Пиролизные котлы на твердом топливе
Принцип работы пиролизного котла
В основу работы газогенераторного котла положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток - древесный уголь (кокс).
Пиролиз древесины осуществляется при температуре 1100°С. Причем процесс этот экзотермический, то есть идущий с выделением тепла, за счет чего, кстати, улучшается прогрев и подсушивание топлива в котле, и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха.
Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. И даже СО2 такой котел будет выбрасывать в атмосферу до 3-х раз меньше, чем обычный дровяной и, тем более, угольный котел.
Конструкция котла
Котел состоит из двух камер, расположенных одна над другой.
Верхняя камера представляет собой топливный бункер. В нее закладываются дрова, и здесь же происходит их горение, в результате которого выделяется «древесный газ». Благодаря процессу газификации, в топливном бункере происходит предварительное подсушивание дров, а также подогрев воздуха, напрявляемого в камеру сгорания. Нижний отсек является камерой сгорания и зольником одновременно. Здесь происходит непосредственно процесс сжигание древесного газа и скапливается отработанный пепел. Между этими двумя камерами находится газифицирующая форсунка.
Регулирование мощности котла происходит посредством регулирования наддувом вторичного воздуха.
К положительным особенностям котла также можно отнести то, что его работа поддается достаточно точной регулировке, в отличие от обычных твердотопливных котлов. Терморегулятором, которым укомплектован котел, можно устанавливать требуемую температуру теплоносителя. В процессе пиролизного сгорания не образуется сажа и количество золы минимально, по этому котел реже нуждается в чистке. Воздух, поступающий в зону горения, подогревается, что делает горение более экономичным.
Время работы котла на одной загрузке топлива составляет 6-12 часов (в зависимости от теплонапряженности работы котла и используемого топлива).
Этапы работы пиролизного котла
Этапы работы пиролизного котла:
Этап 1 – Сушение и дегазация древесины. Температура - 450°С
Этап 2 – Сжигание смеси древесного газа со вторичным воздухом. Температура - 560°С
Этап 3 – Дожигание древесного газа при температуре 1100°С (процесс сухой дистилляции – пиролиз) и теплообмен
Этап 4 – Выброс выхлопных газов дымоходной цапфой. Температура - 160°С
Характеристики процесса работы котла
Пиролизные и твердотопливные котлы работает в несколько раз экономичнее, чем любые газогенераторные котлы, не говоря уже о котлах прямого горения;
Не требуется постоянной регулировки работы котла. Температура теплоносителя (воды) стабильна - ±3°С, пока в топке есть топливо (не менее 10%, от максимальной загрузки);
Быстро выходит на эффективный режим работы – 30-60 минут (температура воды на выходе +60 - +90°С), как при подключении к системам отопления с естественной циркуляцией, так и при подключении к системам отопления с принудительной циркуляцией;
Как правило энерго-зависим. Для правильной работы требует постоянной работы вентилятора или дымососа. Более продвинутые модели используют сервомоторы управления задвижками подачи воздуха и контроллеры горения.
Автономен. Электронезависим. Не имеет каких-либо вентиляторов и т.п. При подключении к системе отопления с верхним розливом, естественной циркуляции не требуется насосов, котлы сами создают достаточное давление для наиболее эффективной циркуляции;
Не требуется какой-либо специальной системы отопления;
Не требуется дымоходов с толщиной трубы более, чем 0,5 мм жаростойкой коррозионно-стойкой стали (нержавейки), т.к. температура отходящих газов, при правильном использовании данных котлов, не превышает 140-150°С;
Не требует частой выемки отходов сгорания, топливо сгорает практически не оставляя золы. Отсутствие золы после сгорания топлива и светлый прозрачный дым на выходе из дымохода также свидетельствуют об эффективном сжигании топлива.
Желательно использовать вместе а тепло аккумулятором. Т.К. наибольшее КПД выделяется при активном горении, а работа на пониженных температурах происходит с выключенным вентилятором, и горение газов в нижней камере практически прекращается. Поэтому рекомендуется быстро (2-3 часа, в зависимости от рекомендаций изготовителя) спалить дрова, и лишнее тепло сбросить в ТА. При таком горении образование смол и сажи, минимальное а КПД максимальное.
Сравнение пиролизных котлов с традиционными твердотопливными
Пиролизные котлы существенно эффективнее традиционных твердотопливных котлов:
Во-первых, при сжигании дров, особенно влажных, невозможно достичь таких высоких температур, как при сжигании полученного из них газа.
Во-вторых, для горения газа необходимо меньше вторичного воздуха, чем для горения дров, благодаря чему выше температура горения и, следовательно, эффективность и время горения.
В-третьих, процессом горения пиролизного газа легче управлять, поэтому работа газогенераторного котла поддается автоматизации практически так же, как газового или жидкотопливного.
В процессе пиролизного горения образуется минимальное количество сажи и золы, поэтому пиролизный котел реже, чем обычный, нуждается в чистке.
Топливо для пиролизного котла
Пиролизные котлы рекомендуется топить как можно более сухой древесиной, тогда обеспечивается работа котла на максимальной мощности и длительный срок его службы.
Например, дерево с 12 - 20%-ным содержанием воды имеет теплоту сгорания 4 кВт-час на 1 кг древесины, дерево с 50%-ным содержанием воды имеет теплоту сгорания 2 кВт-час / 1 кг древесины.
ru.wikipedia.org
