Пиролизные котлы для отопления: принцип функционирования и разновидности котлов длительного сгорания

Время летит, технологии развиваются, но традиционные твердые источники энергии по-прежнему востребованы. Сжигание древесины в обычной печи или буржуйке не всегда эффективное, но ситуацию улучшили пиролизные котлы отопления — эти устройства отличаются высоким коэффициентом полезного действия и сравнительно лёгким использованием.

Это действительно серьезные преимущества при создании автономной системы отопления. Если вы ищете эффективный котел для вашего дома, обратите внимание на пиролизные модели.

В данном материале мы подробно расскажем о конструкции и работе котлов длительного горения, их технических характеристиках, а также представим обзор наиболее популярных моделей от отечественных и зарубежных производителей.

Что такое пиролиз?

Древесина — это, безусловно, одно из самых первых топлив в истории человечества. Все знают, как быстро она сгорает на воздухе и что при этом выделяется недостаточно тепла. Однако условия сгорания могут сильно изменить эту картину.

Пиролизное горение проходит в закрытых камерах. Внутрь помещают дрова или другие подобные виды твердого топлива, такие как пеллеты, опилки, отходы из древесного производства и т.д.

Топливо поджигают и затем снижают приток воздуха в камеру.

Известно, что при сгорании происходят окислительные реакции, главную роль в которых играет кислород, находящийся в воздухе. Если кислорода недостаточно, процесс замедляется, и дрова начинают медленно гореть, фактически просто тлея, в этом случае выделяется лишь незначительное количество тепловой энергии, а также зола и горючий газ.

Однако пиролиз на этом не заканчивается. Газ, который получается в результате первого сгорания, объединяется с потоком воздуха и также подвергается сжиганию. В конечном итоге генерируется значительно больше тепла, чем при работе обычных теплогенераторов.

Поэтому пиролизные котлы обладают высоким коэффициентом полезного действия и часто позволяют значительно снизить затраты на отопление.

Преимущество таких устройств состоит в том, что их работа и конструкция достаточно просты. Количество воздуха, попадающего в камеры сгорания, регулируется с помощью стандартной механической заслонки. Благодаря простой конструкции пиролизные котлы надежны, а поломки у них происходят крайне редко.

Эта схема иллюстрирует все этапы пиролизного процесса горения. Температура внутри устройства может достигать 1200 °C.

Еще одним положительным аспектом пиролизных котлов является продолжительность горения. Полная загрузка котла позволяет обходиться без вмешательства в процесс на протяжении нескольких часов, а иногда и более суток, что избавляет от необходимости постоянно подбрасывать дрова в топку, как в случае с открытым горением.

Однако это не значит, что пиролизный котел можно использовать без контроля. Как и с любой другой системой отопления, здесь важно соблюдать правила безопасности.

Также стоит помнить, что пиролизный котел не подходит для всех видов топлива — влажность использованного сырья должна оставаться на низком уровне, иначе часть тепловой энергии уходит не на подогрев теплоносителя, а на сушку самого топлива.

Котлы пиролизного сгорания, особенно сделанные из чугуна, достаточно тяжелые, поэтому они представлены исключительно в виде напольных моделей.

В процессе пиролизного горения топливо сгорает практически полностью, благодаря чему необходимость в чистке котла значительно снижается по сравнению с традиционными твердотопливными моделями. Зола, остающаяся после процесса, может использоваться как удобрение. Процесс сгорания в таких котлах идет сверху вниз.

Из-за этого возможности для естественной циркуляции воздуха в топке значительно ограничены. Применение принудительного воздуходувки с вентилятором значительно повышает эффективность работы аппарата, но в то же время делает котел зависимым от электроснабжения, так как для функционирования вентилятора требуется электроэнергия.

Конструкция и принцип работы пиролизного котла

Топка пиролизного котла состоит из двух отдельных секций. В первой происходит сгорание древесины, а во второй — вторичное сжигание смеси пиролизных газов с воздухом. Эти две секции разделены колосниковой решеткой, на которую укладывается топливо.

Воздух обычно подается принудительно с помощью небольшого вентилятора. В небольших моделях также может использоваться дымосос для создания тяги.

На данной схеме показана конструкция пиролизного котла с нижним горением. Древесина медленно сгорает при ограниченном доступе кислорода, выделяя горючий газ.

Принудительная вентиляция является отличительной чертой пиролизного котла по сравнению с традиционными твердотопливными моделями. Корпус устройства состоит из двух вложенных друг в друга частей, пространство между которыми заполняется теплоносителем, обычно это вода.

Сначала в первое отделение топки загружается топливо, затем активируется вентилятор, и топливо поджигается. Появляющиеся в результате горения газы перемещаются во вторую секцию, смешиваются с воздухом и сгорают.

Температура горения может достигать 1200 °C. Вода в наружном теплообменнике нагревается и circulирует через систему отопления здания. Остатки продуктов сгорания выводятся через дымоход.

Несмотря на высокую стоимость, пиролизные котлы имеют преимущества, так как дрова в них сгорают почти полностью, в отличие от классических моделей.

Существует ряд требований к древесине, которые необходимо соблюдать при использовании пиролизного котла — как по размерам, так и по влажности. Подробности можно найти в инструкции производителя.

При выборе пиролизного котла стоит учитывать, что недорогие маломощные модели обычно предназначены исключительно для дров. Более дорогие версии могут работать на различных видах топлива.

При загрузке топлива важно использовать максимальную наполняемость, так как уменьшение нагрузки может привести к избыточному образованию золы и сажи, а также негативно сказаться на работе котла в целом.

Котлы верхнего горения

К одним из вариантов пиролизных устройств относятся котлы верхнего горения. Принципы работы этих двух типов агрегатов довольно схожи.

В топку также загружается большое количество твердого топлива с низкой влажностью, воздух подается принудительно, обеспечивая тление топлива при снижении уровня кислорода. Датчик, регулирующий подачу кислорода, устанавливается в необходимом положении.

На этой схеме изображена конструкция котла верхнего горения. Топка такого котла имеет сплошное дно, а остатки горючих веществ удаляются через дымоход.

Однако котлы верхнего горения не имеют ни зольника, ни колосниковой решетки. Их дно сделано из сплошной металлической плиты. Эти устройства сконструированы так, чтобы древесина сгорала полностью, а оставшаяся в камере небольшая зола выдувалась потоком воздуха.

Котлы верхнего горения отличаются высоким КПД и также функционируют при температурах выше 1000 °C.

Основное достоинство таких устройств заключается в их способности работать длительное время при полной загрузке. Топливная камера обычно имеет цилиндрическую форму.

Топливо загружается сверху, а воздух для горения подается также сверху по центру.

В котлах верхнего горения система подачи воздуха является подвижным элементом, который опускается вниз по мере сгорания древесины.

Таким образом, происходит медленное тление верхнего слоя топлива. Топливо постепенно сгорает, и уровень его в топке снижается. Параллельно меняется положение системы подачи воздуха, которая почти располагается на верхнем слое древесины.

Вторичная стадия горения происходит в верхней части топки, отделенной от нижнего отделения толстым металлическим диском. Горячие пиролизные газы, образующиеся в результате нижнего сгорания, расширяются и поднимаются вверх.

В этом процессе топливо соединяется с воздухом и сгорает, передавая значительный объем тепловой энергии теплообменнику.

Балка, закрепляющая диск, разделяющий камеру горения на две секции, как и сам диск, постоянно подвергается воздействию высокой температуры во время функционирования котла верхнего горения. Со временем эти компоненты могут деградировать, и их потребуется периодически заменять.

На выходе из второй секции топливной камеры, как правило, установлен автоматический регулятор тяги. Этот прибор измеряет температуру теплоносителя и в зависимости от полученных данных контролирует подачу горючего газа, обеспечивая защиту устройства от перегрева.

Важно отметить, что внешний теплообменник в таких котлах реагирует на изменения скорости циркуляции жидкости, то есть на температурные колебания. На его поверхности может образовываться конденсат, который приводит к коррозии, особенно в стальных котлах.

Рекомендуется использовать чугуны, так как они гораздо более устойчивы к подобным негативным воздействиям.

Хотя в пиролизных котлах длительного горения топливо должно полностью сгорать, в действительности это не всегда происходит. Иногда образуется спекшийся пепел, который трудно удалить воздушным потоком.

При значительном накоплении таких остатков может происходить ощутимое снижение тепловой эффективности котла. Поэтому периодическая чистка верхнего горящего котла необходима.

Особенностью устройств данного типа является возможность добавления топлива в процессе его сгорания, не дожидаясь полного сжигания предыдущей закладки. Это удобно для утилизации бытовых отходов, пригодных для сжигания.

Также существуют виды котлов верхнего горения, которые могут функционировать не только на древесине, но и на угле. Пиролизные котлы этого класса лишены сложных автоматизированных блоков, что делает их маловосприимчивыми к поломкам.

Конструкция котла верхнего горения позволяет выполнять частичную загрузку топки. Однако в данной ситуации разжечь верхний слой топлива может быть сложно. Для этого используется высушенное топливо; дрова, взятые из открытого мест хранения, для такого котла не подойдут.

Кроме того, не рекомендуется применять крупные фракции топлива, следовательно, дрова следует предварительно расколоть на более мелкие куски.

Характеристика эксплуатации газогенераторных котлов

Эффективность пиролизного котла зависит от качества и типа используемого топлива. В топку могут загружаться не только дрова, но и уголь, торф; большинство современных моделей тут способны работать с разными видами топлива.

Древесина сгорает в течение примерно 5-6 часов, что зависит от ее сорта. Чем плотнее древесина, тем продолжительнее ее горение.

Современные пиролизные котлы могут использовать разнообразные виды древесного топлива: дрова, брикеты, пеллеты, уголь, торф и пр.

Сгорание черного угля занимает около десяти часов, тогда как бурый уголь будет гореть в течение восьми часов. На практике максимальная теплоотдача обеспечивается при использовании сухого дерева, оптимальными являются дрова с влажностью не выше 20% и длиной около 45-65 см.

Если нет доступа к такому топливу, можно использовать уголь или альтернативные органические материалы: специальные брикеты из опилок, древесные пеллеты, отходы переработки дерева, торф, целлюлозные материалы и так далее.

Перед использованием котла важно тщательно изучить рекомендации производителя касаемо применяемого топлива.

В пиролизных котлах воздух поступает через простые механические задвижки. Отсутствие сложной электроники обеспечивает надежность оборудования.

Использование чрезмерно влажного топлива нежелательно. При его горении в котле появляются лишние паровые образования, способствующие образованию таких вредных побочных продуктов, как деготь и сажа.

Стены котла загрязняются, теплоотдача снижается, что со временем может вызывать даже прекращение работы котла.

Применение дров с высокой влажностью при пиролизном горении создает в устройстве условия для формирования дегтя, что ухудшает теплоотдачу и может привести к поломкам.

Если котел загружен сухим топливом и корректно настроен, получаемый в процессе пиролиза газ будет сгорать с желто-белым пламенем. Такое горение сопровождается минимальным образованием посторонних продуктов сгорания.

Если цвет пламени отличается, стоит проверить качество топлива и настройки прибора.

Пиролизные газы, смешанные с воздухом, горят стабильным желто-белым пламенем. Изменение оттенка пламени может указывать на необходимость проверки качества топлива или настройки котла.

В отличие от обычных твердотопливных устройств, перед загрузкой дров в пиролизные котлы их необходимо предварительно разогреть.

Это делается следующим образом:

1. На дно топки помещается мелкая сухая растопка (например, бумага или щепа).
2. Растопка поджигается зажиганием с помощью факела из аналогичных материалов.
3. Закрывается дверца сгорания.
4. Дверцу загрузочной камеры оставляют слегка приоткрытой.
5. Добавляют растопку по мере ее горения.
6. Процесс повторяется до формирования слоя тлеющих углей на дне.

На этот момент температура в топке достигает примерно 500-800°C, что создает необходимые условия для загрузки основного топлива. Не рекомендуется для разжига использовать бензин, керосин или другие подобные жидкости. Перед прогревом топки котла длительного горения необходимо удостовериться, что устройство готово к работе.

Ключевой особенностью пиролизных котлов является минимальное количество золы и пепла, что значительно упрощает их очистку и обслуживание.

Проверяется доступность тяги, герметичность дверей, работоспособность запорных механизмов и регулировочного оборудования, наличие теплоносителя в отопительной системе и так далее.

Затем включается терморегулятор для проверки подачи напряжения на прибор. Далее открывается шибер прямой тяги, и котел вентилируется в течение 5-10 минут.

Обзор популярных моделей

Необходимо учитывать, что пиролизные котлы представляют собой довольно тяжелые устройства, которые не предназначены для навешивания на стены. Их можно использовать как для обогрева небольших домов, так и для больших коттеджей. Как и другие отопительные устройства, котлы длительного горения подразделяются по мощности.

Выбирая пиролизный котел, стоит обратить внимание на такие характеристики, как его тепловая мощность, размеры загрузочной камеры и наличие второго контура и прочие факторы.

На это значение обычно ориентируются покупатели.

К числу известных моделей можно отнести:

• Atmos (Украина) — производит устройства, работающие как на дровах, так и на угле, с мощностью от 14 до 75 киловатт.
• Attack (Словакия) — подходит для отопления площадей до 950 м², некоторые экземпляры способны функционировать даже при отключении электроэнергии.
• Bosch (Германия) — продукт от известного бренда, предлагает мощность от 21 до 38 киловатт.
• Buderus (Германия) включает линейки Elektromet и Logano, где первая является классической моделью пиролизного котла, а вторая — более современными решениями для частных домов.
• Gefest (Украина) — высокомощные устройства с КПД до 95%.
• КТ-2Е (Россия) — предназначен для крупных жилых объектов, его мощность составит 95 киловатт.
• Opop (Чехия) — доступные по цене котлы, обеспечивающие надежность и долговечность, мощность составляет от 25 до 45 киловатт.
• Stropuva (из Литвы или Украины) — с мощностью от 7 киловатт подходят для небольших домов, но в рамках ряда продуктов есть и более мощные модели.
• Viessmann (Германия) — идеальный выбор для частных домов, мощность начинается с 12 киловатт, использование современных технологий позволяет сократить расход топлива.
• “Буран” (Украина) — мощность до 40 киловатт, подходит для владельцев больших коттеджей.
• “Логика” (Польша) — мощные котлы на 20 киловатт с хорошими показателями обогрева площадей до 2000 м², подходят для промышленных нужд: обогрева цехов, офисов, теплиц и т.д.

При выборе пиролизного котла для частного дома стоит обратить внимание на устройства с двумя контурами для обеспечения автономного горячего водоснабжения.

Теплообменник для ГВС может быть накопительного или проточного типа. В последнем случае подбираются котлы с повышенной тепловой мощностью.

При желании сэкономить, можно попробовать собрать пиролизный котел самостоятельно — технологии его сборки описаны в соответствующих материаллах.

Заключение и полезное видео на тему

В этом видео демонстрируется принцип работы пиролизного котла:

Обзор функционирования котла верхнего горения можно увидеть здесь:

Пиролизные котлы стоят не дёшево, но полностью оправдывают свои затраты. При должной установке и обслуживании они обеспечивают дом стабильным и экономичным отоплением.

Ищете пиролизный котел для обогрева вашего жилья? Или, возможно, у вас уже имеется опыт работы с такими устройствами? Мы будем рады узнать ваше мнение! Пожалуйста, делитесь своими впечатлениями об эксплуатации пиролизных котлов в комментариях к статье. Форма для обратной связи доступна в нижней части страницы.