
загрузка только крупным топливным массивом.

Также следует отметить дороговизну промышленного изготовления. Наверное, поэтому пользуется высокой популярностью вариант “сделай сам”.

Самодельный пиролизный котёл

Как правило, при изготовлении подобной отопительной техники своими руками за основу берётся популярная схема Беляева. Нельзя сказать, что это простое решение, которое позволяет изготовить нагреватель без проблем. Но, пожалуй, одно из тех решений, которое действительно можно реализовать.

Трёхмерная схема пиролизного котла для производства своими руками. Это одна из простых схемных вариаций, которую возможно сделать в бытовых условиях самостоятельно

Для производства оборудования по этой схеме мастеру потребуется:

труба металлическая (d = 32; 57; 159 мм);
труба профильная (s = 60х30; 80х40; 20х20 мм);
стальная полоса (20х4; 30х4; 80х5 мм);
кирпич шамотный;
металлический лист;
воздушный насос;
температурный датчик.

Также необходимо иметь полный набор слесарного инструмента, плюс сварочный аппарат (и , соответственно). Работу по изготовлению пиролизного котла своими руками явно не осилить в одиночку. Как минимум нужен один помощник.

Первым делом, в соответствии с выбранной схемой необходимо приготовить листовые детали сооружения. Рекомендуется заготовить листовые панели, обрезая их по размеру профессиональным точным оборудованием.

Применение для резки ручного инструмента типа «болгарки» также требует некоторых навыков работы и при работе, но не обеспечивает точность реза, что впоследствии сказывается на качестве исполнения сварки. Этот момент следует учесть. Разумное решение по нарезке листов металла – заказ в механической мастерской.

Сборка внутренних частей оборудования

Из одной части металлических листов необходимо сделать топливную камеру. Для этого материал, соразмерный схемным параметрам, соединяется и сваривается. Должна получиться двухкамерная конструкция, которую следует дополнить воздуховодами.

Эти элементы топливной камеры делаются из металлического швеллера или же для изготовления применяют профильную трубу. По всей площади фронтальной стороны воздуховода высверливаются отверстия.

Воздушные каналы внутри топочной камеры. По этим каналам подаётся воздух с помощью воздушного насоса. Для равномерного распределения воздушного потока по всей длине канала высверливаются отверстия

Ниже по уровню, в области активной топочной камеры, на стенке, расположенной поперёк воздуховодам, врезается металлическая труба (вторичный подвод воздуха). Далее начинается работа с трубами, так как подошла очередь сборки трубчатого теплообменника.

Эту часть пиролизной системы делают из металлических труб d=57 мм:

Берётся два металлических листа по размеру чертежа и делается разметка.
На основе разметки под расположение труб по листу вырезаются отверстия d=60 мм.
Нарезаются трубы d=57 мм по размеру длины.
Концы труб вставляют в отверстия одного листа и обваривают.
Повторяют операцию с другим листом.

На выходе должен получиться готовый теплообменник, который скрепляется с корпусом котла там, где указывает схема.

Рядом с теплообменником (по верхнему уровню) устанавливается дроссельная заслонка. Эта деталь оснащается рукояткой и также приваривается к сооружению. Торцевая часть корпуса дросселя закрывается куском листа с патрубком под дымовую трубу.

Установленный теплообменник и часть конструкции дроссельной заслонки. Вариант регулировочного механизма в виде ручного рычага с возможностью фиксации заслонки в любом положении

Перед тем как ставить фронтальную панель, внутреннюю часть камер сгорания необходимо усилить шамотным кирпичом. Этот материал режется по размеру, некоторая часть под углом. Кирпич обтачивается и подгоняется по месту укладки.

Обработке шамотным кирпичом подвергаются обе рабочих секции топливной камеры котла. При этом аккуратно обкладываются места области заслонок воздухоотводящих (подводящих) труб. После выкладки кирпичом, устанавливается фронтальная панель.

Пример выкладывания шамотным кирпичом внутренней области топливной камеры. Кирпичная обкладка защищает стенки камеры пиролизного котла от возможного прогорания по мере долгосрочной эксплуатации

По сути, основную сборку пиролизного котла на этой стадии можно считать завершенной. Собранную конструкцию необходимо обработать – убрать окалину от сварки, подчистить сварные швы, подровнять, если где-то имеются небольшие неровности.

На следующем этапе – заключение собранной конструкции в герметичный корпус. Эта часть сооружения также делается из металлических листов. Однако прежде нужна опрессовка.

Тестирование и окончательная сборка конструкции

Собранную конструкцию необходимо испытать. Обязательные действия – проверка на герметичность области котла, где должен циркулировать теплоноситель. Для проведения опрессовки теплообменника временно устанавливают заглушки на патрубках подачи и возврата теплоносителя.

Затем теплообменник заправляют водой. Желательно использовать горячую воду из сети отопления или ГВС, чтобы иметь возможность проверить сварные швы в условиях теплового расширения металла.

Передняя часть уже почти готовой конструкции с выведенными патрубками для подачи воздуха внутрь рабочих камер. Окна секций топливной камеры пока что без дверок. Это сооружение будет обшиваться корпусными листами

При условии отсутствия утечек по швам теплообменника воду сливают и приступают к обрамлению конструкции пиролизного котла внешними металлически панелями. Также на этом этапе изготавливаются и навешиваются двери окон секций камеры сгорания.

Двери пиролизной установки требуют исполнения с учётом высокотемпературных условий эксплуатации. Поэтому делают (или применяют уже готовыми) эти конструктивные элементы обычно из чугуна с дополнительным температурным усилением шамотным кирпичом.

Пример конструкции двери одной из секций топливной камеры пиролизного котла. Для усиления защиты от воздействия высокой температуры процесса горения дополнительно к металлу используется шамотный кирпич

Завершающий этап – установка пиролизного котла по месту его будущей эксплуатации. Монтаж конструкции ведётся на фундаменте или на бетонной плите. Высоту фундамента (плиты) относительно уровня грунта рекомендуется выдерживать размером не меньшим чем 100 мм.

После установки и баланса по уровням нижняя часть котла закрепляется к фундаменту. Останется присоединить дымовую трубу, установить воздушный насос и подключить линии подачи/выхода теплоносителя.

Котёл пиролизного действия полностью закрытый в металлический корпус и готовый к установке на рабочее место. В качестве опорных элементов крепежа на корпусе приварены угловые зацепы

Изготовление пиролизной конструкции котла самостоятельно – это работа, требующая значительного вложения сил. Конечно же, не обойтись и без накладных расходов в плане финансовых средств.

Возможно, по закупке материала и по обращениям к сторонним услугам затраты окажутся меньше, чем стоимость оборудования промышленного изготовления. Однако разница, скорее всего, будет не столь существенной. Но главный вопрос не в деньгах.

Выводы и полезное видео по теме

О самостоятельном изготовлении котла пиролизного действия:

Технически самостоятельное производство пиролизных котлов без наличия соответствующей базы является крайне сложным процессом. Также необходимы профессиональные навыки в работе с металлом, чёткое понимание инженерных схем и технологических тонкостей изготовления котельного оборудования. Без всего этого не стоит даже браться за работу.

Если вы обладаете необходимыми знаниями и умениями, и можете дать ценный совет по сборке пиролизного котла другим посетителям сайта – оставляйте, пожалуйста, свои комментарии, делитесь секретами мастерства, задавайте вопросы в блоке под статьей.