Форсунка для пиролизного котла своими руками

Форсунка для пиролизного котла своими руками

За красивым пламенем горящих дров прячется сложный химический процесс.

На самом деле, горят не твёрдые дрова, а газы, которые выделяются из них при высокой температуре. Этот процесс получил название пиролиза.

Из чего состоит пиролизный котёл

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Принцип разложения топлива и дожиг получившихся газов используется в пиролизных котлах. Сгорание происходит при высокой температуре и полностью.

Конструкция таких котлов сложнее обычных колосниковых, они дороже, но гораздо эффективнее.

Пиролизный котёл состоит:

  1. Из первичной камеры. Она напоминает топку обычного котла, в которую загружается топливо. В зависимости от конструкции горение может происходить как внизу топливной камеры, так и сверху вниз.
  2. Вторичной камеры. В ней происходит смешивание пиролизных газов с вторичным нагретым воздухом и жаркое горение получившейся смеси. Благодаря высокой температуре происходит полное окисление углерода до углекислого газа.
  3. Системы поступления, разделения и подогрева воздуха. Бывают котлы на естественной тяге или с принудительной подачей воздуха.
  4. Системы теплообмена и дымоудаления.
  5. Автоматики управления.

Как работает газогенераторное оборудование с верхней загрузкой?

Дрова в пиролизном котле с верхней загрузкой сгорают так:

  • Загруженная топка поджигается, пламя на естественной тяге нагревает топку до температуры в первичной камере 60 °C.
  • Закрывается дверца, включается подача первичного воздуха. За несколько минут температура в очаге горения достигает 600 °C — оптимальный режим для разложения газов. Дрова тлеют при недостатке кислорода.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Фото 1. Загруженная дровами топка пиролизного котла, пламя нагревает ее при естественной тяге до 60 °C.

  • Во вторичную камеру подаётся предварительно пропущенный через пламя первичной камеры воздух. Горячие газы смешиваются, получается смесь со стехиометрическим числом – оптимальным соотношением воздуха и горючего газа.
  • Проходя через форсунку, смесь воспламеняется и горит с выделением большого количества тепла. Часть тепла расходуется на поддержание горения в первичной камере.
  • Тепло улавливается системой теплообменников, выделяемый углекислый газ удаляется через дымоход.

Делаем устройство своими руками: пошаговая инструкция

Высокая стоимость заводского пиролизного котла побуждает народных умельцев к сооружению копий заводских котлов своими руками или самостоятельному поиску инновационных технических решений. Процесс постройки такого оборудования сложный, но интересный.

Выбираем схему и чертеж

Перед началом работ самый ответственный этап — выбор проекта. По возможности стоит приобрести уже испытанный готовый проект, чтобы не набивать шишки на своём опыте.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Фото 2. Схема самостоятельной сборки пиролизного котла с дымоходным каналом и верхней загрузочной дверцей.

Что следует учесть при проектировании и создании чертежа:

  • Мощность горелки. Она зависит от площади первичной камеры сгорания и размера топки, а также от интенсивности нагнетания кислорода.
  • Размер топки. От неё зависит, сколько топлива будет заправлено, а значит – сколько времени котёл будет работать без подзарядки.
  • Вид наддува. Бывают котлы на естественной тяге, но они не обеспечивают стабильного горения газов. На котёл можно установить как вентилятор наддува, так и дымосос.
  • Вид теплообменника. Выходящее тепло должно эффективно улавливаться. Водяная рубашка или пластинчатый теплообменник на выхлопе хорошо справятся с задачей.
  • Футеровка первичной и вторичной камеры, а также способ регулирования первичного и вторичного воздуха.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Фото 3. Пример чертежа пиролизного котла длительного горения с указанными размерами. Вид сбоку и спереди.

Материалы и инструменты

Для постройки пиролизного котла своими руками нам понадобятся:

  • Листы высоколегированной стали толщиной 4 мм. Их легче сваривать, они не прогорят от высокой температуры.
  • Вентилятор принудительного наддува и автоматика.

Справка! Вариант дороже — заводской вентилятор и контроллер плавной регулировки, вариант дешевле – вентилятор отопителя автомобиля, ступенчатый регулятор и простейший шибер для точной регулировки.

  • Материал для футеровки. Вторичная камера сгорания обязательно отделывается огнеупорной прослойкой, так как температура горения пиролизных газов — 1200 °C. Это может быть каолиновая вата, или шамотный кирпич.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

  • Датчик давления и температуры.
  • Трубы, фитинги, пруты, завесы, шарик для клапана, термоустойчивая краска.

Чтобы построить котёл, нужна оборудованная слесарная мастерская. Мастеру понадобятся навыки разметки и подгонки деталей, умение читать чертежи и кроить металл.

  • Инструменты для обработки и соединения металла. Углошлифовальная машинка, сварочный аппарат, электроды. Идеально, если детали будут раскроены по заказу на лазерном станке с ЧПУ — это добавит красоты и облегчит задачу.

Внимание! Соблюдайте правила безопасной эксплуатации инструментов. Следите за целостью изоляции проводов, следите за направлением искр при резке металла.

  • Измерительные приборы: циркуль, линейка, уголок, рулетка.
  • Инструменты для обработки шамотного кирпича: диск для УШМ с твердосплавными напайками.
Читайте так же:  Температура стояка отопления в многоквартирном доме

Ход работ

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Пошаговая инструкция постройки:

  1. Разметка деталей первичной и вторичной камеры. Размер вторичной камеры подбираем, чтобы шамотный кирпич укладывался без подрезок. Дно первичной камеры сужается и завершается щелевой форсункой для горения газов.
  2. Разметка и устройство доступа воздуха. С одной стороны на воздуховод из квадратной трубы надевается вентилятор, с другой — воздух разделяется на первичный и вторичный.

Регулирование количества подаваемого воздуха осуществляется клапаном — шарик от подшипника большого диаметра, приваренный к болту или шаровый кран. Он перекрывает подачу воздуха.

  1. Монтаж воздуховодов первичного и вторичного воздуха. Следует учесть, что форсунка пиролизных газов сильно нагревается, эта энергия должна эффективно сниматься воздуховодами. Вторичный воздух должен быть горячим, иначе сжигание получится неровным. Сопла воздуха должны быть параллельны движению пиролизных газов.
  2. Пиролизный котёл имеет два выхода на дымоход — из первичной и вторичной камеры. После розжига и подачи воздуха дымоход первичной камеры перекрывается — необходимо запланировать герметичную заслонку с прижимным механизмом.
  3. Футеруем вторичную камеру.
  4. Обшиваем конструкцию водяной рубашкой толщиной 3 см. Для повышения прочности можно предусмотреть связи, все швы должны быть герметичны.
  5. В корне дымохода устанавливается дополнительный пластинчатый или трубчатый теплообменник. Можно использовать готовые радиаторы, но из-за возможного засорения сажей чистить их будет сложнее.
  6. В корпусе выполняются технологические гнёзда для датчиков температуры — в водяную рубашку, термопару можно установить в зоне тления и вторичной камере.
  7. Навешиваются дверцы загрузки и вторичной камеры. Напротив теплообменника на болтах крепится лючок прочистки.
  8. Для эстетичного вида котёл нужно покрасить, лучше использовать термостойкую краску с молотковым эффектом.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Фото 4. Напольный пиролизный котел в помещении, окрашенный в синий цвет термостойкой краской.

Правильное подключение

Пиролизный котёл имеет несколько особенностей при подключении. Разложению топлива мешает низкая температура теплоносителя, поэтому на обвязку устанавливается трехходовой клапан.

Внимание! При растопке жидкость циркулирует по малому кругу, при достижении 60 °C теплоноситель начинает греть систему отопления. Выходная труба и малый круг обязательно монтируется из металла.

Оборудование котельной

Для работы самодельного пиролизного котла потребуется оборудованное отдельное помещение — котельная.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Обязательно в котельной должен быть выход дымохода и естественная вентиляция.

Место для установки котла выбирается так, чтобы был доступ ко всем поверхностям и прочистке.

Перед топкой оборудуется площадка из несгораемых материалов, для установки котла потребуется фундамент. Подключение дымохода должно быть максимально коротким.

Сложности при сборке котла

При постройке пиролизного котла основная сложность — выбор правильного проекта и материалов. Без понимания процессов, которые протекают в топках, правильно построить котёл невозможно.

Основные ошибки, которые допускают при самостоятельном проектировании:

  • Недостаточная футеровка зон сгорания. Шамотный кирпич важен, так как поддерживает постоянную температуру в зоне горения и предохраняет колосник и стенки топки от прогорания.
  • Излишний теплосъем. Теплообменник должен улавливать то тепло, которое не нужно для поддержания внутренних процессов в котле. Расположение водяной рубашки рядом с зоной горения недопустимо.
  • Несоответствие размеров загрузочной камеры и камеры газификации. Слишком малая камера газификации может привести к зависанию крупных поленьев.
  • Неправильный размер или направление воздушных сопел. Смешивание воздуха и пиролизных газов должно быть максимально равномерным.
  • Некачественно сделанная регулировка потоков первичного и вторичного воздуха, отсутствие принудительной подачи кислорода. Обязательно ставить либо дымосос или дутьевой вентилятор с регулировкой мощности.

Как проверить работу самодельного оборудования?

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Итогом длительной работы по выбору проекта котла и воплощению этого проекта в жизнь будет экономичный и надёжный источник тепла. Хорошо работающий котёл обладает следующими качествами:

  • Правильно подобранная мощность. Пиролиз обладает малым диапазоном регулировок. Котёл невозможно «придушить» или сильно «разогнать». Горение в этом случае либо прекращается вовсе, либо начинается в камере газификации. Поэтому мощность котла должна соответствовать теплопотерям дома.
  • Возможность длительной работы в форсированном режиме. Одной закладки должно хватать на длительное время.
  • Лёгкий выход на газификацию, пиролизный факел в камере дожига должен наблюдаться уже через 15–20 минут после розжига.
  • Температура газов в дымоходе не должна быть выше 40–60 °C. Если температура выше — увеличиваем площадь теплообменника.
  • При тестировании котла после выхода на пиролиз из дымохода должен выходить только углекислый газ и пар. Наличие тёмного дыма и запаха свидетельствует о неполном сжигании топлива.

Полезное видео

В видео демонстрируется изготовление пиролизного котла самостоятельно из заранее подготовленных материалов.

Заключение

При выборе системы отопления стоит обратить внимание на различные виды котлов и дополнительных элементов. Пиролизный котёл отлично подойдёт для получения постоянной температуры теплоносителя в отопительный сезон, не требует частого подбрасывания дров. Однако стоит знать, что для его работы понадобится электричество, котёл требователен к качеству дров.

Технически наиболее совершенными считаются котлы, в которых происходит полное сжигание топлива с максимально возможным поглощением выделяемой теплоты. Поскольку схемы такого рода доступны широкому кругу людей — попробуем разобраться с самостоятельным изготовлением пиролизного котла для больших порций горючего.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

За счёт чего возможна длительная работа

На открытом воздухе даже отчасти сырые дрова сгорают очень быстро — буквально за 1–1,5 часа. Причиной всему свободный доступ кислорода — в закрытой топке котла он отсутствует, с помощью заслонки поддува дозируется порция поступающего кислорода, и горение происходит менее интенсивно.

Читайте так же:  Дорнит для чего нужен

Одной из главных проблем такого способа сжигания органического горючего оказалась его способность «гореть» даже без доступа кислорода. При высоких температурах происходит пиролиз — термическое разложение твёрдого топлива на летучие газообразные соединения. Кислород для этого процесса не нужен, достаточно разогреть закладку до 400–500 °С. При этом происходят колоссальные потери теплотворности — наиболее энергетически ценная составляющая угля или дров попросту выносится остаточной тягой в дымоход, не успевая прогорать полностью.

Форсунка для пиролизного котла своими рукамиПиролизный котёл на дровах: 1 — поддувало; 2 — камера загрузки топлива и газификации; 3 — теплобменник; 4 — камера сгорания; 5 — камера дожигания; 6 — дымоход

В конструкции каждого современного котла на твёрдом топливе должна быть предусмотрена дополнительная подача воздуха для догорания выделившихся газов. При этом интенсивность и скорость сгорания закладки регулируется не объёмом поступающего кислорода, а температурой нагрева топлива. Действительно, если разогреть всю закладку сразу, то горючие газы выделятся очень быстро и о продолжительной работе котла придётся забыть. Однако если нагревать твёрдое топливо отдельными порциями, возможно постепенное его разложение в генераторной камере и эффективное полное сгорание во втором отделении топки. При этом поток газов инвертируется, они движутся сверху вниз под действием тяги, созданной эжекцией.

Форсунка для пиролизного котла своими рукамиКонструкция пиролизного котла длительного горения: 1 — пиролиз твёрдого топлива; 2 — камера сгорания; 3 — нижняя дверца; 4 — подача вторичного воздуха; 5 — подача первичного воздуха; 6 — верхняя загрузочная дверца; 7 — камера газификации; 8 — дымосос

Материал изготовления

Пиролизные котлы характеризуются повышенной температурой рабочей зоны. В камере газификации горения не происходит, однако обратный поток тепла способен разогревать стенки до 500–600 °С. Наибольшему температурному воздействию подвергается низ газогенераторного отсека — именно эта часть контактирует с воспламеняющимися газами и испытывает серьёзную термическую нагрузку. Рекомендуется низ камеры закладки выполнять в виде чугунного колосника или специального огнеупорного изделия с тонкой прорезью либо рядом небольших отверстий.

Основная трудность в самостоятельном изготовлении котловой техники заключается в выборе подходящей марки стали, которая поддаётся обработке в домашних условиях без специального оборудования. Наиболее пригодными в этом плане считаются стали аустенитного и аустенито-ферритного класса с умеренным содержанием хрома и никеля. Примерами марок таких сталей можно назвать 12Х18Н9Т, 08Х22Н6Т или AISI 304.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Технология сварки таких металлов признаётся умеренно сложной, но воспроизводимой в кустарных условиях с применением дуговой сварки покрытыми электродами без защитной среды. Основным фактором, ухудшающим качество сварной конструкции, считается образование горячих и холодных трещин, обусловленное высокой разницей температур на относительно малом линейном участке металлического изделия.

Для устранения негативных факторов термического воздействия используют следующие технологические приёмы:

  1. Нарезка деталей с плавной подачей режущего инструмента, чем исключается перегрев кромок.
  2. Ограничение плотности сварочного тока на 20–25% по сравнению с конструкционной сталью, сварка в мягких режимах.
  3. Ограничение температуры сварочной ванны, выполнение многопроходного шва с высокой скоростью без боковых колебаний.
  4. Правильная разделка соединяемых кромок согласно ГОСТ 5264 и их зачистка металлической щёткой.
  5. Подкладка под изнанку шва металлического теплоотвода, поковка шва в процессе остывания.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

И, конечно же, следует сделать правильный выбор содержания легирующих добавок в стержне электрода, чтобы обеспечить содержание феррита в структуре шва порядка 5–8%. К использованию рекомендованы электроды марок ЦТ-15 и ЦТ-16, а также специальные электроды 6816 MoLC или ROST 1913.

После сваривания конструкций рекомендуется их первичный отжиг при температуре не менее 700 °С в течение 2,5–3 часов. Достаточно загрузить внутренность сваренного корпуса каменным углём и разжечь горючее, обеспечив слабый принудительный поддув. Перед проведением отжига желательно протравить сварочные швы специальной пастой, соответствующей используемой марке стали.

Определение размеров и мощности

Прежде чем приступить к изготовлению пиролизного котла, следует провести расчёт размеров камер топки и дополнительных отсеков. В качестве исходных данных принимается требуемая теплотворная мощность, определяемая с учётом КПД самодельного котла порядка 75–80%. В домашних условиях можно изготовить твердотопливные котлы мощностью до 20–25 кВт, более производительные агрегаты требуют использования жаропрочных сталей значительной толщины, которые плохо поддаются свариванию в домашних условиях.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Мощность котла и продолжительность его работы определяются объёмом камеры газификации. Без учёта КПД теплотворность большинства распространённых пород древесины составляет около 4–5 тыс. ккал/кг, что примерно соответствует 4–4,5 кВт·ч тепловой мощности. Эти значения применимы только для древесины с влажностью не более 25%. Суть расчёта проста — определить требуемую мгновенную мощность и умножить её на количество часов работы. Стоит помнить, что пиролизные котлы даже совершенных конструкций имеют предельную продолжительность работы не более суток, а самостоятельно произведённые агрегаты следует рассчитывать максимум на 12–15 часов непрерывного горения.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Объём камеры закладки определяется из расчёта 2 литра на каждый килограмм дров. К полученному значению нужно добавить около 30%, ведь в пиролизном котле используют неколотые чурки, которые невозможно уложить вплотную. Размер камеры сгорания газов должен составлять не менее 30–40% от объёма камеры газификации. Наиболее выгодной считается структура котла, в которой две камеры расположены одна над другой, имеют одинаковую форму, но отличаются по высоте.

Читайте так же:  Как настроить механический терморегулятор

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.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

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.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Теплообменник для пиролизного котла

Наилучшей конфигурацией теплообменника самодельного пиролизного котла будет водяная рубашка нижней камеры и дымоходного канала. Это не самый эффективный тип, однако производство собственного сотового теплообменника вызовет неизбежные трудности либо с поиском труб соответствующей марки стали, либо со свариванием разнородных деталей.

Сборку деталей теплообменника проводят на том этапе, когда у котла сварены дно, передняя панель и две боковые стенки. Доступ для сварочных работ обеспечивается с задней стороны котла. Первым делом устанавливается верхняя перегородка рубашки. Это прямоугольная плита по внутренней ширине топки и на 200 мм меньше глубины камеры сгорания. По бокам плиты нужно удалить два прямоугольных фрагмента шириной по 100 мм таким образом, чтобы в передней части плиты осталось два выступа длиной по 200 мм. Полученная деталь приваривается к стенкам и передней панели заподлицо с нижним краем проёма дверцы камеры сгорания. При этом вырезы в перегородке образуют каналы для циркуляции между нижней зоной и боковыми стенками теплообменника.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Внутренние стенки рубашки выполняются по краю проточных каналов, имеют высоту камеры сгорания и примыкают вплотную к передней панели. Сверху их накрывают двумя полосами шириной по 100 мм.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

По длине теплообменник не достаёт до задней стенки котла порядка 200 мм и примерно на такое же расстояние боковые каналы выступают за Г-образную перегородку между камерами. Когда она будет установлена, останется только сформировать двойные стенки дымоходного канала, вырезать его выходное отверстие, закрепить заднюю стенку котла и врезать резьбовые штуцеры для подключения к отопительному трубопроводу. Врезка обратки выполняется в одном из передних нижних углов рубашки, подачу врезают в любой наивысшей точке рубашки дымохода.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Обратите внимание, что камера сгорания ограничена со всех сторон водяной рубашкой, кроме перегородки с камерой газификации. Это необходимо для передачи тепла, обеспечивающего термическое разложение топлива. При этом прогреваться будет не вся закладка сразу, а только её слои, примыкающие к разогретым стенкам.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Дополнительное оборудование

К сожалению, пиролизные котлы не являются энергонезависимыми. Из-за реверсного потока газов требуется принудительный наддув. Для моделей мощностью до 15 кВт он реализуется дутьевым вентилятором, который монтируется на нижней дверце. При этом пополнение загрузки в процессе горения невозможно.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Более мощные котлы комплектуются вентилятором-дымососом, который устанавливается на верхней стенке корпуса на выходе дымоходного канала. При этом исключается появление обратной тяги и дверцу камеры газификации можно без последствий открывать даже в процессе горения.

Форсунка для пиролизного котла своими руками

Особое внимание нужно уделить температуре теплоносителя внутри рубашки. После выхода котла на режим она не должна быть меньше 60 °С для исключения образования конденсата. Эта задача решается путём установки узла автоматической рециркуляции, подмешивающей воду из подачи в обратку. Также требуется установка группы безопасности для закрытых отопительных систем и основного циркуляционного насоса.

Рекомендованные сообщения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

Оцените статью
Adblock detector