Як працює піролізний котел опалення

Серед усього опалювального обладнання, що працює на твердому паливі, піролізний котел займає особливе місце. Про чудодійні властивості цих теплогенераторів придумано багато небилиць. Ми хочемо розвіяти міфи і об’єктивно представити твердопаливні газогенераторні котли як ефективні джерела тепла зі своїми перевагами й недоліками. Для початку пояснімо, що таке піроліз.

Коротко про піролізне горіння

Процес піролізу – це повільне розкладання вуглецевого палива, яке відбувається під впливом високої температури при нестачі кисню. На виході маємо горючий газ чи рідке паливо – залежно від початкової сировини та умов протікання хімічної реакції.

Піролізні котли опалення виробляють і спалюють саме газ, звідси друга назва – газогенераторні або газифікуючі. Вихідна сировина – сухі дрова, вугілля, паливні брикети.

Довідка. Для піролізного горіння використовується найрізноманітніше тверде паливо, що містить вуглеводневі сполуки. Приклад – виробництво рідкого палива з старих автомобільних покришок або спалювання сміття в промислових газогенераторних печах.

Як відбувається піроліз деревини:

1. У закритий резервуар (реактор) завантажується певний об’єм подрібненої деревини чи тирса.
2. Металева посудина нагрівається зовні до 500…900 °C, крізь фурми (дуттьові отвори) подається обмежена кількість повітря.
3. Дерево тліє і розкладається на складові елементи – водень, метан, окис вуглецю (чадний газ СО), водяна пара, вуглекислий газ. Після закінчення реакції на дні лишається трохи золи.
4. Отримана газова суміш охолоджується, очищується, потім закачується в балони для подальшого використання.

Перед завантаженням у газогенератор деревина підсушується. Інакше енергія нагріву витрачатиметься на випаровування води, реакція піролізу сповільнюватиметься, на виході отримаємо купу водяної пари.

Відзначимо, що будь-який процес спалювання твердого палива супроводжується виділенням деревного газу, навіть у багатті (дивимося фото). Детальніше піроліз описується в інший публікації.

2 типи газогенераторних котлів

Принцип роботи обох агрегатів однаковий, тільки спалювання організоване по-різному. У будь-якому піролізному котлі є 2 камери:

• топка, де відбувається горіння та розкладання дров з виділенням горючих газів;
• вторинна камера, де топкові гази згоряють, виділяючи додаткове тепло.

Тобто, принцип дії піролізного котла заснований на роздільному спалюванні. Деревина горить, віддає тепло і нагріває верхні шари палива, які виділяють чадний газ і водень (синтез-газ). Суміш надходить до вторинної камери і згоряє завдяки окремій подачі кисню.

Для більш зрозумілого опису дров’яних і вугільних теплогенераторів піролізного типу ми вирішили скористатися класифікацією відомої чеської фірми Atmos, яка більше 10 років виробляє двокамерні опалювачі. Отже, котли діляться на 2 групи:

1. Звичайні піролізні. Тут роздільна подача повітря організована за рахунок природної тяги димаря.
2. Газифікуючі моделі з примусовим наддувом за допомогою вентилятора (або димососа), обладнані автоматикою.

Розглянемо кожний різновид окремо, використовуючи як приклад котли бренду «Атмос».

Принцип роботи піролізного агрегату

Для опису візьмемо малопотужну модель Atmos DC15E максимальною продуктивністю 15 кВт. Зсередини котел піролізний виглядає так (орієнтуємося за кресленням):

• сферичні корпуси обох камер зварені зі сталі 6–8 мм завтовшки, верхня – це паливний бункер, нижня – камера догорання;
• зсередини стінки захищені вогнетривкою оболонкою з кераміки (футеровкою);
• з верхньої топки до нижнього відсіку веде газохід, чий розмір обмежується соплом керамічної форсунки;
• рухома колосникова решітка вбудована у прохідний перетин форсунки;
• ззаду до камер підведені окремі повітряні канали, надходження повітря регулюється механічним термостатом (ланцюговим регулятором тяги) і ручною заслінкою;
• внутрішній корпус оточений водяною сорочкою з металу 3 мм, обшитою шаром утеплювача і зовнішнім облицюванням;
• на випадок перегріву у сорочку вмонтований змійовик – водяний контур аварійного охолодження котла, його штуцери виведені на верхню панель;
• на задній стінці розташовуються патрубки підключення до системи опалення і димоходу;
• функцію зольника виконує вторинна камера догоряння, де встановлений захисний керамічний елемент, показаний нижче на фото.

Примітка. Будова піролізних теплогенераторів інших європейських виробників (наприклад, Buderus чи Viessmann) мало відрізняється від конструкції «Атмосів», хоча останні помітно дешевші.

Схема роботи піролізного твердопаливного котла DC15E наступна. Великі поліна закладаються в топку і розпалюються, первинне повітря надходить крізь заслінку у задній стінці. Подальші процеси:

1. Дрова спалюються в режимі інтенсивного або середнього горіння. Починається реакція піролізу, дим разом з топковими газами рухається до нижньої камери, минаючи сопло форсунки.
2. Частка виділеного тепла витрачається на підтримку піролізного процесу, інша частина передається теплоносієві.
3. Завдяки подачі вторинного повітря горючі гази допалюються у нижньому відсіку та виділяють тепло, яке передається стінкам водяної сорочки.
4. Природна тяга підхоплює продукти горіння і викидає крізь димову трубу.
5. Після прогорання паливної закладки спрацьовує котловий термостат і відмикає циркуляційний насос опалення.

   

6. У разі перегріву в роботу включається водяний контур, під’єднаний до водопроводу (не до мережі ГВП, як можна подумати). Подачею холодної води займається клапан теплового скидання, що реагує на сигнал температурного датчика.

При повноцінній роботі температура у топці сягає 800 градусів, піролізний агрегат виходить на максимальний ККД 83% (заявлений виробником). Якщо «притиснути» повітря заслінкою і перевести котел у режим тривалого горіння, ефективність впаде до 71%.

Причина – зменшення кількості теплоти від прямого спалювання дров, зниження температури, уповільнення піролізу. Зовнішній вигляд і конструкція обігрівача представлена на відео:

Опис газифікуючих теплогенераторів

В цілому конструкція цих котлів повторює будову піролізних теплогенераторів, але є декілька істотних відмінностей:

• первинне і вторинне повітря нагнітається вентилятором, зазвичай, димососом;
• повітряні потоки направляються на паливо з бічних стінок;
• температурою теплоносія керує блок автоматики;
• змінена форма керамічної форсунки і відбійника у вторинному відсіку;
• у задній частині котла встановлений жаротрубний теплообмінник;
• ККД котлів лежить в діапазоні 81…87%, максимальна температура факела полум’я – 1250 °C (дані виробника «Атмос»).

Принцип роботи газифікуючого обігрівача той самий – верхній відсік одночасно служить бункером для дров і газогенератором, в нижньому відбувається спалювання газів. Завдяки високій витраті повітря у камері догорання утворюється факел полум’я, температура підвищується, деревина і вугілля згоряє краще.

Газогенераторні котли різних брендів можуть відрізнятися дрібницями – формою топки, способами розподілу повітря по камерах, конфігурацією форсунки. В недорогих моделях замість фігурної кераміки може застосовуватися цегляна футеровка, відсутній контур водяного охолодження, використовуватися метал 4–5 мм завтовшки.

Правила експлуатації

Щоб отримати від газогенераторного обігрівача добру тепловіддачу з мінімальною витратою палива, виробники рекомендують дотримуватися наступних правил:

• використовувати тільки сухі дрова, вологість палива має становити 12…20%;
• при монтажу і обв’язці котла обов’язково застосовувати триходовий змішувальний клапан чи комплексний пристрій Laddomat-21 для підтримки температури 65 °C у зворотній лінії;
• робоча температура теплоносія на подачі – 80…90 °C;
• теплогенератор має працювати на потужності, близькій до максимальної, не можна довго експлуатувати агрегат у режимі малої продуктивності (менше 50%);
• бажано топити великими полінами, але не круглими колодами;
• разом з піролізним котлом рекомендується застосовувати буферну ємність, вона акумулюватиме надлишки теплової енергії;
• вимога щодо мінімального об’єму теплоакумулятора – 25 літрів на кожен кіловат потужності обігрівача.

Пояснення. Якщо у котловий бак піде холодний теплоносій температурою нижче 65 градусів, то під час газифікації палива в первинній камері утворюватиметься конденсат і дьоготь. Детальніше про правильну обв’язку читаємо у окремій інструкції про підключення ТТ-котлів.

Застосування буферної ємності обумовлене ефективним режимом роботи котла – інтенсивне горіння, температура на виході 80…90 градусів. Саме за таких умов досягається високий ККД 86–87%. «Душити» теплогенератор за повітрям не можна, ефективність спалювання знизиться до 40–50%, як у саморобної буржуйки.

Реальні переваги піролізних опалювачів

Перерахуємо плюси газифікуючих котлів, декларовані продавцями, а потім відсіємо відверті байки:

• піролізні котли на дровах є повноцінними газогенераторами, що виділяють горючий синтез-газ;
• агрегати дуже економічні і екологічні завдяки високому ККД;
• теплогенератори повністю спалюють вугілля чи дрова, практично без залишку;
• тривалість горіння – понад 10 годин (найскромніший показник – 8 годин).

Примітка. Рекламісти і не дуже сумлінні виробники завжди порівнюють газогенераторні агрегати зі звичайними котлами прямого горіння, «забуваючи» про досить ефективні пелетні опалювачі. Та навіть таке порівняння не дуже виграшне.

Перша заява надто смілива. Згадаймо: інтенсивний піроліз починається від сильного нагріву і нестачі кисню, а що відбувається у котлі? Вентилятор нагнітає повітря в топку з надлишком, ніякого тління немає. Синтез-газ, звичайно, виділяється, але пряме спалювання деревини теж має місце.

Розберемо інші переваги:

1. Твердження щодо економічності та екологічності – не казки. За рахунок пристойного ККД котел краще освоює енергію палива і викидає в атмосферу значно менше токсичних сполук – оксидів азоту і чадного газу. За 1 умови: рекомендації до режиму роботи і вологості дров повністю виконуються.
2. Причини більш повного спалювання – сухі дрова і примусове нагнітання повітря. Якщо закласти в традиційний турбований котел брикети з тирси чи суху акацію, то зольний залишок теж буде нульовим. Багато легкого попелу просто видувається вентилятором в димохід. Значить, цей факт не є перевагою.
3. Довготривалість горіння залежить від 2 факторів: ККД і місткості паливного відсіку. За ефективністю твердопаливні котли програють піролізним 10%, це невеликий додаток до тривалості роботи. Головний фактор – об’єм камери згоряння, якщо він сягає 80 л і більше, дрова горітимуть 6–8 годин.

Довідка. Чеський виробник Atmos так і описує переваги своїх теплогенераторів (дослівно): великий бункер для палива – тривалий час горіння. Звідси висновок: заява щодо тривалості роботи правдива, тільки причина інша – місткість топки, а не генерація деревного газу.

Також багато небилиць розповідається про економічний режим тління, який у піролізних агрегатах просто відсутній. В інструкції з експлуатації «Атмос DC15E» так і написано – зменшення інтенсивності полум’я веде до зниження ефективності і підвищення витрати палива.

Істотні мінуси котлів

Якщо ви відвідаєте будь-який інтернет-магазин опалювальних агрегатів і поцікавитеся, скільки коштують піролізні теплогенератори, то відразу побачите їх головний недолік. Не самий дорогий піролізний твердопаливний котел Termico ЕКО-25П (25 кВт) коштуватиме 1000 у. о., а ідентичний за потужністю ATMOS DC 25S – 2260 у. о.

Для порівняння: ціна пристойного українського обігрівача Kraft E-24 становить 700 у. о. Спосіб спалювання дров – традиційний.

Позначимо інші недоліки газифікуючих джерел тепла:

• 2 камери, футеровка з цегли чи кераміки плюс водяна сорочка в нижній частині корпусу – ці конструктивні рішення значно збільшують масу і розміри агрегатів;
• високі вимоги до якості палива;
• теплоносій з температурою 80 °C рідко використовується для обігріву приватних будинків, значить, обійтися без теплоакумулятора і елементів обв’язки досить важко;
• керамічні деталі футеровки не вічні – від перегріву форсунка може тріснути, потім її доведеться міняти.

Однак піролізні котли дуже приваблюють домашніх умільців. Але зробити такий агрегат своїми руками дуже непросто, треба мати досвід і витратитися на матеріали. Безкоштовно виготовити обігрівач не вийде. Куди простіше зварити звичайний або шахтний котел.

Примітка. Судячи з відгуків власників котлів на тематичних форумах, використовувати сирі дрова все-таки можливо. Алгоритм такий: агрегат розтоплюється і прогрівається сухими дровами, потім підкидується волога деревина. Але частка такого палива не має перевищувати 30%, інакше піде кіптява і сажа. Послухаємо думку експерта на відео:

Висновки та рекомендації щодо вибору

Вибирати з усіх існуючих котлів піролізний доцільно при такому розкладі:

• ви готові платити за ефективність і збереження навколишнього середовища;
• бюджет дозволяє придбати обігрівач і теплоакумулятор потрібного об’єму;
• в котельні вистачає місця під обладнання;
• є можливість заготовити якісні дрова, купувати брикети або сушити свіжозрубану деревину.

Модель теплогенератора підбирається за потужністю і функціональністю. Як правильно вибрати джерело тепла на дровах для будинку, читайте в нашій інструкції.

Піролізні побутові котли розраховані на встановлення бака-акумулятора і використання доброго палива. Це західноєвропейська практика, де твердопаливні агрегати не можна експлуатувати без буферного резервуара.

У нас доходи не такі високі, тому домовласники економлять на всьому – обладнанні, пальному, способі спалювання. Звідси висновок: на даний момент газогенераторні установки несумісні з потребами і витратами більшості домовласників, адже їх не вдасться правильно експлуатувати.