Как установить пиролизный котёл своими руками

Содержание

1. Нормативная база
2. Разновидности водогрейных котлов на твердом топливе
3. Схемы подключения твердотопливных котлов

• Открытая схема с естественной циркуляцией
• Комбинированная схема с расширительным баком и циркуляционным насосом
• Закрытая схема с принудительной циркуляцией
• Схема с искусственной циркуляцией и гидравлическим разделителем

1. Итоги

Твердотопливные водогрейные котлы малой и средней мощности предназначены для отопления жилых, общественных и производственных помещений. Они вырабатывают тепло за счет сжигания твердого топлива: дров, брикетированных опилок или торфа. Основные преимущества таких агрегатов – универсальность применения, автономность работы (не требуется подключение к сетям газоснабжения), доступность топлива по цене. Современные отопительные приборы экономичны, безопасны и просты в эксплуатации, но нужно знать, как правильно подключить твердотопливный котел к системе отопления.

Пиролизный котел своими руками

Чтобы сделать котел отопления пиролизный твердотопливный, самодеятельному мастеру придется для начала изучить доступную информацию по этому вопросу.

В рамках нашей статьи мы в состоянии дать только общие рекомендации, а подробные чертежи можно поискать в интернете. Полезно также заглянуть на форумы, где специалисты обмениваются мнениями.

По их отзывам, пиролизные котлы отопления делать своими руками все же обойдется дешевле, чем покупать фирменные.

Мощность пиролизного котла определяют несколько факторов, и главные среди них: общие габариты изделия, объем камеры горения и высота подачи первичного воздуха.

Любую готовую схему системы отопления с пиролизным котлом нужно будет доработать с учетом конкретных условий своего жилища.

Материалы и технология изготовления

Для изготовления пиролизного котла отопления своими руками понадобится:

• электросварочный аппарат и хороший запас электродов;
• «болгарка» и к ней не менее 20 отрезных кругов;
• сталь 4мм, 3 листа 1,25×2,5 м;
• сталь 2 мм, один лист;
• труба 57 мм общей длиной 8 м;
• шамотный кирпич, 12—14 шт.;
• и еще некоторые мелкие детали.

Раскроить металл и выполнить сварочные работы — задача не из легких. Если нет возможности заняться этим самостоятельно, придется пригласить мастера.

Дверцы котла должны закрываться герметично, чтобы не терялось тепло и не выходил наружу дым.

Испытание готового котла

В ходе испытания должны быть выявлены недостатки самодельного отопительного котла и определены способы их устранения. Качественно смонтированный пиролизный агрегат обладает следующими свойствами:

• топливо разгорается достаточно легко при естественной тяге;
• дым не вырывается из-под уплотнителя верхней дверцы;
• вентилятор обеспечивает стабильный поток воздуха и не шумит;
• котел за 20-30 минут выходит на рабочий режим;
• при включении вентилятора пламя в камере сгорания сильное и ровное;
• процесс сжигания пиролизного газа поддается регулированию;
• при остановке вентилятора не возникает эффекта обратной тяги;
• соотношение тепловой мощности к затраченному количеству дров соответствует расчетам.

Если самодельный отопительный котел демонстрирует соответствие этим параметрам, его можно признать работоспособным после устранения обнаруженных недоделок.

Нормативная база

К отопительному котлу, работающему на твердом топливе, предъявляются повышенные требования по безопасности. Нормы по установке оборудования приведены в СНиП II-35-76 Котельные установки (актуальная редакция СП 89.13330.2011).

Согласно нормативу, водогрейные твердотопливные котлы для общественных, административных и жилых зданий с температурой нагрева воды на выходе до 115 °С можно размещать во встроенных и пристроенных котельных (размещение на крыше не допускается). В многоквартирных жилых домах их можно ставить только в пристроенных помещениях. Отопительное оборудование должно быть заводского исполнения, со встроенной автоматикой.

Максимальная суммарная тепловая мощность твердотопливных котлов для встроенной котельной не должна превышать 1,5 МВт. Для пристроенного помещения этот показатель не ограничен.

Требования по исполнению дымохода для отвода продуктов сгорания, устройству вентиляции и водяного отопления регламентированы нормативом СП 31-106-2002 Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов. Также здесь оговорены условия правильной установки прибора (расстояние от стен, материал отделки котельной), их нужно учитывать совместно с руководством по эксплуатации котла.

Принцип работы

Оценить преимущества пиролизных котлов невозможно без понимания общих принципов работы. И изначально, что такое пиролиз?

По сути, это разложение природных соединений при минимальном количестве воздуха. В стандартном котле дрова сгорают при температуре 900-1200°С при нормальном доступе воздуха, на одну закладку дров уходит около 3-4 часов с выделением порядка 4900 калорий тепла.

Таблица 1 Теплотворная способность дров разных пород древесины

В пиролизном котле твердое топливо сгорает при меньшей – 300–850°С температуре, при этом происходит распад на следующие элементы – на твердый осадок и газ. При отсутствии кислорода в отдельной камере горючий (пиролизный газ) вступает в реакцию с углеродом и дополнительно перерабатывается, за счет чего увеличивается теплопроводность.

Таким образом, при сухой перегонке (процесс пиролиза) помимо твердого топлива дополнительно сгорает твердый осадок и одновременно с ним пиролизный газ. Все это в комплексе увеличивает время прогорания одной закладки дров до 12 часов (сравните с обычными 3-4 часами) и коэффициент полезного действия котла до 85-90% при стандартных 65-70%.

Плюсы и минусы оборудования

Любой агрегат отличается как положительными, так и отрицательными характеристиками. Для того, чтобы сделать правильный выбор, их необходимо адекватно оценить.

• поддержание определенной температуры горения в автоматическом режиме;
• увеличенное время прогорания закладки на фоне повышенного КПД котла;
• возможность использовать различные виды твердого топлива, вплоть до продуктов переработки деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности.

Не рекомендуется использовать более трети общего количества топлива полимеры и резину.

• большие габариты котла за счет увеличенной камеры сгорания;
• особые требования к твердому топливу – дрова должны быть совершенно сухими

При закладке топлива даже 25% влажности замедляется процесс выделения газов, что приводит к снижению температуры теплоносителя и падению эффективности.

• энергозависимость – во время работы котел потребляет электричество для работы вентилятора, создающего принудительную тягу, и автоматики;
• цена – это самый главный недостаток, который заставляет отказаться от покупки.

Именно поэтому мы предлагаем сделать пиролизный котел своими руками, чертежи и принцип работы смотрите дальше в статье.

Устройство котла

Принципиальная разница стандартного и пиролизного котла заключается в том, что в первом варианте 1 камера сгорания, а во втором – 2, между которыми пролегает колосниковая решетка, в нижней сгорают собственно топливо и твердый остаток, а в верхней – пиролизные газы. Именно такая организация топочных камер позволяет оптимизировать процесс, увеличить время сгорания топлива и максимально увеличить эффективность.

Фото 2 Схема устройства пиролизного котла

Процесс пиролиза возможен только при ограниченном доступе воздуха, когда топливо не горит, а фактически тлеет, выделяя большее количество газа.

К числу особенностей пиролизного котла относится и повышенное аэродинамическое сопротивление в дымоходе за счет отсутствия воздуха и реакции углерода с пиролизным газом. Принудительную тягу обеспечивает электровентилятор, собственно, именно по этой причине пиролизные котлы и относятся к категории энергозависимого оборудования.

Стоимость самодельной модели

Безусловно, основная причина, почему принимаются за изготовление пиролизного котла своими руками, ищут чертежи и принцип работы – банальная экономия. В среднем по регионам стоимость готового котла варьируется от 36 000 руб. (мощность 10 кВт, площадь 100 кв.м.) до 140 000 руб. (мощность 38 кВт, площадь 300 кв.м.). При самостоятельном изготовлении котла получается сэкономить от 500 до 1500 у.е. за счет стоимости материалов и личного труда.

Видео 1 Пиролизный котел 15-25 кВт – изготовление и испытание

В любом случае, этот вид работ нельзя назвать недорогим или легким, поэтому прежде чем решится сделать пиролизный котел своими руками, оцените свои возможности изучите все чертежи и подберите именно те материалы которые необходимо.

Как сделать пиролизный котел

• электродуговая сварка и 3-4 пакета электродов;
• дрель;
• малая болгарка (круг 230).

Из всех видов отопительных установок, работающих на твердом топливе, наиболее эффективными считаются агрегаты, в которых при сжигании дров или угля происходит пиролиз. Это процесс дожигания газов, выделяющихся из дров или угля при их тлении, что позволяет передавать теплоносителю почти всю энергию сгорания топлива. Данный принцип использует схема пиролизного котла, в которой реализовано выделение горючего газа из топлива и его последующее сжигание.

Разновидности водогрейных котлов на твердом топливе

Чтобы подключить котел на твердом топливе, нужно понимать принцип его работы. Выделяемое при горении тепло передается воде, которая циркулирует в полостях топки котла и конвективным поверхностям нагрева на выходе дымовых газов. Горячая вода выходит из котла и поступает в подающий трубопровод циркуляционного теплового контура. Затем теплоноситель поступает на радиаторы отопления, где отдает тепло воздуху помещений, и возвращается по обратному трубопроводу в котел. По способу горения различают отопительные устройства таких видов:

• Обычные твердотопливные котлы с нижней подачей воздуха на горение.
• Котлы длительного горения (с верхней подачей воздуха) – газогенераторы с дожиганием пиролизного газа, выделяемого при сгорании основного топлива.

Также котлы разделяют на бытовые (для дач или частных домов) и промышленные (для общественных помещений большой площади). Оборудование различается по габаритам и объему топки, длительности прогорания топлива, производительности по теплу, литражу воды в системе.

Расчет пиролизного котла

Расчет начинается с определения величины температурного напора, ºС:

Ƭ= (∆Т — ∆t) / ln (∆Т / ∆t)

• ∆Т – перепад температур продуктов сгорания перед теплообменником и после него;
• ∆t – разница между температурами в трубопроводах подачи и возврата теплоносителя.

Полученное значение Ƭ подставляют в формулу:

S = Q / k / Ƭ, где:

• Q – расчетная мощность отопительной установки, Вт;
• k – коэффициент теплопередачи, равен 30 Вт / м 2 ºС.

Укрупненный расчет мощности пиролизного котла (Q, кВт) выполняется исходя из площади здания. Ее значение нужно принимать по наружному обмеру дома, результат разделить на 10. Смысл этого действия в том, что на обогрев каждых 100 м 2 здания требуется ориентировочно 10 кВт тепловой энергии. Полученный результат – это расчетная мощность системы отопления, а источник тепла принимается с коэффициентом запаса. Он зависит от региона проживания и колеблется от 1,1 до 1,5.

Схемы подключения твердотопливных котлов

Твердотопливные котлы длительного горения – это универсальное оборудование, которое может работать как с открытой, так и с закрытой циркуляционной схемой. Рассмотрим наиболее популярные варианты подключения на примере тепловой схемы бытового отопительного агрегата «Суворов-М».

Открытая схема с естественной циркуляцией

При естественной циркуляции движение воды в тепловом контуре происходит за счет расширения и сжатия теплоносителя при его нагревании/остывании. Увеличение объема воды приводит к созданию избыточного давления без применения нагнетательных насосов. Самотечная схема обязательно содержит атмосферный расширительный бак, заполненный жидкостью.

Рисунок 1 Открытая схема с естественной циркуляцией

Схема работает следующим образом. Нагретая в котле (1) вода поступает в подающий трубопровод, который поднимается вертикально, а затем распределяется поверху по отапливаемым помещениям. Трубопровод подачи прокладывается под небольшим углом, чтобы обеспечить самопроизвольное стекание теплоносителя. Из напорной сети вода опускается к радиаторам, отдает тепло и возвращается в котел по обратному трубопроводу, который также проложен под уклоном.

В верхней точке системы устанавливается расширительный бак (5), он подключается к напорному трубопроводу. В расширительный бачок поступают излишки теплоносителя при его перегревании – например, если вода в трубах закипела. Через расширительный бак можно заливать подпиточную воду, для этого предусмотрен кран (6). Также здесь установлен клапан перелива для стекания лишней воды.

Расширительный бак играет роль гидрозатвора и гасит гидравлические колебания системы. Также он отсекает водяной контур от атмосферы, не допускает ее завоздушивание.

Для контроля параметров теплоносителя на входе/выходе из котла подключены термометры: на подаче (4) и на обратке (9). Также на обратном трубопроводе установлен отсечной кран (8), отключающий котел от сети отопления, и дренаж (7) для слива воды.

Схема с естественной циркуляцией имеет определенные плюсы:

• надежность работы – здесь нечему ломаться;
• простота обслуживания системы;
• отсутствие дорогостоящего оборудования;
• независимость от наличия электричества.

Но есть и достаточно серьезные минусы. Из-за невысокого давления воды для преодоления гидравлического сопротивления системы приходится значительно увеличивать диаметры трубопроводов, что значительно удорожает конструкцию. Также при появлении дополнительных потерь давления (например, при установке дополнительных радиаторов или уменьшении полезного сечения трубопроводов из-за отложений накипи) возможны нарушения циркуляции, что приводит к пеперегреву поверхностей нагрева в топке. Сейчас самотечные открытые системы практически не используются.

Комбинированная схема с расширительным баком и циркуляционным насосом

При этом варианта классическая открытая схема дополняется циркуляционным насосом. Он нагнетает давление в сетевых трубопроводах, исключая нарушение циркуляции теплоносителя по тепловому контуру.

Рисунок 2 Комбинированная схема

Схема во многом похожа на предыдущую. Дополнительно здесь присутствует узел с циркуляционным насосом (16), он установлен на байпасе на обратке. Перед насосом предусматривается фильтр (16) для очистки воды от механических примесей (ржавчины, песка, мусора). На обводном трубопроводе ставятся краны (14) для возможности снятия насоса и фильтра. Также врезают байпасный кран (13) на основной обратный трубопровод для переключения направления потока.

Кроме того, устанавливают кран на подаче (6), после подключения расширительного бачка (7) и врезают в подающий трубопровод патрубок с воздушным краном (11) для спуска воздуха из системы. Для контроля давления в сети на подаче предусматривается установка манометра (8).

При такой схеме достаточно сложно подобрать рабочее давление на выходе из насоса. Здесь нужно, с одной стороны, обеспечить надежную циркуляцию, а с другой – не допустить избыточный перелив воды через расширительный бак. На практике, это практически невозможно.

Закрытая схема с принудительной циркуляцией

В такой системе циркуляция теплоносителя осуществляется за счет работы насоса. Он создает избыточное давление порядка 0,06-0,2 МПа (0,6-2,0 бар). Здесь также присутствует бачок, но он мембранного типа и не связан с атмосферой.

Рисунок 2 Закрытая схема с принудительной циркуляцией

Принцип работы. Нагретый теплоноситель поступает из котла в подающий трубопровод, его температура контролируется с помощью термометра (4). На подаче, в верхней точке устанавливается группа безопасности (7), в которую входит сбросной клапан, манометр и вентиль. Группа безопасности срабатывает, если давление теплоносителя превышает допустимое значение. Также на подающей линии устанавливается отсечной кран подачи (8) и спускной кран (15) для стравливания попавшего в систему воздуха.

Благодаря избыточному давлению воды в закрытых схемах подачу не обязательно прокладывать под потолком. Поэтому все трубы отопления можно проложить в полу скрытым образом.

Трубопровод подачи распределяет воду по системе отопления. После передачи тепла теплоноситель возвещается к котлу по линии обратки. На обратном трубопроводе установлены последовательно: расширительный бак высокого давления (14); байпасная линия с фильтром (10), насосом (9) и обводными кранами (13, 11); байпасный кран (12); термометр обратки (6); отсечной кран на обратном трубопроводе (5). Между отсечным краном и котлом в обратку врезан трубопровод подпитки с отключающей арматурой (8). Здесь же предусмотрен слив воды через дренажный кран (9) для периодической ревизии.

К преимуществам закрытой схемы относятся:

• стабильная работа без риска нарушения циркуляции;
• небольшие диаметры сетевых трубопроводов;
• экономичность благодаря небольшому объему воды в системе;
• отсутствие массивного атмосферного бачка;
• возможность прокладки всех труб по низу.

Среди недостатков – энергозависимость (при отсутствии света насосы не работают), необходимость периодической ревизии фильтра и насоса, наличие дополнительного оборудования – насос, группа безопасности, мембранный расширитель. Но все эти минусы перекрываются плюсами схемы.

Схема с искусственной циркуляцией и гидравлическим разделителем

Эта система является доработанной, усовершенствованной версией предыдущей схемы. В ней предусмотрен дополнительный монтажный узел – гидравлический разделитель. С его помощью создается малый контур, соединяющий вход и выход котла.

Циркуляция по малому контуру выполняется в период запуска котла, пока вода на подаче не нагреется до рабочих показателей. После выхода на заданные режимы часть горячей воды начнет уходить в систему отопления.

Подмешивание горячей воды из подачи в обратку не дает температуре теплоносителя на возврате опускаться ниже 40 °С. Это исключает риск появления в топке конденсата, который влияет на технические характеристики агрегата, увеличивает налипание золы на трубные экраны.

Рисунок 3 Схема с искусственной циркуляцией и гидравлическим разделителем

Гидравлический разделитель может быть выполнен в виде трубы большого диаметра, в которую врезаны вход и выход подающего и обратного трубопроводов. Более современное и удобное исполнение разделителя – перемычка с трехходовым краном, установленным в месте подключения в обратку.

Изготовление пиролизного котла

Эффективность этого вида установок на дровах стала причиной их популярности у мастеров, которые могут изготавливать твердотопливные котлы пиролизного типа собственными силами из имеющихся материалов. Процесс этот достаточно трудоемкий и требующий навыков выполнения слесарных и сварочных работ, некоторого минимума инструментов и оборудования:

• аппарат для электросварки;
• угловая шлифовальная машина;
• дрель электрическая;
• набор слесарных инструментов.

Если имеются навыки, инструменты и большое желание, то можно изготовить агрегат, используя следующий чертеж пиролизного котла на естественной тяге:

1 – воздушный канал; 2 – дверца для загрузки топлива; 3 – дверца вторичной камеры; 4 – заслонка прямой тяги; 5 – первичная камера; 6 – верхняя крышка; 7 – входной канал для подачи воздуха; 8 – воздушная заслонка; 9 – патрубок для группы безопасности; 10 – вторичная камера дожигания; 11 – патрубок присоединения дымохода; 12 – форсунка; 13 – жаротрубный теплообменник.

Материалом для изготовления камер может служить жаропрочная легированная сталь, но это дорогой материал, поэтому мастера берут простую углеродистую сталь толщиной 5 мм. Для защиты ее от высокой температуры в нижней части топки выполняется футеровка пиролизного котла огнеупорным кирпичом. Им же нужно защитить днище вторичной камеры, куда направлен факел пламени. Для обшивки водяной рубашки применяется листовой металл толщиной 3 мм, его приваривают к ребрам жесткости из полосовой стали. Из такого же металла изготавливают дверцы, крышку и обрамление проемов.

Передачу тепла от дымовых газов устройство котла предусматривает через жаротрубный теплообменник, находящийся внутри водяной рубашки. Для его изготовления подойдут бесшовные стальные трубы из углеродистой стали наружным диаметров 48 или 57 мм. Количество труб следует подобрать по необходимой площади поверхности теплообмена, для чего выполняется расчет пиролизного котла.

Учитывая, что топливо в пиролизных агрегатах горит долго (до 12 часов) и продуктивно, некоторые владельцы классических установок прямого горения задумываются о том, можно ли их модернизировать. Такая переделка твердотопливного котла в пиролизный возможна, но при условии, что топка агрегата сделана из металла, а не чугуна. Колосниковая решетка убирается и с помощью электросварки на ее месте закрепляется перегородка, разделяющая главную топку и зольник, который будет выполнять роль вторичной камеры. Между ними устанавливается форсунка. Кроме этого, понадобится организовать подачу воздуха в обе камеры, надо изготовить воздушные каналы и установить их, как показано на чертеже.

Как правило, переделка котла в пиролизный происходит не на заводских агрегатах, а на самодельных, это расширяет возможности для усовершенствования конструкции. Можно менять проходное сечение форсунки, размеры обеих камер или площади поверхностного теплообмена, добиваясь наилучших показателей длительности горения и повышения КПД установки.

Итоги

Монтаж системы отопления водогрейного котла можно выполнить своими руками. Но для этого нужно правильно выбрать и рассчитать ее параметры. Изначально выбирается схема подключения твердотопливного котла, оптимальная для конкретного объекта. Затем необходимо подобрать радиаторы, рассчитать гидравлическое сопротивление сети, определить диаметры сетевых трубопроводов, вычислить объем воды в системе, подобрать мощность оборудования. Чтобы избежать досадных ошибок, эти работы лучше доверить специалистам – расчет системы отопления выполняется на стадии проектирования в части ОВ.

Требования к самодельным пиролизным котлам

Для того чтобы пиролизный котел отопления, изготовленный своими руками, превзошел по эффективности обычный твердотопливный котел, его конструкция должна отвечать строгим требованиям:

• температура в топке должна быть оптимальной (600–700 °С), поскольку именно в этих условиях происходит наиболее качественное выделение продуктов пиролиза;
• регулирование мощности горения не должно существенно снижать КПД;
• котел отопления должен быть пригоден для длительного непрерывного сжигания топлива;
• корпус камеры сгорания пиролизных газов должен быть устойчив к коррозии и способен выдерживать температуру выше 1200 °С.

Желательно также, чтобы в конструкции котла была предусмотрена камера для предварительного подсушивания древесного сырья.

Технические характеристики, которыми должен обладать самодельный пиролизный котел для отопления частного дома:

Использование самодельного отопительного устройства иногда бывает рискованным, поскольку при неправильно отрегулированном процессе горения может произойти так называемый «хлопок» — взрыв пиролизного газа.

Принцип действия

Прежде чем рассмотреть схемы и чертежи пиролизных котлов, необходимо разобраться с принципом их действия. Итак, в процессе сжигания топлива (по-другому говорят – сухая перегонка) под воздействием высокого температурного режима (порядка 200-800 °C) и недостаточного количества кислорода, осуществляется разложение древесины на две части: летучую часть (пиролизный газ) и твердый осадок (древесный уголь).

Схема пиролизного котла предполагает, что вверху камеры будет накапливаться пиролизный газ, который с потоком воздуха, создаваемого дымососом, будет направляться на дожигание в другую камеру. Это экзотерический процесс, сопровождающийся выделением тепла, при помощи которого улучшается прогрев, в котле подсушивается топливо, а также осуществляется подогрев воздуха, поступающего в зону горения. Смешение выделившегося при высокой температуре пиролизного газа с кислородом воздуха вызывает процесс горения первого, который в дальнейшем используется для получения тепловой энергии.

Основные элементы

Для примера возьмем готовую схему котла Беляева с мощностью 40 кВт. Она содержит следующие основные элементы:

1. Контроллер для контура котла.
2. Дверца, предназначенная для загрузки топлива.
3. Крышка зольника.
4. Дымосос.
5. Муфта для датчика предохранителя температуры.
6. Патрубок для аварийной линии.
7. Подающая магистраль.
8. Подвод в защитный теплообменник холодной воды.
9. Подвод в защитный теплообменник горячей воды.
10. Обратная магистраль.
11. Патрубок опорожнения и расширительный бак.

Безусловно, имея опыт и некоторые инженерные познания, можно без проблем изменить конструкцию котла. Схема подключения пиролизного котла может видоизменяться на ваше усмотрение. Однако работы выполнять нужно таким образом, чтобы не нарушать размеры внутренней камеры.