Пиролизные котлы отопления: принцип работы и виды котлов длительного горения

Годы идут, наука и техника двигаются вперед, а твердые виды топлива по-прежнему остаются востребованными. Сжигать дрова в традиционной печи или в буржуйке не слишком эффективно, но ситуацию изменили пиролизные котлы отопления. Высокий КПД и относительно простая эксплуатация — лишь немногие из преимуществ этих полезных устройств.

Содержание статьи:

• Что такое пиролиз
• Устройство и работа пиролизного котла
• Котлы верхнего горения
• Особенности эксплуатации газогенераторных котлов
• Обзор популярных моделей
• Видео по котлам длительного горения

Что такое пиролиз

Дрова — это, пожалуй, самое первое топливо в человеческой истории. Практически каждому известно, как быстро они сгорают на открытом воздухе, и что тепла при этом выделяется не так уж и много. Но ситуация кардинально изменяется, если создать иные условия для процесса сгорания.

Так называемое пиролизное горение осуществляется в закрытых камерах. Туда загружают дрова или иное твердое топливо подобного типа: пеллеты, опилки, отходы древесного производства и т.п. Топливо поджигают и затем сокращают количество воздуха, поступающего в камеру.

Эта схема наглядно демонстрирует все этапы процесса пиролизного горения. Температура внутри устройства может достигать 1200 градусов

Как известно, при горении происходят окислительные процессы, один из главных участников которых — кислород, содержащийся в воздухе. Если кислорода мало, реакция замедляется и дрова сгорают медленно, фактически в таких условиях они просто тлеют. При этом выделяется некоторое количество тепловой энергии, зола и горючий газ.

Процесс пиролиза на этом не заканчивается. Полученный при сжигании первичного топливо газ смешивается с воздушными массами и также сгорает. В итоге тепловой энергии выделяет значительно больше, чем при работе стандартных теплогенераторов. Поэтому пиролизные котлы демонстрируют очень приличный КПД по сравнению со своими чисто твердотопливными “собратьями”, а также нередко предоставляют возможность заметно сэкономить на отоплении.

Преимущество отопительной техники этого типа состоит в том, что принцип ее работы и устройства относительно не сложен. Количество воздуха, поступающего в камеры сгорания, регулируется обычной механической заслонкой. Простая конструкция обеспечивает надежность устройства, поломки для пиролизных котлов — явление не частое.

Еще один “плюс” пиролизных котлов — длительный период горения. Полная загрузка устройства топливом позволяет не вмешиваться в процесс в течение нескольких часов, иногда и более суток, т.е. нет необходимости постоянно подбрасывать дрова в топку, как это происходит при открытом горении.

Конечно, это не означает, что пиролизный котел можно оставлять без присмотра. Как и в отношении прочей отопительной техники, здесь имеются строгие правила техники безопасности. Стоит помнить, что пиролизный котел не всеяден — влажность топлива должна быть невысокой. Иначе часть драгоценной тепловой энергии уйдет не на подогрев теплоносителя, а на высушивание топлива.

Котлы пиролизного горения, особенно выполненные из чугуна, обладают значительным физическим весом, поэтому они всегда представлены только напольными моделями

При реализации пиролизного горения топливо сгорает почти полностью, чистить устройство придется гораздо реже, чем при эксплуатации традиционного твердотопливного котла. Мелкую золу, полученную после очистки, используют в качестве удобрения. Горение топлива в таких котлах осуществляется по направлению сверху вниз.

Поэтому возможности для естественной циркуляции воздуха в топке заметно ограничены. Использование принудительного нагнетания воздуха с помощью вентилятора значительно улучшает эффективность работы устройства, но при этом делает котел энергозависимым, поскольку для работы вентилятора необходима электроэнергия.

Устройство и работа пиролизного котла

Топка пиролизного котла разделена на два отделения. В первой сгорают дрова, а во второй производится вторичное сгорание смеси пиролизных газов и воздуха. Отделяет первую камеру от второй колосниковая решетка, на которую и укладывают топливо. Воздух обычно нагнетается принудительно с помощью небольшого вентилятора. Хотя в небольших моделях иногда для создания тяги используют дымосос.

На этой схеме представлено устройство пиролизного котла нижнего горения. Дрова медленно сгорают при малом количестве кислорода и выделяют горючий газ

Наличие принудительной вентиляции можно считать основным отличием пиролизного котла от классической твердотопливной модели. Корпус устройства состоит из двух частей, вставленных друг в друга. Пространство между стенками заполняют теплоносителем, роль которого традиционно выполняет вода.

Сначала в первое отделение топки пиролизного котла загружают топливо, затем включают вентилятор и поджигают топливо. Образующиеся в результате горючие газы перемещаются во второе отделение, смешиваются с воздухом и сгорают. Температура горения может достигать 1200 градусов. Вода, находящаяся в наружном теплообменнике, нагревается и циркулирует по системе отопления дома. Остатки продуктов сгорания удаляются через дымоход.

В упрек устройствам, в работе которых используется пиролизный принцип горения, можно поставить относительно высокую цену. Обычный твердотопливный котел стоит значительно меньше. Но в котлах длительного горения дрова сгорают практически полностью, чего о классическом котле не скажешь.

К дровам для пиролизного котла предъявляют определенные требования по размерам и влажности. Подробную информацию можно найти в инструкции изготовителя

Выбирая пиролизный котел, следует помнить, что недорогие модели малой мощности обычно рассчитаны только под дрова. Причем загружать топливо в устройство придется по максимуму, снижение нагрузки приводит к повышенному образованию золы и сажи, а также негативно сказывается на работе агрегата в целом.

Котлы верхнего горения

Один из вариантов пиролизного устройства — котел верхнего горения. Принцип действия этих двух агрегатов очень схож. Точно так же в топку загружают большое количество твердого топлива низкой влажности, воздух нагнетают принудительно и обеспечивают тление топлива при пониженном количестве кислорода. Задвижку, которая регулирует поток кислорода, устанавливают в нужном положении.

Схема устройства котла верхнего горения. Топка такого котла имеет глухое дно, частички продуктов горения удаляются через дымоход (+)

Но котлы длительного горения не имеют ни зольника, ни колосника. Дно представляет собой глухую металлическую плиту. Такие котлы устроены так, чтобы древесина сгорала полностью, а оставшееся в топке малое количество золы выдувалось воздухом. Такие устройства отличаются высоким КПД и также работают при температурах более 1000 градусов.

Основная особенность таких устройств — они действительно обеспечивают длительный срок работы при полной загрузке. Топливная камера в таких устройствах обычно выполнена в форме цилиндра. В нее сверху загружают топливо, сверху же, по центру, нагнетается необходимый для горения воздух.

В котлах верхнего горения устройство для нагнетания воздуха — это подвижный элемент, который опускается вниз по мере прогорания дров

Таким образом осуществляется медленное тление верхнего слоя топлива. Топливо постепенно сгорает, его уровень в топке понижается. Одновременно изменяется и положение устройства для подачи воздуха в топку, этот элемент в таких моделях подвижен и он практически лежит на верхнем слое дров.

Второй этап горения осуществляется в верхней части топки, которая отделена от нижнего отделения толстым металлическим диском. Горячие пиролизные газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива внизу, расширяются и перемещаются вверх. Здесь они смешиваются с воздухом и сгорают, дополнительно передавая теплообменнику солидную порцию тепловой энергии.

Балка, удерживающая диск, который разделяет камеру сгорания на две части, как и сам этот диск, в процессе работы котла верхнего сгорания постоянно находится под воздействием высокой температуры. Со временем эти элементы сгорают, их придется периодически заменять.

На выходе из второй части топливной камеры обычно установлен регулятор тяги. Это автоматический прибор, который определяет температуру теплоносителя и в зависимости от полученных данных регулирует интенсивность движения горючего газа. Он защищает устройство от возможного перегрева.

Стоит отметить, что наружный теплообменник в таких котлах реагирует на изменение скорости циркуляции жидкости в теплообменнике, т.е. на колебания температуры. На поверхности устройства сразу же образуется слой конденсата, который вызывает коррозию, особенно если речь идет о стальных котлах. Предпочтительнее брать устройство из чугуна, которое значительно лучше сопротивляется подобному воздействию.

Хотя топливо в пиролизных котлах длительного горения должно сгорать без остатка, на практике так бывает не всегда. Порой пепел спекается, образуя частички, которые трудно удалить с помощью потока воздуха. Если в топке накопится большое количество таких остатков, может наблюдаться заметное снижение тепловой отдачи агрегата. Поэтому котел верхнего горения следует периодически все же прочищать.

Особенность устройств этого типа в том, что по мере сгорания топлива его можно догружать, не дожидаясь сгорания всей закладки топлива. Это удобно, когда нужно избавиться от горючего бытового мусора. Существуют также разновидности котлов верхнего горения, которые работают не только на древесном топливе, но и на угле. Сложные узлы автоматического управления в пиролизных котлах этого типа отсутствуют, поэтому серьезные поломки наблюдаются крайне редко.

Конструкция котла верхнего горения позволяет загружать топку лишь частично, если это необходимо. Однако в этом случае выполнить розжиг верхнего слоя топлива может быть не просто. Само топлива должно быть подсушенным, дрова из открытой поленницы для такого котла не подходят. Топливо крупных фракций также не следует использовать для этого вида техники, т.е. дрова придется обязательно колоть на небольшие части.

Особенности эксплуатации газогенераторных котлов

Эффективность работы пиролизного котла во многом зависит от типа и качества топлива. Технически в топку можно загрузить не только древесину, но и уголь, и даже торф, большинство современных моделей котлов рассчитаны на использование нескольких видов топлива. Древесина сгорает примерно за 5-6 часов, в зависимости от сорта. Чем тверже дерево, тем дольше оно горит.

Современные модели котлов пиролизного горения могут работать на различных видах древесного топлива: дровах, брикетах, пеллетах, угле, торфе и т.п.

Около десяти часов уйдет на сгорание черного угля, а такое же количество бурого угля будет тлеть в течение восьми часов. На практике самую высокую теплоотдачу пиролизная техника демонстрирует при загрузке сухим деревом. Оптимальными считаются дрова влажностью не более 20%, а длиной около 45-65 см.

Если доступа к такому топливу не имеется, можно использовать уголь или другое органическое топливо: специальные брикеты и пеллеты из древесины, отходы, полученные при обработке дерева, торф, материалы с целлюлозой и т.п. Перед началом эксплуатации котла следует внимательно изучить рекомендации производителя устройства в отношении топлива.

В котлах пиролизного горения поступление воздуха регулируется обычными механическими задвижками. Отсутствие сложной электроники обеспечивает высокую отказоустойчивость прибора

Слишком влажное топливо в таких устройствах недопустимо. При его сгорании в топке образуются дополнительные водяные пары, которые способствуют образованию таких побочных продуктов, как деготь и копоть. Стенки котла загрязняются, теплоотдача снижается, со временем котел может даже прекратить работу, затухнуть.

Если использовать для котла пиролизного горения дрова со слишком высокой влажностью, внутри устройства возникнут условия для образования дегтя, который ухудшит теплоотдачу устройства и может привести к поломкам

Если в топку заложено сухое топливо и котел настроен правильно, пиролизный газ, полученный в результате работы устройства, будет давать пламя желто-белого цвета. Такое горение сопровождается ничтожным выделением побочных продуктов сгорания топлива. Если цвет пламени окрашен иначе, имеет смысл проверить качество топлива, а также настройки прибора.

Пиролизные газы, смешанные с воздухом, горят ровным желто-белым пламенем. Если цвет пламени изменился, возможно, нужно проверить настройки котла или качество топлива

В отличие от обычных твердотопливных устройств, перед загрузкой дров в пиролизные котлы, работающие на твердом топливе, топку следует разогреть. Для этого выполняют следующие шаги:

Загружают на дно топки мелкую сухую растопку (бумагу, щепу и т.п.)

Поджигают ее с помощью факела из подобных материалов.

Закрывают дверцу камеры сгорания.

Дверцу загрузочной камеры оставляют немного приоткрытой.

Добавляют порции растопку по мере ее сгорания.

Процесс повторяют до тех пор, пока на дне не образуется слой тлеющих углей.

К этому моменту топка уже прогревается примерно до 500-800 градусов, создавая условия для загрузки основного топлива. Не следует использовать для розжига растопки бензин, керосин или любые другие подобные жидкие вещества. Перед тем, как прогревать топку котла длительного горения, следует убедиться, что устройство готово к эксплуатации.

Характерная особенность котлов пиролизного горения — малое количество золы и пепла, что облегчает процесс очистки устройства и его обслуживания

Для этого проверяют наличие тяги, герметичность дверок, исправность запорных механизмов и регулировочной аппаратуры, наличие теплоносителя в системе отопления и т.п. Затем следует включить терморегулятор, чтобы убедиться, что на прибор поступает напряжение. После этого открывают шибер прямой тяги и вентилируют котел в течение 5-10 минут.

Обзор популярных моделей

Следует понимать, что любой пиролизный котел — это достаточно тяжелый агрегат, который не предназначен для подвешивания на стену. Такие устройства можно применять как для отопления небольшого дома, так и для просторных коттеджей. Котлы длительного горения различаются по мощности.

Выбирая котел пиролизного горения, следует ориентироваться на такие показатели, как тепловая мощность устройства, размеры камеры загрузки, наличие второго контура и т.п.

На этот показатель обычно и ориентируются покупатели. Среди популярных моделей такой техники следует упомянуть:

• “Atmos” (Украина) — представлены устройствами, которые могут работать и на дровах, и на угле, мощность варьируется в пределах от 14 до 75 киловатт.
• “Attack” (Словакия) — способны справиться с обогревом площадей до 950 кв. м, некоторые модели способны продолжать работу даже при перебоях с электроэнергией.
• “Bosch” (Германия) — высококачественная продукция известного бренда, мощность варьируется в пределах 21-38 киловатт.
• “Buderus” (Германия) представлена линейками Elektromet и Logano, первая хорошо известна в Европе как классический вариант пиролизного котла, вторая — более современные версии, предназначенные для частных домов.
• “Gefest” (Украина) — высокомощные устройства с КПД до 95%.
• КТ-2Е (Россия) специально разработан для крупных жилых помещений, мощность агрегата составляет 95 киловатт.
• “Opop” (Чехия) — относительно недорогие котлы, надежные и долговечные, мощность 25-45 киловатт.
• “Stropuva” (производства Литвы или Украины) с мощностью от семи киловатт вполне подойдут для небольшого дома, но в модельном ряде представлены и более мощные устройства.
• “Viessmann” (Германия) — идеальный выбор для частных домовладений, мощность стартует с 12 киловатт, применение современных технологий позволяет экономить топливо.
• “Буран” (Украина) с мощностью до 40 киловатт еще один популярный вариант для владельцев больших коттеджей.
• “Логика” (Польша) высокомощные устройства на 20 киловатт с легкостью обогревают помещения площадью до 2 тыс. кв. м, это скорее котел для промышленных нужд: обогрева цехов, офисов, теплиц и т.п.

Выбирая пиролизный котел для частного дома, следует обратить внимание на модели с двумя контурами, чтобы не только отапливать жилище, но и обеспечить его автономным горячим водоснабжением.

Теплообменник для ГВС бывает накопительного или проточного типа. Для последнего варианта используют модели котлов повышенной тепловой мощности.

Видео по котлам длительного горения

На этом видео наглядно изображен принцип работы пиролизного котла:

Подробный обзор работы котла верхнего горения можно посмотреть здесь:

Пиролизные котлы недешевы, но полностью оправдывают вложенные в их приобретение средства. При правильной установке и обслуживании такие устройства обеспечат дом стабильным и недорогим теплом.