Среди твердотопливных отопительных приборов особое место занимает пиролизный котел. О чудодейственных свойствах этих теплогенераторов придумано немало сказок. Мы хотим развенчать мифы и объективно представить твердотопливные газификационные котлы в обычном свете как эффективные источники тепла со своими достоинствами и недостатками. Для начала поясним, что такое пиролиз.
Кратко о пиролизном горении
Процесс пиролиза — это медленное разложение углеродсодержащего топлива, которое происходит при высоких температурах в отсутствие кислорода. На выходе получается горючий газ или жидкое топливо, в зависимости от сырья и условий химической реакции.
Пиролизные отопительные котлы вырабатывают и сжигают газ, отсюда и второе название — газогенератор или газификация. Исходным материалом является сухая древесина, уголь или топливные брикеты.
Схема газогенератора, производящего топливо для двигателя внутреннего сгорания
Ссылка. В процессе пиролиза для сжигания используется большое количество твердых топлив, содержащих углеводородные соединения. Примеры включают производство жидкого топлива из старых автомобильных шин или сжигание отходов в промышленных газовых печах.
Как работает пиролиз древесины?
- Определенное количество измельченной древесины или опилок загружается в закрытую емкость (реактор).
- Металлический контейнер снаружи нагревается до температуры 500 … 900 ° C, и через фурмы (продувочные отверстия) направляется ограниченное количество воздуха.
- Древесина тлеет и разлагается на компоненты — водород, метан, окись углерода, водяной пар, двуокись углерода. После завершения реакции на дне остается немного золы.
- Полученная газовая смесь охлаждается, очищается и перекачивается в баллон для дальнейшего использования.
Перед подачей в газогенератор древесину необходимо просушить. В противном случае тепловая энергия используется для испарения воды, реакция пиролиза замедляется и в итоге мы получаем много водяного пара.
Следует отметить, что любой процесс сгорания твердого топлива сопровождается выделением древесного газа даже в случае пожара (см. Фото). Более подробно пиролиз описан в другой нашей публикации.
2 типа газогенераторных котлов
Принцип работы обоих агрегатов одинаковый, но горение организовано по-разному. В каждом пиролизном котле по 2 камеры:
- Камера сгорания, в которой происходит горение, разложение древесины с выделением горючих газов;
- Вторичная камера, в которой сжигаются выхлопные газы, выделяя дополнительное тепло.
Принцип работы пиролизного котла основан на раздельном сжигании топлива. Древесина горит, выделяя тепло и нагревая верхние слои, выделяя окись углерода и водород. Смесь поступает во вторичную камеру сгорания и сжигается за счет отдельной подачи воздуха.
Для лучшего описания дровяных и угольных теплогенераторов мы решили воспользоваться классификацией известной чешской компании Atmos, которая уже более 10 лет производит двухкамерные отопительные приборы. Таким образом, котлы делятся на 2 группы:
- Обычные пиролизные. Здесь организована раздельная подача воздуха за счет естественной тяги дымохода.
- Газифицирующие модели с принудительным обдувом вентилятором (или дымоходом), снабженные автоматическим управлением.
Рассмотрим каждую разновидность отдельно на примере котлов «Атмос».
Принцип работы пиролизного агрегата
Для описания возьмем маломощную модель Atmos DC15E с максимальной мощностью 15 кВт. Пиролизный котел изнутри выглядит так (см. Рисунок):
-
Сферические корпуса обеих камер сварены из стали толщиной 6-8 мм, верхняя камера — топливный бак, нижняя — камера сгорания;
- изнутри стены защищены огнеупорным керамическим покрытием (облицовкой);
- Газовый канал ведет от верхней топки к нижней камере сгорания, размер которой ограничен соплом керамического сопла;
- В форсунку встроена подвижная решетка;
- Сзади подключены отдельные воздуховоды к камерам, поток воздуха регулируется механическим термостатом (цепной регулятор тяги) и ручным дросселем;
- Внутренний кожух окружен металлической водяной рубашкой толщиной 3 мм, облицованной теплоизоляцией, и внешней оболочкой;
- В случае перегрева внутри кожуха устанавливается змеевик аварийного охлаждения котла с выводами разъемов на верхнюю панель;
- На задней стенке есть разъемы для подключения системы отопления и дымохода;
- Вторая камера сгорания выполняет роль зольника, в котором находится защитный керамический элемент, показанный на фото ниже.
Слева на фото: топливный бак с форсункой, справа — вторичная камера сгорания.
Внимание. Конструкция пиролитических теплогенераторов других европейских производителей (например, Buderus, Viessmann) практически не отличается от конструкции Atmos, хотя последние явно дешевле.
Схема работы твердотопливного котла DC15E следующая. Крупные поленья кладут в печь и разжигают, первичный воздух проходит через заслонку в задней стенке. Дальнейшие процессы:
- Дрова сжигают в режиме интенсивного или среднего горения. Начинается реакция пиролиза, дым и выхлопные газы поступают в нижнюю камеру и обходят сопло.
- Часть выделяемого тепла используется для поддержания процесса пиролиза, другая часть передается теплоносителю.
- Подача вторичного воздуха заставляет дымовой газ выгорать в нижней камере, выделяя тепло, которое передается стенкам водяной рубашки.
- Естественная тяга втягивает продукты горения в дымоход.
- После сгорания топлива включается термостат котла и выключается циркуляционный насос отопления.
Подключение контура аварийного охлаждения к водопроводу через термопереключатель.
При полной работе температура в камере сгорания достигает 800 градусов, прибор достигает максимального КПД 83% (заявлен производителем). Если «протолкнуть» воздух дросселем и перевести котел в режим длительного горения, КПД упадет до 71%.
Причина этого — уменьшение количества тепла от прямого горения древесины, понижение температуры и более медленный пиролиз. Внешний вид и конструкция радиатора представлены на видео:
Описание газифицирующих теплогенераторов
В целом конструкция этих котлов аналогична пиролизным теплогенераторам, но есть существенные отличия:
- Первичный и вторичный воздух выдувается вентилятором, обычно через вытяжной шкаф;
- воздух попадает в топливо с боковых стенок;
- температура теплоносителя контролируется блоком автоматики;
- Керамическое сопло и перегородка вторичной камеры были переработаны;
- В задней части установлен теплообменник дымовой трубы;
- КПД котла 81 … 87%, максимальная температура пламени 1250 ° С (по данным производителя «Атмос»).
Устройство газификационного котла в разрезе. Воздух для горения подается через дымосос через отверстия в боковых стенках камеры сгорания (не показаны).
Принцип работы ТЭНа такой же — верхняя камера служит емкостью для дров и газогенератором, горение происходит в нижней камере. Благодаря большому потоку воздуха в камере сгорания в камере сгорания создается пламя, повышается температура, и дрова и уголь горят лучше.
Газовые котлы разных марок могут отличаться деталями — формой камеры сгорания, способом распределения воздуха в камерах, конфигурацией форсунок. В недорогих моделях вместо фасонной керамики может быть облицовка кирпичом, отсутствует контур водяного охлаждения и металл толщиной 4-5 мм.
Правила эксплуатации
Для получения хорошей тепловой отдачи от газового отопительного прибора при минимальном расходе топлива производители рекомендуют следующие правила:
- Используйте только сухую древесину, допустимая влажность 12 … 20%;
- Трехходовой смесительный клапан или Laddomat-21 all-in-one обязателен для поддержания температуры обратки 65 ° C во время монтажа котла и трубопроводов;
- Рабочая температура приточной воды 80 … 90 ° С;
- Теплогенератор должен работать с мощностью, близкой к максимальной, а устройство нельзя эксплуатировать длительное время с низким КПД (менее 50%);
- Рекомендуется использовать большие поленья, а не круглые палки;
- Вместе с пиролизными котлами настоятельно рекомендуется использовать буферную емкость, которая будет аккумулировать избыточную тепловую энергию;
- Требуемая минимальная емкость теплового аккумулятора — 25 литров на каждый киловатт тепловой мощности.
Объяснение. Если температура теплоносителя в баке котла ниже 65 градусов, в форкамере в процессе газификации топлива будут образовываться конденсат и смола. Более подробную информацию о правильном подключении трубопроводов можно найти в отдельной инструкции по подключению котлов THB.
Подачу теплоносителя в котел необходимо регулировать с помощью трехходового клапана. За буферной емкостью установлена смесительная станция для понижения температуры воды.
Использование буферной емкости обусловлено эффективным режимом работы котла — интенсивное горение с выходной температурой 80 … 90 градусов. Именно в этих условиях достигается высокий КПД 86-87%. «Задушить» теплогенератор по воздуху нельзя, полнота сгорания упадет до 40-50%, как в импровизированной печи-буржуйке.
Реальные преимущества пиролизных отопителей
Перечислим заявленные продавцами преимущества газификационных котлов, а потом отсеиваем очевидную чушь:
- Источники тепла пиролиза — полноценные газогенераторы, выделяющие горючий синтез-газ;
- Благодаря высокому КПД устройства очень экономичны и экологичны;
- котлы полностью сжигают уголь и дрова, практически без остатка;
- время горения — более 10 часов (самое скромное — 8 часов).
Внимание. Рекламщики и не очень добросовестные производители всегда сравнивают газогенераторы с обычными котлами прямого горения, «забывая» о не менее эффективных пеллетных обогревателях. Но даже такое сравнение не очень победоносное.
Первое утверждение слишком смелое. Напомним: интенсивный пиролиз начинается с высокой температуры и недостатка кислорода, а что происходит в котле? Вентилятор вдувает в печь лишний воздух, тления нет. Конечно, выделяется синтез-газ, но есть еще и непосредственное сгорание топлива.
Слева показано распространение пламени в камере дожигания во время работы котла, а с правой стороны — распространение пламени в трубе теплообменника (вид сверху).
Давайте посмотрим на некоторые другие преимущества:
- Заявление об экономической и экологической эффективности — не сказка. Благодаря высокому КПД котел более эффективно расходует топливную энергию и производит менее токсичные выбросы оксида азота и оксида углерода. При условии 1: полностью соблюдаются рекомендации по режиму работы и влажности древесины.
- Причина более полного сгорания — сухая древесина и принудительная подача воздуха. Если мы поместим брикеты из опилок или сухую древесину акации в традиционный турбинный котел, остаток золы также будет равен нулю. Большая часть легкой золы просто выдувается вентилятором в дымоход. Так что этот факт не является преимуществом.
- Время горения зависит от 2 факторов: КПД и мощность камеры сгорания. Котлы на твердом топливе проигрывают пиролизным котлам по КПД на 10%, это незначительное увеличение времени горения. Основным фактором является объем камеры сгорания, если он достигает 80 литров и более, дрова сгорают за 6-8 часов.
Ссылка. Чешский производитель Atmos описывает преимущества своих теплогенераторов следующим образом (буквально): большой топливный бак — долгое время горения. Отсюда вывод: утверждение о долгом сроке службы верно, но причина в другом — объем камеры сгорания, а не факт образования древесного газа.
Также много говорят об экономном режиме тления, которого просто нет в пиролизных устройствах. В мануале «Atmos DC15E» написано так — уменьшение интенсивности пламени приводит к снижению КПД и увеличению расхода топлива.
Новейший пиролизный теплогенератор Atmos на выставке Aquatherm 2019
Существенные минусы котлов
Если вы посетите любой интернет-магазин с отопительной техникой и спросите, сколько стоят пиролизные теплогенераторы, вы сразу увидите их главный недостаток. Не самый дорогой российский котел «Суворов М» К-20 (20 кВт) будет стоить 1320 долларов, а аналогичный на ATMOS DC 20 GS — 2950 долларов. Для сравнения: недешевый традиционный радиатор Buderus Logano S131-22 H стоит 1010 злотых.
Перечислим еще несколько недостатков газификации источников тепла:
- 2 камеры, кирпичная или керамическая облицовка и водяная рубашка в нижней части корпуса — все эти конструктивные решения существенно увеличивают вес и габариты устройств;
- высокие требования к качеству топлива;
- Для отопления частных домов редко используется теплоноситель с температурой 80 ° С, а это означает необходимость дорогостоящего теплового аккумулятора + элементы трубопровода;
- Детали с керамической футеровкой не служат вечно — из-за перегрева форсунка может сломаться, и ее придется заменить.
Надо сказать, что пиролизные котлы привлекают домашних мастеров. Но сделать такой агрегат своими руками непросто, требует опыта и вложений в закупку материалов. Изготовить обогреватель бесплатно невозможно. Сварить обычный или шахтный котел намного проще.
Внимание. Судя по отзывам владельцев котлов на тематических форумах, сырье еще можно использовать. Алгоритм работы следующий: устройство отапливают сухими поленьями, а затем добавляют влажные дрова. Но доля такого топлива не должна превышать 30%, иначе будет сажа и сажа. Смотрите мнение эксперта на видео:
Выводы и рекомендации по выбору
Выбирать пиролизный котел из всех существующих котлов имеет смысл:
- вы готовы платить за оперативность и защиту окружающей среды;
- Ваш бюджет позволяет приобрести обогреватель и теплоаккумулятор необходимого объема;
- в котельной достаточно места для приборов;
- можно заготовить качественные дрова, купить брикеты или сухую распиленную древесину.
Модель теплогенератора выбирается в зависимости от его эффективности и функциональности. Чтобы узнать, как правильно выбрать источник тепла на дровах для вашего дома, ознакомьтесь с нашим руководством.
Изначально бытовые пиролизные котлы предназначены для установки накопительной емкости и использования хорошего топлива. Это западноевропейская практика, когда твердотопливные агрегаты не могут работать без буферной емкости.
В нашей стране доходы не такие высокие, поэтому домовладельцы экономят на всем — на оборудовании, топливе, способе сжигания. Отсюда вывод: газовые приборы в настоящее время не приспособлены к потребностям и расходам большинства домовладельцев, потому что они не могут эксплуатироваться должным образом.
