Показателем полноценного сгорания топлива в печи и, соответственно, его полного превращения в тепловую энергию для отопления жилых помещений служит… дым, идущий из трубы. Если этот дым заметен, что называется, невооруженным глазом — через трубу улетучиваются печные газы, которые можно было бы превратить в энергию. Сегодня существует лишь один тип котлов, способных полностью сжигать заложенное в них твердое топливо, в том числе вырабатывать и сжигать его газовую фазу, и это — пиролизные котлы.
Откуда при сжигании твердого топлива берется газовая фаза
Чтобы увидеть газовую фазу своими глазами, зажгите обычную спичку и затушите ее после того, как пламя разгорится. Вы заметили белый дым, идущий от спички сразу же, как ее затушат? Это и есть та самая газовая фаза, возникающая при сильном нагреве древесины. Пиролизный (генераторный) газ состоит из диоксида, оксида углерода, метана и других углеводородов. Кстати, именно на пиролизе древесины основана работа коптилен и само копчение.
Как работают обычные бытовые печи, которыми традиционно оборудуют частные дома в сельской местности? Первая закладка топлива — дровяная, ею печь разогревается до необходимой температуры, затем закладывается уголь. Из дымовой трубы при розжиге первой закладки дым валит клубами, т.к. температура печи слишком низка для качественного сжигания топлива, затем интенсивность выхода дыма снижается (разжигается уголь), но полного сгорания газовой фазы угля не происходит и эти газы уходят из топки в трубу, далее в атмосферу.
Для получения и воспламенения газовой фазы требуется температура от 450 до 1100 °С, в результате вырабатывается дополнительная тепловая энергия, позволяющая повысить КПД отопительного котла. Но только лишь высокой температуры будет недостаточно, потребуется принудительная подача тщательно рассчитанных порций воздуха (малое его количество не позволит топливу сгорать полностью, если же будет много воздуха — он просто нагреется и улетучится в трубу вместе с теплом) и камера сжигания газов, имеющая длину не менее полуметра. Регулируемая подача воздуха в ручном режиме невозможна, тут потребуется автоматика, способная следить за температурой внутри котла и, согласно этих данных, уменьшать или увеличивать подачу воздуха. В отсутствии камеры сжигания пиролизные газы охладятся, пройдя всего лишь 400 мм вдоль холодных стенок котла, их горение прекратится и они все так же улетучатся в трубу.
Пиролизный котел — устройство и принцип работы
Его конструкция содержит две камеры — верхняя предназначена для закладки и сжигания твердого топлива, нижняя служит для сжигания генераторных газов. Помещенное в верхнюю камеру древесное топливо в процессе горения и образования газовой фазы дополнительно просушивается (процесс пиролиза древесины — экзотермический), в этой же камере нагревается воздух, принудительно нагнетаемый вентилятором. Между верхней и нижней камерами пиролизного котла размещена керамическая форсунка-колосник, способная выдерживать высокие температуры — через отверстия в ней газы, образующиеся при пиролизе древесины в условиях недостатка кислорода, проникают в нижнюю камеру. Пепел, остающийся после полного сжигания топлива, также скапливается в нижней камере котла.
1 - топливо, 2 - первичный воздух, 3 - вторичный воздух, 4 - уходящие газы, 5, 6 - вход и выход воды A - камера газификации, B - колосник, C - камера дожигания, D - газоход, E - дымосос
Принудительная подача воздуха с регулировкой его объема производится вентилятором, подающим воздух через воздуховод, размещенный в верхней камере пиролизного котла, либо с помощью вентилятора-дымососа, установленного внутри вытяжной трубы.
Работает пиролизный котел так: в верхнюю камеру закладывается топливо (дрова), разжигается, дверца камеры закрывается и включается вентилятор котла. Как только температура внутри верхней камеры поднимется выше 250 °С — древесина начнет обугливаться, выделяя генераторный газ, поступающий через форсунку в нижнюю камеру. Здесь к полученным в результате пиролиза газам подмешивается путем наддува вторичный воздух и они сгорают, возвращая некоторую часть тепла нижнему уровню топливной закладки. Вторичный воздух — воздушный поток, огибающий топливо в верхней камере по бокам либо поступающий через специальные щели в дверце нижней камеры пиролизного котла.
Забор тепла от пиролизного котла и его передача теплоносителю (воде или воздуху) производится через контакт трубопровода с теплоносителем внутри с дном нижней камеры котла.
С одной полной загрузки топливной (верхней) камеры пиролизный котел вырабатывает тепло от 6 до 12 часов, в зависимости от качества топлива и потребностей в тепле.
Если разделить процессы, происходящие в пиролизном котле поэтапно, то происходит следующее:
- Температура 450 °С — древесное топливо подвергается сушке и дегазации;
- Температура 560 °С — генераторный газ, соединенный с вторичным воздухом, подвергается сжиганию;
- Температура 1100 °С — дожигаются остатки пиролизного газа, происходит возврат тепла к нижнему слою топлива, заложенного в верхнюю камеру;
- Температура 160 °С — отвод продуктов дожига в дымоход.
Плюсы и минусы пиролизных котлов
Прежде всего — лишь пиролизные котлы способны сжигать генераторный газ, т.е. аналогичные способности до дожигу пиролизных газов, рекламируемые производителями конвекционных котлов типа «Булерьян», не соответствуют действительности.
Положительные характеристики:
- высокая экономичность, достигаемая двумя этапами сжигания топлива, высокий КПД — до 90%;
- выработка тепла с одной закладки топлива продолжается порядка 12 часов (обычная дровяная печь работает на одной закладке не более 4-х часов);
- низкий отход вследствие практически полного сгорания древесного топлива, чистка зольника в нижней камере и каналов дымохода требуется редко;
- процесс горения допускает автоматизацию, легко регулируется и управляется;
- интегрируется в практически любую систему отопления, не требуя каких-то серьезных ее изменений;
- допускается закладка не колотых поленьев;
- экологичность, достигаемая сжиганием большего числа вредных веществ в нижней камере, благодаря чему они не выбрасываются в атмосферу.
Отрицательные характеристики:
- потребность в электроэнергии, необходимой для работы вентилятора (дымососа);
- высокая стоимость, по сравнению с обычными отопительными котлами — примерно в 2 раза;
- потребность в низкой влажности топлива, т.е. дрова должны обязательно быть сухими, иметь влажность не выше 20%;
- в работе требует высокой нагрузки, при ее снижении ниже 50% стабильность горения нарушается, в дымовом канале накапливается деготь.
Цена и производители, критерии выбора пиролизного котла
На российском рынке представлены пиролизные котлы чешских компаний «Dakon», «OPOP» и «Atmos», словенской «Attack», германской «Viessmann», австрийской «Wirbel». Стоимость пиролизного котла мощностью в 20 кВт в среднем составит 45 000 руб.
При выборе котла данного типа лучше остановится на европейских производителях, т.к. отечественные пиролизные котлы зачастую имеют низкие качественные характеристики. Внимательно изучите котел, в особенности обшивку нижней камеры и форсунку — котел прослужит дольше, если упомянутые элементы будут выполнены из керамики, способной выдержать высокие температуры. Убедитесь, что камер горения в котле две, что присутствует регулируемая подача воздуха в обе камеры. Канал, в котором циркулирует теплоноситель, должен контактировать только с нижней камерой пиролизного котла и каналом дымохода, иначе необходимые для пиролиза и дожигания газов высокие температуры в камерах-топках не образуются — теплоноситель будет активно отнимать тепло.
Гарантия производителя на работу пиролизного котла должна быть более одного года, на возможный прогар стенок камер — не менее 10 лет.
Обратите внимание на гарантии по автоматике котла и форсунке — их стоимость в случае ремонта может составить до 50% от стоимости самого котла.
При подборе мощности котла следует исходить из площади, которую ему предстоит отапливать. Выбор маломощного или излишне мощного пиролизного котла приведет к его преждевременной поломке: в первом случае из-за предельных нагрузок; во втором — из-за скопления конденсата в канале дымохода.
Придирчиво оцените вид котла, осмотрите сварные швы, выясните толщину и марку металла, примененного в его конструкции. Внутренние стенки котла должны быть из высоколегированной котловой стали толщиной от 4-х мм — если продавец назвал сталь, из которой образованы камеры пиролизного котла, «конструкционной», то откажитесь от покупки и покиньте эту торговую точку (конструкционная сталь не выдержит высоких температур в топках котла и прогорит за два-три года).
Описанная в данной статье конструкция пиролизного котла испытана европейскими и отечественными пользователями и является наиболее эффективной — импровизированные модели некоторых отечественных и европейских производителей, чья конструкция отличается от «классической», чаще всего не обладают способностями ни генерировать, ни сжигать пиролизные газы.
Как установить и эксплуатировать пиролизный котел
Эти отопительные котлы следует размещать вне жилых помещений. По нормам противопожарной безопасности основание под пиролизный котел должно быть выполнено из кирпича или камня, участок пола перед камерами топок необходимо перекрыть листом металла 1,5-2 мм толщины. Минимальная дистанция между стенами или предметами в помещении котельной и корпусом котла — 200 мм. Производители пиролизных котлов рекомендуют утеплить дымоход, используя фольгированную минеральную вату — охлаждение дымовых газов вызовет скопление конденсата и дегтя.
Пиролизные котлы, впрочем, как и любые другие отопительные котлы, работающие на горючем топливе, нуждаются в постоянном притоке свежего воздуха — вентиляционное отверстие в помещение котельной с минимальной площадью 100 см2 необходимо обязательно.
Следите за влажностью деревянных поленьев, закладываемых в верхнюю топку котла — в эксплуатации пиролизных котлов это важный фактор их успешной и долгой службы.
Важно: производители категорически запрещают сжигать в топках пиролизных котлов любые синтетические материалы, т.к. возникающие при этом продукты горения будут активно коррозировать внутренний корпус котла, резко сокращая срок его службы.
В процессе эксплуатации требуется удалять золу со дна камер-топок (примерно раз в неделю, периодичность зависит от интенсивности работы и мощности данного котла), следить, чтобы отверстия в форсунке, расположенной между верхней и нижней камерами не забились золой. Раз в месяц требуется полностью чистить камеры-топки, раз в неделю — дверцы топок, используя для этого скребок.