В умовах постійного зростання цін на енергоносії все більшої популярності набувають ефективні системи опалення на твердому паливі. Піролізний котел є сучасним опалювальним обладнанням, яке забезпечує максимально повне згоряння деревини за рахунок термічного розкладання та спалювання деревного газу. Така технологія дозволяє отримати в 1.5-2 рази більше тепла з тієї ж кількості дров, порівняно з класичними твердопаливними котлами.
Історія розвитку піролізних технологій розпочалася ще в середині минулого століття, коли було розроблено технологію газифікації деревини. Під час паливної кризи автомобілі навіть оснащувалися газогенераторами на дровах. Сучасні піролізні котли – результат тривалого вдосконалення цієї технології, адаптованої для побутового опалення.
Актуальність використання піролізних котлів обумовлена кількома факторами. Насамперед, це високий ККД, що досягає 85-92%, що значно вище, ніж у класичних твердопаливних котлів (60-75%). При цьому одного завантаження палива вистачає на 12-24 години роботи, залежно від потужності котла та теплового навантаження.
Основні переваги піролізних котлів:
Економія палива до 40% порівняно із звичайними котлами
Тривалий час роботи на одному завантаженні
Мінімальна кількість золи та сажі
Низький рівень шкідливих викидів
Можливість точного регулювання потужності
Принцип роботи піролізного котла
Процес піролізу є термічним розкладанням деревини без доступу кисню. У верхній камері котла при температурі 200-300 ° C починається виділення летких речовин. У міру підвищення температури до 500-600 ° C деревина розкладається на деревне вугілля та піролізний газ, що складається з метану, водню, вуглекислого газу та інших компонентів.
Етапи газифікації деревини відбуваються послідовно:
Сушіння деревини за температури 100-150°C
Виділення летких речовин за 200-300°C
Активне газоутворення за 400-500°C
Утворення деревного вугілля за 500-600°C
Піролізний газ, що утворився, надходить у нижню камеру згоряння через спеціальні сопла. Тут при температурі 1000-1200°C відбувається його згоряння із виділенням значної кількості тепла. Така двоступінчаста система забезпечує практично повне згоряння палива.
Температурні режими роботи піролізного котла суворо контролюються. У верхній камері температура не повинна перевищувати 600°C для запобігання пошкодженню металу. У камері згоряння газів підтримується температура 1000-1200°C, необхідна повного згоряння піролізних газів. При цьому температура теплоносія на виході з котла становить 65-85°C.
Весь процес горіння регулюється подачею первинного повітря у верхню камеру та вторинного повітря в камеру згоряння газів. Первинне повітря забезпечує процес газифікації деревини, а вторинний необхідний для повного згоряння газів, що утворюються. Співвідношення подачі первинного та вторинного повітря приблизно становить 30% до 70% відповідно.
При правильному налаштуванні та використанні якісного палива піролізний котел здатний підтримувати стабільну температуру в приміщенні протягом тривалого часу. Витрата дров у своїй знижується на 35-40% проти звичайними твердопаливними котлами тієї ж потужності.
Конструкція піролізного котла
Сучасний піролізний котел є складним технічним пристроєм, кожен елемент якого ретельно продуманий для забезпечення максимальної ефективності. Камера завантаження палива, виготовлена з високоякісної котлової сталі завтовшки 5-6 мм, займає верхню частину котла. Її об'єм розраховується, виходячи з потужності котла – в середньому на кожні 10 кВт потужності потрібно близько 40-50 літрів об'єму камери завантаження.
У нижній частині камери завантаження розташовується спеціальна керамічна форсунка із соплами, через які піролізний газ надходить у камеру згоряння. Температура в зоні форсунки може досягати 800°C, тому для її виготовлення використовується спеціальна жароміцна кераміка, здатна витримувати температуру до 1350°C.
Камера згоряння газів є простір, де відбувається остаточне згоряння піролізного газу при температурі 1000-1200°C. Для підвищення ефективності теплообміну камера часто обладнується спеціальними турбулізаторами – металевими пластинами, які створюють завихрення у потоці гарячих газів.
Система подачі повітря у піролізному котлі поділена на дві незалежні частини:
Первинне повітря подається у верхню камеру через регульовані заслінки
Вторинне повітря надходить безпосередньо в зону горіння газів
Теплообмінник, що оточує камеру згоряння, виготовляється із сталі товщиною 4-5 мм та має розвинену поверхню теплообміну. Для котла потужністю 20 кВт площа теплообмінника становить близько 2.5-3 м ². Конструкція теплообмінника забезпечує максимальне знімання тепла з продуктів згоряння, при цьому температура газів не перевищує 160-180°C.
Електронне керування котлом здійснюється за допомогою контролера, який регулює:
Подачу первинного та вторинного повітря
Роботу циркуляційного насосу
Температуру теплоносія
Режими роботи котла
Паливо для піролізних котлів
Основним паливом для піролізних котлів є деревина, до якої висуваються особливі вимоги. Оптимальна вологість дров має становити 15-20%. Використання більш вологої деревини призводить до зниження ефективності роботи котла та утворення надмірної кількості конденсату. При вологості дров 40% теплотворна здатність знижується майже вдвічі, а витрата палива відповідно збільшується.
Вплив вологості на теплотворну здатність деревини:
Вологість 15-20%: 4.3-4.5 кВт * год / кг
Вологість 25-30%: 3.4-3.8 кВт*год/кг
Вологість 35-40%: 2.5-2.8 кВт * год / кг
Розмір полін для піролізного котла має важливе значення. Оптимальна довжина визначається глибиною завантажувальної камери і зазвичай становить 35-50 см. Діаметр полін повинен бути в межах 10-15 см - більші поліни будуть повільніше розгорятися і можуть призвести до нерівномірної роботи котла.
Як альтернативне паливо можна використовувати:
Дерев'яні брикети з вологістю не більше 10%
Спресована тирса без сполучних речовин
Тріска великої фракції
Дерев'яні відходи відповідного розміру
При цьому важливо відзначити, що використання деяких видів палива може бути обмежене конструкцією котла. Наприклад, дрібна тріска може провалюватися через колосники, а великі відходи дерев неправильної форми - заважати рівномірному процесу газифікації.
Для зберігання річного запасу дров для піролізного котла потужністю 20 кВт потрібно близько 15-20 м3 сухих дров. Це приблизно на 30-40% менше, ніж потрібно для звичайного твердопаливного котла такої ж потужності. Дрова повинні зберігатися в приміщенні, що добре провітрюється, захищеному від опадів, щоб підтримувати оптимальну вологість палива.
Ефективність роботи піролізних котлів
Високий ККД є однією з головних переваг піролізних котлів. У той час, як традиційні твердопаливні котли рідко перевищують ККД в 75%, сучасні піролізні котли досягають показників 85-92%. Це означає, що практично вся енергія, що міститься в деревині, перетворюється на корисне тепло.
При порівнянні з класичними котлами стає очевидною суттєва економія палива. Для опалення будинку площею 150 м² протягом опалювального сезону піролізному котлу потрібно 12-15 м³ дров, тоді як звичайний твердопаливний котел витрачає 18-22 м³ за тих же умов експлуатації.
Температура димових газів на виході з піролізного котла становить 140-180°C, що значно нижче, ніж у класичних котлів, де цей показник може досягати 350-400°C. Це пряме свідчення більш повного використання енергії палива. При цьому димові гази містять мінімальну кількість шкідливих речовин завдяки практично повному згорянню палива.
На ефективність роботи піролізного котла впливають такі фактори:
Якість та вологість палива
Правильне регулювання подачі повітря
Чистота теплообмінних поверхонь
Тяга димоходу
Температура зворотної лінії
Економічні показники використання піролізного котла вражають. За середнього споживання 15 м³ дров за сезон та їх вартості близько 1200 гривень за м³, річні витрати на опалення будинку 150 м² становитимуть близько 18000 гривень. Для порівняння: опалення газом такого ж будинку коштуватиме приблизно 35000-40000 гривень за сезон.
Встановлення та підключення піролізного котла
Встановлення піролізного котла потребує ретельного дотримання технічних вимог. Приміщення для встановлення повинно бути просторим та добре вентильованим. Мінімальна площа котельні розраховується виходячи з потужності котла – потрібно не менше 0.8 м² на кожен кіловат потужності. Наприклад, для котла потужністю 25 кВт необхідне приміщення площею щонайменше 20 м².
Особливу увагу слід приділити системі димовидалення. Димохід повинен забезпечувати тягу 20-25 Па, що досягається правильним підбором висоти та перерізу труби. Для котла потужністю 20 кВт рекомендується використовувати димар діаметром 150-180 мм при мінімальній висоті 6 метрів.
Гідравлічне обв'язування піролізного котла має свої особливості. Обов'язковими елементами є:
Група безпеки із запобіжним клапаном
Розширювальний бак об'ємом не менше 10% від об'єму системи
Триходовий термостатичний клапан
Теплоакумулятор відповідного об'єму
Особливо важливим елементом є теплоакумулятор об'єм якого розраховується за формулою 50-70 літрів на 1 кВт потужності котла. Так, для котла потужністю 30 кВт потрібно бак об'ємом 1500-2100 літрів. Теплоакумулятор дозволяє:
Нагромаджувати надлишкове тепло
Забезпечувати рівномірне опалення
Збільшувати час між завантаженням палива
Запобігати утворенню конденсату
При електричному підключенні необхідно забезпечити стабільне живлення 220В для роботи контролера та вентилятора. Рекомендується встановити джерело безперебійного живлення потужністю не менше 500 ВА для безпечного завершення роботи котла при вимкненні електроенергії.
Схема підключення котла має передбачати захист від низькотемпературної корозії. Температура зворотної лінії повинна опускатися нижче 55°C. Для цього використовується змішувальний вузол із триходовим клапаном або рециркуляційним насосом. При температурі зворотної лінії 45°C термін служби котла може скоротитися в 2-3 рази через інтенсивну корозію теплообмінника.
Особливості експлуатації піролізних котлів
Правильна експлуатація піролізного котла починається з підготовки до запуску. Перед розпалюванням необхідно переконатися в наявності тяги в димарі та перевірити рівень теплоносія в системі. Тиск у системі опалення повинен перебувати в межах 1.5-2 бар. При першому запуску або після тривалого простою слід прогріти димар, спалюючи невелику кількість паперу в камері завантаження.
Процес розпалювання піролізного котла має свої особливості. У камеру завантаження укладаються дрова, залишаючи простір близько 15 см над соплами для циркуляції повітря. Між полінами міститься розпалювальний матеріал - тріска або дрібно наколоті дрова. Після розпалу необхідно дочекатися стійкого горіння та утворення достатньої кількості вугілля, зазвичай це займає 20-30 хвилин.
Режими роботи котла регулюються зміною подачі первинного та вторинного повітря. При цьому важливо підтримувати оптимальну температуру теплоносія:
Мінімальна робоча температура: 65°C
Оптимальна робоча температура: 75-85°C
Максимальна допустима температура: 95°C
Регулярне обслуговування є запорукою ефективної роботи котла. Щоденний догляд включає:
Видалення золи із зольника
Очищення колосникових грат
Перевірку тиску в системі
Контроль температури теплоносія
Щотижневе обслуговування передбачає більш ретельне очищення. Необхідно перевірити та при необхідності очистити:
Поверхні теплообмінника
Керамічні форсунки
Канали подачі первинного та вторинного повітря
Оглядове вікно та ущільнювачі дверцят
Безпека використання піролізного котла
Безпечна експлуатація піролізного котла потребує суворого дотримання певних правил. Температура камери згоряння може досягати 1200°C, а тиск у системі опалення – 2.5 бар, тому будь-які порушення правил експлуатації можуть призвести до серйозних наслідків.
Сучасні піролізні котли оснащуються комплексом захисних систем: Термічний захист спрацьовує при досягненні критичної температури теплоносія (зазвичай 95 ° C). Система може працювати навіть при відключенні електроенергії, використовуючи термомеханічний клапан, який подає холодну воду теплообмінник котла. Захист від перевищення тиску забезпечується запобіжним клапаном, налаштованим на тиск 2.5-3 бар. При перевищенні цього значення відбувається скидання теплоносія до дренажної системи.
Типові помилки експлуатації, яких слід уникати:
Використання вологих дров. При вологості деревини вище 25% не лише знижується ефективність роботи котла, а й утворюється агресивний конденсат, що викликає корозію металу. Температура камери згоряння може знизитися настільки, що процес піролізу припиниться. Неправильне регулювання повітря. Надлишок первинного повітря призводить до занадто швидкого згоряння палива та перегріву верхньої камери. Недолік вторинного повітря викликає неповне згоряння піролізних газів та утворення смолистих відкладень у димарі.
В аварійних ситуаціях необхідно діяти швидко та правильно:
При перегріві котла:
Повністю закрити заслінки подачі повітря
Вимкнути циркуляційний насос
Відкрити всі контури опалення для скидання тепла
Не доливати холодну воду в перегрітий котел
При зворотній тязі:
Негайно закрити всі дверцята котла
Перекрити подачу повітря
Дати котлу охолонути природним шляхом
Перевірити роботу димоходу перед наступним запуском
Суворе дотримання правил безпеки та регулярне обслуговування котла дозволяють уникнути більшості проблемних ситуацій та забезпечують тривалий термін служби обладнання.
