Изготовление пиролизного котла своими руками: чертежи и принцип работы

Из всех видов отопительных установок, работающих на твердом топливе, наиболее эффективными считаются агрегаты, в которых при сжигании дров или угля происходит пиролиз. Это процесс дожигания газов, выделяющихся из дров или угля при их тлении, что позволяет передавать теплоносителю почти всю энергию сгорания топлива. Данный принцип использует схема пиролизного котла, в которой реализовано выделение горючего газа из топлива и его последующее сжигание.

Конструкция и компоновка элементов установки

В отличие от классических твердотопливных установок устройство пиролизных котлов длительного горения предусматривает две камеры сгорания вместо традиционной топки. В первой камере осуществляется медленное горение за счет недостаточного количества воздуха. При этом топливо начинает выделять так называемый пиролизный газ, перетекающий во вторичную камеру вместе с продуктами сгорания. Туда же подается достаточное количество воздуха, вследствие чего газ воспламеняется и сгорает, нагревая водяную рубашку агрегата.

Расположение двух камер может быть различным, поскольку отопительные котлы пиролизного типа могут работать как на естественной тяге дымохода, так и с помощью принудительной подачи воздуха вентилятором. В установках, использующих естественную тягу, вторичная камера расположена над первичной и воздух проходит через топливо снизу вверх. При искусственно создаваемой тяге главная топка, наоборот, находится над камерой дожига и поток воздуха направлен сверху вниз. Это отражают представленные ниже схемы устройства пиролизных котлов с различной компоновкой камер.

О пеллетной горелке

Пеллетная горелка – специальное обогревательное устройство, которое выделяет тепло за счёт сжигания пеллет или топливных гранул в котле. В некоторых случаях в подобных горелках используется ненужное сухое зерно.

Существуют ручные и автоматические горелки, в автоматических горелках топливо подаётся в бункер для сжигания с помощью специального шнека, а весь процесс контролируется датчиками, за счёт чего устройство нуждается в минимальном контроле со стороны пользователя. Пеллетные горелки нашли своё применение не только в быту, но и в промышленности. Они используются для отопления помещений, для подогрева воды и для удовлетворения ряда других нужд.

Пеллеты, или топливные гранулы, — специальное твёрдое топливо, которое получается из отходов древесины или сельскохозяйственного производства путём прессования и гранулирования под воздействием высоких температур.

Пеллеты представляют собой экологически чистый вид топлива, так как при их сжигании в атмосферу выбрасывается столько же углекислого газа, сколько образовывается при естественном разложении древесины

В странах, в которых сельское хозяйство и деревообрабатывающая промышленность занимают лидирующие позиции, себестоимость пеллетного топлива оказывается гораздо ниже, чем каменного угля. Исключения составляют только те регионы, в непосредственной близости от которых расположены угледобывающие предприятия.

При сжигании пеллет не выделяются опасные испарения, как это происходит при сжигании жидкого топлива.

Способы подачи воздуха для горения

К высоте и диаметру дымохода предъявляются повышенные требования, когда схема подачи воздуха в пиролизном котле предполагает использование обычной тяги. Ее должно хватать на преодоление сопротивления газовоздушного тракта установки и дымоходной трубы, а также на создание разрежения в топке величиной 16—20 Па. Подобрать диаметр можно по выходному патрубку, а высота должна быть не менее 5—6 м.

Принудительная подача воздуха в обе камеры может осуществляться тремя способами:

Обычно схема пиролизного котла, предусматривает установку вентилятора в режиме нагнетания. Это объясняется тем, что обычный нагнетатель по стоимости доступнее чем дымосос, так как последний должен вытягивать отходящие газы с высокой температурой. По этой причине его конструктивные элементы стоят дороже.

Ведущие производители пиролизных котлов устанавливают на свои изделия дымососы на выходе продуктов горения. Причина – обеспечение безопасности для человека, открывшего дверцу топки в рабочем режиме. Дымосос создает разрежение, поэтому пламя не полыхнет через открытый проем человеку в лицо.

При большой мощности установки производителями применяются вентиляторы для котлов обоих типов, на входе и выходе газовоздушного тракта.

Для того, чтобы понять, как работает пиролизный котел, рекомендуем посмотреть следующее видео.

Сборка своими руками

Когда изготавливается пеллетная горелка своими руками, важно уделить особое внимание корзине. Часто из-за ее неправильной реализации может происходить застревание пеллет. При этом процесс горения не идет по требуемому алгоритму и огонь возвращается в бункер

Чтобы ликвидировать этот недостаток, необходимо посмотреть на правую верхнюю часть рисунка, который приведен ниже. Прорезь, через которую будет осуществляться подача пеллет нет необходимости делать сплошной. Она должна быть с отверстиями, которые на 2 мм меньше самих пеллет. Уделить внимание также стоит зазору между дном корзины и задней стенкой. Он должен быть не меньше 6 мм, но на 2 мм меньше размера пеллет. Узел, где идет отделение камеры сгорания пеллет от камеры сгорания пиролизоного газа, необходимо сделать сплошные прорези. Если горелка рассчитывается для котла на площадь в 150 м 2 , тогда высота каналов для вторичного воздуха, которые проходят под дном корзины должны быть 30 мм

При этом процесс горения не идет по требуемому алгоритму и огонь возвращается в бункер. Чтобы ликвидировать этот недостаток, необходимо посмотреть на правую верхнюю часть рисунка, который приведен ниже. Прорезь, через которую будет осуществляться подача пеллет нет необходимости делать сплошной. Она должна быть с отверстиями, которые на 2 мм меньше самих пеллет. Уделить внимание также стоит зазору между дном корзины и задней стенкой. Он должен быть не меньше 6 мм, но на 2 мм меньше размера пеллет. Узел, где идет отделение камеры сгорания пеллет от камеры сгорания пиролизоного газа, необходимо сделать сплошные прорези. Если горелка рассчитывается для котла на площадь в 150 м 2 , тогда высота каналов для вторичного воздуха, которые проходят под дном корзины должны быть 30 мм.

Кроме корзинки, щепетильный подход требует и бункер, в котором будут храниться пеллеты. Проблемы начинаются с теми бункерами для пеллет, которые сделаны на глаз и по вольному чертежу. Слева на схеме сверху приводятся размеры и чертежи бункеров, которые используются в Пеллетронах. При площади жилища в 150 м 2 одного такого бункера хватит на сутки. Справа снизу на этом же рисунке приводится чертеж и размеры камеры сгорания. Основой для них послужила пеллетная горелка Пеллетрон 15. Коридор, по которому будет происходить движение вторичного воздуха лучше выполнить в форме буквы «Г». Это необходимо для лучшего перемешивания вторичного воздуха с пиролизными газами. Таким образом повыситься КПД установки. Для камеры сгорания понадобится особый вид стали, который выдерживает высокие температуры. При этом сварить ее в домашних условиях получиться только при наличии точечной сварки, т. к. обычный сварочный аппарат сможет с трудом прогреть ее. Понадобятся листы с минимальной толщиной в 2 мм. Интересная конструкция пеллетной горелки приведена в видео ниже.

Изготовление пиролизного котла

Эффективность этого вида установок на дровах стала причиной их популярности у мастеров, которые могут изготавливать твердотопливные котлы пиролизного типа собственными силами из имеющихся материалов. Процесс этот достаточно трудоемкий и требующий навыков выполнения слесарных и сварочных работ, некоторого минимума инструментов и оборудования:

• аппарат для электросварки;
• угловая шлифовальная машина;
• дрель электрическая;
• набор слесарных инструментов.

Если имеются навыки, инструменты и большое желание, то можно изготовить агрегат, используя следующий чертеж пиролизного котла на естественной тяге:

1 – воздушный канал; 2 – дверца для загрузки топлива; 3 – дверца вторичной камеры; 4 – заслонка прямой тяги; 5 – первичная камера; 6 – верхняя крышка; 7 – входной канал для подачи воздуха; 8 – воздушная заслонка; 9 – патрубок для группы безопасности; 10 – вторичная камера дожигания; 11 – патрубок присоединения дымохода; 12 – форсунка; 13 – жаротрубный теплообменник.

Материалом для изготовления камер может служить жаропрочная легированная сталь, но это дорогой материал, поэтому мастера берут простую углеродистую сталь толщиной 5 мм. Для защиты ее от высокой температуры в нижней части топки выполняется футеровка пиролизного котла огнеупорным кирпичом. Им же нужно защитить днище вторичной камеры, куда направлен факел пламени. Для обшивки водяной рубашки применяется листовой металл толщиной 3 мм, его приваривают к ребрам жесткости из полосовой стали. Из такого же металла изготавливают дверцы, крышку и обрамление проемов.

Передачу тепла от дымовых газов устройство котла предусматривает через жаротрубный теплообменник, находящийся внутри водяной рубашки. Для его изготовления подойдут бесшовные стальные трубы из углеродистой стали наружным диаметров 48 или 57 мм. Количество труб следует подобрать по необходимой площади поверхности теплообмена, для чего выполняется расчет пиролизного котла.

Учитывая, что топливо в пиролизных агрегатах горит долго (до 12 часов) и продуктивно, некоторые владельцы классических установок прямого горения задумываются о том, можно ли их модернизировать. Такая переделка твердотопливного котла в пиролизный возможна, но при условии, что топка агрегата сделана из металла, а не чугуна. Колосниковая решетка убирается и с помощью электросварки на ее месте закрепляется перегородка, разделяющая главную топку и зольник, который будет выполнять роль вторичной камеры. Между ними устанавливается форсунка. Кроме этого, понадобится организовать подачу воздуха в обе камеры, надо изготовить воздушные каналы и установить их, как показано на чертеже.

Как правило, переделка котла в пиролизный происходит не на заводских агрегатах, а на самодельных, это расширяет возможности для усовершенствования конструкции. Можно менять проходное сечение форсунки, размеры обеих камер или площади поверхностного теплообмена, добиваясь наилучших показателей длительности горения и повышения КПД установки.

Бюджетный вариант для дачи

Газовый баллон своей округлой формой и толщиной металла отлично подходит для изготовления пиролизного котла. Он имеет почти метровую высоту, диаметр 35 см. Этих размеров достаточно для создания отопительного прибора, способного обогреть помещение средней площади. В устройстве хорошо сжигаются самые бросовые виды топлива: щепки и опилки, сырые дрова.

Установка работает следующим образом:

• через верх или боковую дверцу проводят загрузку и поджигают;
• после возникновения устойчивого огня накрывают поршнем (по-народному блин) и плотной крышкой, в которой есть отверстие для трубы;
• в топку через воздуховод поступает ограниченное количество кислорода, отчего начинается процесс пиролиза;
• газы поднимаются вдоль стенок котла и сгорают в верхней части;
• остальные продукты удаляются через дымоход.

Баллон обрезают по месту, где начинается округление. Сбоку – отверстие для дверцы, которая должна закрываться очень плотно. Поэтому ее используют обычно для чистки, а топливо загружают сверху. Отрезанную часть используют для крышки:

• шлифуют разрез, чтобы добиться герметичности;
• делают отверстие на 2–3 мм больше трубы воздуховода, соединенной с блином;
• обваривают понизу стальной полосой.

Поршень имеет своеобразную конструкцию. Его лопасти предназначены для завихрения воздушных потоков над тлеющим топливом, а наваренный на них круглый кусок металла мешает возникнуть открытому огню.

Дымоход делают из труб разного диаметра: горизонтальный участок – 120 мм, вертикальный – 180 мм. Такая конструкция способствует созданию менее активной тяги, тормозит отвод газов. Прямой угол тоже играет свою роль в замедлении процесса горения. Это обеспечивает пиролиз и продолжительную работу котла в течение 8–10 часов.

Снизу делается отверстие для зольника с дверцей. Ее конструкция должна обеспечивать плотное прилегание. Можно использовать вырезанный кусок стенки баллона, на который по периметру приваривается полосовое железо. Немного выше устанавливается колосниковая решетка, сваренная из арматуры. Сквозь нее проваливаются остатки топлива, которые затем удаляются.

В вертикальной трубе дымохода конденсируется много влаги, которая собирается в нижней ее части. Для удаления воды устанавливают шаровый кран. Он удобен тем, что в случае засорения легко прочищается куском провода.

Расчет пиролизного котла

Расчет начинается с определения величины температурного напора, ºС:

Ƭ= (∆Т – ∆t) / ln (∆Т / ∆t)

В этой формуле:

• ∆Т – перепад температур продуктов сгорания перед теплообменником и после него;
• ∆t – разница между температурами в трубопроводах подачи и возврата теплоносителя.

Полученное значение Ƭ подставляют в формулу:

S = Q / k / Ƭ, где:

• Q – расчетная мощность отопительной установки, Вт;
• k – коэффициент теплопередачи, равен 30 Вт / м2 ºС.

Укрупненный расчет мощности пиролизного котла (Q, кВт) выполняется исходя из площади здания. Ее значение нужно принимать по наружному обмеру дома, результат разделить на 10. Смысл этого действия в том, что на обогрев каждых 100 м2 здания требуется ориентировочно 10 кВт тепловой энергии. Полученный результат – это расчетная мощность системы отопления, а источник тепла принимается с коэффициентом запаса. Он зависит от региона проживания и колеблется от 1,1 до 1,5.

Необходимые материалы

Для изготовления любого котла нужен металл. Он может быть листовой (для прямоугольных моделей), или круглая труба. Размеры и толщина его тоже зависят от назначения и чертежей конкретного прибора отопления.

Шамотный кирпич необходим для устройства камеры дожига. Механический датчик поможет регулировать температуру горения котла.

Труба для дымоотвода.

Из инструмента понадобятся:

• болгарка;
• сварка с электродами;
• измерительные приборы (угольник, уровень).

Пусконаладочные работы

После того как сборка пиролизного котла завершена, нужно обязательно проверить герметичность сварных соединений. Водяная рубашка наполняется водой, затем в нее накачивается воздух, создавая избыточное давление. Некачественно сваренные швы дадут о себе знать протечками. Теперь можно производить испытания, лучше это делать на улице, подавая проточную воду из шланга. Если на агрегате установлена группа безопасности, то можно наполнить резервуар котла водой и проверить его работу при критическом давлении 2—2,5 Бар. Порядок испытаний следующий:

• Присоединить временный дымоход, загрузить в камеру топливо и открыть заслонку прямой тяги.
• Прекратить подачу проточной воды, предусмотрев для этого временный кран.
• Произвести розжиг и запуск пиролизного котла. Как только дрова разгорятся, заслонку прямой тяги нужно прикрывать, чтобы начался процесс пиролиза.
• Открыв дверцу вторичной камеры, убедиться в наличии факела пламени. Здесь требуется регулировка пиролизного котла, нужно добиться ровного и устойчивого факела, открывая или закрывая воздушную заслонку.
• Закрыть дверцу и наблюдать за показаниями термометра и манометра. В закрытой водяной рубашке процесс парообразования может начаться при достижении давления 1,5 Бар, в это время надо внимательно отслеживать температуру.
• Качественно сваренные пиролизные котлы отопления могут выдерживать давление до 3 Бар, но не стоит ставить рекорды. Достаточно, если предохранительный клапан, настроенный на давление 2 или 2,5 Бар начнет сбрасывать пар, тогда можно открывать кран и возобновлять циркуляцию воды. Заслонку подачи воздуха надо закрыть, чтобы топливо начало затухать.

Будьте осторожны, проводя такие испытания, есть опасность обвариться кипятком по неосторожности или при разрыве водяной рубашки.

Техника безопасности

Как самодельные, так и заводские устройства отопления запрещено устанавливать в помещении близко от легковоспламеняющихся поверхностей (в любом случае не менее 20 см.)

Обязательно использование предтопочного металлического листа, если основание не бетонное.

Вентиляция в помещении где установлен котел – обязательна (сечение окна не менее 100 см2).

Запрещено подливать жидкие средства для розжига на тлеющие угли.

При подкладке дров, для того чтобы избежать проникновения угарного газа в помещение, увеличивают тягу, закрывая отверстие для подачи вторичного воздуха.

Самодельными котлами не рекомендуется отапливать жилые дома. Только подсобные помещения.

Подключение котла к системе отопления

Последний этап – подключение пиролизного котла и выполнение его обвязки. Как и во всех твердотопливных установках, надо исключить образование конденсата на внутренних стенках топки во время разогрева. Это явление сокращает срок службы корпуса топки, поскольку конденсат содержит включения серы и будет вызывать интенсивную коррозию металла. По этой причине обвязка котла отопления должна быть выполнена по схеме, не допускающей попадание в рубашку холодной воды при разогреве.

Ниже приведена классическая схема подключения пиролизного котла к системе отопления с балансировочным вентилем между подающим и обратным трубопроводами.

Перемычка образует малый контур, в котором теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом. Приведенная на схеме обвязка пиролизного котла отопления позволяет воде циркулировать по малому контуру, прогреваясь вместе с агрегатом. Термостатический трехходовой клапан начнет подмешивать холодную воду из системы в тот момент, когда в малом контуре температура воды достигнет заданного значения, обычно это 45—50 ºС.

Рабочая температура в системе отопления лежит в пределах 60—80 ºС, поднимать ее выше приходится редко. Если при работе в этом диапазоне температур в вашем доме прохладно, то надо искать причину в самой системе. Увеличивать температуру не имеет смысла, это только увеличит расход дров в пиролизном котле.

Технологический процесс

Прежде чем приступать к расчетам, желательно определиться с подходящей моделью обогревателя:

• какие функции она должны выполнять (только отопление или еще и как домашняя кухня);
• какое топливо наиболее доступно;
• предполагаемое место установки.

Крупные печи позволяют обогреть просторные помещения. Металлические агрегаты мобильны, без труда переносятся с места на место. Кирпичная печь всегда стационарна.

Если эти вопросы решены, можно начинать мастерить пиролизную печь своими руками.

Корпус печи типа буржуйка можно изготовить с нуля, используя стальные листы высокого качества. Проще делать корпус печи в виде прямоугольника с двойными стенками, заполнив проем песком или водой (получится водяной контур). Иной вариант – задействовать имеющуюся стальную емкость типа бочки или газового баллона.

В случае кирпичной постройки понадобятся навыки мастера кладки.

В любом случае придется делать две камеры сгорания. Одна – топочная, где перерабатывается твердое топливо, во второй сгорают продукты переработки, вступая в контакт с воздухом. Между камерами устанавливают колосники. Дымоход желательно делать съемным, так его проще чистить.

Габариты будущей установки зависят от требуемой мощности. Основной элемент – топочная камера. При вычислении ее объема исходят из скорости сгорания предполагаемого топлива и его массы. Коэффициентом загрузки принято считать 0,63 (на который делят массу топлива).

Предположим, нужно создать металлическую печь. Понадобятся следующие материалы:

• стальные листы марки cт. 20 толщиной 4 мм (раскройку лучше доверить специалистам);
• стальные уголки с одинаковыми полками 4х50 мм;
• стальная арматура сечением 8 мм;
• труба диаметром 60 мм для поддувала;
• трубы 120 мм для дымохода;
• полтора десятка кирпичей.

Также для работы нужны инструменты:

• аппарат для сварки с набором электродов;
• болгарка, дрель;
• строительные уровни, рулетка, карандаш;
• молоток.

Ввод в эксплуатацию

После того как вы убедились, что все подготовительные работы сделаны, нужно визуально осмотреть на наличие течи и проверить уровень теплоносителя.
Запуск холодного котла представляет собой трудности по нескольким причинам:

• Нет тяги в холодном дымоходе;
• Обильный конденсат на стенках мешает разгораться топливу, создает копоть.

Вначале нужно прогреть трубу. Для этого в отверстие для её чистки направляется пламя, например, газовой или бензиновой горелки, подойдут и газеты. Только после установления тяги разрешается зажигать топливо в котле. После выхода на оптимальный режим работы производится доводка, регулирующих температуру горения, заслонок.

В начале работы допускается шум от перемещения теплоносителя по трубам, так как где-то образовались воздушные пробки, и удаляется воздух. Вначале лучше всего погонять котел на полную мощность, чтобы так сказать, опрессовать систему.

После нескольких дней эксплуатации можно будет сказать, что котел запущен и обкатан надлежащим образом.

Основные преимущества газогенератора

Пиролизные отопительные котлы на твердом топливе обладают рядом преимуществ перед другими твердотопливными агрегатами, которые заключаются в следующем:

1. При сгорании газовых соединений сажа не образуется, а золы получается совсем мало, поэтому чистить такой прибор можно гораздо реже.
2. Газогенератор поддерживает нужную температуру существенно дольше, чем обычные агрегаты для сгорания древесины.
3. У котла с функцией пиролиза КПД значительно выше, чем у традиционных твердотопливных устройств.
4. Топка газогенераторного изделия сконструирована так, что дрова в загрузочную камеру достаточно поместить всего единожды, чтобы хватило обогрева жилья в течение суток.
5. В процессе сгорания древесный газ вступает во взаимодействие с атомарным углеродом, что при сжигании выдает смесь Н2О (пара) и СО2 (углекислоты) – относительно нейтральные и безопасные соединения.
6. Мощность газогенератора можно регулировать в достаточно широком диапазоне (от 25% до 100%).
7. В котле с пиролизом можно утилизировать некоторые виды отходов без загрязнения воздуха (РТИ, полимерные изделия).

Важно! В продуктах сгорания пиролизного котла намного меньше канцерогенных соединений и вредных веществ. Такой прибор безопасен для здоровья.

На работу пиролизного оборудования для отопления помещения влияют многие факторы:

• температура окружающего воздуха;
• необходимая температура в помещении;
• наличие утепления в здании;
• вид топлива и его влажность;
• особенности системы отопления.

Однако у пиролизных твердотопливных котлов имеются также недостатки:

• необходимость электропитания;
• требовательность к качеству топлива;
• высокая цена;
• большие размеры.

Эти приборы оснащены автоматикой, а значит необходимо электропитание.