Пиролизные твердотопливные котлы.
Содержание
- Главная
- Краны
- Газобаллонное оборудование
- Отопление


  Общие сведения:
 

Пиролизные твердотопливные котлы.

Пиролиз – это термическое разложение органических и многих неорганических соединений на составляющие при недостатке кислорода. Используя особенности этого процесса для отопительных котлов, удается добиться высокой эффективности от сжигаемого твердого топлива, которая при обычных условиях процесса горения недостижима. Применение таких котлов перспективно, так как в качестве топлива применяется вместо дорогостоящего газа, доступные по цене дрова, уголь, продукты растительной биомассы - пеллеты, топливные брикеты. В зарубежных странах использование твердотопливных котлов, в том числе и пиролизных, занимает лидирующие позиции. В нашей стране этот вид отопления приобретает все большее распространение.

Что такое пиролизный котел.

Особенностью работы такого котла является то, что топливо и образующиеся при его сгорании газы, сгорают раздельно.

Основное отличие пиролизных котлов от других конструкций твердотопливных агрегатов «прямого горения» в том, что углеродосодержащее топливо (дрова, уголь, пеллеты, топливные брикеты) сгорает в них в специальных условиях - при недостатке кислорода оно тлеет, а не горит. Это приводит к образованию большого количества горючих веществ (при сжигании дров – это древесный уголь) и газов (ацетон, уксусная кислота, метиловый спирт, всевозможные смолы).

Все эти вещества при последующем горении выделяют большое количество теплоты. Процесс происходит в двух разных, камерах котла:

1) камера сгорания - сюда загружается и разжигается до нужной температуры топливо. При этом происходит выделение газов;

2) пиролизная камера (камера дожига) - сюда из камеры сгорания перетекают образовавшиеся при сжигании топлива газы, уже имеющие высокую температуру. При смешивании с подаваемым туда воздухом, они воспламеняются.

В обе камеры раздельно подается воздух для образования процесса горения нужной силы. За счет изменяемой интенсивности подачи воздуха происходит автоматическая регулировка процесса горения.

Температура сгорания древесного газа значительно выше, чем дров и при его сгорании требуется меньше вторичного воздуха, то также приводит к росту температуры. Вследствие этого повышается экономичность процесса приготовления тепла по сравнению с обычными котлами от 5 до 7 %.

Благодаря такой технологии процесса горения твердого топлива, количество тепла, «вылетаемого в трубу» (как у котлов прямого горения), значительно сокращается. За счет дожигания выделяемых при горении газов их энергия уходит на нагрев теплоносителя, а не тела дымохода и атмосферного воздуха. Продукты сгорания на выходе из топки в котлах прямого горения имеют температуру от 300°С до 400°С, в то время как у пиролизных котлов она составляет всего 140°С – 170°С.

Устройство и работа пиролизного котла.

Существуют конструкции пиролизных котлов на естественной и принудительной тяге, создаваемой при помощи центробежного вентилятора.

Топочное пространство котла разделено на две камеры колосниками, образуя:

  • камеру сгорания, где укладывается топливо (например, дрова), которое разжигается при помощи подаваемого первичного воздуха. Затем, примерно через 20 минут, подача воздуха автоматически ограничивается и в условиях недостатка кислорода дрова начинают не гореть, а тлеть. В процессе тления и выделяются древесные газы (происходит процесс пиролиза). Температура в камере достигает около 450°С;
  • камеру дожига, куда поступают эти образовавшиеся газы для последующего дожигания. Здесь при помощи вторичного воздуха происходит термохимическая реакция – пиролизное горение с выработкой основного количества тепла. Температура в камере составляет около 1200°С.

Потоки газов распределяются так:

1) в выходной газоход вмонтирован дымосос, задачей которого является создание недостатка кислорода в камере сгорания и перемещение горячего потока выходящих газов через теплообменник;

2) первичный воздух подается естественным путем в верхнюю часть камеры сгорания для поддержания тления дров, а в нижнюю часть камеры дожига при помощи вентилятора подается вторичный воздух для дожигания образовавшихся газов. Причем, за счет него минимизируется отвод тепла из верхней камеры;

3) далее происходит теплообмен и выброс продуктов сгорания в дымоход. Температура газов на выходе составляет около 160°С.

В результате такой конструкции топочный тракт котла получается удлиненным, поэтому для нормальной его работы необходима достаточная тяга в дымоходе. Она может быть естественной или принудительной. Естественная тяга зависит от погодных условий и правильности устройства дымохода. То есть в этом случае появляется зависимость от этих факторов.

Для того чтобы это исключить применяется центробежный вентилятор, задачей которого является создание требуемого постоянного давления для преодоления сопротивления котельного тракта и дымохода.

Предусмотрены датчики температуры и давления воды, которые передают данные на контроллер. Работа его состоит в анализе поступающей информации и управлении работой вентилятора:

  • при достижении теплоносителем заданной температуры он уменьшает его обороты или полностью останавливает. Соответственно уменьшается или полностью временно прекращается количество подаваемого воздуха. При этом выделение тепла в котле снижается;
  • при остывании системы отопления контроллер дает команду на увеличение оборотов вентилятора. При этом увеличивается количество подаваемого в топку воздуха, и тепловыделение возрастает до достижения заданной температуры теплоносителя.

Топливо для пиролизных котлов.

Дрова (древесина) – основное топливо для пиролизных котлов. Достаточно доступный и относительно недорогой по сравнению с другими вилами топлива, материал. Для использования подойдет любая древесина, независимо от породы дерева.

Основное требование перед применением - это влажность (количество влаги в ней). Например, древесина с относительной влажностью 20% будет содержать 800 граммов сухого древесного волокна и 200 граммов воды. Более сухая древесина обладает большей теплотворной способностью (больше произведет тепла), чем влажная. Точно определить влажность дерева в домашних условиях не просто. Это очень гигроскопичный материал, который независимо от породы древесины, быстро меняет этот показатель в зависимости от внешних условий.

По влажности древесина делится на три основные группы:

1) сухая, которой соответствует показатель не более 25% влажности;

2) сырая, с влажностью более 35%;

3) полусухая, показатель которой находится в пределах от 25 до 35% влажности.

У только что срубленных деревьев влажность составляет 50 – 60%. Эту величину можно уменьшать:

  • в условиях естественной сушки древесины под навесом, размещенном на воздухе при хорошем проветривании в течение двух лет. В этих условиях древесина приобретет условно – равновесную степень влажности (около 25%) и станет «воздушно – сухой»;
  • в сухом, отапливаемом и вентилируемом помещении на длительное время для достижения показателя «комнатно – сухой» древесины с влажностью от 7 до 18 %;
  • для дальнейшего понижения влажности дрова следует переместить в сушильную камеру. В этом случае результат может быть достигнут значительно быстрее, вплоть до «абсолютно сухой» влажности с показателем – 0%.
  • Практика показывает, что лучшим вариантом для применения в качестве топлива являются дрова с «комнатно – сухой» степенью влажности. Однако это требует дополнительных финансовых затрат. Оптимальным решением будет применение воздушно – сухой древесины, которая получится при хранении дров в проветриваемом сухом помещении.

    Как правильно выбрать твердотопливный пиролизный котел.

    Правильный выбор любого котла, в том числе и пиролизного, зависит от величины отапливаемой площади (подбирается мощность прибора), а также от его функционального назначения.

    Существуют такие модификации пиролизных котлов:

    1) только для отопления помещений, обустроенных трубной разводкой отопления;

    2) для помещений, где нет трубной разводки отопления, для чего в конструкции котла предусмотрен воздушный теплообменник;

    3) с дополнительным водяным теплообменником для приготовления горячей воды средней температуры нагрева.

    Дорогостоящее оборудование.

    Совершенно логично, что наиболее совершенными являются пиролизные котлы тех стран, где они давно применяются. Из категории дорогих по стоимости это, например, производства Германии – «Buderus» и «Viessmann». Эти агрегаты полностью автоматизированы (в том числе и процесс розжига). Контроллер может управлять не только процессом сжигания топлива, но и сетевыми и циркуляционными насосами, клапанами обвязки котла. Для создания тяги вентилятор располагается на выходе котла в дымоходном пространстве, и работает не как нагнетатель воздуха, а как дымосос. В совокупности с немецким качеством это делает котлы совершенно надежными и эффективными.

    Модели котлов этих производителей имеют такие технические характеристики:

    • коэффициент полезного действия – от 88 до 90 %;
    • мощностные характеристики: 25 – 80 кВт («Viessmann»), 20 – 40 кВт («Buderus»);
    • наибольшая длина загружаемых дров – 0,5 м («Viessmann»), 0,58 м («Buderus»);
    • температура теплоносителя (подача/обратка), – 95°С / 55°С;
    • максимальное рабочее давление – до 3 бар.

    Котлы средней стоимости.

    Здесь можно отметить чешские твердотопливные агрегаты «Viadrus». Выпускаемые модификации, такие, как «Herсules», «Hefaistor» имеют широкую линейку мощностей, значительно меньше по стоимости. При этом их коэффициент полезного действия составляет от 83 до 89%. Конструкцией предусмотрена:

    • автоматическая плавная регулировка мощности с помощью вентилятора;
    • регулирование подачи воздуха для горения осуществляется прямодействующим термомеханическим регулятором тяги.

    Преимущества и недостатки пиролизных котлов, целесообразность их применения.

    Преимущества.

    Доступность, возможность самостоятельной заготовки топлива (дров).

    Автоматическое поддержание заданной температуры.

    В результате особенностей пиролизного горения и практически полного сжигания топлива коэффициент полезного действия котла достигает 90%. При этом образуется минимальное количество золы и сажи. Это сокращает объем работ по чистке, как котла, так и дымохода.

    Меньше расход топлива, чем у твердотопливных котлов «прямого» горения.

    Увеличенный объем загрузочной части топки и сам процесс медленного горения дает возможность закладывать значительное количество дров, что позволяет производить следующую загрузку не ранее, чем через 12 часов.

    При естественной тяге – не требует вентилятора. Однако она должна все время быть достаточно эффективной, иначе показатели котла начинают снижаться

    Экологическая чистота, так как в процессе термохимического дожига выброс вредных веществ в атмосферу минимален.

    Недостатки.

    Высокая стоимость, однако, все преимущества пиролизных котлов позволят вам в среднем за 1, 5 – 2 года окупить затраты на его приобретение.

    Зависимость от электропитания. Эффективность работы котла зависит от силы тяги в дымоходе, если она не достаточна, то котел работает менее эффективно. Для преодоления этого недостатка применяется принудительная тяга, которая создается при помощи центробежного вентилятора. В качестве выхода из положения при временном отсутствии централизованной поставки электроэнергии применяют мобильные электростанции.

    Необходимость в специальном месте для хранения дров. Это должно быть сухое, хорошо проветриваемое помещение, в идеальном случае – отапливаемое, но и без отопления оно также обеспечит требуемый результат.

    Постоянное поддержание требуемого количества дров с необходимой влажностью – не более 35%. Использование более влажного топлива влечет за собой следующие негативные последствия:

    1) снижение теплотворной способности дров и повышенный их расход для достижения требуемой температуры теплоносителя;

    2) повышенное парообразование при сжигании дров, что приводит к образованию агрессивной среды в топке котла и преждевременной коррозии его поверхностей.

    Что в итоге?

    Сопоставив все достоинства и недостатки пиролизных котлов, вы сможете сделать свой выбор, но следует сказать, что этот вид отопительных аппаратов вполне может составить конкуренцию любому виду отопления.

    Автор: Сергей Морозов.

    Внимание! Эта статья защищена законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещено любое копирование без моего разрешения.