Пиролизный котел своими руками: инструкция и чертежи

Пиролиз резины в домашних условиях — Станки, сварка, металлообработка

Современное общество не представляет своей жизни без автомобильной техники. С ростом числа машин пропорционально растет и количество изношенных покрышек в мире. Станки для переработки автошин в крошку не способны справиться с таким объемом резиновых отходов.

Работа печи

Метод работы промышленной пиролизной установки для переработки резиновых изделий и шин подразумевает несколько основных этапов производства:

  1. Подготовка материала для его дальнейшего разложения в реторте.
  2. Полученное сырье при пиролизе подается в устройство для охлаждения и частичной конденсации пиролизного газа.
  3. При прохождении через конденсирующий трубопровод происходит окончательное разделение на жидкую и газообразную составляющую.
  4. При осушении оставшегося газа его подают для дальнейшего сжигания в печи.

Большие перерабатывающие заводы используют в процессе разложения резины дополнительные катализаторные установки.

В нашей стране метод технологической переработки резины пока не используется широко, однако на рынке представляются достойные образцы установок отечественного производства.

Что такое пиролиз покрышек: суть метода работы пиролизной установки по переработке шин

Число автомобилей в России увеличивается с каждым годом, одновременно растет и количество изношенных шин.

Основной метод утилизации — переработка в резиновую крошку – охватывает далеко не полный объем вторичного резиносодержащего сырья.

И хотя в последние годы сильно возросли темпы производства бесшовных покрытий и асфальта из шинной крошки, большие объемы отслужившей авторезины остаются неутилизированными.

Что происходит с остальным сырьем? В основном резина просто скапливается на свалках, увеличивая их и без того зашкаливающий объем.

Переработка методом пиролиза – современный способ утилизации автошин и других РТИ. Он с успехом применяется за рубежом, но в России пока не очень популярен.

Достоинства и недостатки

Плюсы:

  • КПД 85–90%.
  • Пиролиз даёт возможность выжать максимум энергии из твёрдого материала при сгорании.
  • Экономичность, достигаемая с помощью вентилятора с регулируемым числом оборотов, что, в свою очередь даёт возможность изменять мощность котла по необходимости.
  • Топливо в пиролизном котле горит значительно дольше, чем в обычных котлах, следовательно, реже приходится топить и вычищать.

Минусы:

  • Высокая стоимость заводского оборудования ограничивает его применение в частных хозяйствах. Цена такого котла в 2–3 раза выше, чем у обычного.
  • Долгий срок окупаемости.
  • Необходимость применения сухого топлива. Рекомендуемая влажность древесных материалов — до 15–20%. В противном случае стабильной работы не будет, эффективность обогрева снизится. На сырых дровах котёл может не заработать.
  • Если использовать древесину, выделяющую большое количество смолы (ёлка, сосна), то отсеки и элементы печи быстро загрязняются и возникают сложности с их очисткой.
  • Возможен выброс золы через дымоход.
  • Зависимость от электроснабжения. Отсутствие или частые перебои с подачей электричества не позволят установить котел в отдалённых регионах.

Чем топить пиролизный котел?

Пиролизный котел

Виды топлива

Для топки пиролизного котла можно использовать:

  • дрова;
  • торф в брикетах;
  • антрацит;
  • древесные гранулы и брикеты;
  • бурый уголь;
  • кокс.

Перечисленные виды топлива различаются по калорийности. От этого показателя напрямую зависит эффективность работы агрегата. Применение менее калорийного топлива может уменьшить КПД котла на 30% и более.

Чем топить котелЧем топить котел

Чаще всего для топки пиролизных котлов используют брикеты и пеллеты. Брикеты могут изготавливаться из древесины, соломы и торфа. Идеальный вариант – брикеты, изготовленные по методу прессования. Те же брикеты, которые изготавливаются из опилок, рекомендуется использовать только в комплексе с бурым углем либо дровами.

Для изготовления пеллетов тоже может использоваться древесина или солома. Материал прессуется подобно брикетам.

Нередко для топки пиролизных котлов используются дрова

Важно! Для обеспечения максимальной эффективности работы оборудования и уменьшения расхода топлива нужно использовать древесину влажностью не более 20%

В целом же при выборе топлива следует учитывать особенности местности, в которой находится ваш дом. Если вы живете в окружении лесов, наиболее целесообразным вариантом будет использование дров. Жителям же степных полос, как правило, выгоднее топить углем.

Если в месте вашего проживания доступно любое топливо, выбирайте самое калорийное. Этим вы обеспечите наиболее высокий КПД оборудования при минимальном расходе.

Котел пиролизный

Типы котлов и принцип их работы

Все котлы, работающие на твердом топливе, подразделены на несколько типов, которые отличаются между собой многими показателями. Но по основным характеристикам, их подразделяют на четыре вида:

  • Классические;
  • Пиролизные котлы отопления;
  • Котлы длительного горения;
  • Автоматические;

Классические котлы— принцип работы классического твердотопливного котла заключен в том, что тепло дается путем пламенного сгорания топлива. Имеет две дверцы, через одну из которых загружается топливо, через другую — котел чистится от золы и других продуктов горения. Могут работать на двух видах топлива — дрова и уголь.

Отличаются по материалу изготовления теплообменника, могут быть изготовлены из чугуна или стали. Чугун является более приоритетным в плане долговечности, срок его эксплуатации более 20 лет. Из недостатков можно отметить тот факт, что он боится механических ударов и очень чувствителен к перепадам температур, что может привести к разрушению. Стальной теплообменник более устойчив к перепадам температур и повреждениям, но срок его службы значительно ниже — чуть больше 6 лет.

Пиролизные (газогенераторные) котлы— данный вид котла работает по принципу пиролиза, то есть разложения и газификации твердого топлива. Этот процесс происходит при закрытом дымоходе и закрытой камере сгорания. После высвобождения древесного газа, образовавшегося в процессе пиролиза, он направляется в сопло горелки, где смешивается с вторичным воздухом, который накачивает вентилятор. После этого газовая смесь попадает в камеру сгорания, где воспламеняется. Горение происходит при температуре, которая иной раз достигает 1200°, и процесс будет продолжаться до полного сгорания твердого топлива.

Котлы длительного горения— в этом виде котла длительный процесс горения обеспечивается специальными приемами. В настоящее время существует две системы длительного горения (канадская система Булерьян, и прибалтийская Стропува), но вторая не нашла широкого применения за счет дороговизны, сложности эксплуатации и еще множества технических параметров.

Котлы длительного горения можно отнести к пиролизным котлам, но принцип работы будет немного иным. Первая система (Бурельян) представляет собой печь, состоящую из двух камер, где в нижней камере происходит тление и образование газа. После поступления газа во вторую камеру, происходит смешивание с воздухом и дальнейшее полное его сгорание (дожиг топлива). Конструкция подобного твердотопливного котла представляет собой цилиндр, с ввареными в него трубами на половину окружности. Расположение труб снизу-вверх обеспечивает хорошую циркуляцию воздуха, тем самым увеличивая теплоотдачу. Устанавливаются в основном в нежилых помещениях, отлично подойдет для отопления гаража или дачи. Цена на такой котел адекватная, есть возможность выбрать типоразмер, подходящий той или иной площади.

Котел по системе Стропува имеет два цилиндра, один из которых находится внутри второго, по принципу матрешки. Все пространство между ними заполнено водой, которая постепенно нагревается. Внутренний цилиндр системы играет роль топки, куда при помощи распределителя подается воздух. После загрузки топлива, оно начинает прогорать сверху вниз, тем самым нагревая теплоноситель. Заявленная производителем цена, длительное время горения, от 2 до 4 суток, в зависимости от топлива, требуемое остывание котла и дальнейшая чистка перед новым розжигом, удваивают задачу и приносят неудобства. Поэтому данный тип котла не принес широкого распространения.

Автоматические котлы— в данном типе котла процесс загрузки топлива, и очищение от золы полностью автоматизированы. Котел оснащен шнековым или транспортерным бункером для подачи топлива и автоматического очищения от золы. Вариант угольного автоматического котла подразумевает движение пласта горения топлива, которое необходимо для полного сгорания. Для этого, автоматический котел оснащается подвижными колосниками, или рубящими и двигающими механизмами. Параметры нагрева теплоносителя и горения топлива обеспечиваются принудительным наддувом.

В преимущества и особенности автоматических котлов можно включить;

  • Не требуют трудоемкого обслуживания и пристального внимания за процессом горения;
  • Снабжены, входящим в комплект, регулятором температуры;
  • Многие оснащены датчиком, отслеживающим температуру в самом котле;
  • КПД автоматического котла составляет до 85% от общего числа;
  • Длительная работа, ограниченная только лишь емкостью бункера для автоматической подачи топлива.

Стоит учесть, что и расход топлива, в частности, угля намного меньше, чем в традиционных твердотопливных котлах.

О топливе для газогенераторных котлов


диаметр — 100-250 мм

В качестве топлива для этих устройств желательно использовать высушенную древесину, так как лишь при ее сжигании установка сможет демонстрировать свою предельную мощность и служить максимально долго. В процессе горения древесины, влажность которой составляет 20%, выделяется тепло из расчета 4 кВт в час на килограмм дерева. В свою очередь, при сжигании дерева с влажностью 50%, выделяется тепло из расчета 2 кВт в час на килограмм дров.

На основании этого можно сделать вывод, что влажность древесины оказывает влияние на то, сколько тепла образуется при сжигании топлива. Поэтому по мере увеличения влажности брикетов последние будут обеспечивать все меньше тепла. Одновременно с этим для достижения требуемой температуры потребуется тратить в два раза больше топлива.

Достоинства

Итак, схема пиролизного котла обладает следующими преимуществами:

  1. Полноценное сгорание топлива. Таким образом обеспечивается экономичность процесса горения, в результате приходится реже чистить газоходы и зольник.
  2. С помощью подачи первичного воздуха происходит регулирование процесса горения. Это позволяет длительное время работать на одной закладке – примерно 12 часов (3-4 часа – у обычных котлов). Существуют устройства, в которые можно делать закладку до 6-7 дней на угле и на дровах – от 30 часов.
  3. Возможна схема пиролизного котла с автоматическим регулированием параметров. Процесс сжигания пиролизных газов отлично поддается регулировке и управлению.
  4. Двухступенчатое сжигание увеличивает экономичность.
  5. Возможно сжигание крупных дров.
  6. Отсутствие спекающихся слоев облегчает чистку.
  7. За счет сгорания пиролизных летучих газов снижены выбросы в атмосферу вредных веществ.
  8. При отключении электричества данное устройство способно работать на минимальной мощности.
  9. В отличие от обычного способа прямого горения, длительность сжигания топлива в этих котлах больше примерно в 3-5 раз.
  10. При загрузке котла на 50-100% КПД будет составлять порядка 85-92%. Таким образом, схема работы пиролизного котла будет экономичней примерно на 4-7%.
  1. Энергозависимость – плохо работает при отсутствии нагнетателя или дымососа.
  2. Более высокая стоимость – примерно в 1,5-2 раза.
  3. При небольших нагрузках (менее 50%) отмечается нестабильное горение, в газоходах возможно образование дегтя.
  4. Такие устройства требовательны к влажности топлива.
  5. Дровяная схема пиролизного котла отопления исключает организацию автоматической подачи топлива.
  6. Чтобы предотвратить низкотемпературную коррозию, а также выпадение конденсата в газовом тракте, необходимо следить, чтобы температура обратной воды была не менее 60 °C (в редких случаях 40 °C). Однако данная проблема решается путем подмешивания прямой воды к обратной.
  7. По сравнению с газовыми и электрическими устройствами, габаритные размеры данных котлов значительно больше. Этот аспект необходимо учитывать при выборе места установки.

Принцип работы пиролизных котлов и их особенности

Создавая пиролизные котлы своими руками, люди стремятся сэкономить денежные средства в своем кошельке. Если газовое оборудование стоит довольно дешево, то твердотопливные агрегаты просто поражают своей ценой. Более-менее приличная модель мощностью 10 кВт обойдется в 50-60 тысяч рублей – дешевле провести газ, если рядом проходила бы газовая магистрально. Но если ее нет, то выходов два – приобретать заводское оборудование или делать его самостоятельно.

Изготовить пиролизный котел длительного горения своими руками можно, но сложно. Давайте для начала разберемся, для чего вообще нужен пиролиз. В обычных котлах и печах дрова сгорают традиционным способом – при высокой температуре, с выбросом продуктов сгорания в атмосферу. Температура в камере сгорания составляет порядка +800-1100 градусов, а в дымоходе – до +150-200 градусов. Таким образом, солидная часть тепла просто улетает наружу.

Прямое сгорание дров применяется во многих отопительных агрегатах:

Твердотопливные пиролизные котлы могут использовать несколько видов топлива, в том числе отходы деревообрабатывающего производства и сельскохозяйственной переработки.

  • Твердотопливные котлы;
  • Печи-камины;
  • Камины с водяными контурами.

Главным преимуществом данной методики является то, что она отличается простотой – достаточно создать камеру сгорания и организовать отвод продуктов сгорания за пределы оборудования. Единственным регулятором здесь становится дверка поддувала – регулируя просвет, мы можем отрегулировать интенсивность горения, тем самым воздействуя на температуру.

В пиролизном котле, собранном своими руками или купленном в магазине, процесс сгорания топлива идет несколько по-другому. Дрова здесь сгорают при низкой температуре. Можно сказать, что это даже не горение, а медленное тление. Древесина при этом превращается в подобие кокса, одновременно выделяя горючие пиролизные газы. Эти газы отправляются в камеру дожигания, где сгорают с выделением большого количества тепла.

Если вам кажется, что данная реакция не даст особого эффекта, то вы глубоко заблуждаетесь – если заглянуть в камеру дожигания, то здесь будет видно ревущее пламя ярко-желтого, почти белого, цвета. Температура сгорания – чуть выше +1000 градусов, а тепла в этом процессе выделяется больше, чем при стандартном горении древесины.

Для того собранный своими руками пиролизный котел смог показать максимальную эффективность, необходимы дрова с низким содержанием влаги. Влажная древесина не даст оборудованию выйти на полную мощность.

Реакция пиролиза знакома нам еще со школьного курса физики. В учебнике (а может и в лабораторном кабинете) многие из нас видели интересную реакцию – древесина помещалась в стеклянную запечатанную колбу с трубкой, после чего колба нагревалась над горелкой. Через несколько минут древесина начинала темнеть, а из трубки начинали выходить продукты пиролиза – это горючие газы, которые можно было поджечь и понаблюдать за желто-оранжевым пламенем.

Аналогичным образом работает и пиролизный котел, собранный своими руками:

На одной загрузке топлива пиролизные котлы работают около 4-6 часов. Так что большим и стабильно пополняемым запасом дров стоит озаботиться заранее.

  • В топке разжигаются дрова до появления устойчивого пламени;
  • После этого доступ кислорода перекрывается, пламя гаснет почти полностью;
  • Запускается дутьевой вентилятор – в камере дожигания появляется высокотемпературное пламя.

Устройство пиролизного котла довольно простое. Основными элементами здесь являются: камера сгорания, в которой складированы дрова, и камера дожигания, в которой сгорают продукты пиролиза. Передача тепла в отопительную систему осуществляется через теплообменник

В схеме пиролизного котла ему уделяется особое внимание

Все дело в том, что теплообменники в пиролизных котлах, собранных своими руками, устроены не так, как в газовом оборудовании. Продукты сгорания с воздухом проходят здесь через множество металлических труб, омываемых водой. Для увеличения эффективности котловая вода омывает не только сам теплообменник, но и все другие узлы – здесь создается своего рода водяная рубашка, которая отбирает излишки тепла от раскаленных элементов котельного агрегата.

Устройство и принцип работы

Особенность пиролизного котла представляет топка. Она разделена на несколько отделов. Первый предназначен для сгорания древесины, кислорода должно быть недостаточное количество. Второй отдел котла служит для сгорания выделяемого газа. Отделения топки разделяются решеткой – колосником. Основное отличие конструкции — в направлении воздушных масс. Они идут вниз. В пиролизном котле для отопления создано сопротивление, оно мешает воздуху свободно двигаться в выбранном им направлении движения. Следовательно, появляется принуждение с использованием дутьевого вентилятора или отсоса дыма.

Пиролизный котел в разрезе

Если посмотрим на схему пиролизного котла на твердом топливе в разрезе, увидим следующее его устройство:

  1. внизу камера сжигания, закрываемая нижней дверцей,
  2. на противоположной стенке от дверки патрубок обратной подачи воды,
  3. выше находится форсунка и канал подачи вторичного воздуха,
  4. все это накрывает водный теплообменник,
  5. в центре находится газифицирующая камера,
  6. дымоходный канал проходит по всей высоте котла за задней стенкой, он выходит в боров,
  7. дроссель дымохода отделяет его от канала подачи воздуха, который закрывается верхней дверкой, имеющей назначение: загрузка,
  8. сверху на котле имеется патрубок подачи воды и датчики температурного режима и контроля давления.

Основной принцип работоспособности пиролизного котла – разложение древесины, используется, при этом, способ термический. В дальнейшем продукт сгорания древесины выглядит как твердый уголь в отоплении и улетучивающийся газ.

Сгорание твердого топлива проходит в камере, куда закладываются дрова и где устанавливается высокий температурный режим. При этом, в ней не должно хватать кислородных масс для полного сгорания древесины. Летучий газ, при попадании во вторую камеру, сгорает при достаточно высоком температурном режиме (выше тысячи градусов). В дальнейшем газ отдаст тепло, переходя в дымоход.

Внутреннюю часть пиролизного котла выкладывают огнеупорным материалом, создавая тем самым отличные условия сгоранию древесины. Обкладывается первое и второе отделение топки.

Перед началом сборки пиролизного котла своими руками, надо изучить его строение на чертежах и схемах. На любом чертеже пиролизного котла основой устройства будут: место для жидкости, обменник тепла, топка.

Чертеж самодельного пиролизного котла

С нуля сделать обогревающую конструкцию под силу не каждому, возникают определенные трудности, поэтому в качестве основы рекомендуют взять котел Беляева. Будет хозяин вносить в него изменения или оставит все как есть, индивидуальное дело каждого, также зависит это от его образования, желания пофантазировать, провести эксперимент. Что останется, безусловно, без изменений, так это объем его пространства внутри.

Схема котла Беляева

Пиролизные котлы на твердом топливе и длительного горения, кроме теплоносителя обогрева в виде жидкости, могут использовать потоки горячего воздуха. Циркуляция потоков горячего воздуха в отоплении также хорошо справляется с обогревом жилья.

Классификация

Котлы имеют отличия по расположению камер для дожигания газов:

  • с верхним расположением;
  • с нижним расположением.

Котлы с верхней камерой более громоздкие, требуется больше материала для сборки дымоотвода. Зато чистить их придётся намного реже, ведь частицы от сгоревшего топлива не попадают в камеру для дожигания газов.

В котлах с нижним расположением секции топливо располагается в верхней части, а газы выводятся в нижнюю, и там догорают. Это удобно, но придётся часто удалять мелкие дровяные частицы из камеры утилизации газов.

По энергозависимости котлы бывают:

  • без применения электричества: котлы с естественной тягой;
  • с принудительной тягой.

Энергонезависимые котлы подразумевают включение в конструкцию высокого дымохода (не менее 5–6 метров) для увеличения тяги и обеспечения достаточного разрежения в отсеке сгорания.

Эффективность обогрева у таких котлов будет несколько ниже, чем у котлов с принудительной тягой.

Устройства с принудительным поддувом оснащаются одним или двумя вентиляторами, которые могут работать в режиме нагнетания воздуха или откачки сгоревших газов.

В некоторых моделях котлов применяется комбинированный способ с участием нагнетающих и отсасывающих газ устройств для увеличения мощности.

Справка! Механизмы, откачивающие отработанные газы, изготавливаются из особых жаропрочных (аустенитных) сплавов, их стоимость значительно выше, чем у нагнетающих вентиляторов.

По способу обогрева:

  • Водяного обогрева — к теплообменнику котла подключаются водяные трубопроводы, по которым нагретая рабочая жидкость разносится по различным помещениям.
  • Воздушного обогрева — вместо воды используется воздух, получающий тепло посредством того же теплообменника и распространяемый по воздухопроводам. Эффективность ниже, чем у водяного способа, применяется на производственных площадках, складах.

Фото 1. Пиролизный котел с теплообменником, предназначен для водяного обогрева, работает на дровах.

Чертеж: общий вид, рабочий процесс

Вариантов исполнения пиролизного котла много. Наипростейший вид по чертежу устроен таким образом.

  • Камера сгорания котла.
  • Отсек газификации.
  • Секция дожигания газов.
  • Колосниковые решётки.
  • Теплообменник (входной/выходной патрубки).
  • Трубопровод отвода газов (дымоход).
  • Отверстия для поддува.
  • Дверка в отсек для закладки топлива.

В котел могут быть включены температурные датчики и приборы для контроля и поддержания нормальных режимов работы.

А также аппаратная часть котла для автоматизации функционирования всего отопительного комплекса.

Суть происходящего внутри пиролизного котла характеризуется следующими процессами:

  • Поток воздуха извне поступает в отсек газификации с находящимся там топливом.
  • Некоторая часть кислорода будет поддерживать процесс горения (тления). Газы, являющиеся продуктами горения, через сопло попадают в камеру сгорания котла и там окисляются в присутствии вторичного кислорода, который поступает вместе с воздухом снаружи.
  • Часть пиролизных газов восстанавливается при наличии углерода из топлива до угарного газа и окиси азота, потребляя при этом часть энергии. Смесь проходит в секцию дожигания газов и окисляется там с возвратом отнятой им энергии.

Фото 2. Чертеж пиролизного котла длительного горения, собранное по нему устройство может обогреть большой дом.

Участвующие в реакции пиролиза газовые смеси выводятся наружу через дымоход, минуя при этом теплообменник котла.

Внимание! Так как функционирование пиролизных котлов связано с большим количеством энергии, генерируемой внутри оборудования и возможном выделении разного рода вредных газов, осуществлять самостоятельную постройку котлов рекомендуется только при полном понимании всех физико-химических процессов, возникающих при его работе. Температурные фазы:

Температурные фазы:

  • сушка, пиролиз древесины — 450 °C;
  • сгорание древесного газа и вторичного воздуха — 560 °C;
  • продувание пламени и возврат тепла — 1200 °C;
  • отвод оставшихся продуктов горения — 160 °C.

Отличия устройства от обычных котлов

Включая древесину (дрова), специальные топливные брикеты (пеллеты) и отходы, получаемые на производстве. Одно из главных отличий котлов — применение различных видов твёрдого топлива, практически любого вещества, которое может гореть.

Длительность процесса сжигания топлива намного больше, чем у обычных котлов. От 8–10 часов и выше. Есть модели котлов с крупным отсеком для дров, продолжительность непрерывной работы — до 24 часов. Это значит, что пополнение камеры сгорания новыми порциями топлива осуществляется 1–2 раза в сутки.

Важно! За счёт того, что происходит почти полное разложение твёрдых материалов, пирокотлы менее вредны для окружающей среды

Сборка двухкамерной топки

Материалом для изготовления стенки камер лучше выбрать горячекатаный лист толщиной не менее 8 мм, в идеале — 10–12 мм. Чем толще металл, тем сложнее процесс сваривания, однако конструкцию из слишком тонкой стали гарантированно поведёт и выкрутит в непредсказуемых направлениях. Именно поэтому среди деталей, из которых собирается котёл, не должно быть мелких элементов с соотношением сторон более 2:1.

Основа двухкамерной топки — наружные боковые стенки. Они общие для обеих камер, соединяются посредством передней стенки, в которой проделаны два прямоугольных отверстия для дверец. Нижнее отверстие предназначено для обслуживания камеры сгорания, его высота должна быть порядка 120–150 мм, ширина — не менее 300 мм, располагается отверстие с отступом в 150 мм от нижнего края. Верхнее отверстие предназначено для загрузки камеры газификации, чем оно будет больше — тем лучше, располагаться отверстие должно не ближе 100 мм к верху камеры. Снизу и сзади топка замыкается цельными листами, которые вырезают по внешним габаритам топочной камеры, но не приваривают до окончания сборки внутренних деталей. Сверху котёл накрывается листом номинального сечения.

Пример размеров пиролизного котла

Разделять камеры газификации и сгорания будет цельная плита, ширина которой соответствует внутреннему расстоянию между стенками, а длина — на 400 мм меньше. В задней части плиты вертикально приваривается цельная перегородка, которая отделяет камеру загрузки по всей высоте, по центру вдоль горизонтальной части вырезается отверстие шириной 50 и длиной в 400–600 мм. Собранную Г-образную перегородку не приваривают до завершения сборки теплообменника.