Самодельные пиролизные котлы на дровах длительного горения — Всё об отоплении

Котел длительного горения своими руками

Альтернативные варианты – газогенерация и пеллеты

К котлам длительного горения можно отнести и пиролизные агрегаты, а также котлы, работающие на пеллетах. Пиролизные (газогенераторные) котлы загружают дровами раз в 8–12 часов. Поначалу происходит стартовый розжиг топлива, чтобы внутри котла температура достигла отметки 800 °С. При такой температуре становится возможной газогенерация – с помощью задвижек устанавливается нужный режим, а именно ограничивается доступ кислорода к горящим дровам. В результате выделяется древесный газ, который и сгорает в специальной камере, а уже затем происходит сгорание древесного угля. Золы и сажи образуется минимальное количество. КПД газогенераторных котлов – около 85 %.

Главное достоинство пиролизных агрегатов – экономичное потребление топлива. Благодаря этому отопительный сезон обойдется вам в два-три раза дешевле, чем обычно – так и окупается высокая стоимость подобных устройств. Однако с другой проблемой придется бороться постоянно – дровяной котел подобного типа эффективно работает только на очень сухом топливе или чистом угле.

Пеллетные котлы с автоматической подачей топлива могут работать бесконечно долго, главное, чтобы рядом был нужный объем топлива. Строение таких агрегатов практически не отличается от обычных твердотопливных котлов, за исключением автоматической подачи топлива. Бытовые котлы имеют контейнер, куда и засыпают пеллеты – одной загрузки бывает достаточно на несколько суток. В целом на обслуживание агрегата в неделю уйдет около 20 минут – этого достаточно, чтобы выносить изредка золу и подсыпать топливо в бункер.

Отопление дровами – плюсы и минусы

Самодельные дровяные котлы активно используются для обогрева жилых помещений – это небольшие дачные домики и крупные частные домовладения, расположенные в местах, далеких от газовых магистралей. В качестве топлива для них используются дрова или каменный уголь. Угольные агрегаты отличаются высоким тепловыделением, но достать это топливо получается далеко не всегда. Поэтому люди отдают предпочтение дровяным моделям.

Давайте рассмотрим основные достоинства самодельных котлов на дровах:

Не нужно разрешение на установку и эксплуатацию – мы вправе самостоятельно распоряжаться данным оборудованием;

Дешевизна в эксплуатации – по сравнению с электрическим отоплением, обогрев дровами более дешев. А если обрести источник бесплатных поленьев, то останется потратиться только на сборку отопительного котла;

Независимость от электросетей – это относится к самым простым агрегатам, в составе которых отсутствуют электрические узлы;

Возможность реализации длительного горения – оно позволит снизить количество подходов для закладки все новых порций горючего;

Дешевизна в сборке – самодельный котел на дровах для частного дома будет стоить дешевле, чем его заводской аналог.

Есть и некоторые недостатки:

Только постоянная чистка котла и его систематический плановый ремонт смогут обеспечить стабильную и эффективную работу агрегата на всем протяжении его эксплуатации.

Самодельные дровяные котлы для отопления дома могут не выйти на максимальный КПД – сказываются ошибки кустарной сборки;

Котлы на твердом топливе на угле и дровах требуют регулярной очистки – то есть, мы можем избавиться от необходимости частой закладки горючего, но с проблемой очистки справиться невозможно. Поэтому нам придется регулярно очищать оборудование от сажи и золы;

Сложность самостоятельного монтажа – самодельные котлы длительного горения на дровах, с водяным контуром, могут показаться сложными в изготовлении. И чем меньше опыта работы с инструментами, тем более сложной покажется задача.

Кроме того, самодельные котлы длительного горения не отличаются нормальными внешними данными, хотя здесь все зависит от мастерства сборщика.

Помимо сажи и угольков, в котлах длительного горения может образовываться конденсат – он образуется в результате использования сырых дров.

Рекомендации по установке и эксплуатации

Собранный своими руками пиролизный котел необходимо установить на небольшом фундаменте – соберите его из кирпича или соорудите бетонную стяжку. Рекомендуемая толщина – около 10 см. Установив аппарат на подготовленном месте, удостоверьтесь, что он не качается и стоит достаточно устойчиво. Только после этого приступайте к дальнейшим операциям.

Для обеспечения пожарной безопасности постелите перед котлом (с той стороны, где располагается дверца камеры сгорания) металлический лист. Если из топки выпадут горящие угольки или дрова (случается всякое), лист не даст огню распространиться. Следует отметить, что это достаточно распространенное требование для всех твердотопливных котлов и прочих агрегатов, вроде каминов и печей-каминов.

Плазменная резка металла — самая точная и филигранная, но доступ к такому оборудованию есть не у всех. Однако, обычный сварочный аппарат справится с той же задачей ничуть не хуже.

Отдельное внимание уделяется расстоянию между пиролизным котлом, собранным своими руками, и стенками – оно должно составлять не менее двух метров. Также следует обеспечить хорошую вентиляцию помещения, так как отопительное оборудование довольно интенсивно сжигает кислород – нужно обеспечить его приток

Для этого достаточно сделать вентиляционную отдушину.

Изготавливая пиролизный котел своими руками, не экономьте на металле. Помните, что металл толщиной 4-5 мм прослужит значительно дольше, чем металл толщиной всего 3 мм. Если камеры дожигания или сгорания прогорят, вам придется провести довольно сложный комплекс ремонтных работ – пиролизный котел нужно будет разрезать, заменить прогоревшие детали, после чего сварить его обратно и испытать.

Рекомендации по эксплуатации:

Не используйте в изготовленном своими руками пиролизном котле сырые дрова – они плохо воспламеняются, с трудом прогорают и неохотно отдают продукты пиролиза. Оптимальное содержание влаги в древесине – не более 15-20%. Приобретая сухие дрова, выделите место под их хранение – сюда не должны попадать атмосферные осадки;

Обязательно используйте автоматику и группу безопасности – это поможет предотвратить выход пиролизного котла из строя. Помните, что собранные своими руками отопительные агрегаты нуждаются в особенном контроле;

Перед началом каждого отопительного сезона проверяйте котел и отопительную систему на герметичность. Также нужно проверять проходимость дымохода – его чистка осуществляется раз в 4-5 лет;

Не делайте слишком большой запас по мощности – собранный своими руками пиролизный котел повышенной мощности не сможет обеспечить нужный КПД и будет сжигать топливо зря. Если нужен очень мощный агрегат, присмотритесь в сторону заводских моделей.

Следуя этим рекомендациям, вы сможете обеспечить свой дом теплом, не затрачивая много денег на электроэнергию и обходясь без газа. Среднее потребление электроэнергии пиролизным котлом, собранным своими руками, составляет 80-120 Вт/час (при работающем вентиляторе).

Сборка пиролизного котла

Для исполнения предлагается типовой газогенераторный отопитель конструкции Холмова с вертикальным теплообменником на задней стенке и центральным расположением сопла, представленный на чертеже. Агрегат с наружными размерами 50 х 55 х 100 см развивает мощность порядка 20 кВт и длительность горения до 10 часов, что обеспечивается за счет увеличенного объема топливника (около 100 литров).

Перед тем как сделать котел, выполните следующие заготовительные работы:

1. Нарежьте или нарубите металл гильотинными ножницами по размерам, указанным на чертеже. Заготовьте патрубки для дымохода и теплоносителя.
2. Изготовьте воздушные каналы из профильных труб, просверлив в боковой стенке отверстия 8 мм с шагом 6 см, приварите фланец под монтаж вентилятора.
3. Сварите огнетрубный теплообменник.
4. Сделайте дверцы и верхний ревизионный люк из двух листов металла с уплотнением графитно-асбестовым шнуром, как показано на фото.

Следующий этап – сборка самого пиролизного котла, начинающаяся со сваривания топливника и камеры дожигания. Заготовки сначала соединяются прихватками, а потом провариваются всплошную, причем все швы должны находиться с наружной стороны. Дальнейший порядок работ такой:

1. Установите на заднюю стенку топки теплообменник и зашейте его металлом. Приделайте дымоходный патрубок.
2. Приварите обрамления дверец и профильные трубы по периметру топливника.
3. Сформируйте водяную рубашку, закрепляя листы с помощью стальных полос. После обваривания ее необходимо проверить на герметичность.
4. Поставьте штуцеры для подключения системы отопления. На дно топливной и зольной камеры плотно уложите шамотные кирпичи, вырезав форсунку размером 110 х 35 мм.
5. Обшейте корпус отопителя утеплителем и крашеным металлом. Установите вентилятор и блок автоматики, подсунув датчик температуры под теплоизоляционный слой вплотную к водяной рубашке.
6. Приварите петли и поставьте дверцы.

Более подробное описание изготовления пиролизного котла представлено в видео:

Котлы верхнего горения

Один из вариантов пиролизного устройства – котел верхнего горения. Принцип действия этих двух агрегатов очень схож.

Точно так же в топку загружают большое количество твердого топлива низкой влажности, воздух нагнетают принудительно и обеспечивают тление топлива при пониженном количестве кислорода. Задвижку, которая регулирует поток кислорода, устанавливают в нужном положении.

Схема устройства котла верхнего горения. Топка такого котла имеет глухое дно, частички продуктов горения удаляются через дымоход (+)

Но котлы длительного горения не имеют ни зольника, ни колосника. Дно представляет собой глухую металлическую плиту. Такие котлы устроены так, чтобы древесина сгорала полностью, а оставшееся в топке малое количество золы выдувалось воздухом.

Такие устройства отличаются высоким КПД и также работают при температурах более 1000°С.

Основная особенность таких устройств – они действительно обеспечивают длительный срок работы при полной загрузке. Топливная камера в таких устройствах обычно выполнена в форме цилиндра.

В нее сверху загружают топливо, сверху же, по центру, нагнетается необходимый для горения воздух.

В котлах верхнего горения устройство для нагнетания воздуха – это подвижный элемент, который опускается вниз по мере прогорания дров

Таким образом осуществляется медленное тление верхнего слоя топлива. Топливо постепенно сгорает, его уровень в топке понижается. Одновременно изменяется и положение устройства для подачи воздуха в топку, этот элемент в таких моделях подвижен и он практически лежит на верхнем слое дров.

Второй этап горения осуществляется в верхней части топки, которая отделена от нижнего отделения толстым металлическим диском. Горячие пиролизные газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива внизу, расширяются и перемещаются вверх.

Здесь они смешиваются с воздухом и сгорают, дополнительно передавая теплообменнику солидную порцию тепловой энергии.

Балка, удерживающая диск, который разделяет камеру сгорания на две части, как и сам этот диск, в процессе работы котла верхнего сгорания постоянно находится под воздействием высокой температуры. Со временем эти элементы сгорают, их придется периодически заменять.

На выходе из второй части топливной камеры обычно установлен регулятор тяги. Это автоматический прибор, который определяет температуру теплоносителя и в зависимости от полученных данных регулирует интенсивность движения горючего газа. Он защищает устройство от возможного перегрева.

Стоит отметить, что наружный теплообменник в таких котлах реагирует на изменение скорости циркуляции жидкости в теплообменнике, т.е. на колебания температуры. На поверхности устройства сразу же образуется слой конденсата, который вызывает коррозию, особенно если речь идет о стальных котлах.

Предпочтительнее брать устройство из чугуна, которое значительно лучше сопротивляется подобному воздействию.

Хотя топливо в пиролизных котлах длительного горения должно сгорать без остатка, на практике так бывает не всегда. Порой пепел спекается, образуя частички, которые трудно удалить с помощью потока воздуха.

Если в топке накопится большое количество таких остатков, может наблюдаться заметное снижение тепловой отдачи агрегата. Поэтому котел верхнего горения следует периодически все же прочищать.

Особенность устройств этого типа в том, что по мере сгорания топлива его можно догружать, не дожидаясь сгорания всей закладки топлива. Это удобно, когда нужно избавиться от горючего бытового мусора.

Существуют также разновидности котлов верхнего горения, которые работают не только на древесном топливе, но и на угле. Сложные узлы автоматического управления в пиролизных котлах этого типа отсутствуют, поэтому серьезные поломки наблюдаются крайне редко.

Конструкция котла верхнего горения позволяет загружать топку лишь частично, если это необходимо. Однако в этом случае выполнить розжиг верхнего слоя топлива может быть не просто. Само топлива должно быть подсушенным, дрова из открытой поленницы для такого котла не подходят.

Топливо крупных фракций также не следует использовать для этого вида техники, т.е. дрова придется обязательно колоть на небольшие части.

Виды устройств по принципу сжигания топлива

Существует несколько разновидностей отопительных котлов, работающих на твердом топливе. Рассмотрим их более подробно.

Вариант #1 — котлы классического горения

Оборудование имеет топку большого размера, в которой естественным образом происходит сжигание топлива. В конструкции, как правило, присутствует датчик-контроллер температуры теплоносителя, с функцией механической регулировки воздушной заслонки. Такие котлы отличаются предельной простотой конструкции, что делает их стоимость относительно небольшой, а эксплуатацию очень легкой. Кроме того они весьма неприхотливы к типу и качеству топлива и могут отапливаться как углем, так и дровами, брикетами и т.д. Однако у классических аппаратов есть и недостатки:

Небольшое время горения. Как показывает практика, одной закладки топлива может хватить максимум на восемь часов работы.

Сложность автоматизации отопительных режимов.

Более низкий, чем других разновидностей твердотопливных котлов, КПД, что приводит к большому расходу топлива.

Неоптимальный процесс горения приводит к повышенной зольности.

Из всех перечисленных недостатков нивелировке поддается проблема частой загрузки топлива. Она частично решается путем установки бака-теплоаккумулятора, который накапливает тепло и тем самым сглаживает температурные перепады теплоносителя. Бак представляет собой емкость из металла с хорошей теплоизоляцией. Его объем рассчитывается в зависимости от емкости отопительной системы и мощности оборудования. Впрочем, его наличие – это дополнительные расходы и риск поломки системы.

Традиционные котлы классического горения очень нетребовательны к топливу. Однако в силу конструктивных особенностей их КПД ниже, чем у других устройств, поэтому они отличаются повышенной зольностью и высоким расходом топлива

Вариант #2 — аппараты длительного горения

Эти котлы лишены описанных выше недостатков. Существует два вида таких устройств — пиролизные и приборы «тлеющего» типа. Пиролизный твердотопливный котел длительного горения отличается от классического наличием двух камер сгорания. Топливо начинает гореть в условиях дефицита кислорода. Под воздействием высоких температур оно начинает выделять древесный газ, так называют смесь из угарного газа, пропана, метана и водорода. Этот процесс называется пиролиз. По окончании этого процесса топливо попадает во вторую камеру, где сжигается с избытком кислорода. В результате КПД системы увеличивается до 90%.

Топливо сгорает практически без остатка, золу приходится убирать раз в несколько дней. Одной загрузки хватает в среднем на 12 часов. Средний расход топлива невелик. Так же к достоинствам пиролизных приборов можно отнести:

Возможность поддержания заданной температуры теплоносителя.

Работа на различном виде твердого топлива: уголь, брикеты, дрова.

Широкие возможности автоматизации систем контроля режимов горения.

К недостаткам системы можно отнести более высокую стоимость оборудования, энергозависимость и требовательность к уровню влажности топлива.

Пиролизные котлы отличаются наличием двух камер сгорания. В первой происходит пиролиз, то есть выделение древесного газа, а во второй — собственно сгорание материала

Устройства «тлеющего» типа отличаются наличием встроенной по всему периметру водяной рубашки. Процесс горения идет по типу свечи – сверху вниз. Процесс медленного тления верхней части топлива и большой объем камеры горения, а в некоторых случаях он достигает 100 л, позволяет растянуть процесс сжигания на продолжительное время.

Устройство котлов тлеющего типа таково, что топливо, подожженое сверху, может гореть без добавления новой порции достаточно долго, иногда до нескольких суток

Существуют модели, которые могут «продержаться» на одной угольной закладке пять суток. К этому несомненному достоинству аппарата можно добавить несколько меньшую, чем у пиролизных котлов стоимость.  Однако эти устройства очень требовательны к топливу. Это должен быть либо уголь высшего качества, либо дерево влажностью не более 20%

Нужно обращать внимание и на содержание смол в топливе, если оно высоко, неизбежны частые чистки системы и автоматика быстрее выходит из строя

Условия эффективной работы

Устройство самодельных агрегатов зависит от следующих факторов:

1. Какие используются материалы. При возможности рекомендуется делать выбор в сторону жаропрочной нержавеющей стали: она прослужит на порядок дольше, чем обычные стальные листы. Однако из-за доступности зачастую применяется именно последний вариант: его проще найти, выложив за приобретение гораздо меньшую сумму.
2. Есть ли возможность качественной обработки. Литая чугунная печь может быть смонтирована исключительно в фабричных условиях. Закупать для этих целей необходимое оборудование попросту невыгодно.

По этой причине традиционным материалом для самостоятельной реализации являются стальные листы толщиной до 5 мм, которые без проблем обрабатываются при помощи болгарки, газового резака и электросварки.

Особенности чертежа водяного котла отопления зависят от типа используемого топлива и того, как нагретый теплоноситель циркулирует по контуру:

Чтобы нагретый теплоноситель двигался по трубам за счет естественной конвекции, емкость под воду должна иметь большую высоту. Кроме того, патрубки и все остальные трубы системы должны обладать значительным диаметром. Дело в том, что мере снижения внутреннего сечения увеличивается сопротивление движению воды. В таком случае шансы получения нужной скорости циркуляции без насосного оборудования очень мизерны.
Если применить насос, разрешается применить трубы меньшего диаметра, снизив также бака

При этом важно понимать, что в случае перебоев с подачей электрической энергии греющийся котел может попросту разорвать паром из-за прекращения циркуляции воды.

Это объясняет наличие следующих рекомендаций при обустройстве любого котла:

Диаметр всех патрубков и трубопровода должен быть не менее 1/4 дюйма (32 мм).

В тех случаях, когда циркуляционный насос останавливается, это влечет за собой уменьшение скорости циркуляции воды и повышение ее температуры. Во избежание печальных последствий лучше всего для организации контура не применять металлопластиковые или полипропиленовые трубы. Дело в том, что эти материалы плохо переносят высокие температуры. Оптимальный вариант – оцинкованные изделия, с герметизацией стыков льном с суриком или краской.