Пиролизные твердотопливные котлы

Содержащий газовую фазу белый дымок вы можете увидеть прямо сейчас – зажгите спичку, дайте ей разгореться и затушите. Генераторный газ состоит из паров метилового спирта, бензола, уксусной кислоты, фурана, ацетона и других продуктов нагрева древесного топлива до температур, превышающих 450^оС. Кстати, именно летучие продукты пиролиза дров образуют языки пламени в портале камина. И любой процесс копчения основан на обработке продуктов генераторными газами, возникающими при твердотопливном пиролизе.

Обычные домовые печи в сельских районах – как их топят? Прежде закладывается дровяное топливо, растопка которого прогревает печь. Следом в топку засыпается уголь. Сгорание дровяной закладки сопровождается сильным дымлением из трубы, угольное топливо горит с меньшим выходом дыма, однако потери генераторных газов продолжаются все равно.

Образование газовой фазы и сгорание образовавшихся генераторных газов идет при разогреве печной топки до 450-1100^оС. Однако высокой температуры мало – необходима полуметровая камера дожигания газов и постоянный приток воздуха в печь, причем в расчетном объеме.

Камера дожига генераторных газов находится внутри котла, ее стенки нагреты до высокой температуры – нельзя допустить охлаждения газообразных продуктов горения топлива. Пройдя всего 400 мм после раскаленной топки по сравнительно холодному каналу дымохода (в отсутствии камеры дожигания), газы остынут и прекратят горение, а после улетучатся в атмосферу через печную трубу.

Воздух крайне необходим для дожига генераторных газов. Если его окажется мало, то газы не будут полноценно сгорать. Если же воздушных порций будет чересчур много – поступивший в топку воздух тут же прогреется и устремится по каналу дымовой трубы, увлекая пиролизные газы за собой. Контролируемый доступ воздуха в топку возможен только при помощи автоматики. Приборы следят за температурой в котле и управляют работой воздушного насоса – реагируя на температурные изменения увеличенной или пониженной подачей воздуха.

Как устроен и работает газогенераторный котел

В нем две камеры сжигания – внизу дожигается газовая фаза твердого топлива, вверху помещаются и сгорают дрова. Разожженные поленья подсыхают по мере сгорания – пиролиз древесины носит экзотермический характер. Нагнетаемый вентиляционной установкой воздух поступает в верхнюю камеру, нагревается и направляется совместно с пиролизными газами в нижнюю топочную камеру через колосниковую форсунку. Изготовленная из керамики форсунка установлена между двумя камерами топки, она выдерживает высокие температуры в котле. Пепел, остающийся после сгоревших дров, осыпается в нижнюю камеру топки.

Для подачи воздуха расчетными порциями в разных конструкциях пиролизных котлов применяется встроенный в воздуховод нагнетающий вентилятор (подача воздуха в «дровяную» камеру котла), либо вытяжной вентилятор (дымосос), откачивающий продукты горения из нижней камеры котла через вытяжную трубу.

Порядок работы пиролизного котла:

• в верхнюю камеру помещается дровяная закладка, разжигается. Дверцу топки закрывают, запускают автоматику вентилятора;
• при нарастании температуры выше 250^оС начинается обугливание дерева и активируется газогенерационная фаза. Пиролизные газы движутся через форсунку-колосник в нижнюю камеру топки;
• в «газовой» нижней камере к продуктам пиролиза наддувом подмешивается вторичный воздух*. Газы горят – полученное тепло используется для нагрева теплоносителя системы отопления и, частично, для разогрева нижнего слоя дровяной закладки в верхней камере.

*Вторичный воздух – раскаленный поток воздуха, поступающий принудительно в нижний отсек топки после обхода дровяной закладки по бокам, либо через дверцу нижней камеры, в которой выполнены «воздушные» щели.

Теплоноситель – вода или воздух – получает тепловую энергию из топки газогенераторного котла посредством контакта с металлическим дном нижней топочной камеры. Согласно тепловых потребностей здания и качества дровяного топлива, полной загрузки (разовой) верхней камеры пиролизного котла хватит на 6-12 часовую выработку тепла.

В зависимости от развиваемой температуры, пиролизный котел работает так:

• при t 450^оС – в верхней камере начинается сушка и дегазация дровяной закладки;
• при t 560^оС – загорается смесь газов в нижней камере (генераторный газ и вторичный воздух);
• при t 1100^оС – происходит дожиг продуктов газовой фазы в нижнем отсеке топки, тепло частично возвращается дровам через колосниковую форсунку;
• при t 160^оС – дымовые газы, оставшиеся после дожига в нижней части топки, отводятся по каналу дымохода в атмосферу.

Пиролизные котлы – преимущества и недостатки

Несомненными достоинствами газогенераторных котлов являются:

• двухэтапное сжигание топливной закладки обеспечивает КПД свыше 85%;
• экономичный расход дровяного топлива – растопка с одной закладки длится до 12 часов. Дровяные печи классической конструкции (обычные) способны вырабатывать тепловую энергию с одной закладки топлива не дольше 4-х часов;
• топливо сгорает практически целиком, отходы минимальны. Чистить зольник и дымоход понадобиться реже, чем при пользовании обычными печами;
• автоматизированный контроль процессов горения с простой настройкой и управлением;
• нет нужды в переделке существующей отопительной системы для установки пиролизного котла;
• можно топить газогенераторную печь целыми поленьями (не колотыми);
• дожигание вредных компонентов газовой фазы дров минимизирует их выброс в окружающую среду, т.е. не ухудшается экологическая обстановка.

Отрицательные качества пиролизных котлов:

• котловой вентилятор (дымосос) нуждается в электропитании;
• газогенераторный котел примерно вдвое дороже простого отопительного котла;
• дровяное топливо, применяемое в растопке, должно быть сухим (менее 20% влажности). Требуется сушить свежую древесину не менее года, лишь затем топить ею пиролизный котел;
• важно полностью нагружать котел – только полная закладка топлива, полное потребление тепловой энергии, выработанной им. При снижении нагрузки менее 50% процесс горения нестабилен, в канал дымовой трубы активно поступает и отлагается деготь.

Как выбрать пиролизный котел

Рынок газогенераторных котлов в России предлагает домовладельцам модели мощностью от 10 кВт, произведенные европейскими и отечественными компаниями. Среди производителей ЕС стоит отметить Viessmann (Германия), Atmos и Dakon (Чехия), Wirbel (Австрия). Однако расценки на европейские котлы высоки – вдвое-вчетверо выше, чем на модели российских производителей. Отечественные компании, серийно выпускающие пиролизные котлы мощностью от 10 до 100 кВт – костромские «Буржуй-К», «Тепловъ», «Траян» (одноименные марки) и «КЗКО» (марка «Гейзер»), пермский «Зенит Трейд» (марка «Зенит»). Оснащенный автоматикой компании Honeywell пиролизный котел мощностью 10 кВт одной из названных марок обойдется покупателю примерно в 40000 рублей.

Важно: не оснащенные автоматикой газогенераторные котлы приобретать не следует! Российские компании, предлагающие дешевые модели пиролизных котлов с «ручной» подачей воздуха и заявляющие их «высокую экономичность» кривят душой. Невозможно достичь 85% КПД для газогенераторного котла, не укомплектованного качественной автоматикой!

Пиролизный котел – оборудование дорогое, его нельзя покупать дистанционно. Лично осмотрите подходящую модель котла, внимательно изучите его конструкцию. Особенное внимание обратите на форсунку-колосник и обшивку нижней топки – здесь должна быть керамика, поскольку только этот материал способен годами выдерживать высокотемпературную нагрузку. В пиролизном котле топка всегда разделена на две камеры, причем в обеих должна быть регулируемая воздухоподача. Передача тепловой энергии теплоносителю должна происходить только через днище нижней топочной камеры и канал дымохода, поскольку добиться высоких температур возможно лишь при такой конструкции – пиролиз и дожигание газов невозможны без прогрева нижней топки до 1100^оС.

Минимально допустимый срок гарантии на работу газогенераторного котла – 1 год. Но гарантия не прогара стенок топки должна быть более 10 лет. Производитель обязан предоставить самостоятельные гарантии на форсунку и котловую автоматику – эти элементы конструкции пиролизного котла дорогие, замена обеих потребует свыше 50% от первоначальной цены котла.

Важно: мощность газогенераторного котла должна точно соответствовать отопительным потребностям здания, требуется тщательно просчитать их перед покупкой котлового оборудования.

Выбрав маломощную модель, хозяин сломает ее меньше, чем за сезон эксплуатации – такие котлы крайне чувствительны к предельным нагрузкам. Если же выбрать заведомо более мощный газогенераторный котел, то его дымоход в короткий срок покроется отложениями дегтевого конденсата и сажи, поскольку их дожиг окажется неполноценным.

Пристально изучите корпус котла, каждый сварной шов. Выясните марку металла, использованного при создании внутренней части корпуса, толщину металлического листа. Должна быть высоколегированная котловая сталь, ее толщина – свыше 4 мм.

Важно: не приобретайте газогенераторный котел, чей корпус создан из конструкционной стали (толщина неважна). Такая сталь не способна держать высокие температуры и прогорит за пару лет эксплуатации котельного оборудования.

На рынке котлового оборудования России некоторыми производителями и продавцами заявляются иные модели газогенераторных котлов, чем конструкция, описанная в данном материале. В описании подобных «нестандартных» котлов часто указывается «возможность генерации газовой фазы и ее дожигания» - в действительности ни пиролиза древесины, ни дожига пиролизных газов не будет. Это условие относится к любым котлам типа «Булерьян» - они не способны выполнять функций пиролизного котла ни в коей мере.

Установка и эксплуатация пиролизных котлов

Их размещение в жилом помещении недопустимо – только в техническом (котельной), отделенном от жилого пространства здания капитальной стеной. Черновое основание площадки, где будет установлен газогенераторный котел, должно быть кирпичным или каменным. Сектор пола, расположенный перед дверцами топок, следует закрыть 2 мм листовым металлом. Безопасная дистанция от корпуса пиролизного котла до любого стационарного объекта в котельной, включая стены – 200 мм.

Дымоход газогенераторного котла требуется обязательно утеплять фольгированной минватой или монтировать его секции из двухкорпусных (модульных) утепленных элементов.

Помещению котельной с пиролизным котлом необходим постоянный приток воздуха – вентиляционное отверстие площадью не менее 0.01 м².

Важно: при каждой закладке дров в верхнюю топку убедитесь, что в них нет каких-либо синтетических материалов. Продукты горения синтетики коррозируют стенки корпуса котла, что многократно сокращает его стойкость к прогару.

Удаление золы из нижней топочной камеры при эксплуатации газогенераторного котла необходимо выполнять примерно каждую неделю – точная периодичность уборки зависит от мощности котлового оборудования и интенсивности его работы. Одновременно с устранением золы требуется вычищать отверстия в форсунке-колоснике, отскребать от сажи дверцы топок. Полная чистка топочных камер необходима раз в месяц.