Выбираем лучший котел на дровах длительного горения

Принцип работы котла на твердом топливе длительного горения

Представленная установка отличается довольно простым принципом работы. В отличие от обычных твердотопливных котлов с водяным контуром, в которых процесс сжигания топлива происходит снизу вверх, когда поток исходящих горячих газов способствует возгоранию следующих уровней топлива.

В котлах длительного горения сгорание производится сверху вниз, так существенно замедляется горение. Очаг высокой температуры располагается в верхних слоях топлива, разогревая воздух до предела. По мере того, как топливо прогорает, зона пламени спускается ниже.

Результатом такого процесса становится наиболее эффективный режим расхода топлива, после полного сгорания остается самый минимальный объем пепла или золы.

Представленные твердотопливные котлы длительного горения с водяным контуром могут использовать для работы различные материалы:

опилки;
торф;
уголь;
пеллеты;
дрова.

Произведя одну закладку можно рассчитывать на срок от 7-ми до 35-ти часов бесперебойной работы, длительность сгорания находится в прямой зависимости от выбранного режима.

Отличительные особенности

Котел длительного горения с двойным контуром, работающий на твердом топливе — это модернизированная версия классического отопительного оборудования.

В него, помимо прочего, встроен еще и теплообменник, обеспечивающий жилище полноценным горячим водоснабжением.

Конструкция модели с двумя контурами включает в себя следующие элементы:

Корпус — может быть произведен из листовой стали или чугуна. Толщина металла составляет от 4 до 6 мм.
Камера топки. Обычно производится из того же материала, что и корпусная часть прибора.
Решетка колосникового типа. Располагается внутри топочной камеры, материалом служит чугун. Обогащает топливо необходимым для поддержания горения кислородом.
Зольник. Аккумулирует твердые отходы, образующиеся при горении.
Дымоход — удаляет продукты горения за пределы помещения.
«Водяная рубашка». Чаще всего встраивается в корпус котла и заполняется водой, которая получает тепло от стенок, после чего поступает в отопительную систему.
Змеевик дополнительного теплообменника — отличает двухконтурные модели от одноконтурных. Встраивается в водяную рубашку отопительного оборудования для обеспечения горячего водоснабжения дома.

Основной недостаток подобной конструкции — в низкой степени производительности. Поэтому большей популярностью пользуются модели, выполненные из чугуна, поскольку они дольше остывают.

Виды устройств

По способу сжигания топлива котлы длительного горения с двойным контуром можно подразделить на:

Пиролизные. Оборудованы двумя камерами для сгорания. В одной из них присходит процесс тления и выделения газа для пиролиза, в другой — смешивание полученного газа с кислородом и его сжигание. Оборудование данного типа характеризуется высокой экологичностью — вредных веществ в атмосферу выделяется минимальное количество. В процессе сгорания образуется мало сажи. Если котел оборудован автоматикой, возможна будет и регулировка мощности.
С верхней камерой горения. Такие котлы очень просты в обслуживании. Количество автоматики для их стабильной работы нужно минимальное, возможно функционирование в автономном режиме работы без электричества. Есть и недостатки — при работе образуется много золы, есть перечень требований к типам топлива. Например, для растопки не подойдет мелкая щепа или опилки.
Пеллетные. Для растопки такого оборудования используют специальные пеллеты или топливные брикеты в спрессованном виде. Подобные котлы экологичны, экономичны и эффективны, имеют длительный эксплуатационный срок. Один из главных недостатков — высокая цена котла и специальные условия, которые придется поддерживать для хранения топлива. Помещение должно быть сухим, высокая влажность воздуха будет способствовать порче пеллетов.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

высокий уровень экологической безопасности;
повышенные возможности теплоотдачи, который составляют до 90 процентов произведённой тепловой энергии;
оборудование легко монтировать и обслуживать;
для растопки можно применять различные виды твердого топлива, в том числе и недорогие;
устройство возможно использовать как для отопления, так и для горячего водоснабжения;
компактные размеры котла;
нет необходимости в постоянной и частой загрузке сырья для поддержания горения;
оборудование может работать в автономном режиме без постоянного присутствия человека.

Недостатки:

сырье, используемое для растопки в котлов длительного горения, должно соответствовать определенным требованиям качества и влажности;
важно неукоснительное следование правилам техники безопасности на любой стадии работ, будь то транспортировка и хранение горючего, его сжигание, утилизация отходов работы котла;
значительный уровень трудозатрат при загрузке сырья в неавтоматизированных котлах;
высокий уровень стоимости подобного агрегата в сравнении с обычными котлами;
автоматизированное оборудование зависит от постоянного доступа к электросети;
для хранения растопочных материалов нужно иметь достаточную свободную площадь.

Устройство моделей с одним и двумя контурами

Чтобы разобраться в принципе работы котла длительного горения необходимо рассмотреть его устройство. Эти сведения также помогут понять правила эксплуатации агрегата, для выбора наиболее выгодного режима работы.

Одноконтурные

Такие устройства относят к наиболее выгодным вариантам из-за приемлемой стоимости оборудования. Одноконтурный твердотопливный котел с водяным контуром для дома способен обеспечить несколько режимов отопления даже при полном отсутствии водопровода. Общая конструкция состоит из нескольких последовательно расположенных составляющих.

Топка

Другими словами это печь, в которой производят сжигание топлива, по совместительству она служит теплообменником.

Конструкция топки составлена из следующих элементов:

люк (дверца) через который загружают топливо;
зона выхода продуктов сжигания;
колосники;
отделение для сбора просевшей золы;
отверстие для подачи воздуха.

В результате сгорания топлива нагреваются стенки камеры сгорания, а тепловая энергия аккумулируется в опоясывающей рубашке, наброшенной на все стороны топки.

Водяная рубашка

Устройство котла длительного горения предполагает двойные стенки в его корпусе, а образующуюся полость заполняют теплоносителем. Эта модель построения получила определение двойной рубашки. Расчет основан на физических процессах, происходящих в теплоносителе в процессе нагревания.

Тепловые потоки обеспечивают подъем разогретой жидкости в верхнее отделение резервуара, откуда она поступает в систему трубопровода. Схема отопительного контура устроена по замкнутому принципу. Теплоноситель продвигается по кругу, отдавая тепловую энергию через радиаторы, и возвращается к нижнему патрубку водяной рубашки.

Для ускорения процесса обмена некоторые котлы на твердом топливе комплектуются циркуляционными насосами, позволяющими устроить более гибкое расположение отопительного контура.

Однако большая часть устройств рассчитана на применение в условиях отсутствия электросетей, поэтому использует инерционный принцип. Такое устройство намного эффективнее обычного камина, который использовался в подобных случаях.

Система удаления дыма

Сжигание топлива сопровождается обильным выделением дыма, который нуждается в отводе. Для этой цели применяются трубы с теплоизоляцией, которые на выходе из котла попадают через стену на улицу.

Контроль температуры

Для продуктивного сжигания топлива необходимо иметь управляемую подачу воздуха в топку. Причем чем интенсивнее подача, тем выше скорость сгорания. В конструкции котлов длительного горения регулировка подачи воздуха производится при посредстве механических заслонок или шиберов.

Надежность этого устройства обеспечивает простота конструкции, ведь заслонка прочно связана с подвижным регулятором, способным изменять скорость подачи, что выгодно отличает продукцию от самодельных образцов кустарного производства.

Принцип работы регулятора основан на физических свойствах металла. При увеличении температуры нагревания стенки встроенного регулятора имеют способность расширяться, что способствует опусканию заслонки, в результате чего сечение впускного отверстия уменьшается.

Таким образом, ограничивается подача воздуха в топку и затихает процесс сжигания. Если температура, в камере сжигания, опускается ниже установленной отметки, то заслонка поднимается, увеличивая приток воздуха. Импровизированный датчик (шиберная регулировка) работает в автономном режиме, не используя дополнительных источников питания.

Двухконтурные

Двухконтурный твердотопливный отопительный котел длительного горения способен обеспечить, помимо отопления помещения, снабжение горячей водой. Для работы контура горячего водоснабжения необходимо иметь водопровод.

Отличительной чертой указанных агрегатов является простота установки, не требующая специальных навыков. Из-за широкого спектра использования различных видов топлива они составляют основную конкуренцию для газовых котлов и печного отопления.

Два независимых контура устройства способны выполнять поставленные задачи при помощи встроенных датчиков, которые регулируют интенсивность передачи тепла для своих теплообменников. Двухконтурные котлы нередко комплектуются дополнительной емкостью выполняющей функции бойлера.

Здесь подогретая вода собирается и сохраняется в установленном температурном режиме. Контур отопления предусматривает замкнутую систему, в которой вода непрерывно движется по кругу.

Как выбрать дровяной котел с медленным горением

Котлы отопления длительного горения на дровах, предлагаются несколькими отечественными и зарубежными производителями. Конструкция оборудования, как и теплотехнические характеристики, существенно отличаются. При выборе теплогенератора, уделяют внимание следующим параметрам:

Производительность.
Особенности конструкции.
Страна изготовитель.

По перечисленным выше трем параметрам, подбирают подходящую модель котла для бытовых нужд.

Расчет мощности

Правильно подобранный дровяной котел отопления длительного горения, легко справляется с обогревом жилой площади до 400 – 500 м². При выборе учитывают производительность теплогенератора. Расчет мощности выполняют следующим образом:

Высчитывают общую площадь дома.
Делают расчет необходимой мощности котла, используя формулу 1 кВт = 10 м².
Если в конструкции присутствует контур ГВС, к полученному результату добавляют 15-20% запаса.

Приведенные расчеты подходят для зданий со средней степенью теплоизоляции, расположенные в средней широте России и имеющие высоту потолков не более 2,7м. Для помещений со сложной конфигурацией, большим количество оконных и дверных проемов, вычисления проводят с помощью он-лайн калькуляторов.

Конструктивные особенности

Виды котлов длительного горения, принято классифицировать на несколько групп, по следующим критериям:

Количество контуров – одноконтурные котлы для отопления на дровах длительного горения, не имеют встроенного змеевика ГВС. Подогрев бытовой воды осуществляется посредством подключения бойлера косвенного нагрева. Это влечет дополнительные расходы на приобретение емкости и ее дальнейший монтаж. Двухконтурные котлы, одновременно нагревают теплоноситель и воду для бытовых нужд.
Конструкция топочной камеры – в котлах используется вертикальная и горизонтальная загрузочная камера. Вертикальная топка, подходит для котлов длительного горения на сырых дровах. Используется принцип нижнего сжигания топлива. Сырые верхние дрова, подсушиваются, пока горит нижний слой. Подобная конструкция используется в немецких «Висман», отечественных «Хохловых» и аналогах.
Автоматика – работа котлов регулируется посредством ручной или механической заслонки. В автоматических версиях, присутствует система принудительного нагнетания воздуха и удаления продуктов сгорания. Контроллер подключается к комнатным терморегуляторам. Погрешность в нагреве теплоносителя, составляет не более 1-2°С.

Отдельно стоит выделить котлы, имеющие встроенный бойлер накопитель. Модели данного типа имеют один контур отопления, но предназначены для нагрева теплоносителя и ГВС.

Лучшие производители

Подобрать лучший дровяной котел для отопления своего дома, может быть достаточно непросто, особенно, если учесть, что продукцию выпускают Россия, Австрия, Германия, Прибалтика, Чехия и Польша, и представлена она, как минимум, десятком различных производителей. От страны изготовителя зависит стоимость оборудования, его теплотехнические характеристики и надежность.

Благодаря отзывам потребителей, был составлен следующий рейтинг дровяных котлов длительного горения:

Немецкие котлы – оборудование предлагают несколько компаний, среди которых, выгодно выделяются модели Buderus и Viessmann. Продукция полностью автоматизирована, отличается экономичным расходом топлива.
Австрийские котлы – выпускаемые модели, практически идентичны по качеству немецким агрегатам. Отличительной чертой австрийских котлов, является максимальная автоматизация и наличие многоуровневой системы безопасности. Продукцию предлагают концерны Froling, Wirbel и др.
Чешские котлы – наиболее популярными считаются марки ОРОР и ATMOS. Востребованными остаются универсальные станции, работающие как на дровах, так и на других видах топлива. Судя по количеству продаж, особым спросом отечественного потребителя, пользуются котлы с чугунными теплообменниками.
Прибалтийские котлы – российский потребитель смог оценить качество и теплоэффективность латвийских STROPUVA, главным достоинством которых является длительное время работы от одной закладки топлива. В автономном режиме, котел способен проработать больше 2 суток. Конструкция агрегата настолько простая, что местные «умельцы», предлагают схемы устройства для самостоятельной сборки.
Российские котлы – первые модели котлов длительного горения, были не совсем удачными, имели множество недочетов в конструкции. В современных моделях, ошибки были исправлены, что позволило увеличить популярность отопительной техники. На данный момент, продукцию предлагают заводы Теплодар, Буржуй-К, Траян и другие. Низкая цена на дровяные котлы отопления длительного горения, неприхотливость к качеству топлива – все это объясняет высокую популярность продукции отечественных производителей.
Польские котлы – на рынке представлена продукция производителей: SAS, Defro, Wichlacz. Котлы, практически являются аналогами немецких и австрийских компаний, но по более приемлемой стоимости. Популярность моделей несколько ограничивают сложности с поставками комплектующих и несколько выросшая в последнее время цена агрегатов.

Особенности эксплуатации котла на дровах

Большое влияние на производительность и экономичность работы отопительных котлов оказывает продолжительность горения одной закладки топлива.

Как добиться длительного горения дров

Максимальную продолжительность горения котла обеспечивают дрова, соответствующие следующим требованиям:

Влажность древесины не должна превышать 20–25%, высокая влажность неизбежно приведет к отложениям дегтя на внутренней поверхности топки и дымохода;
Длина поленьев зависит от размеров камеры сгорания, оптимальный вариант – использовать заготовки длиной 35–40 см;
Твердость древесины должна быть максимальной, поскольку длительность горения твердых пород заметно больше чем у хвойных и фруктовых деревьев.

Ниже приведена теплотворность наиболее распространенных пород древесины:

Вид древесины	Теплотворность при влажности 20%, кВт/м3	Теплотворность при влажности 50%, кВт/м3
Береза	2720	2375
Сосна	2165	1850
Ель	1905	1665
Осина	2120	1830
Ясень	2915	2545
Ольха	2245	1975

Как видно из таблицы, теплоемкость одного и того же сорта древесины может существенно изменяться в зависимости от влажности поленьев. Кроме этого, на длительность горения оказывает влияние способ укладки дров в топочное отделение котла.

Как правильно загружать дрова

Загрузка поленьев производится в следующей последовательности:

1. Перед основной закладкой прогревают котел и дымоход. Для этого необходимо:

Уложить на дно топки бумагу, лучины, стружку или тонкие ветки.
На полученную постель дрова укладываются таким образом, чтобы между ними оставались щели для свободной циркуляции воздуха. Для качественного прогрева топки и дымохода, как правило, достаточно половины стандартной закладки.
Поджечь бумагу и дождаться начала интенсивного горения, после чего закрыть дверцу, оставив открытой воздушную заслонку.

При запуске дровяного котла длительного горения не желательно использование для ускорения розжига бензина, керосина и других нефтепродуктов.

2. По окончании прогрева следует тщательно вычистить камеру сгорания и ящик для золы.

3. На дно топочной камеры укладываются лучины и хворост, сверху которых рядами располагаются поленья основной закладки. Зазор между дровами должен быть меньше чем при прогреве. Расстояние от верхних дров до потолка камеры котла должно составлять порядка 15–20 см.

От правильности загрузки топочной камеры зависит не только длительность автономной работы, но и расход горючего.

Сколько надо дров на зимний сезон

Однозначно ответить на этот вопрос нельзя, поскольку количество расходуемого топлива в дровяных котлах длительного горения зависит от объема загрузочной камеры, породы дерева, относительной влажности дров и других факторов, однако средние нормы расхода все-таки существуют.

При наличии доступа к интернету, вычислить необходимый объем дров для отопительного сезона не составит труда. Существует масса различных онлайн калькуляторов для таких расчетов. Чтобы точно определить сколько потребуется топлива, достаточно ввести параметры отапливаемой постройки и характеристики используемой древесины.

Для самостоятельного расчета потребуются специальные знания, да и точность таких математических изысканий будет весьма сомнительна.

Как выбрать и на что обратить внимание?

Основные рекомендации:

Мощность. Здесь покупателю следует обратить внимание на технические характеристики понравившейся модели. Производители указывают максимальную мощность, температуру, предполагаемую площадь.
Принцип работы. Главный нюанс — количество контуров. Агрегаты с одним контуром только выдают тепло в комнаты, а с двумя — дополнительно обеспечивают человека горячей водой для бытовых нужд.
Возможности. Приборы оснащаются различными системами для контроля процесса горения и фиксирования необходимой температуры. Некоторые современные модели оснащаются варочными панелями, на которых можно готовить пищу.
Тип топлива и стоимость. Здесь человеку лучше отталкиваться от личных предпочтений и финансовых возможностей. Экономичным считается горючее в виде угля, дровяного сырья.

Что такое пиролиз

Это процесс образования горючего газа и его сжигание в твердотопливных котлах и печах, где при горении дров происходит выделение горячего угарного газа. При условии соединения его с кислородом происходит его сгорание с тепловыделением и образованием углекислого газа.

В современной технике это физическое явление широко распространено. Например, функция очистки духовых шкафов работает на этом принципе. Примерно так же работает барботаж.
Используя это свойство сгорания топлива производители начали экспериментировать с конструкциями, где топливо не сгорало сразу, а тлело при недостатке кислорода, выделяя CO (угарный газ).

Полученный газ предполагалось сжигать в другой камере. В качестве топлива можно использовать обычные колотые дрова или специальные древесноугольные брикеты (Тюменский пиролизный завод).

Помимо пиролизных котлов, работающих на дровах существуют модели, работающие на угле. Некоторые работают на естественной тяге.

Принцип работы пиролизного котла

Чтобы лучше понять преимущество пиролизных котлов нужно подробнее ознакомиться с принципом их работы. Несмотря на классическое определение пиролиза, в котором сказано, что сгорают и отдают тепло только газы, в пиролизных котлах длительного горения с водяным контуром топливо всё же горит в условии недостатка кислорода.

По сути происходит слабое тление с выделением угарного газа. В конце концов образуется два источника нагрева теплоносителя – горящее, хоть и слабо, топливо и горючий газ. Такая схема горения позволяет снизить расход топлива на 40%.

Тление топлива образует древесный газ, который поступает в камеру сжигания, туда же подаётся разогретый воздух. Это приводит к появлению пламени – происходит сгорание с выделением тепла. При этом угарный газ превращается в углекислый и количество вредных веществ меньше, чем в обычных котлах.
Использование пиролизных котлов это приводит к экономии топлива, потому что из одного и того же количества топлива получается большее количество тепла.

Например, для обычного агрегата может понадобиться 10 куб.м. дров на отопительный период, а пиролизному будет достаточно 6 куб.м. И что не менее важно, не придётся часто пополнять топливом.

Пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром производятся в нескольких разновидностях:

энергонезависимые. Характерны естественная тяга и механический способ управления;
энергозависимые. Используется дутьевое оборудование, что способствует более высокой эффективности;
с отличием в расположении камеры дожигания газа. Камера может быть под топкой или над ней.

Вариантов конструктивного исполнения может быть множество, но принципом горения они не отличаются. Существуют, так называемые, шахтные котлы длительного горения, которые работают вне зависимости от вида и качества топлива и являются скорее утилизаторами, чем отопительными пиролизными установками.
Использование энергозависимых котлов удобно тем, что они комплектуются автоматикой для регулирования горения, в зависимости от температуры воды и температуры в помещении.

Длительное горение происходит благодаря двум факторам: низкая интенсивность тления топлива и большой топкой. Всё это и гарантирует малую периодичность подхода к оборудованию.

Конструкция пиролизного котла длительного горения

Пиролизный котёл длительного горения имеет следующее устройство:

Блок управления. Этим устройством выбираются разные режимы и контролируются параметры работы;
Корпус. Выполняется из стали и покрывается жаростойкой краской;
Теплоизоляция. Используют для снижения теплопотерь;
Устройство от закипания. Контролирует температуру теплоносителя и регулирует горение, во избежание закипания, которое может приветси к аварии;
Теплообменник. Металлический трубопровод, заполняющийся теплоносителем, который нагревается в процессе горения топлива, после чего поступает в систему отопления;
Топочная камера. Служит для погрузки в неё твёрдого топлива. После чего происходит розжиг, и прекращается доступ воздуха. Тление происходит при 450˚С;
Камера сгорания. В данной части происходит сгорание древесного газа, при условии подачи воздуха. Температура горения доходит до 1100˚С;
Патрубок подачи теплоносителя в систему отопления;
Колосники. Металлическая решётка, расположенная между камерами загрузки и сгорания;
Подключение к дымоходу;
Вентилятор дымохода;
Клапан первичного воздуха для начала пиролиза;
Клапан вторичного воздуха для сгорания древесного газа;
Патрубок обратного трубопровода.

Плюсы и минусы пиролизного котла

Как и любое оборудование пиролизные установки длительного горения имеют как преимущества, так и недостатки.

К достоинствам можно отнести:

Экономичные. Расход топлива снижается до 40% в зависимости от модификации, условий эксплуатации;
Длительное горение. Это способствует тому, что после закладки пиролизного топлива подходить к котлу понадобится не скоро;
Экологичность. Сгорание топлива происходит почти полное, поэтому вредных веществ практически не выделяется;
Высокая теплоотдача продуктов сгорания. Температура удаляющихся газов заметно ниже, чем в обычных котлах;
Возможно использование автоматических устройств регулировки мощности, за счёт изменения интенсивности тления.

Недостатки пиролизного оборудования следующие:

Высокая стоимость. Дороговизна объясняется удобством и экономичностью;
Зависимость от энергоресурсов. Учитывая наличие автоматики и принудительной вентиляции пиролизные котлы нуждаются в подключении к электросети;
Размеры. Габариты значительно больше, чему у традиционных твердотопливных установок.

Основным недостатком всё же выступает стоимость, а остальные не представляют больших проблем.

Насколько экономичный пиролизный котел

Конструктивные особенности пиролизных котлов обеспечивают ему значительное преимущество перед классическими. Коэффициент полезного действия твердотопливного пиролизного котла длительного горения достигает показателей газового оборудования и составляет около 90%, а КПД классических не превышает 70%.
Чтобы разобраться насколько экономичны твердотопливные пиролизные котлы можно выполнить расчёт и сравнить его с сопоставимым по эффективности видом топлива.

Цена природного газа для населения разная в зависимости от региона, но для упрощения возьмём город Москву. Его цена 4,84 рубля за куб.м. (в остальных регионах, в основном, выше). Стоимость колотых дров на нужды отопления составляет около 1500 рублей за 1 куб.м. Отсюда 1 кг дров стоит 1,5 рубля. В нормативной документации указано, что 1 кг дров способен отдать 3200-3600 ккал. Калорийность газа – 8000 ккал/куб.м. Как было указано КПД отопительных пиролизных и газовых котлов сопоставим, поэтому в расчёте им можно пренебречь.
Проведя простой расчёт можно убедиться, что для получения 8000 ккал потребуется сжечь 2,35 кг дров. Перемножим на удельную стоимость дров: 2,35 кг *1,5 рубля. Получим, что стоимость 8000 ккал при сжигании дров будет равна 3,52 рубля, а при сжигании газа – 4,84 рубля. Использование котла пиролизного горения даёт экономию на топливные затраты почти 30% по сравнению с использованием газового оборудования.

Пиролизные установки хоть и дорогое, но наиболее подходящее оборудование для обогрева парников, теплиц, оранжерей. Этот вид оборудования применяется также на заводах по переработке мусора.

Стоит ли делать своими руками

Если есть необходимые знания, возможности и чертежи, то пиролизный котёл можно изготовить самостоятельно. Среди населения популярна схема пиролизного котла Беляева. Простой эту технологию назвать нельзя, тем не менее она является одной из самых доступных и реализуемых.

Чтобы изготовить пиролизный котёл своими руками по чертежам, нужно:

металлическая труба (Д32,57,159 мм);
профильная труба (20х20, 80х40, 60х30 мм);
лист металлический;
шамотный кирпич;
насос подачи воздуха;
датчик температуры.

Помимо этого понадобится инструмент, аппарат для сварки. Нужен будет помощник. Сперва изготавливаются листовые части установки, отрезаемые точным инструментом, а затем, следуя пошаговой инструкции, выполняется остальная работа по сборке самодельного котла.

Газогенераторные котлы

Газогенераторные или пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром – это котлы, которые сами генерируют горючие газы из того топлива, которое в них помещается. Водяной контур – это одновременно часть отопительной системы и системы безопасности котла.

Пиролиз как физико-химический процесс

Горение – сложный процесс, в результате которого образуется много сажи и газов. 30% от всего объема выделяемых веществ составляет углекислый газ, остальное – это угарный газ, оксид азота, метиловый спирт, фуран, уксусная кислота, бензол, ацетон и огромное количество других летучих веществ. Все, кроме СО2, можно доокислить, то есть сжечь снова, получив при этом еще некоторое количество тепловой энергии.

Процесс пиролиза

Пиролиз – это двухступенчатый процесс, при котором сначала стимулируют выработку топливных газов, а затем их сжигают. Для этого твердое топливо поджигают и дают ему заняться, затем сокращают доступ кислорода, стимулируя тление. Тление дров протекает при температуре 200 – 800 градусов, уголь и углеводородные материалы тлеют при температурах до 1300 – 1500 градусов. При этом активно выделяются газы, которые при атмосферных условиях мало активны или инертны.

Отведение газов

В камере горения внутри котла температуры чрезвычайно высоки, эти газы вступают в реакцию с поступающим извне кислородом. Атмосферный воздух сначала проходит по специальным воздуховодам, прогревается до описанных выше температур и лишь после этого его смешивают с топливными газами. Происходит интенсивное дожигание газовой смеси. Внешне это выглядит как горение природного газа, подаваемого под большим давлением, образуется мощный устойчивый факел. Выделяемое тепло составляет от 4 до 10% от всего тепла, производимого котлом.

Процесс пиролиза в котлах Буржуй-К

Виды газогенераторных котлов

Принцип работы всех газогенераторных котлов одинаков, однако существуют разные варианты конструкции:

Котел с водяной рубашкой – корпус его состоит из двух слоев металла, между которыми течет вода.
Котлы с змеевиками – устройства с неэффективной системой теплообмена, выпускаются приборы малой мощности.
Энергозависимые и энергонезависимые котлы. Процесс пиролиза возможен только с принудительной циркуляцией. Энергонезависимые газогенераторные котлы – это миф, без электричества это устройство может работать только в режиме обычного твердотопливного котла.

Котел, изготовленный своими руками

Преимущества и недостатки

Принцип пиролиза, который частично реализуется в бытовых газогенераторных котлах, используется в промышленности для утилизации различных отходов. Сжигание и многократное доокисление продуктов распада – это способ снизить количество вредных выбросов в атмосферу. После того, как в газогенераторной установке или в бытовом котле прогорает топливо и газы, в атмосферу выбрасывается только углекислый газ и водяной пар.

Белый дым – признак полного сгорания топлива

Польза для экологии от таких котлов очевидна, однако с точки зрения эффективности и удобства они серьезно уступают например, котлам длительного горения. Разогнать котел до таких параметров, при которых возможен пиролиз, непросто. Для этого нужна высокая температура и некоторое время. Пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром останавливается при следующих условиях:

падение температуры воды в обратке;
отключение электропитания;
топливо ненадлежащего качества.

Схема подключения котла в систему отопления

Процесс пиролиза нужно прекратить немедленно, как только остановился циркуляционный насос в системе отопления. Без охлаждения котел просто взорвется. Для остановки процесса нужно открыть шибер, обеспечив естественную тягу и отвод горючих газов. Поддувало должно быть открыто на минимум. После того, как температура упала, следует затушить котел. Если объем отопительной системы не велик и возможна естественная циркуляция, котел может продолжать работать при 50% загрузки при открытом шибере.

Пламя в котле, который разогнался до рабочего режима

Условия эксплуатации

Пиролизные котлы способны работать в строго определенном диапазоне температур. Система этого устройства является замкнутой, поэтому должна быть точно настроена. Очевидно, что не возможно постоянно контролировать качество топлива, его влажность, и замерять массу дров в момент загрузки. Всегда существует опасность перекала или наоборот, недостаточной температуры.

Первая проблема может быть устранена при помощи водяного контура. Корпус котла выступает в качестве теплообменника: его стенки двойные, между ними циркулирует вода. Иногда к одной из стенок котла добавляют дополнительный змеевик, который служит аварийной системой охлаждения и одновременно контуром ГВС.

Змеевик для дополнительного охлаждения

Если температура ниже рабочей, процесс пиролиза прекращается или не запускается вовсе. Котел при этом функционирует в режиме обычного твердотопливного устройства. По этой причине температура обратки должна быть не ниже 60 градусов Цельсия, а при температуре 40 градусов пиролиз прекращается во всех типах котлов. По этой причине в системе отопления монтируется дополнительная перемычка — байпас, который служит малым контуром и дает котлу войти в режим пиролиза.

Блок управления пиролизным котлом

Необходимо устанавливать датчики температуры чтобы контролировать процесс, но открывать и закрывать краны на байпас придется вручную. Пиролизные котлы это вообще котлы с ручным управлением. Согласно паспорту устройства, в нем можно использовать дрова, брикеты и пеллеты. В реальных условиях к дровам добавляются энергоемкие виды топлива, например уголь. Существует практика сжигания бытового мусора, однако он содержит резину и другие полимеры, что чревато неприятными последствиями.

Важно! Сжигание угля, резины и других энергоемких видов топлива в котлах малой и средней мощности (до 40 кВт) запрещено! Малый размер камеры, недостаточная мощность вентилятора, малый объем теплоносителя приведут к перегреву и разрушению котла, которое сопровождается взрывом и пожаром! В котлах большой мощности нужно строго соблюдать пропорции: энергоемкое топливо не должно составлять более 20% от общей массы загрузки.

Как работает котел

Пиролизные или газогенераторные котлы длительного горения с водяным контуром представляют собой камеру, снабженную специальными перегородками и воздуховодами. Особая конструкция поддувала позволяет регулировать количество подаваемого кислорода. В верхней части котла, где происходит дожигание, расположены форсунки, которые разделяют газ на мелкие потоки для того, чтобы снизить интенсивность горения. Колосник расположен выше, чем обычно, он устанавливается таким образом, чтобы расстояние до дна было не менее ¼ от общей высоты котла. Это нужно для того, чтобы обеспечить достаточное пространство для отвода газов.

Схема котла с водяным контуром

Свежий воздух, необходимый для доокисления, подается снизу, проходит по специальному воздуховоду наверх к зоне горения газов, при этом разогревается до рабочей температуры. В верхней части котла расположены специальные трубки с отверстиями, которые помогают распределять газы равномерно.

Всю циркуляцию внутри котла обеспечивает электрическая турбина. Без нее в условиях недостатка кислорода горение и доокисление невозможны. При отключении электричества необходимо открывать шибер для обеспечения естественной тяги, при этом котел продолжает работать в режиме обычной твердотопливной установки.

После сгорания образуется чистая зола без примесей

Классификация агрегатов: на что обратить внимание при выборе

Выбор котла долгого горения зависит от нескольких факторов. Принимается во внимание вес оборудования, но только если планируется размещение устройства на стене. Основное же внимание обращают на основные параметры. Чтобы с ними определиться, рассмотрим классификацию агрегатов.

Разница между обычным и пиролизным котлом видна сразу

Способ сжигания топлива: какой лучше

Различают два вида устройств – энергозависимый и энергонезависимый. Рассмотрим их отличия, плюсы и минусы.

Традиционный энергозависимый котел по виду сравним с обычной печкой, у которой имеется окошко в верхней части. В него и загружается топливо. Дрова или уголь внутри тлеют, открытого пламени нет, но выделения этого тепла достаточно. При этом периодически включается специальный вентилятор, удаляющий излишки кислорода из топки. За счет отсутствия открытого пламени достигается экономия горючего и увеличивается промежуток времени между его закладками.

Такой агрегат оборудован камерой дожига, обеспечивающей повышение КПД до 80÷85%. Эти устройства надежны и долговечны благодаря простоте конструкции, но имеют недостаток – энергозависимость. При отключении электроэнергии вентилятор перестает включаться и тления не происходит. Выходом станет приобретение ИБП (источника бесперебойного питания).

Энергозависимый твердотопливный котел длительного горения требует подключения к электросети

Что такое пиролизный твердотопливный котел

Пиролизными называют энергонезависимые устройства. Отличием от предыдущего варианта является то, что топливо сначала подсушивается, после чего происходит дегазация. В результате более 80% веществ преобразуется в газ, температура горения которого в 2 раза выше, чем у дров. Чтобы понять принцип работы, предлагаем посмотреть короткий видеоролик:

Преимущества – КПД (до 95%), экономичность и автономность (отключения электроэнергии становятся не страшны).

Какой тип топлива выбрать

Важный параметр для экономии семейного бюджета – это вид топлива, которое будет использовать агрегат. Выбор здесь будет зависеть от того, что выгоднее приобрести в том или ином регионе. Если человек проживает там, где много леса, естественно он выберет котел на дровах. Но стоит отметить, что котлы длительного горения на угле требуют закладки реже, чем дровяные.

Количество контуров: насколько важен этот параметр

Выбор по этому параметру зависит от наличия горячего водоснабжения в доме. Двухконтурные устройства стоят дороже, но дают возможность помимо отопления организовать ГВС в жилище. Если в доме нет горячей воды этот фактор имеет решающее значение, особенно если в доме живут маленькие дети.

Двухконтурное устройство позволит устроить горячее водоснабжение в доме

Важно! Дополнительный контур дает возможность бесперебойного горячего водоснабжения только при наличии холодного. Если в доме нет водопровода, смысла от переплаты не будет.

Выбор устройства для отопления по мощности

Мощность агрегата определяет возможность обогреть заданную площадь помещения. Ничего сложного. Приобретаем подороже и проблем нет. Но возникает вопрос, зачем переплачивать за ненужную мощность? Да и топлива на такое оборудование уходит больше. Обратная сторона медали – недостаточная мощность. В этом случае оборудование не прогреет помещение до комфортной температуры – и снова деньги, выброшенные на ветер.

Мощные агрегаты позволят обогреть большие площади

Чтобы не ошибиться с мощностью котла на твердом топливе, предлагаем воспользоваться онлайн-калькулятором. Он исключит ошибку в вычислениях, которую может допустить человек. Все что требуется от пользователя, это внести данные в соответствующие поля и нажать кнопку «рассчитать». Программа выведет необходимый параметр оборудования в кВт.

Коэффициент полезного действия твердотопливных котлов длительного горения

КПД – это важнейший параметр, на который обращают внимание. От него зависит, насколько хорошо будет отапливаться помещение, и какое количество дров или угля придется закупать на зимний период. Чем выше этот показатель, тем большую экономию семейного бюджета получит хозяин. Но и стоимость оборудования с высоким коэффициентом полезного действия выше.

Некоторые модели котлов работают на любом топливе

Полезно знать! Переплачивая средства при покупке оборудования с высоким КПД, Вы сэкономите деньги впоследствии. Топлива за зиму уйдет меньше при той же температуре в жилище.

Насколько важен объем загрузочной камеры

Загрузочная камера должна быть как можно больше. От этого зависит, насколько часто придется закладывать топливо. Модели с небольшими камерами работают на одной загрузке 8÷24 часа, но есть такие, которые не требуют топлива 5÷8 суток. Но и здесь многое зависит от типа топлива. Самыми неприхотливыми в этом смысле являются угольные устройства.

От величины загрузочной камеры зависит частота обслуживания

Важно! Твердотопливные котлы долгого горения требуют при установке отдельного помещения, а значит, и объем загрузочной камеры будет зависеть от площади топочной. Приобретая агрегат с большой загрузкой, следует рассчитывать, поместится ли он в помещении для него предназначенном.

Также многих пользователей таких котлов будет интересовать вопрос, сколько же топлива будет «съедать» выбранное оборудование. Для этого также предлагаем воспользоваться специальным калькулятором.

Основные преимущества газогенератора

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

При сгорании газовых соединений сажа не образуется, а золы получается совсем мало, поэтому чистить такой прибор можно гораздо реже.
Газогенератор поддерживает нужную температуру существенно дольше, чем обычные агрегаты для сгорания древесины.
У котла с функцией пиролиза КПД значительно выше, чем у традиционных твердотопливных устройств.
Топка газогенераторного изделия сконструирована так, что дрова в загрузочную камеру достаточно поместить всего единожды, чтобы хватило обогрева жилья в течение суток.
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.
Мощность газогенератора можно регулировать в достаточно широком диапазоне (от 25% до 100%).
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.

Как собрать своими руками пиролизный агрегат?

Твердотопливный пиролизный котел – это современный и высокоэффективный прибор для отопления, но его стоимость значимо «кусается». Самый простой агрегат стоит около 1 200$, а цена импортного оборудования существенно выше.

Если таких денег нет, а пиролизный котел очень хочется, то можно заказать его изготовление у специалистов, что позволит сэкономить крупную сумму. Также можно сделать газогенератор своими руками, обойдется это не бесплатно, конечно, и не так просто, но тоже относительно дешево.

Перед самостоятельным изготовлением пиролизного котла, нужно внимательно изучить схему и чертеж пиролизного котла, закупить необходимые материалы, запастить нужными инструментами и оборудованием, а также терпением и усердием. Важно четко следовать чертежам.

Распространенная схема пиролизного котла на 40кВт:

Расшифровка чертежа: А – контролер котлового контура; B – дверца загрузки; C – дверца зольника; D – дымосос; E – муфта для датчика термического предохранителя (R ½); F – патрубок аварийной системы (предохранительный клапан монтируется в подающей магистрали при помощи тройника – есть в сборке с группой безопасности); G – подающая магистраль котлового контура; H – подвод охлажденной воды защитного теплообменника, R ¾; K – подача горячей воды защитного теплообменника, R ¾; L – обратная магистраль котлового контура; M – расширительный бак и патрубок опорожнения.

Внимание! Конструкцию газогенератора можно менять, однако внутренний объем должен оставаться неизменным!

Перечень инструментов и материалов

Чтобы сделать пиролизный котел своими руками, потребуются такой набор инструментов:

сварочный аппарат;
электродрель и набор сверл по металлу;
болгарка;
углошлифовальная машинка;
плазморез или газовый резак;
слесарные инструменты (напильник, молоток, зубила, струбницы).

Список материалов:

Листовая сталь (5 мм) – для изготовления камеры сжигания и газифицирующей камеры.
Листовая сталь (4 мм) – для внешней обшивки. Общий метраж стальных листов – 8-10 кв.м.
Труба для теплообменников: длина – около 10 м, диаметр – 57 мм, толщина стенки – 4,5 мм.
Труба для борова: длина – 0,5 м, диаметр – 159 мм, толщина стенки – 4,5 мм.
Огнеупорный шамотный кирпич – 20-25 шт.
Профильная труба 60×30х2 и 80×40х2 по 2 метра.
Труба длиною 2 м, диаметром 32 мм, толщиною стенки – 4,5 мм.
Стальная полоса 30×4 мм- 2 м.
Круги отрезные 230 мм, 125 мм – по 10 шт.
Электроды – 5 пачек.
Шлифовальные круги 125 мм – 5 шт.
Центробежный дутьевой вентилятор.
Датчик температуры.

Пошаговое изготовление пиролизного газогенератора

Основные этапы сборки агрегата своими руками:

Листы металла лучше сразу порезать на металлобазе. Так разрез получится ровным.
При помощи сварочного аппарата сварите камеры сжигания и газифицирования.
После создания каркаса камер приварите воздуховоды и заднюю стенку в отсеке газификации. Под дымоходный канал прорежьте отверстие в задней стенке.
Введите трубу подачи вторичного воздуха в камеру сжигания. Труба связывается с фасадом котла с помощью профильной трубы размером 20×20 мм.
Сборка теплообменника. Газовым резаком выжгите на заготовленной пластине отверстия диаметром 57 см под трубы.
Нарежьте трубы теплообменника, насадите на опорные пластины и прихватите в нескольких местах сваркой. Проверьте размеры и окончательно обварите стыки.
Теплообменник приварите к котлу. Изготовьте и установите дроссельную заслонку дымохода.
В передней стене камеры котла сделайте отверстия для труб подачи первичного/вторичного воздуха. Переднюю стенку установите на место.
Боров и заднюю крышку приварите в месте дроссельной заслонки. Затем зачистите все швы шлифовальным диском. Внутренний короб котла собран.
Для крепления внешней обшивки наварите на корпус котла отрезки уголка №25.
На раскроенном листе обшивки сделайте сквозные отверстия для крепления к корпусу котла.
Сопоставьте отверстия с уголками и приварите таком образом, чтоб обшивка прочно скрепилась с основанием. Обшейте все стороны устройства, кроме верхней крышки. Стыки проварите и зачистите.
Проверьте герметичности швов. Заглушите все отверстия (вход/выход/слив теплоносителя) и через верхнюю крышку наполните котел водой. Место протечки пометьте мелом.
Заслонки отрегулируйте резьбовыми шпильками. Воздушные отверстия прикройте общим кожухом.
Сделайте и повесьте дверцы камер котла. Дверцы должны быть отделаны чугунными пластинами или шамотным кирпичом.
Из распиленного кирпича сделайте футеровку для нижней части камеры газификации.
На профильную трубу воздуховода приварите фланец, закрепите центробежный вентилятор.
Поместите турбулизаторы в каналы газохода теплообменника, чтобы улучшить теплопередачу. Прикрепите зввихрители к коромыслу.
Проверьте герметичность котла и настройте давление в 4 бар. Для этого котел наполните водой и подключите к нему опрессировщик.
На трубу подачи в отопительной системе установите группу безопасности котла (манометр, автоматический воздухоотводчик и аварийный клапан).

Пиролизный прибор отопления лучше оборудовать автоматикой с термодатчиками, которые будут отслеживать работу котла, осуществлять его остановку/запуск.

Как ввести котел в эксплуатацию?

Перед запуском твердотопливного агрегата на пиролизе его необходимо присоединить к дымоотводу и заполнить водой. При этом на газогенераторе обязательно должен быть установлен термостат для отслеживания температуры теплоносителя.

Ввод пиролизной системы с водяным контуром в эксплуатацию происходит по следующей последовательной схеме:

Подсоединение вентилятора к электропитанию и проверка его работоспособности.
Выставление воздушных заслонок в среднее положение.
Поместить бумагу в камеру газификации, сверху поместить несколько сухих дровишек. Закрыть дверцу камеры газификации.
Открыть дроссельную заслонку дымохода, включить устройство принудительной вентиляции и поджечь бумагу.
Когда топливо хорошо разгорится, закрыть заслонку дымохода.
Контролировать зажигание факела сгорания газа через нижнюю камеру сжигания.
Интенсивность/цвет пламени регулируются перемещением заслонок. При правильной настройке котла пламя желто-белого цвета.
Засечь, через какое время теплоноситель в котле закипит. Когда будет достигнута температура +100°С, вентилятор отключить. Факел погаснет, а теплоноситель начнет постепенно остывать.

Соблюдение правил техники безопасности

При монтаже пирозлизного газогенератора, необходимо строго соблюдать требования пожарной безопасности:

Устанавливать оборудование можно только в отдельном нежилом помещении.
Отопительный агрегат необходимо поставить на бетонное или кирпичное основание с ровной поверхностью.
Габариты вентиляционного отверстия в сооружении должны быть не менее 100 кв.см.
Котел устанавливать на расстоянии от стен минимум 25 см.
Перед прибором на пол нужно постелить лист металла толщиной около 3 мм.
Дымоход обязательно нужно изолировать утеплителем.

Это простые, но очень важные правила техники безопасности, которым нужно строго следовать, чтобы избежать неприятных и даже опасных ситуаций.

Таким образом, мы выяснили, что пиролизный котел длительного горения – это очень эффективное оборудование для отопления помещений, однако его стоимость не каждому по карману. Подходить к решению изготовления газогенератора своими руками нужно трезво и взвешенно. При сборке и вводе конструкции в эксплуатацию строго следуйте чертежам и правилам.

[spoiler title=”Источники”]

https://kotle.ru/tverdotoplivnye/kotel-s-vodyanym-konturom
https://expert-dacha.pro/otoplenie/kotly-ot/tverdotoplivnye-kotly/dlitelnogo-goreniya.html
https://AvtonomnoeTeplo.ru/otopitelnye_kotly/114-kotly-na-drovah-dlitelnogo-goreniya.html
https://masterok-remonta.ru/otoplenie-i-ventilyatsiya/kotly-dlitelnogo-goreniya-na-drovakh-dlya-doma.html
https://expert-dacha.pro/otoplenie/kotly-ot/tverdotoplivnye-kotly/s-vodyanym-konturom.html
https://kotle.ru/tverdotoplivnye/piroliznyj-kotel
https://HomeMyHome.ru/piroliznye-kotly-dlitelnogo-goreniya-s-vodyanym-konturom.html
https://HouseChief.ru/tverdotoplivnye-kotly-dlitelnogo-goreniya-s-vodyanym-konturom.html
https://SantehnikPortal.ru/otoplenie/piroliznyj-kotel.html

[/spoiler]