Самодельный пиролизный котел своими руками: конструкция и расчет

Как работает пиролизный котел?

В основе работы котла лежит принцип пиролиза, суть которого заключается в термическом разложении твердого топлива при высокой температуре в условиях искусственно созданного дефицита кислорода. В результате топливо тлеет, разлагаясь на твердый остаток и пиролизный газ. Образующиеся газы также сгорают, что повышает теплоэффективность оборудования и делает расход топлива более рациональным.

Устройство котла

Дополнительным преимуществом рассматриваемых отопительных котлов является экологическая безопасность. В процессе пиролизного сжигания топлива выделяющиеся вредные компоненты смешиваются с углекислым газом и утилизируются. В результате в атмосферу выводится дым, не содержащий канцерогенов и прочих вредных веществ. Эта особенность позволяет топить котлы даже резиной, обрезками древесно-стружечных плит и прочими подобными материалами.

Как движется воздух в котле

Работа пиролизных котлов состоит из 4 основных этапов.

1. На первом этапе топливо дополнительно сушится и разлагается на твердый остаток и газы.
2. На втором этапе пиролизные газы сжигаются.
3. На третьем этапе продувается пламя и тепло возвращается к топливу, что способствует выделению дополнительного количества тепла.
4. На четвертом этапе оставшиеся продукты сгорания выводятся через дымоход.

Пиролизный котел

Разобравшись в особенностях работы котла, приступаем к его изготовлению. Начнем с подготовки необходимых материалов и инструментов.

Котел пиролизный ViessmanОписание конструкции

Набор для работы

1. Листовой металл толщиной от 0,8 мм.
2. Огнестойкие кирпичи.
3. Температурные датчики.
4. Решетка колосника.
5. Трубы диаметром 32 мм, 57 мм и 160 мм.
6. Профилированные трубы в количестве 2 штук.
7. Дверца зольника.
8. Дверка для топливной камеры.
9. Вентилятор.
10. Гибкая пережженная проволока.
11. Болгарка.
12. Шлифовальные круги.
13. Сварочный аппарат.

Видео по устройству котла

https://youtube.com/watch?v=MfagkW6oZvc

Строить с самого нуля подобную конструкцию очень трудно, вот почему за основу можно взять котел Беляева. Вносить в него изменения или нет – все зависит от инженерных навыков и желаний экспериментировать. Однако менять объем внутреннего пространства точно не рекомендуют.

Вместо жидкого теплоносителя котлы пиролизные могут использовать для обогрева помещений циркулирующий по трубам горячий воздух. Данный вариант не перемерзнет. Он получил широкое распространение в отопительных системах загородного дома, так как не доставляется лишних хлопот в зимнюю пору.

Принцип работы, плюсы и минусы пиролизного котла

Разобраться в принципе действия можно исходя из схем и чертежей. Но для самостоятельно изготовления понадобится больше углубиться в принцип работы устройства. Горелка работает благодаря сухой перегонке. При достижении температуры 500-600 градусов начинается разложение дерева. В итоге появляется горючий газ и натуральный кокс.

Горючий газ смешивается с воздухом. Именно это становится спусковым крючком для начала горения. Но для правильного процесса в камере должна поддерживаться оптимальная температура.

Устройство длительного горения позволяет максимально использовать твердое топливо. В итоге остается совсем мало отходов. Потенциал древесины раскрывается лучше, выделяется больше тепла и можно отопить большие площади.

Пиролиз относится к экзотермическим процессам. Это общее название класса, в результате деятельности которого образуется тепло. Но данное тепло используется для обогрева и сушки топлива.

Преимущества пиролизных котлов:

1. Длительное время поддерживается стабильная температура;
2. Вместительность загрузочного бункера;
3. Высокий КПД;
4. Можно использовать для утилизации продуктов древесной переработки.

Но самодельный пиролизник имеет свои недостатки. Среди минусов выделяют большие размеры конструкции, зависимость от электричества и выборочность топлива. При покупке готовой системы отмечают высокую стоимость оборудования. Для отопления дома нельзя использовать влажную древесину. Из-за высокой влажности пиролиз будет затрудненным.

Требования к самодельным пиролизным котлам

Схематическое устройство пиролизного котла

Для того чтобы пиролизный котел отопления, изготовленный своими руками, превзошел по эффективности обычный твердотопливный котел, его конструкция должна отвечать строгим требованиям:

• температура в топке должна быть оптимальной (600–700 °С), поскольку именно в этих условиях происходит наиболее качественное выделение продуктов пиролиза;
• регулирование мощности горения не должно существенно снижать КПД;
• котел отопления должен быть пригоден для длительного непрерывного сжигания топлива;
• корпус камеры сгорания пиролизных газов должен быть устойчив к коррозии и способен выдерживать температуру выше 1200 °С.

Желательно также, чтобы в конструкции котла была предусмотрена камера для предварительного подсушивания древесного сырья.

Технические характеристики, которыми должен обладать самодельный пиролизный котел для отопления частного дома

Преимущества использования пиролизных котлов отопления

На современном рынке отопительного оборудования представлен огромнейший выбор твердотопливных агрегатов – от обыкновенных буржуек до полноценных теплоаккумулирующих печей. Однако именно пиролизные котлы уверенно становятся все более востребованными, даже несмотря на их сравнительно высокую цену.

Рассматриваемое оборудование имеет множество преимуществ. Прежде всего, это максимально рациональный расход топлива и очень высокое тепловыделение.

К дополнительным преимуществам пиролизного котла нужно отнести практически полное сгорание топлива. Владельцу придется гораздо реже догружать дрова и чистить топку.

Пиролизный котел реже нуждается в чистке

Пиролизные котлы поддерживают нужную температуру в течение гораздо более продолжительного времени по сравнению с другими твердотопливными агрегатами. Дополнительно пользователь может регулировать уровень мощности на свое усмотрение. К примеру, уходя из дома ее можно уменьшить, а по возвращению — увеличить. Это позволит обеспечить еще более рациональный расход топлива.

Собираем самодельный агрегат

Так как самодельный пиролизный котел будет собираться из металла, сварочный аппарат, болгарка и другие инструменты понадобятся обязательно. И тем более вы должны уметь с ними обращаться.

Печь пиролизного типа

Описывать, как именно собирается самодельный котел, мы не будем. Для этого вам в помощь чертежи, инструкции и схемы. Но несколько рекомендаций все же дадим. Особенно следует отметить основание под котел. Это, во-первых, хорошо залитый плиточный фундамент, толщина которого не должна быть меньше 25 см. Во-вторых, это остов, собранный из огнеупорного кирпича на смеси шамотной глины.

Рекомендации

Первое, что заслуживает внимания — это загрузочная камера. Ее загрузочное окно должно быть только прямоугольной формы. Сама же камера, если сравнивать ее с топкой обычного твердотопливного котла, должна располагать чуть выше — на 10–12 см.
Обязательно в конструкции печки делается зольник, через который можно будет удалять скопившуюся золу.
Теплообменник изготавливается в виде змеевика, который устанавливается под небольшим наклоном. На входном патрубке лучше вмонтировать отсекающий вентиль
С его помощью можно будет легко регулировать подачу воды из системы отопления, тем самым контролируя ее температуру.
Особое внимание ограничителю, который регулирует подачу воздуха в камеру сгорания. Его можно сделать из трубы диаметром 70 мм с установкой на его конце заслонки
Постарайтесь сделать так, чтобы ограничитель не проходил близко к камере сгорания

Ведь важно, чтобы поступающий воздух был не слишком сильно нагрет.
Очень важна герметизация всей конструкции. Вот почему сварочные работы должен проводить профессионал.
При установке пиролизного котла необходимо учитывать все требования правил пожарной безопасности.
Обязательно утепляется дымоход.

Специалисты рекомендуют использовать самодельный пиролизный котел не с водяной системой отопления, а с воздушной. Это эффективнее, экономичнее и безопаснее. То есть тепло от сгораемого топлива будет проходить по воздуховодам, которые распределяются по всему дому. Кстати, эту схему можно сделать круговой, пропустив обратку воздуховода под полом, и она будет возвращать остывший воздух в котел.

Итак, все готово, и можно включать агрегат. Если в процессе горения дров или угля не выделяется угарный газ, можно считать, что самодельный пиролизный котел собран правильно.

Читайте далее:

Пиролизная печь своими руками — основные преимущества отопительного агрегата

Как изготовить твердотопливные котлы своими руками — чертежи и материалы

Как сделать печь на отработке своими руками — чертеж и способы сборки

Почему сегодня так популярны самодельные печи для бани из металла

Как сделать твердотопливный котел длительного горения своими руками: чертежи, схемы и инструкции

Дополнительное оборудование

К сожалению, пиролизные котлы не являются энергонезависимыми. Из-за реверсного потока газов требуется принудительный наддув. Для моделей мощностью до 15 кВт он реализуется дутьевым вентилятором, который монтируется на нижней дверце. При этом пополнение загрузки в процессе горения невозможно.

Более мощные котлы комплектуются вентилятором-дымососом, который устанавливается на верхней стенке корпуса на выходе дымоходного канала. При этом исключается появление обратной тяги и дверцу камеры газификации можно без последствий открывать даже в процессе горения.

Особое внимание нужно уделить температуре теплоносителя внутри рубашки. После выхода котла на режим она не должна быть меньше 60 °С для исключения образования конденсата

Эта задача решается путём установки узла автоматической рециркуляции, подмешивающей воду из подачи в обратку. Также требуется установка группы безопасности для закрытых отопительных систем и основного циркуляционного насоса. опубликовано econet.ru 

Подготовка к сборке

Сам процесс начинается с подбора чертежей. Если вы не инженер, а тем более не теплотехник, то не надо заниматься самодеятельностью. Чертежи вы найдете в свободном доступе в Интернете и спецлитературе.

Главное, подогнать конструкцию под необходимые требования системы отопления дома. Итак, чтобы сделать пиролизный , надо предварительно подготовиться.

Сначала собираем инструменты:

• электросварочный аппарат;
• болгарка;
• молоток;
• рулетка и карандаш;
• дрель.

Материалы

Подготавливаем материалы:

• стальной лист толщиною 4 мм;
• труба диаметром 100 мм;
• труба 32, 50 мм;
• прямоугольная труба 60х30 мм толщиной 2 мм;
• вентилятор.

Нарезка деталей

Если собирать самодельный пиролизный котел упрощенного типа, то его можно сделать из буржуйки. Только прибор этот будет не горизонтального типа, а вертикального, потому что оптимальный вариант конструкции – топка для сгорания пиролизного газа над топкой, где тлеют дрова. Таким образом, газ будет самотеком подниматься из первой камеры во вторую.

Поэтому из листового железа надо будет нарезать несколько прямоугольников, составляющих стенки корпуса. Плюс еще надо будет сделать несколько прямоугольных участков: для перегородки двух топок, для отсечения камер сгорания от отсека, где будет располагаться теплообменник. На одном из листов вырезаются два прямоугольных отверстия: верхнее – под дверцу топочной камеры, нижнее – под зольниковый отсек.

Из прямоугольной трубы необходимо нарезать два отрезка шириной, равной глубине котла. Обязательно из арматуры варится решетка (можно приобрести готовую). Изготавливается теплообменник из трубы 50 мм.

Схемы подключения пиролизного котла к отоплению

Тепло в доме зависит от того, правильно ли устроена система отопления с пиролизным котлом и соответствует ли норме режим топки. Все нюансы нужно предусмотреть на этапе составления проекта. Отопление дома может производиться как с помощью горячей воды, так и воздушным способом.

Водяное отопление

Кроме котла, в системе установлены: 1 – группа безопасности, 2 – расширительный бак, 3 – циркуляционный насос

Монтаж пиролизного котла отопления на твердом топливе должен производиться в помещении, специально отведенном под котельную. Кроме самого котла, здесь следует разместить такие элементы отопительной системы, как циркуляционный насос, запорная арматура, расширительная емкость, датчики, термометры и другие устройства. В той же котельной есть смысл оборудовать место для поленницы дров недалеко от котла, чтобы не приходилось часто выходить за ними на мороз.

Непосредственное подключение пиролизного котла к системе отопления может быть выполнено по-разному. На следующем рисунке показан наиболее простой способ подключения.

Другие способы подключения пиролизного котла к водяной системе отопления:

• с контуром подмеса — к перечисленным выше элементам системы добавляется дополнительный контур и краны, регулирующие количество нагреваемой воды;
• с гидрострелкой — эта схема лучше всего проявляет себя в системах отопления с несколькими контурами;
• с аккумулирующим баком — подогрев воды происходит посредством ее поступления из бака и позволяет оптимизировать работу котла даже без электричества.

Воздушное отопление

Схема распределения воздушных потоков при обогреве дома от пиролизного котла воздушного отопления

Домовладельцы используют пиролизный котел воздушного отопления чаще всего не для обогрева дома, а для гаражей, складов, теплиц и других хозяйственных помещений. Метод отопления жилых комнат подогретым воздухом пока еще не получил распространения. Но и здесь использование пиролизного котла могло бы продемонстрировать его преимущества. Например, система воздушного отопления особенно актуальна, когда хозяева загородного дома озабочены тем, чтобы водяная отопительная система не разморозилась за время их длительного отсутствия.

Система, использующая пиролизные котлы воздушного отопления, состоит из одного или нескольких вентиляторов, термодатчиков, блока управления и сети воздуховодов для транспортирования горячего воздуха к местам обогрева.

Определение размеров и мощности

Прежде чем приступить к изготовлению пиролизного котла, следует провести расчёт размеров камер топки и дополнительных отсеков. В качестве исходных данных принимается требуемая теплотворная мощность, определяемая с учётом КПД самодельного котла порядка 75–80%. В домашних условиях можно изготовить твердотопливные котлы мощностью до 20–25 кВт, более производительные агрегаты требуют использования жаропрочных сталей значительной толщины, которые плохо поддаются свариванию в домашних условиях.

Мощность котла и продолжительность его работы определяются объёмом камеры газификации. Без учёта КПД теплотворность большинства распространённых пород древесины составляет около 4–5 тыс. ккал/кг, что примерно соответствует 4–4,5 кВт·ч тепловой мощности. Эти значения применимы только для древесины с влажностью не более 25%. Суть расчёта проста — определить требуемую мгновенную мощность и умножить её на количество часов работы. Стоит помнить, что пиролизные котлы даже совершенных конструкций имеют предельную продолжительность работы не более суток, а самостоятельно произведённые агрегаты следует рассчитывать максимум на 12–15 часов непрерывного горения.

Объём камеры закладки определяется из расчёта 2 литра на каждый килограмм дров. К полученному значению нужно добавить около 30%, ведь в пиролизном котле используют неколотые чурки, которые невозможно уложить вплотную. Размер камеры сгорания газов должен составлять не менее 30–40% от объёма камеры газификации. Наиболее выгодной считается структура котла, в которой две камеры расположены одна над другой, имеют одинаковую форму, но отличаются по высоте.

Режимы работы пиролизного котла

Розжиг

На этом этапе нужно, чтобы шибер находился в открытом состоянии. Продукты горения движутся непосредственно в дымоход

Рабочий режим

Устройство работает при закрытой заслонке, обеспечивая, таким образом, протекание процесс пиролиза. Создание тяги в газоходе достигается принудительным образом или естественным путем.

Догрузка топлива

В этот момент шибер закрыт, но тяга в газоходе еще присутствует на протяжении некоторого времени. Процесс пиролиза не заканчивается. Догрузка топлива должна осуществляться как можно быстро, так как в противном случае оно может просто сгореть.

Принцип работы

Сборка двухкамерной топки

Материалом для изготовления стенки камер лучше выбрать горячекатаный лист толщиной не менее 8 мм, в идеале — 10–12 мм. Чем толще металл, тем сложнее процесс сваривания, однако конструкцию из слишком тонкой стали гарантированно поведёт и выкрутит в непредсказуемых направлениях. Именно поэтому среди деталей, из которых собирается котёл, не должно быть мелких элементов с соотношением сторон более 2:1.

Основа двухкамерной топки — наружные боковые стенки. Они общие для обеих камер, соединяются посредством передней стенки, в которой проделаны два прямоугольных отверстия для дверец. Нижнее отверстие предназначено для обслуживания камеры сгорания, его высота должна быть порядка 120–150 мм, ширина — не менее 300 мм, располагается отверстие с отступом в 150 мм от нижнего края. Верхнее отверстие предназначено для загрузки камеры газификации, чем оно будет больше — тем лучше, располагаться отверстие должно не ближе 100 мм к верху камеры. Снизу и сзади топка замыкается цельными листами, которые вырезают по внешним габаритам топочной камеры, но не приваривают до окончания сборки внутренних деталей. Сверху котёл накрывается листом номинального сечения.

Пример размеров пиролизного котла

Разделять камеры газификации и сгорания будет цельная плита, ширина которой соответствует внутреннему расстоянию между стенками, а длина — на 400 мм меньше. В задней части плиты вертикально приваривается цельная перегородка, которая отделяет камеру загрузки по всей высоте, по центру вдоль горизонтальной части вырезается отверстие шириной 50 и длиной в 400–600 мм. Собранную Г-образную перегородку не приваривают до завершения сборки теплообменника.

Пиролизный котел с верхней камерой

подкладывать топливо в топку

В свою очередь, при пиролизе создаются определённые условия, при которых твёрдое топливо горит очень медленно с большим выделением тепловой энергии. Это было достигнуто за счёт сгорания топлива в условиях недостачи кислорода. Результатом такого горения является разложение топлива на уголь и горючие газы. Если не углубляться в сложные процессы, то смысл работы будет заключаться в следующем:

• пиролизное устройство состоит из двух металлических корпусов схожей формы, но различного диаметра соединённых между собой с помощью сварки;
• внешним кожухом служит корпус больших размеров, а топкой меньшая конструкция;
• в полученное между ними пространство заливается вода, которая является основным теплоносителем;
• меньшее изделие тоже разделено на несколько частей за счёт воздушного распределителя — одна часть предназначена для сгорания топлива, а другая для дожига пиролизных газов;
• воздушный распределитель напоминает телескопическую трубу с лопастями на конце, для равномерного распределения газов, выделяющихся, в процессе горения топлива;
• с другой стороны воздушного распределителя в область горения топлива подаётся кислород;
• в процессе прогорания топлива распределительное устройство начинает опускаться, и кислород подаётся на следующий уровень;
• контроль процесса работы пиролизного котла производится в автоматическом режиме за счёт специальных приборов, подключённых, к сети электрического тока.

Для обеспечения максимального эффекта горения важно учитывать температуру воспламенения древесины и степень её влажности, которая, испаряясь, в значительной мере влияет на качество работы пиролизного котла

Сложности при сборке котла

При постройке пиролизного котла основная сложность — выбор правильного проекта и материалов. Без понимания процессов, которые протекают в топках, правильно построить котёл невозможно.

Основные ошибки, которые допускают при самостоятельном проектировании:

• Недостаточная футеровка зон сгорания. Шамотный кирпич важен, так как поддерживает постоянную температуру в зоне горения и предохраняет колосник и стенки топки от прогорания.
• Излишний теплосъем. Теплообменник должен улавливать то тепло, которое не нужно для поддержания внутренних процессов в котле. Расположение водяной рубашки рядом с зоной горения недопустимо.
• Несоответствие размеров загрузочной камеры и камеры газификации. Слишком малая камера газификации может привести к зависанию крупных поленьев.
• Неправильный размер или направление воздушных сопел. Смешивание воздуха и пиролизных газов должно быть максимально равномерным.
• Некачественно сделанная регулировка потоков первичного и вторичного воздуха, отсутствие принудительной подачи кислорода. Обязательно ставить либо дымосос или дутьевой вентилятор с регулировкой мощности.

Преимущества и недостатки использования пиролизного котла

Пиролизные котлы имеют следующие достоинства:

• отсутствие сажи и едкого дыма, минимальное выделение отходов горения; Это один из самых экологически безопасных видов печей;
• для работы можно использовать любое твердое сухое топливо, например, отходы швейного производства;
• качественное топливо обеспечивает 12 часов непрерывной работы котла на одной порции горючего, то есть, загружать дрова придется лишь два раза в день;
• экономичная технология, расходы на оплату коммуналки снижаются в среднем на 60% за год;
• применение технологии пиролиза позволяет автоматизировать управление процессом горения, что повышает безопасность печи.

Недостатки также следует учесть:

• прежде чем оборудование окупится, придется вложить немалые средства в покупку котла и его установку, но уже с первых дней работы станет ощутима его экономичность;
• используемое топливо должно иметь влажность около 20%, иначе горение прекратится. Поэтому влажное топливо нужно досушивать;
• котел может погаснуть при недостаточно высокой температуре теплоносителя. Эту проблему решают с помощью монтажа обходной трубы. Такое изменение усложняет конструкцию и снижает эффективность работы.
• если для нагнетания воздуха используется электрический насос, то работа котла становится зависимой от электросети.

Изготовление корпуса котла

Для сборки пиролизного котла своими руками рекомендовано использовать стальные материалы толщиной 4 мм. Но с целью экономии для кожуха конструкции можно использовать 3 мм металл.

1. Берётся 2 трубы, диаметр которых должен составить 1500 и 1300 мм соответственно. Меньшая труба вкладывается внутрь более широкого аналога и соединяется с последней при помощи кольца, которое также изготавливается своими руками из обрезка уголка 2,5х2,5 см.
2. Из стали вырезается круг диаметром 450 мм и приваривается на дно внутреннего патрубка. В итоге получается бочонок, наваренный на водонагревательный контур, по ширине составляющий 25 мм.
3. С нижнего конца бочонка прорезается отверстие прямоугольной формы 150 мм по ширине и 80 мм по высоте. Полученное отверстие будет являться дверцей зольника. Далее, вваривается зольниковый люк и монтируется дверца, которая оснащается петлями и металлической задвижкой.
4. Вверху водяной рубахи прорезается отверстие прямоугольной формы, в которое в дальнейшем будет загружаться топливо. Вваривается загрузочный лючок, оборудуется дверца, которая также оснащается металлическими петлями и задвижкой. Лучше использовать двойную дверцу в пустую полость, которой вложить прокладку из асбестового материала. Это в значительной мере снижает тепловые потери.
5. Также сверху пиролизного котла приваривают выпускной патрубок, предназначенный для вывода отработанных газов в трубу дымохода.
6. В верхней и нижней части рубахи привариваются патрубки 4-4,5 см в диаметре, с резьбой на концах предназначенные для подключения котла к отопительной системе.
7. Все сварные стыки хорошенько подмыливаются и проверяются на герметичность. Затем выполняется опрессовка рубашки котла под давлением не меньше 2-2,5 кг на см квадратный. В случае обнаружения огрехов они удаляются с помощью сварочного аппарата.

Хочется отметить, что довольно удачно сочетается пиролизный твердотопливный котёл с воздушной системой отопления, а не стандартной конструкцией с водяным теплоносителем. В такой ситуации передача воздуха происходит по трубам, а его возврат обратно в систему по полу. Такой обогрев не перемерзает в морозы, если котёл простаивает вхолостую а, следовательно, нет необходимости сливать теплоноситель в случае отъезда хозяев.

Чертежи и принцип работы пиролизного котла своими руками

Принцип работы устройства зависит от конструкции системы. Для начала следует внимательно изучить схему и чертежи системы длительного горения. Это поможет лучше понять функции каждого элемента.

Схема пиролизной установки:

• Вход для кислорода;
• Топка;
• Дымоход;
• Трубопровод для подачи и отвода жидкости;
• Регуляторы;
• Место монтажа вентилятора.

В систему могут входить и другие детали. Вся сложность конструкции разобрана в чертежах. Наиболее простая конструкция наблюдается в чертеже котла «Пиролиз71».

Для отопления частного дома достаточно мощности котла в 40 кВт. Для увеличения или уменьшения мощности прибора потребуется внести изменения в саму конструкцию оборудования. В этом случае учитывают пропорциональные размеры всех элементов котла.

Для устройства отопительной системы с помощью твердотопливного котла своими руками необходимо сделать правильный расчет с учетом габаритов всех деталей.

Для маленького дома вполне достаточно котла с показателем 25-30 кВт. Абсолютно бесплатно пиролизную систему отопления не устроишь. Но есть выполнять работы своими руками, то можно сэкономить.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin