Пиролизный котёл

Эта статья — о бытовых котлах. О других устройствах, использующих принцип пиролиза, см. Пиролиз.

Пиролизный котёл — разновидность твердотопливного, как правило, водогрейного котла, в котором топливо (например, дрова) и выходящие из него летучие вещества сгорают раздельно. Обычно как синоним употребляется название газогенераторный котёл, изредка делают различие^[1]. Фактически, пиролиз (разложение и частичная газификация под действием нагревания) происходит при любом способе сжигания твёрдого органического топлива.

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

Топливо

Пиролизные котлы эффективны на топливе с высоким выходом летучих — древесине (дрова, древесные отходы, топливные брикеты и пеллеты), буром угле; некоторые модели потребляют каменный уголь (класса «орех 1» или «камень») и даже кокс. Данный тип котлов предъявляет достаточно высокие требования к влажности топлива — для дров не более 20—35 %^[2]. Это связано с тем, что водяной пар разбавляет пиролизные газы и мешает горению (см. ниже), при работе на влажном топливе мощность резко падает или котёл вообще потухает. В ситуациях, когда сухого топлива нет, это серьёзный недостаток.

Конструкция

Низ камеры газификации в виде форсунки из шамота

В пиролизных котлах топка разделена на две части. В первой части (газифицирующая камера, или камера загрузки^[3]) при недостатке кислорода медленно горит и пиролизуется топливо, а выделяющиеся при этом газы догорают во второй части (т. н. камера сгорания), куда подаётся вторичный воздух (двойное дутьё). Отвод тепла из камеры загрузки минимизируется. В существующих конструкциях эти пространства разделяет колосник, на котором лежит топливо; первичный воздух проходит сквозь слой топлива сверху вниз. Таким образом, характерным отличием пиролизных котлов от других бытовых котлов является верхнее дутьё. Топки такой конструкции имеют повышенное аэродинамическое сопротивление, поэтому тяга их, как правило, принудительная. Часто по технологическим соображениям она реализуется с помощью дымососа, а не дутьевого вентилятора (более характерного для небольших котлов); в статьях обычно всё равно употребляется термин «вентилятор».^[4]

Принцип действия

Дрова (или иное топливо) загружаются на колосник. Их поджигают, дверца закрывается и запускается дымосос. При недостатке воздуха и под действием высокой температуры (200—800 °C и выше) происходит обугливание и выделение древесного газа, то есть собственно пиролиз. Выделившиеся продукты (в основном углеводороды, угарный газ и водород, плюс азот из первичного воздуха^[5]) поступают под колосник. Там к продуктам пиролиза подмешивается вторичный воздух, в котором летучие сгорают; часть тепла при этом возвращается к нижнему слою дров и поддерживает пиролиз. Полученное тепло может быть использовано для нагрева любых теплоносителей — воды, воздуха.

Достоинства и недостатки

Основной конкурент пиролизных котлов в сфере сжигания дров — традиционные котлы с единой топкой с нижним дутьём. При этом следует иметь в виду, что во многих их современных моделях тоже есть возможность подачи вторичного воздуха в факел (в некоторых более старых котлах весь воздух подавался под колосник, вследствие чего летучие вещества могли сгорать неполностью).

Обычный диапазон нагружения котлов 50—100 %, КПД в нём сохраняется на уровне 85—92 %; при разгрузках до 30 % работа возможна, но производители часто не рекомендуют это.

Достоинства

• Регулируемый процесс горения (подачей первичного воздуха)  — до 12 часов с одной закладки (у обычных дровяных котлов порядка 3—4 часов^[2], однако у котлов верхнего горения этот показатель существенно больше — от 30 часов на дровах до 6—7 дней на угле)
• Полное сгорание топлива. Как следствие, гарантирована экономичность горения, реже надо чистить зольник и газоходы^[6]
• Двухступенчатое сжигание позволяет снизить избыток воздуха в уходящих газах (повышает экономичность)
• Процесс горения пиролизных газов легко поддается управлению и регулировке, что позволяет автоматизировать работу такого котла приблизительно в той же степени, что и работу газовых или жидкотопливных котлов
• Снижение выбросов вредных веществ в атмосферу (в частности, высокая температура в верхней камере подавляет CO)^[6]
• Применение данного типа котлов стимулирует к отказу от применения неподсушенного топлива, что повышает эффективность хозяйствования
• Возможность сжигания крупных (даже неколотых) дров.

Как следствие, экономичность данного типа котлов по сравнению с «традиционными» аналогами может быть выше на 4—7 %^[7].

Недостатки

• Более высокая (в 1,5—2 раза) стоимость^[6]
• Энергозависимость — без дымососа работать не могут (за редким исключением^[8][2])
• Требовательность к влажности топлива
• У некоторых моделей замечены изменения мощности в процессе сначала возрастающего, потом затухающего выхода летучих в ходе пиролиза закладки^[9] — до 40 %
• На малых (ниже 50 %) нагрузках горение не стабильно, отмечается образование дёгтя в газоходах^[10]
• Температура обратной воды должна быть не меньше 60 °C (редко 40°^[8]) во избежание выпадения в газовом тракте конденсата и низкотемпературной коррозии (это обычное требование к котлам, проблема легко решается подмесом прямой воды к обратной)
• В дровяной пиролизный котёл нельзя организовать автоматическую подачу топлива (нужны крупные дрова)^[11]; вместе с тем есть пеллетные пиролизные котлы^[6]
• Значительная часть публикаций о пиролизных котлах носит ярко выраженный рекламный характер, в результате сформировать объективное представление о них порой проблематично.

См. также

• Пиролиз
• Отопительный котёл
• Газовый котёл
• Котёл верхнего горения

Ссылки и Примечания

1. ↑ Частное мнение специалиста о различии терминов «пиролизный» и «газогенераторный»
2. ↑ ^{1 2 3} Обзор рынка твердотопливных котлов в России. Архивировано из первоисточника 1 августа 2012.
3. ↑ Схема пиролизного котла с топкой под наддувом
4. ↑ Твердотопливные котлы. — различные типы котлов (в том числе схема работы пиролизного). Архивировано из первоисточника 1 августа 2012.
5. ↑ Котлы большой мощности с пиролизной камерой. НПО «Нероаэра». — пиролизный котёл на древесных отходах с подачей топлива шнеком. Архивировано из первоисточника 1 августа 2012.
6. ↑ ^{1 2 3 4} Пиролизные котлы — современный подход к твердому топливу. WoodHeat.ru. Архивировано из первоисточника 1 августа 2012.
7. ↑ Buderus Logano — одна из серий пиролизных котлов
8. ↑ ^{1 2} Rojek — котлы, комбинирующие «пиролизный» процесс горения с «обычным» (по данным рекламы, в пропорции 80:20) и работающие без дымососа
9. ↑ Пиролизный котёл индивидуального проектанта
10. ↑ Преимущества и недостатки пиролизных (газогенераторных) котлов. — обсуждение на ForumHouse.ru. Архивировано из первоисточника 1 августа 2012.
11. ↑ Пиролизные котлы против обычных ТТК, Плюсы и минусы котлов. — обсуждение на форуме АВОК. Архивировано из первоисточника 1 августа 2012.