Печь медленного горения: описание и особенности конструкции. Медленного горения котлы

Печь медленного горения: описание и особенности конструкции

Среди широкого разнообразия металлических печей особую популярность получила печь медленного горения. Другое название, которое можно встретить, – печь длительного горения. Она довольно экономна и проста в эксплуатации, подходит как для гаражей и небольших дачных домиков, так и для больших частных домов с постоянным проживанием. На рынке можно встретить широкое разнообразие таких печей, но многие предпочитают изготавливать их самостоятельно. В этой статье мы узнаем, что собой представляет печь медленного горения, какие у нее есть разновидности и как изготовить ее своими руками.

Конструктивные особенности

Данный отопительный прибор имеет такие отличительные черты:

Объемная топка и большая дверка для загрузки дров. Это позволяет удобно накладывать дрова большими партиями.

Деление топки на две части. Одна из них предназначена для тления дров, другая – для сжигания газа. Именно благодаря этой особенности устройство называют «каталитическая печь медленного горения».
Наличие так называемого «зуба» – отбойника пламени от дымохода. Он представляет собой пластину, приваренную в верхней части топки. Задача «зуба» – воспрепятствовать попаданию пламени в трубу.

Отличия от простой печки

Отопительная функция простой печки состоит в нагреве корпуса печки и последующей отдаче тепла в помещение. Сгорание в ней проходит довольно интенсивно. Если печь металлическая, это некомфортно. Топливо не сгорает полностью, его нужно постоянно добавлять, а температура в комнате то опускается, то поднимается. Печь медленного горения устроена более удобно.

Простая печь разжигается снизу. Пламя в ней может распространяться вверх и в сторону. Оно быстро развивается и набирает максимальную величину, в результате чего дрова быстро прогорают и остается много углей. Мощность пламени в стандартной печке обусловлена тем, что снизу постоянно идет приток воздуха. В печи длительного горения все наоборот – дрова поджигаются сверху, а огонь распространяется вниз. Воздух поступает только к месту огня. В результате получается медленное горение дров в печи, которое даже правильнее будет назвать тлением. Тепла выделяется меньше, и температура воздуха в комнате сохраняется на одном уровне.

Кроме поленьев, в печке длительного горения сгорает пиролизный газ. Он образуется при тлении дров и перемещается во вторую камеру сгорания, где смешивается с воздухом. Как результат – продукты окончательного сгорания почти не содержат веществ, вредных для человека, КПД повышается, а расходы на отопление снижаются.

Сильные и слабые стороны

Прежде чем печь медленного горения выйдет на нормальный режим работы, ее надо растопить, чтобы поднять температуру помещения до нужного уровня. Затем можно уменьшить тягу и перевести печь на медленное горение. При этом температура воздуха в помещении будут держаться на одном уровне.

Итак, рассмотрим преимущества таких печек:

Высокий КПД – 80-85 %.
Малые габариты.
Если в помещении отсутствует электричество и газ, такая печка является единственным вариантом обогрева.

Абсолютная энергонезависимость.
Удобство эксплуатации. Загрузив топливо, нужно лишь отрегулировать уровень тяги. Одной загрузки хватает на 5-6 часов полноценного обогрева.
Продукты горения практически безвредны.
Отопительные приборы подобной конструкции подходят для разных по площади и способу применения помещений.

Без недостатков тоже не обошлось:

Дымоход должен быть максимально высоким и прямым.
Сырые дрова не годятся для горения в таком режиме.
Из-за того, что дым поступает в дымоход с небольшой скоростью, в нем накапливаются отложения.

Печь медленного горения своими руками

Теперь рассмотрим процесс самостоятельного изготовления печки. Основное отличие печи длительного горения – две камеры сгорания, которые соединяются просто решеткой или колосниками. В зоне загрузки происходит тление дров. Этот процесс протекает при небольших количествах кислорода. После тления дрова разлагаются на кокс и пиролизный газ. Газ отправляется во вторую камеру, где происходит его горение. Побочные продукты уходят в дымоход.

Чтобы сделать простую печь такого типа, понадобится:

Листовой металл толщиной 3-4 мм.
Металлические уголки.
Стальная арматура.
Труба для дымохода (стальная или чугунная).
Болгарка.
Аппарат для сварки.
Измерительные инструменты.

Изготовление

Печка делится на три зоны: область загрузки дров с колосником снизу, сборник золы, область сгорания газа, отделенная отбойником пламени от трубы.

Для начала нужно вырезать из металлического уголка 4 ножки, длиной около метра, и перекладины (их длина зависит от размеров печи, которые вы планируете получить). Далее из перекладин нужно сварить каркас печки, на который будут крепиться листы металла. Затем к каркасу привариваются ножки.

Чтобы увеличить теплоотдачу печки и продлить срок ее службы, не стоит брать слишком тонкий металл для стенок. Листы металла нарезаются по размерам каркаса и привариваются к нему. На передней стенке нужно сделать отверстие для двух дверок (одна для погрузки, а другая для зольника).

Еще до окончательной сборки на передней части необходимо приварить завесы и засовы для дверей. Далее нужно сделать сами двери и прикрепить их. Чтобы зазор между дверками и стенкой был минимальным, нелишним будет приварить шинки. На одной из боковых поверхностей нужно сделать распределитель воздуха. Для этого необходимо проделать в стенке отверстие, а также приварить к нему круг с трубой и заслонкой. Нужно это для регулирования интенсивности потока. Чтобы дрова тлели, а не горели, отверстие не должно быть более 20 мм в диаметре.

На внутренней поверхности боковых стенок заранее стоит сделать крепежи для перегородки между двумя отсеками печки. В качестве перегородки может выступать решетка из арматуры или колосник. На крышке печки нужно вырезать отверстие для дымохода и установить отбойник пламени.

Безопасная эксплуатация

Поверхность, на которую ставится печь медленного горения для дома, должна быть идеально ровной и горизонтальной. На пол и стены поблизости отопительного устройства нужно наложить какой-либо огнеупорный материал. Металлическую трубу дымохода нужно обработать негорючим составом, а между трубой и стеной положить негорючую теплоизоляцию.

Прежде чем растопить печку впервые, необходимо проверить ее герметичность. Для этого в топку кладется материал, который при горении выделяет много дыма. Если обнаружите шов, через который просачивается дым, эту проблему обязательно нужно устранить.

Чистка

Чтобы печь работала бесперебойно, дымоход необходимо периодически чистить, а из зольника выбирать золу. Если в системе есть труднодоступные для чистки места, в начале сезона рекомендуется прожечь в ней осину. Она обладает способностью очищать стены дымохода. Это простейшая версия печи – буржуйка медленного горения. Но есть и более технологичные и эстетичные виды. О них пойдет речь ниже.

Водяной контур

Печь медленного горения с водяным контуром, в отличие от простой печки, может обогреть сразу несколько комнат. Кроме высокой отопительной эффективности такие печи, как правило, имеют интересный современный дизайн, который можно подобрать под интерьер дома. Это еще одна черта, отличающая их от изделий, которые ставят в гаражах, подвалах, котельных или, на крайний случай, на небольших, редко посещаемых дачах. При правильном выборе дровяная печь медленного горения с водяным контуром может стать истинным украшением интерьера и альтернативой камина. Особенной популярностью пользуются модели, топка которых имеет прозрачную переднюю стенку. Визуальный эффект здесь играет важнейшую роль. Ведь огонь создает уютную миролюбивую атмосферу в доме. Получается не просто печь, а своего рода печь-камин медленного горения.

Благодаря использованию системы труб и радиаторов печь отлично прогревает весь дом. При этом она позволяет существенно сэкономить на дровах, не говоря уже об экономии газа и электричества. Если в сильные морозы регулярно не протапливать печь, то очень велика вероятность, что вода в трубах замерзнет. Поэтому специалисты предлагают при использовании печи медленного горения для дачи добавлять в воду специальные присадки. Они повысят температуру кристаллизации воды.

Автоматическая загрузка дров

Наиболее технологичной печью медленного горения является печь с автоматической загрузкой дров. Она, как можно понять из названия, позволяет прогревать дом без постоянного участия человека. Причем делать это она может на протяжении нескольких дней.

Принцип работы такой печки одновременно прост и сложен. Благодаря тому, что дрова подаются в топку автоматически, обеспечивается постоянное горение. Сложность состоит в том, что подачу дров нужно организовать соответствующим образом. Для этих целей внутри печки устанавливаются специальные стеллажи, на которые укладываются дрова. Чтобы при падении температуры в топку подавалась новая порция дров, нужен датчик тепла.

Еще один важный нюанс – новый подход к распилу дерева. Если обычно дрова пилятся на пеньки, а затем колются топором, то здесь необходимо напилить дерево круглыми «блинами». Такая форма нужна для того, чтобы топливо максимально удобно попадало в топку. Заготовленные деревянные круги ставятся в печку ребром на наклонный стеллаж. Когда срабатывает датчик, они катятся в нужное место. Самостоятельное изготовление такой печи довольно проблематично, поскольку процесс требует точнейших расчетов, а также соблюдения всяческих требований.

Преимущества дровяного отопления

Выбирая котел для обогрева своего дома, люди сравнивают сильные и слабые стороны тех или иных вариантов. Рассмотрев несколько видов дровяных печей медленного горения, познакомимся с преимуществами дровяного отопления в целом. По сравнению с другими видами отопления, оно имеет довольно много сильных сторон:

Экологичность. Дровяная печь не наносит вреда окружающей среде, и в этом плане ей просто нет равных. Сгорая, древесина выделяет не больше углекислого газа, чем при гниении в естественной среде. А по сравнению с тем вредом, который наносят экологии остальные виды горючего, это просто мелочь.
Экономичность. К сожалению, многие думают в первую очередь о финансовой выгоде, а потом уже об экологии. Но и в этом плане дровяные печи преуспели. Дрова стоят меньше других видов топлива.
Данный агрегат можно применять не только с целью обогрева жилья, но и для приготовления еды. Это особенно актуально для тех, чей дом находится далеко от газопровода.
При всей эффективности дровяного отопления оно вовсе не сложно. Если все сделано правильно, печка даже без радиаторов будет хорошо прогревать дом.

Печная тяга создает теплообмен между улицей и домом, благодаря чему достигается оптимальный уровень температуры и нормализуется влажность
Дровяной котел дает приятный аромат, создает уютную атмосферу и напоминает нам о наших корнях.

Заключение

Сегодня мы узнали, что собой представляют печи медленного горения. Безусловно, это перспективный вариант отопления жилых помещений, ведь в последнее время вопрос сохранения экологии и экономии топлива стал особенно актуальным, а конструкция каталитической печи позволяет ей избавиться от недостатков других, устаревших видов дровяных печей.

fb.ru

Пиролизные котлы длительного горения

Создать атмосферу комфорта и уюта, обеспечить себя и близких теплом, без отключений, и не платить огромные суммы постоянно — это то, что требуется владельцам загородных домов, коттеджей и других строений. Твёрдое топливо в виде дров остаётся самым доступным, недорогим и распространённым. В отличие от газового оборудования, оно не нуждается в специальном разрешении на использование. Пиролизный котёл длительного горения можно считать «умной печью». Работает он на древесине, угле, торфе, пеллетах (спрессованные брикеты из стружек) и позволяет утилизировать твёрдый мусор. Основная особенность этого типа отопительных установок в том, что они высокоэффективно и практически безотходно используют топливо, равномерно прогревая всё помещение целиком, т. к. встроены в систему с циркулирующей водой. Закладка горючего материала делается один раз в 10 – 24 часа.

Этапы работы пиролизного котла

Это возможно благодаря технологии происходящего внутри процесса пиролиза, разделяющего сжигание вещества на два этапа: твёрдое топливо тлеет (происходит газогенерация), а потом горит выделившийся из него газ. Поэтому такие тепловые приборы ещё называют газогенераторными. Пиролиз возможен при высокой температуре и отсутствии кислорода. Отходы от горения — это водяной пар и небольшое количество углекислоты, не вредящие окружающей среде и здоровью людей. Отсутствует сажа, неприятный запах дыма; золы образуется мало, а значит, чистить такую «умную печь» надо реже. Небольшие пиролизные котлы часто обладают возможностью приготовления на них пищи, как на плите.

Устройство и принцип работы пиролизных установок

Выглядит газогенераторный котёл как металлический шкафчик, с двумя или тремя дверцами. В первую кладут дрова, раскладывая на специальной чугунной решётке — колоснике, и поджигают их. Начинается горение, поддерживаемое поступившим вместе с дровами воздухом, затем доступ кислорода прекращается почти полностью, дерево очень медленно тлеет, образуя пиролизный газ. Он подаётся во второе отделение, где в присутствии кислорода начинает гореть, выделяя сразу очень много тепловой энергии, поэтому вода в отопительной системе быстро становится горячей. При правильно организованном процессе пиролиза пламя будет белого цвета.

Устройство и схема пиролизного котла

Водяной контур представляет собой либо двойные стенки и верх котла, либо стальные зигзаги по его периметру, наполненные циркулирующей водой, и соединённые системой труб с радиаторами в доме. Интенсивность горения пиролизного газа легко регулируется и управляется системой. Поэтому проще добиться комфортной температуры воздуха в доме. Существуют одноконтурные газогенераторные системы, позволяющие только обогревать помещение и двухконтурные, работающие и на нагревание водопроводной воды. Температура воды управляется термостатом, что позволяет задавать поддерживать её постоянно одинаковой, обычно 65⁰С.В более дорогих моделях могут быть использованы температурные датчики и вентилятор, работающие от электросети. Поэтому при отключении электричества оборудование остановится. Но, так как количество электроэнергии примерно такое же, как расход на свет от одной лампы, то можно применять энергию ветряка или переносного генератора. Использование в качестве топлива пеллет позволяет сделать их загрузку в пиролизный котёл автоматической.

Газогенераторные котлы производятся из чугуна или из стали. Чугунные более прочные и долговечные, но больше весят, их ремонт более трудоёмкий. Качественные стальные газогенераторные твердотопливные установки производят со специальным керамическим покрытием, защищающим их дно и стенки от прогорания. Пиролизные котлы делятся по способу расположения камеры, где сжигается газ, и бывают двух типов — верхнего и нижнего горения. Верхнее горение более длительное и продуктивное. Чтобы понять, какая мощность устройства нужна для обогревания дома, нужно его показатель умножить на 10, например, котёл 25 кВт подходит строению, площадь которого 250 кв. метров.

Сухие дрова длиной 45-65 см обеспечивают максимальную мощность котла и продлевают срок его службы

Монтаж пиролизных котлов медленного горения

Возможна самостоятельная установка пиролизного котла. Располагать газогенераторную установку лучше всего в отдельном помещении, площадью не менее 7кв. метров, с хорошей вентиляцией. Фундамент под небольшой стальной пиролизный котёл не требуется, но нужно рассчитать прочность пола. Для этого вес котла надо суммировать с максимально возможным весом загружаемых в его топку дров. Однако если устанавливать большой чугунный газогенератор, то фундамент потребуется. Расстояние от стен должно быть не менее полуметра. Под прибором и на стены рядом с ним нужно уложить огнеупорный материал. Устанавливать только на ровный пол, без ям и перекосов.

Дымоход обязательно нужно утеплить. Корпус котла, для безопасности, требуется заземлить. В системе водяного контура будет меньше образовываться накипь, если её наполнить мягкой или дистиллированной водой. В холодное время года можно налить антифриз, чтобы не перемерзали трубы. Особенно это удобно на даче, где проживают сезонно.

Преимущества и недостатки пиролизных котлов

Плюсы:

пиролизные котлы исправно функционируют по 10-15 лет, долговечны;
работают на неколотых дровах, разнообразных древесных и других органических отходах, сжигают мусор;
полностью сгорает дерево, не образуя сажи и вредного дыма, выделяя лишь пар и небольшое количество углекислого газа, не загрязняют воздух;
газогенераторные котлы очень экономно расходуют топливо, от одной закладки работают по 12 и более часов;
в пиролизном аппарате образуется мало золы и реже требуется чистить газоход;
можно автоматизировать работу газогенераторного отопительного устройства;
устройства с водяным контуром способны равномерно прогревать всё жилое помещение;
твердотопливные котлы легко устанавливать, не нужно разрешение, в отличие от газовых;
пиролизные котлы медленного горения безопасны, отключаются автоматически при любой неполадке;
есть компактные виды газогенераторных агрегатов, для которых не требуется отдельная котельная;
современные пиролизные котлы просты в обслуживании.

Котел Колви Eurotherm 150А твердотопливный

Минусы:

высокая цена пиролизных установок, но экономия в дальнейшем, требуется в два раза меньше топлива, чем традиционному твердотопливному котлу или печи;
для правильной работы дрова должны быть сухие, не больше 20% влажности, иначе сильно снижается КПД системы отопления, но у некоторых газогенераторных котлов российских производителей есть возможность работы на влажных дровах;
нужна электросеть для вентилятора у котлов, имеющих камеру горения пиролизных газов сверху, газогенераторные устройства с нижней камерой горения работают без электричества полностью;
если температура воды, возвращающейся в водяной контур газогенераторного котла, будет холоднее 60⁰С, то начнётся низкотемпературная коррозия по причине появления конденсата в его газоходе. Для устранения проблемы требуется организовать подмес к холодной воде горячей. Больше это относится к стальным пиролизным котлам, чугун гораздо меньше подвержен коррозии;
для дымохода требуется много строительного материала, у газогенераторного котла он должен быть больше, чем у классической печи.

Самыми надёжными считаются пиролизные котлы длительного горения с водяным контуром производства Германии (Viessmann ,Buderus), в среднем их работа на одной порции дров 24 часа. Следом идут чешские приборы (Dakon, Viadrus, Atmos, OPOP).

Российские производители пиролизных аппаратов также не стоят на месте, постоянно появляются новинки. Отличительная особенность — меньшая требовательность к качеству топлива, некоторые модели котлов прекрасно работают на сырых неколотых дровах. Низкая стоимость в сравнении с импортными. Популярны марки Буржуй, Zota, Lavoro, Траян. Но пока они проигрывают в качестве пиролизным отопительным устройствам из Европы.

myaquahouse.ru

Устройство котлов длительного горения | ГрейПей

Котлы длительного горения – перспективная альтернатива твердотопливным котлам отопления. Устройство и конструктивные особенности позволяют минимизировать частоту ручного обслуживания, выровнять тепловой режим работы, оптимизировать использование топлива. Статья подробно рассматривает алгоритм работы оборудования, особенности конструктивного устройства и разновидности котлов этого типа.

Принцип работы котлов длительного горения

Работа классических твердотопливных котлов основана на интенсивном горении различных видов топлива – дров, угля, брикетов и так далее. Процесс горения происходит в краткий промежуток времени с выделением большого количества теплоты. При этом потенциал топлива, его теплотворное содержание реализуется не полностью.

Котлы длительного горения реализуют принцип медленного, качественного сжигания всех компонентов топлива. Кроме этого, конструкция их предусматривает увеличенный объем камеры для загрузки топлива.

В топку загружается большой объем топлива, производится его розжиг. После этого приток воздуха на горение ограничивается. Топливная загрузка тлеет, при этом выделяются летучие пиролизные газы. Сжигание газов происходит при интенсивной подаче подогретого предварительно воздуха.

Пиролизные газы обладают высоким тепловым содержанием, горят при очень высокой температуре. Одновременно они подогревают воздух, идущий на горение. Таким ступенчатым сжиганием компонентов топлива достигаются следующие результаты:

Значительно снижается скорость сгорания топливной закладки;
Выравнивается режим выделения тепла;
Рационально используется топливо, снижается его расход по сравнению с классическими котлами;
Уменьшается содержание вредных веществ в отходящих дымовых газах.

КПД котлов этого типа колеблется в диапазоне 70 – 80 %, что качественно превосходит показатели обычных котлов на твердом топливе. В зависимости от размера и конструкции котлы длительного горения могут работать на одной загрузке топлива от 12 часов до 5 – 6 суток.

Типы котлов длительного горения

Котлы длительного горения имеют общий принцип устройства. Обычно это двухкамерный котел с водяной рубашкой. Первая камера предназначена для медленного горения основной массы топлива, во второй камере горят пиролизные газы. Камеры имеют различное взаимное расположение – это зависит от марки и модели оборудования.

Котлоагрегаты подразделяются на два типа по признаку автономности:

Энергозависимые;
Энергонезависимые.

Энергозависимые котлы оборудуются вентиляторами наддува и система электронной автоматики и регулирования. Вентиляторы осуществляют подачу воздуха на горение, КПД таких котлов несколько выше, чем у атмосферных аналогов. Регулирование процесса горения, температуры осуществляется электронной системой. Оно реализуется изменением объема воздуха, подаваемого на горение.

Энергонезависимые котлы реализуют свою работу посредством естественной тяги. Регулирование размера потока воздуха производится механической системой управления, основанной на свойствах биметаллических пластин.

По конструкции среди котлов длительного горения можно выделить 4 типа оборудования.

Тип 1. Цилиндрический котел с верхней подачей воздуха и распределителем воздуха.

Этот тип котлов разработан литовскими теплотехниками в 2000 году. Котел имеет цилиндрический корпус. В верхней части расположена камера подогрева воздуха, через которую пропущена труба подачи воздуха (телескопическая).

Труба соединена с круглым грузом, нижний торец которого оборудован сетью каналов распределения воздуха. Диаметр груза составляет 0,9 внутреннего диаметра котла. В верхней части обечайки котла расположен патрубок дымохода.

Через дверцу производится загрузка и розжиг топлива. Верхняя часть топливной загрузки тлеет, в зазоры по направлению в верхнюю свободную часть проходят образующиеся пиролизные газы. Там происходит их сжигание с подачей подогретого воздуха из камеры подогрева.

В нижней части цилиндра имеется дверца для удаления зольного остатка. Котел оборудуется водяной рубашкой с патрубками для присоединения системы отопления. Котлы этой конфигурации работают на естественной тяге, могут оборудоваться вентиляторами наддува.

Тип 2. Котел с огнеупорной камерой.

Этот тип оборудования отличается верхним расположением первичной камеры и наличием вентилятора. В верхней камере происходит тление топлива, оттуда пиролизные газы через керамическую форсунку высасываются в нижнюю камеру.

Нижняя камера выполняется из огнеупорных материалов. Котел оборудован каналами для подогрева и подачи воздуха на горение. Теплогенератор оборудуется водяной рубашкой и резьбовыми патрубками.

Существует разновидность этого типа котла. В ней камера дожигания расположена за первичной камерой. Во вторичной камере проходят металлические полости различного сечения, по которым циркулирует теплоноситель.

Тип 3. Атмосферный энергонезависимый котел с нижним расположением первичной камеры.

Агрегат этого типа является гибридом классического твердотопливного агрегата и котла длительного горения. Он имеет первичную камеру и поддувало. Воздух подается через заслонку поддувала, она соединена приводом с механическим регулятором.

Сгорание пиролизных газов происходит в верхней камере, воздух в которую подается от заслонки по отдельному каналу. Теплогенератор этого вида имеет несколько сниженный КПД по сравнению со своими собратьями, зато обладает полной энергонезависимостью.

Тип 4. Пеллетные котлы.

Котлы этого вида также можно отнести к оборудованию длительного горения. Они также реализуют в своей работе принципы ступенчатого сжигания топлива. Кроме этого, они оборудуются системами наддува и бункером топлива.

Бункер топлива дозировано подает топливо по сигналам автоматики, осуществляется его качественное сжигание. Пеллетные котлы обладают самым длительным периодом автономной работы (без обслуживания). Недостатком этого типа котлоагрегатов является энергозависимость и отсутствие производства пеллет (спрессованных в гранулы древесных отходов) в нашей стране.

Устройство котлов длительно горения выгодно отличается от классических образцов твердотопливных котлов. Достигаемая тепловая стабильность, экономия топлива, уменьшение объема ручного обслуживания обозначают неплохую перспективу и конкурентноспособность котлов этого типа.

greypey.ru

Биотопливо в медленном режиме горения

Практически с началом приручения огня человеку приходилось решать задачу оптимизации соотношения требуемого объема теплогенерации и ее длительности. Последний аспект оказался также актуален не только с позиций энергоэффективности, но и в современном тренде повышения комфортности для потребителя.

Собственно в самой идее организации длительного горения одной закладки топлива (дров, брикетов или угля) нет ничего нового: и классическая деревенская печь переводится шиберами в тлеющий режим горения за счет уменьшения поступления в зону реакции воздуха и соответствующего снижения тяги. Но лишь сравнительно недавно потребителям были предложены модели, изначально рассчитанные на длительные циклы (до нескольких суток) работы, – котлы длительного горения (рис. 1).

Рис. 1. Схема работы дровяного котла длительного горения

Причем под таковыми понимают как теплогенераторы, реализующие поэтапную реакцию горения в так называемом тлеющем режиме, так и котлы пиролизного, двухстадийного, процесса (рис. 2).

Рис. 2. Двухкамерный пиролизный котел

Очевидно, что при определенных условиях такие реакции происходят и в обычной печи. Но только в современных высокотехнологичных приборах можно добиться максимальной реализации всех преимуществ как медленного, так и пиролизного процессов. Грань между ними, впрочем, достаточно подвижная, проходит, как правило, в четком разграничении зон горения и газификации. Последняя рассматривается как первая стадия реакции окисления углерода. В то же время не совсем корректно отождествлять хорошо известные газогенераторы с пиролизными котлами. В последних реализуется несколько отличная схема разложения биотоплива, не позволяющая ставить знак тождества между газогенераторными и пиролизными газами. В них, кроме оксида углерода II (СО), присутствуют и продукты частичного разложения целлюлозы.

Горение биотоплива

Для начала реакции топливо нужно нагреть до критической температуры. Источником тепла может служить как открытый огонь – горящий участок полена, щепки, брикета, так и электрический термоэлемент. При достижении температуры около 150 °С начинается постепенное обугливание дерева с образованием самовоспламеняющегося угля. При 300 °С начинается процесс активного термического разложения древесины, при котором из обуглившегося слоя выделяется белый или бурый дым. Он состоит из продуктов термического разложения древесины и пара. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов, температура вспышки которых лежит в пределах 250–300 °С. Воспламенение древесины происходит при температуре, превышающей 450–470 °С.

Решающее значение для начала горения имеют как плотность материала, так и влажность. Так, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная – бука или дуба. Мокрая древесина труднее воспламеняется, потому что вначале необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины – загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является приток кислорода и аккумуляция теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения. Таким образом, даже эффективное горение дров или опилок в обычных твердотопливных котлах сопровождается значительными (более 20 %) потерями тепла с отходящими газами за счет повышенной влажности и коэффициента избытка воздуха.

Тлеющий режим

В твердотопливных котлах длительного горения воздух обычно поступает не снизу, а сверху. Поэтому он нагревается еще до поступления в зону реакции. Горение твердого топлива, уложенного послойно, происходит сверху вниз, фронт реакции опускается.

Такое постепенное сгорание топлива позволяет существенно увеличить период между закладками его порций до 30–36 ч и даже более (в зависимости от того, на какой объем и какое топливо рассчитан данный котел).

Самый популярный на сегодня вариант исполнения – твердотопливный стальной котел длительного горения, который имеет сварную конструкцию, в то время как чугунный – собирается из отдельных секций, стянутых шпильками. Стальные конструкции легче ремонтируются, чем чугунные. Последние более стойки к коррозии, выдерживают температуру горения выше, чем стальные, но стоят дороже, имеют больший вес, требовательны к условиям перевозки и монтажа из-за хрупкости материала.

Устойчивость к коррозии критична для таких котлов, потому что в процессе сжигания топлива образуется конденсат, содержащий оксиды. Они, соединяясь с паром, образуют кислоты, которые разрушают металлические конструкции. Для предотвращения этих процессов топки в стальных котлах защищают керамической футеровкой.

Например, котлы длительного горения Stropuva (Литва) имеют мощность от 8 до 40 54 кВт и рассчитаны на отопления домов площадью от 30 до 400 м2 . Конструктивно котел представляет собой два стальных цилиндра (один внутри другого) с внешним слоем теплоизоляции. Нагреваемая вода находится в пространстве между цилиндрами. Внутри цилиндра малого диаметра размещена топка сгорания, обслуживание которой осуществляется через люки в корпусе котла.

Топливом могут послужить как дрова, так и уголь или брикеты. Благодаря технологии вертикального горения, время работы может достигать 120 ч при закладке угля, пеллет и брикетов – 72 и 48 ч, соответственно. Так, модель S Mini мощностью 8 кВт имеет объем камеры закладки топлива 163 дм3 (37 кг дров, 60 кг брикетов, пеллет или угля). При этом длина поленьев не должна превышать 400 мм. Объем теплоносителя – 38 дм3, его номинальная температура на выходе из котла – 75 °С, длительность горения одной закладки дров при номинальном режиме 18 ч, брикетов – 36 ч, КПД – 85 %, габаритные размеры (В × Ш × Г): 1550 × 750 × 750 мм, масса – 165 кг.

Стальные дровяные печи бренда «Профессор Бутаков» компании «Термофор» (модели «Гимназист», «Студент» , «Инженер» и др.) мощностью от 7 кВт можно лишь условно отнести к печам длительного горения: для обеспечения такого режима требуется соблюдение ряда условий. Так, необходимо положить небольшое количество дров 2–3 раза для образования углей. При этом положенные сверху дрова будут тлеть, генерируя тепло. Объем отапливаемого помещения у дровяной печи «Студент» – 150 м3 (до 50 м2), объем топки – 70 дц3, мощность – 9 кВт. Производитель предусмотрел наличие средств дополнительного нагрева помещения – конвективных труб и возможность подключения воздуховодов для отвода тепла в смежные помещения.

Печь-камин длительного горения отличается наличием в конструкции большой панорамной дверцы, закрытой огнеупорным стеклом (рис. 3). Мощность таких приборов превосходит параметры обычных каминов, их габариты варьируются в широких пределах.

Рис. 3. Конструкция печи-камина

Независимо от габаритов все такие камины более экономичны по сравнению с аналогами. Это обеспечивается режимом тлеющего горения. В ряде моделей имеется дополнительная камера, в которой происходит дожигание газов, образовавшихся в процессе основной реакции.

Существуют и самодельные отопительные печи длительного горения. Но надо хорошо понимать, что эти конструкции не могут быть рекомендованы к бесконтрольному тиражированию – ведь продукты неполного сгорания углеродного топлива опасны для человека. В то же время при условии квалифицированной экспертизы и заводской доводки идеи мастеров могут послужить основами для гарантированно безопасных моделей.

Например, изобретатели, желающие максимально сэкономить на обогреве своего помещения, делают печь длительного горения на опилках. Такой обогреватель создает двойную экономию – за счет отсутствия затрат на покупку дорогого промышленного оборудования и минимизации расходов на топливо (опилки россыпью).

Перед растопкой вставной цилиндр надо вытащить и вставить в него сердечник. После этого в оставшееся пространство укладываются и утрамбовываются опилки. Затем сердечник извлекается, а цилиндр с опилками возвращается на исходное место. Пространство, оставшееся от сердечника, служит проводником поступающего воздуха, необходимого для сжигания опилок. Розжиг выполняют из нижнего зольного ящика. В такой конструкции можно использовать и пеллеты.

Печь «бубафоня» состоит из стального цилиндра с установленными на нем патрубками для подачи и дозировки подаваемого в камеру сгорания воздуха. Основное отличие «бубафани» от обычных твердотопливных печей – минимизация избыточной теплогенерации за счет точной регулировки объема поступающего воздуха. Поэтому на одной закладке дров такая печь работает намного дольше и не требует установки каких-либо дополнительных накопителей тепла.

Теплогенерация осуществляется двумя способами: традиционным – топливо сжигается естественным путем, а воздух поступает сквозь поддувало в камере сгорания и экономичным – горение происходит в верхнем слое загруженного топлива (дров). Наружный воздух поступает на этот уровень, а его количество регулируется изменением размера входного отверстия. По мере сгорания топлива зона горения медленно смещается вниз.

Дровяные печи длительного горения эффективны за счет того, что сжигается не только сама древесина, но и одновременно образующийся при этом пиролизный газ, в состав которого входят оксиды углерода, водород и метан. Такой газ образуется при высокой температуре и минимальном объеме кислорода в камере сгорания. За счет этого реализуется тлеющий режим, характерный для котлов медленного горения вообще.

Образующийся пиролизный газ сгорает в отдельной топке, расположенной непосредственно над основной камерой сгорания, где горят дрова, и отделенной пропускающей газ решеткой. Дно основной топки представляет собой колосниковую решетку. Под ней находится зольник, предназначенный для сбора скопившейся золы. Поступление кислорода в топку и, соответственно, интенсивность пламени можно регулировать приоткрытием дверцы зольника.

Химия пиролиза

Пиролизом называется процесс термохимической деструкции биотоплива. Он происходит в результате нагрева топлива при стехиометрическом недостатке кислорода. В автотермическом режиме нагрев топлива обеспечивается за счет окисления части газифицируемого топлива (≈ 10–30 % в зависимости от характеристик топлива) без подвода теплоты извне. Отсутствие кислорода в зонах формирования газогенераторного газа и пиролиза (восстановительной зоне и зоне коксования) объясняется тем, что подаваемые в реактор газифицирующие агенты сбалансированы таким образом, что весь содержащийся в них кислород используется в зоне окисления (зоне горения).

В процессах пиролиза, обычно происходящего при температуре ≈ 400–900 0С, и взаимодействия продуктов пиролиза с кислородом газифицирующих агентов при температуре, как правило, ≈ 900–1350 oС при экзотермических химических реакциях выделяется теплота:

С + О2 = СО2 + 409 кДж/моль;

2С + О2 = 2СО + 246 кДж/моль.

Она используется в процессах сушки топлива при температуре ≈ 150–400 0С и взаимодействия продуктов пиролиза с диоксидом углерода и водяным паром при температуре ≈ 750–1000 0С при эндотермических реакциях подогрева газифицирующих агентов при температуре теплоносителей (продуктов газификации) ≈ 200–900 0С:

С + СО2 = 2СО – 162 кДж/моль;

С + Н2О = СО + Н2 – 137 кДж/моль.

В результате этих химических реакций происходит образование оксида углерода II (монооксида) и водорода – основных горючих компонентов. Результаты других химических реакций, имеющих место при газификации, ввиду их незначительного влияния на состав и калорийность полученного газа, можно не рассматривать. Условия, необходимые для протекания химических реакций газификации и сопутствующих им процессов в соответствующих зонах реактора, обеспечиваются правильной организацией тепломассообмена.

При правильно сбалансированных потоках топлива, инертного материала (при наличии) и газифицирующих агентов, подаваемых в реактор, а также при правильной организации тепломассообмена внутри реактора исходное топливо эффективно (химический КПД 0,65–0,9) преобразуется в конечные продукты термохимической деструкции сложных органических веществ – пиролизный газ и твердый зольный остаток.

К преимуществам пиролизных котлов относятся полное сжигание топлива и большие возможности регулирования работы котла за счет изменения частоты вращения дутьевого вентилятора. В автоматическом режиме этот процесс управляется термостатом или программируемым устройством.

Двухкамерные котлы

На рынке присутствуют как промышленные, так и бытовые пиролизные котлы ряда производителей. Бытовые модели пиролизных котлов представлены на отечественном рынке, в частности, такими брендами и компаниями как Dakon и Atmos (Чехия), Viessmann (Германия), Eko-Vimar Orlanski (Польша) и др. В последние несколько лет этих известных зарубежных производителей все увереннее теснят отечественные фирмы.

Пиролизная технология позволяет получить высокий КПД котла при сравнительно низком расходе топлива. В котле имеется две камеры сгорания – первая из них предназначена для первичного топлива, где оно разлагается с выделением тепла и пиролизного газа. Он поступает во вторую камеру сгорания, где реагирует с кислородом воздуха. При реализации второй стадии горения генерируется основная часть тепловой энергии. В пиролизном котле из топлива извлекается ее максимум, а от исходного топлива остается минимально возможное количество твердых отходов. На внутренних поверхностях котла оседает также минимум непрореагировавшего углерода (сажи).

Такие котлы обычно в той или иной степени автоматизированы, а ручное регулирование процесса горения нештатно. Упрощают автоматизацию и длительные циклы горения – до 24 ч и более.

За счет регулирования процесса горения и более полного сжигания топлива пиролизный котел на одной закладке работает намного дольше, чем обыкновенный твердотопливный. Поэтому их часто называют пиролизными котлами длительного горения. Их преимущества: регулирование мощности в диапазоне 30–100 % без снижения КПД; мультитопливность – дрова, отходы деревообработки, торф, брикеты, уголь; низкий уровень вредных веществ в дымовых газах за счет полного сгорания горючего и простота обслуживания.

Но наибольший выход пиролизного газа обеспечивает дровяной котел.

Концерн «Медведь» производит котлы двух версий: дровяные – cерий КВр и COMFORT. Они работают на дровах, опилочных брикетах, крупной стружке. И универсальные – серий КВр G и COMFORT G, в которых в качестве топлива могут использовать уголь, дрова, опилочные и торфяные брикеты. Длительность горения одной закладки 6–120 ч.

В котлах Buderus Logano S131 большая загрузочная камера и новая конструкция теплообменника стального котла обеспечивает долгое время горения – более 4 ч на одной загрузке (рис. 4). Топливом могут служить каменный уголь (фракция 20–40 мм), бурый уголь, древесина (L=250 мм, Ø = 100мм). Пиролизный котел Buderus Logano S171 W оснащен современной автоматикой, позволяющей эффективно управлять всей системой. Период горения на одной загрузке при номинальной теплопроизводительности 20 кВт и КПД – 87 % – более 3 ч. Топливом служит древесина ( дрова) с влажностью < 20% Расход дров – 6,2 кг/ч.

Рис. 4. Buderus Logano S131

Рекуперационная конденсация

К категории котлов длительного горения можно условно отнести и малоизвестные модели биотопливных конденсационных котлов. Теоретически значительная экономия топлива в газовых конденсационных аппаратах, окупающая их повышенную стоимость, становится почти вдвое меньше в жидкотопливных и совсем небольшой – в биотопливных котлов. Но производители конденсационных дровяных или пеллетных котлов приводят данные, согласно которым обеспечивается дополнительное поступление до 13 % энергии, а КПД – достигает 97 %. Количество дополнительно получаемого тепла зависит не только от абсолютных значений выхода пара, но и от его концентраций, объемного процента в дымовых газах. Причем, чем он меньше, тем ниже температура точки росы для продуктов реакции, при которой достижим конденсационный режим, ниже должна быть и температура обратки. Теоретически она достигать 20 ˚С.

В дымовых газах содержится также поступившая с воздухом вода в газовой фазе (она нагревается, воспринимая выделившуюся при горении энергию за счет теплоемкости) и пар, образовавшийся при фазовом переходе влаги топлива – в ней заключается энергия, затраченная как на фазовый переход, так и на нагрев до температуры продуктов реакции. Зачастую подсчитывая энергетический выход при конденсационном режиме, к дополнительно получаемому теплу относят и эти две составляющих. И тогда при конденсационном режиме эффективность может оказаться даже выше теоретической, достижимой по стехиометрическим уравнениям.

С формальной точки зрения это энергия рекуперации – возврат первоначально затраченной, и к получаемому дополнительному теплу за счет использования высшей теплоты сгорания она не относится. Однако на практике иногда между ними ставится знак тождества.

Рис. 5. Биотопливный конденсационный котел Pellematic

При использовании в качестве топлива дров, опилок, брикетов, пеллет экономия за счет рекуперации (обратного фазового перехода пар/жидкость) может составлять несколько процентов, а температура точки росы дымовых газов (в зависимости от влажности топлива) превышать 40 и даже 50 ˚С. Так, влажность дров может доходить до 30–50 %, пеллет – до 12 %. Среди компаний, позиционирующих свои биотопливные котлы как конденсационные, можно назвать австрийскую ÖkoFEN (тандемные модули имеют мощность до 112, объединенные в каскады из четырех котлов – 224 кВт). Обязательное условие для конденсационного режима – низкая температура теплоносителя (30 ˚C) в обратной линии, характерная для напольного отопления или систем с нагревательными панелями. При этом температура дымовых газов находится в диапазоне 30–40 ˚С (рис .5). Английская компания Grant производит пеллетные конденсационные котлы Wood Pellets Spira, рассчитанные как на внутреннюю, так и наружную установку. Работа этих полностью автоматизированных котлов схожа с работой жидкототопливных или газовых.

Статья из журнала "Аква-Терм", №2/2017

Опубликовано: 27 апреля 2017 г.

вернуться назад

Читайте так же:

aqua-therm.ru

Каталог товаров:

Контакты

Статистика сайта