Пиролизный или так называемый газогенераторный котел – нагревательное оборудование, работающее на твердых видах топлива. Твердотопливный пиролизный котел характеризуется высоким КПД и эффективностью, время работы теплового агрегата на одной закладке топлива может достигать от 10 часов до двух суток. Газогенераторные установки могут быть использованы для отопления как жилых зданий, так и промышленных сооружений.
Устройство и принцип работы пиролизного котла
Газогенераторный тепловой агрегат имеет довольно сложную конструкцию, устройство пиролизного котла включает множество узлов и деталей, главной отличительной чертой пирокотла от традиционного твердотопливного аппарата – топка, состоящая из двух камер.
Особенности конструкции
- камера загрузки или камера пиролиза;
- камера сгорания;
- дроссельная заслонка (шибер);
- колосниковая решетка;
- каналы подачи воздуха (первичный и вторичный);
- водный теплообменник;
- дымоход.
Как упоминалось выше, топка газогенераторного агрегата состоит из двух камер, расположенных одна над другой и разделенных между собой колосниковой решеткой. Топка пиролизного котла, как правило, изготовлена из легированной жаропрочной стали. Колосники из чугуна, стали либо огнеупорной керамики. Посредством первичного канала подачи кислорода происходит транспортировка наружного воздуха в камеру пиролиза, второй канал обеспечивает подачу воздуха в камеру сжигания. Водный теплообменник пиролизного котла или так называемая «водяная рубашка» предназначена для нагрева жидкого теплоносителя отопительной системы. В конструкциях пирокотлов используют трубчатые или же пластинчатые теплообменники. Через дымоход происходит отвод отработанных продуктов горения в атмосферу.
Конструкция газогенераторного котла предусматривает возможность регулировки мощности отопительного агрегата в диапазоне от 30 до 100%. В качестве регулирующего элемента выступает заслонка, расположенная в задней части теплового агрегата. В зависимости от заданной температуры теплоносителя на выходе регулятор в автоматическом режиме приоткрывает либо закрывает заслонку.
Виды пиролизных котлов
В зависимости от конструктивного исполнения пирокотлы подразделяют на агрегаты с естественной тягой и принудительным надувом. Главным достоинством пиролизного котла с естественной тягой является независимость агрегата от электричества. К недостаткам можно отнести повышенные требования к дымовым каналам. Пирокотлы с естественной тягой оснащаются дымоходами высотой не менее 5 м. Тяга дымохода должна обеспечить разрежение воздуха в топке в диапазоне от 16 до 20 Па, тяги должно хватить на преодоление силы сопротивления газовоздушного тракта котла и дымового канала.
Конструкция пирокотла с принудительным надувом предусматривает использование вентилятора. Подача воздуха в камеру газификации и сгорания может обеспечиваться тремя способами:
От типа конструкции пиролизного котла зависит и месторасположение камер газификации и сгорания. В агрегатах с естественной тягой дымохода камера дожигания располагается над камерой газификации, таким образом, поток воздуха происходит в направлении снизу вверх. В аппаратах с искусственной тягой, напротив, топочная камера находится над камерой сжигания, движение воздуха сверху вниз.
Преимущества и недостатки
К достоинствам пиролизного теплового агрегата относят:
- КПД до 90%;
- экономию топлива;
- экологичность;
- удобство в обслуживании;
- минимальное количество золы, отсутствие сажи.
Еще одним весомым преимуществом газогенераторных котлов является их совместимость с любыми система отопления.
Минусами являются:
- высокая стоимость;
- сложная конструкция;
- громоздкость;
- повышенные требования к топливу относительно влажности;
- необходимость подключения к электричеству (относятся к моделям котлов с принудительной подачей воздуха).
Функционирование котла с пиролизным горением
Принцип работы пиролизного котла основывается на термическом разложении твердого топлива на химические составляющие:
- углерод;
- пиролизный газ.
Процесс генерации горючего пиролизного газа из древесины и других видов твердого топлива возможен при высоких температурах, находящихся в диапазоне 200-8000, в условиях дефицита кислорода и последующего дожигания выделившегося газа, который смешивается с вторичным разогретым воздухом в камере дожига. При процессе пиролизного сжигания дымовые газы на выходе из котла главным образом содержат углекислый газ и водяные пары, количество вредных примесей сведено к минимуму.
Режимы работы газогенераторного котла
Все пиролизные котлы предусматривают работу в трех режимах:
Догрузку топлива следует проводить в быстром темпе во избежание наполнения воздуха угарным газом и тепловых потерь.
Схема работы пирокотла
Схема пиролизного котла заключается в последовательности следующих процессов:
- загрузка топлива в топку котла, розжиг;
- после того как топливо разгорелось, заслонка прикрывается, процесс горения постепенно переходит в стадию тления;
- по первичному каналу в камеру загрузки подается наружный воздух, часть которого используется на поддержание процесса тления и достижения необходимой температуры газификации;
- пиролизные газы через колосниковую решетку поступают в камеру сгорания;
- для обеспечения процесса горения пиролизных газов в камеру дожигания по вторичному каналу подается воздух;
- летучие продукты сгорают, выделяя определенное количество тепла, часть которого направляется под колосниковую решетку и используется для поддержания пиролиза, вторая непосредственно идет на нагрев котла;
- отработанные продукты горения проходят через водный теплообменник и выводятся в дымовую трубу;
- поддержание оптимальной температуры сгорания поддерживается системой терморегулирования.
Дополнительную информацию о работе пиролизного котла можно почерпнуть из видео
Установка пиролизного котла
Для обеспечения безопасной работы теплового оборудования должны быть соблюдены основные правила:
- пиролизный котел устанавливается в отдельном помещении;
- расстояние от теплового пункта до стены не менее 200 мм;
- сечение вентиляционного канала в котельной не должно быть меньше чем 100 см2.
Топливо для пиролизного котла
В газогенераторных аппаратах в качестве топлива могут быть использованы следующие материалы: древесина; бурый и черный уголь; топливные брикеты; торф; отходы деревообработки.
От качества и вида топлива напрямую зависит коэффициент полезного действия тепловой установки, время автономной работы на одной загрузку, срок эксплуатации теплового агрегата. Так, время сгорания древесины в пиролизном котле в зависимости от вида и твердости материала составляет порядка 6 часов. Время сгорания бурого угля – 8 часов, черного порядка 10 часов.
Проведенные исследования показали, что самым рациональным видом топлива для пирокотлов, является сухая древесина, влажность которой не превышает 20%. Несмотря на то что время сжигание у древесины меньше чем у угля, однако количество выделяемого пиролизного газа в разы больше. Эксперты утверждают, что древесина не только повышает КПД пиролизного котла, но и увеличивает срок его эксплуатации.
Влажность древесины напрямую связана с количеством выделяемого тепла, так килограмм древесины с влажностью 20% имеет теплоотдачу 4 кВт/час, когда такое количество дров с влажностью 50% — 2 кВт/час. Камера загрузки газогенераторного твердотопливного котла предусматривает использование древесины диаметром от 10 до 250 мм и длиной от 40 до 65 см.
