Газогенераторные котлы на твердом топливе длительного горения

Самый древний и простой способ добыть тепло – сжечь попавшееся под руку полено. Этот процесс настолько банален, что какие-либо разговоры о его технологическом усовершенствовании могут показаться смешными. Но инженеры, разработавшие газогенераторные котлы на твердом топливе, нашли все-таки возможность сделать традиционный метод получения тепловой энергии более эффективным.

Принцип действия

Появление пиролизного или газогенераторного оборудования наглядно показало, что мир высоких технологий способен дотянуться даже до таких устройств, как простые бытовые котлы на дровах. Усовершенствования, которым были подвергнуты эти агрегаты, можно смело назвать революционными. В чем же они заключаются? Как выяснилось, обычную деревянную чушку можно сжечь очень хитрым способом, разбив процесс сгорания на две стадии.

Первая представляет собой тление древесины, которое наблюдается при недостатке кислорода в камере сгорания. Оно сопровождается выделением некоторого количества теплоты и, что больше всего порадовало изобретателей, образованием так называемого древесного газа. Этот процесс называют пиролизом или газогенерацией. Древесный газ не имеет определенной химической формулы, он представляет собой смесь, состоящую из:

• окиси углерода (СО3 – около 57%, СО – около 32%);
• водорода;
• метана;
• паров угольной кислоты;
• ненасыщенных алифатических углеводородов.

Из одного килограмма дров выделяется около 200 г или 0,15 кубометра (при нормальных условиях) летучих веществ. Замечательная особенность древесного газа состоит в том, что он сам по себе также является топливом. На различных стадиях газогенерации его калорийность может достигать 4800 кал/куб. м. Сгорание этого газа и представляет собой вторую стадию сжигания топлива, происходящего в газогенераторном котле.

Поскольку процесс образования древесного газа (первая стадия) и его дожигание (вторая стадия) осуществляются при различных условиях, отличающихся количеством подаваемого воздуха, пиролизные котлы оснащаются двухкамерной топкой. В первой камере происходит тление топлива с газогенерацией, затем древесный газ через форсунку поступает во вторую камеру, куда подается воздух и где происходит его (газа) сгорание. Вторая камера может располагаться как над первой (пиролизной), так и под ней. Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки.

Работающие на пиролизной технологии агрегаты являются разновидностью так называемых котлов длительного горения. Это название обусловлено тем, что порция топлива в таком котле сгорает дольше, чем в обычном, отдавая заложенную в нем тепловую энергию постепенно. Главным достоинством котлов длительного горения является их способность работать долгое время (по сравнению с обычным котлом) без участия пользователя, то есть без закладки новой порции топлива. Для того чтобы продлить этот период, современный газогенераторный котел может совмещать пиролиз с принципом верхнего горения топлива. Преимущества последнего можно продемонстрировать на наглядном примере с двумя одновременно зажженными спичками. Если одну из них развернуть головкой вверх, а вторую – головкой вниз, то первая будет гореть несколько дольше.

Эксплуатация газогенераторных котлов на дровах является наиболее эффективной, но топить эти агрегаты можно и другими видами топлива – углем (бурым и каменным) или торфом.

Преимущества и недостатки

Перечень основных достоинств котлов данного вида выглядит следующим образом:

1. Увеличенная продолжительность горения порции топлива, о чем уже было сказано выше.

2. Высокий уровень автоматизации.

Управлять процессом сжигания газа гораздо проще и удобнее, чем твердого топлива в чистом виде. Поэтому пиролизные котлы более оперативно реагируют на изменения температуры теплоносителя, чем прочее твердотопливное оборудование.

В зависимости от типа применяемой автоматики газогенераторные котлы делятся на энергозависимые и энергонезависимые. В первом случае используются электронные датчики и блоки управления, которые нуждаются в подключении к электричеству. Если электроснабжение вследствие погодных или иных причин нарушено, такой котел оказывается неработоспособным. Второй вариант – энергонезависимые котлы – легко обходятся без электричества, поскольку для управления мощностью в этих агрегатах используются механические регуляторы.

Примером такого устройства может служить регулятор FR124 фирмы Honeywell. Его главной составляющей является биметаллический элемент, который устанавливается в теплообменник котла. Этот элемент связан цепочкой с воздушной заслонкой, благодаря чему он может менять ее положение (а соответственно и объем подаваемого в камеру сгорания воздуха) в зависимости от температуры теплоносителя. Механический регулятор можно связать и с форсункой, через которую древесный газ поступает из газогенератора в камеру сгорания. Таким образом, будет регулироваться количество сжигаемого в единицу времени топлива.

Энергонезависимые газогенераторные котлы менее функциональны, чем их электронные конкуренты, но для регионов с частыми проблемами в электроснабжении они являются более предпочтительными.

3. Экономичность.

Пиролизная технология позволяет «выжать» из топлива почти весь его теплотворный потенциал. Если эксплуатировать газогенераторные котлы на дровах, их КПД может достигать 93%. Для других видов твердотопливного оборудования столь высокий уровень теплоотдачи является пока недостижимым.

4. Минимальный уход.

Способ, которым топливо сжигается в пиролизном котле, обеспечивает незначительное образование золы и практически полное отсутствие сажи. Вследствие этого владельцу приходится очень редко заниматься чисткой котла, а дымоход его внимания вообще не требует.

5. Экологичность.

Выводимые из газогенераторного котла в атмосферу продукты сгорания топлива содержат значительно меньше вредных для экологии веществ (например, угарного газа), чем те, которые имеют место в случае применения любой другой разновидности твердотопливных нагревателей.

К недостаткам основанных на принципе газогенерации твердотопливных котлов относят следующее:

1. Высокие требования к типу топлива и его качеству.

Для максимального эффекта в качестве топлива следует применять только древесину. Если эксплуатировать газогенераторные котлы на угле, их КПД будет снижаться. Влажность древесного топлива не должна превышать 20%, при более высоких показателях пиролиз будет невозможен.

2. Высокая стоимость.

3. Из-за опасности образования конденсата температура теплоносителя на входе в котел должна быть не менее 60 градусов.

Заключение

Интерес, который пиролизные газогенераторные котлы на твердом топливе вызывают у потребителей, вполне обоснован. Эти агрегаты являются наиболее прогрессивной разновидностью твердотопливного отопительного оборудования. Некоторые имеющиеся недостатки оказываются весьма незначительными на фоне таких преимуществ, как экономичность, высокий уровень автоматизации и возможность длительной работы без участия пользователя. Хочется надеяться, что производители таких котлов не будут останавливаться на достигнутом и в будущем предложат миру немало интересных разработок.

Самым эффективным способом использования древесного топлива являются газогенераторные котлы на дровах.

Газогенераторный котел на дровах

В зависимости от модификации или производителя – коэффициент полезного действия таких установок может достигать 95 процентов. В таких устройствах древесное топливо сгорает практически полностью, не оставляя остатков.

Газогенераторные котлы в свое время использовались даже для приведения в движение автомобилей, но сейчас они прочно занимают традиционную нишу для котлов – используются для обогрева помещений и нагрева воды. Каков же принцип работы газогенераторного котла, и как выбрать газогенераторный котел при покупке?

Принцип работы газогенераторного котла на дровах

При работе газогенераторного котла на дровах используется принцип пиролиза. После закладки топлива (дров или специальных древесных брикетов) они проходят через несколько стадий сгорания. Рассмотрим их:

1. Первоначально древесное топливо попадает в специальную камеру, где оно подсушивается.
2. Затем древесное топливо горит при поддержании температуры от 20 до 850 градусов Цельсия. При этом в топочную камеру практически не поступает кислорода. Таким образом происходит окисление древесного топлива,
3. Получившийся в результате окисления газ поступает в камеру сгорания, где с использованием горелок поджигается и горит.

Газогенераторные котлы на дровах, используемые в отопительных целях имеют специальный водяной контур. Внутри него вода проходит через две нагревательных камеры, а уже затем поступает в отопительные радиаторы.

Топливо для газогенераторных котлов

Несомненным преимуществом газогенераторных котлов является тот факт, что они могут работать практически на любом типе твердого топлива. То есть в них можно загружать обычные нарубленные дрова, и также любые виды древесных отходов (опилки, стружки) и изготовленные из древесных отходов брикеты, пеллеты и тому подобное. Кроме того, газогенераторные установки являются практически безотходным производством: топливо в них сгорает практически без остатков.

Преимущества отопительных газогенераторных установок

Установка отопительных систем, работающих от котлов газогенераторных, работающих на древесном топливе имеет следующие несомненные преимущества:

1. Чрезвычайно высокая эффективность сгорания топлива. В любой установке, предназначенной для сжигания древесного топлива, но не применяющий эффект пиролиза – КПД не может подниматься выше 90 процентов.
2. Газогенераторные установки являются энергонезависимыми и могут быть установлены даже в сооружениях, у которые отсутствует подключение к стационарной электросети. Заметим, что во время войны газогенераторные установки размещались даже на автомобилях. Энергонезависимость газогенераторной установки также снижает стоимость ее эксплуатации.
3. В газогенераторной установке можно использовать практически любой тип древесного топлива, начиная от классических дров и заканчивая отходами древесного производства. Использование древесных отходов, опилок, щепы и так далее существенно удешевляет работу газогенераторных систем. Однако помните, что из всего объема единовременно закладываемого топлива процент древесных отходов не должен превышать значение в 30 процентов.
4. Большие объемы топочной камеры позволяют газогенераторным котлам долгое время работать от одной закладке топлива, что облегчает эксплуатацию такой установки.

устройство газогенераторного котла

Недостатки газогенераторных установок

Несмотря на всю привлекательность отопительных и нагревательных систем на основе газогенераторных установок – такие устройства имеют и определенные недостатки. Недостатки газогенераторных систем в целом совпадают с недостатками обычных котлов, работающих на твердом топливе.

Котел на твердом топливе, в отличие от автоматизированных жидкостных или газовых систем имеет ограниченную автономность работы. Для такого котла всегда нужен человек-оператор, который будет добавлять топливо по мере его сжигания. Также газогенераторный котел необходимо регулярно обслуживать, чистить от копоти и сажи. Несмотря на практически полное сгорание органического древесного топлива в газогенераторных котлах – продукты распада в таких системах все-таки присутствуют.

Приобретение системы с газогенераторным котлом является довольно затратным в финансовом плане. По приблизительным прикидкам газогенераторный котел обойдется вам в полтора раза дороже, чем обычный котел на твердом топливе. Но разница в стоимости должна окупиться через несколько отопительных сезонов, исходя из более высокой эффективности газогенераторного котла.

Также при эксплуатации газогенераторных установок необходимо пользоваться только сухим топливом. На влажных дровах или опилок процесс пиролиза может просто не запуститься. Поэтому газогенераторные котлы часто оборудуют сушильной камерой, в которой топливо доходит до нужной кондиции.

Сравнение газогенераторных и обычных котлов.

Если сравнивать газогенераторные котлы с обычными отопительными или нагревательными котлами на твердых видах топлива, то можно выделить следующие нюансы.

Сравнительно низкая автономность газогенераторного котла, которая является ахилессовой пятой всей отопительных установок на твердых типах топлива может быть скорректирована с введением системы автоматической загрузки. В этом случае в газогенераторном котле начинает работать своеобразный конвейер, который в зависимости от температуры в устройстве и времени горения может отправлять в топку новые порции топлива. К тому же газогенераторное устройство только на одной закладке может автономно работать в течении суток, что, в общем-то снимает вопрос о необходимости постоянного присутствия кочегара-оператора.

работа газогенераторного котла

В любом случае эффективность газогенераторных установок значительно превышает достижения всех их собратьев. Если обычные котлы на твердом топливе вряд ли смогут показать КПД выше 85%, то у газогенераторного оборудования этот показатель может достигать и 95 процентов.

Но газогенераторный котел на дровах все-таки является довольно сложным техническим устройством. В отличии от обычного дровяного котла от требует пусть несложного, но все-таки регулярного технического обслуживания, кроме того, определенные требования имеются и к квалификации персонала, который работает на газогенераторных установках.

Наиболее критично газогенераторный котел воспринимает влажность поступающего в него топлива. Поэтому для эффективной работы газогенераторной установки требуются только предварительно просушенные дрова.

Критерии подбора газогенераторной установки на дровах

Газогенераторный котел на дровах рекомендуется подбирать исходя из следующих критериев:

1. Прежде всего нужно учитывать степень автоматизации котла, его энергонезависимости. Возможно вам захочется приобрести котел, который сможет работать долго без вмешательства человека, а возможно для ваших целей хватит и газогенераторного котла, который должен самостоятельно, автономно отработать только одну закладку.
2. Для обогрева помещений отопительные установки должны вырабатывать не менее одного киловатта на каждые 10 квадратных метров обогреваемой площади. Исходя из этого вы можете подобрать и необходимую мощность отопительного газогенераторного котла.
3. Кроме того, газогенераторные котлы на дровах могут иметь и различное дополнительное оборудование. Оно может предназначаться, например для обеспечения принудительной циркуляции жидкости через нагревательный контру или автоматизации регулировки процессов горения образовавшегося газа.

В любом случае консультанты в специализированных магазинах помогут вам подобрать газогенераторный котел на дровах по вашему вкусу.

Газогенераторные котлы на дровах: видео

Честный видео-отзыв о работе газогенераторного пиролизного котла Dragon TA-15

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Котлы на твердом топливе тема очень актуальная на сегодняшний день, особенно в районах, далеких от электро- и газопроводов. Разнообразие котлов отличается только от применяемого топлива и технологией горения. Газогенераторные котлы на твердом топливе являются теми котлами, где применяется довольно инновационный принцип сгорания твердого топлива — пиролиз. Чем же отличается такой прибор от подобных, работающих на принципе сгорания древесины, угля и других видов твердого топлива?

Рис. 1 Газогенераторный котел на твердом топливе

Принцип работы

Котел твердотопливный газогенераторный отличается от остальных принципом горения. Скорее всего это даже горением нельзя назвать – это пиролиз или тление.

По конструкции, котел имеет две камеры сгорания:

• В первой происходит пиролизный процесс, то есть тление угля с малым количеством поступающего кислорода. В результате происходит медленное разложение твердого топлива на смолы, пар, масел и углерода — пиролиз. При этом выделяется горючий газ.
• Во второй газ начинает интенсивно сгорать, с поступлением кислорода из воздуха и давать дополнительный нагрев, увеличивая коэффициент полезного действия.

Получается, что в котле твердотопливном газогенераторном используются сразу параллельно два вида топлива. Собственно твердое топливо, которое тлея, выделяет тепло и горючий газ, выделяющийся при пиролизном процессе. Такой вид котлов твердотопливных газогенераторных объединяет в себе газовые и твердотопливные котлы.

Топливо

Для правильной работы котла твердотопливного газогенераторного требуется топливо, отвечающее некоторым характеристикам. Нужно, чтобы оно содержало в себе большое количество легких веществ, не было слишком влажным (не более 20-30 %), а также водяной пар недолжен мешать тлению.

Перечисленные ниже виды топлива подойдут для котлов с пиролизом:

• Древесина либо попросту дрова размером подходящие для загрузки в аппарат.
• Стружка, отходы деревообрабатывающей промышленности.
• Специально спрессованные биотопливные брикеты – пеллеты.
• Спрессованная древесная пыль – топливные брикеты.
• Продукция угольного производства – кокс и уголь каменный.
• Бурый уголь – тоже неплох для применения.

Как видим, разнообразие твердого топлива для котлов твердотопливных газогенераторных большое. Это делает их применение широкодоступным во многих областях проживания.

Достоинства

Помимо того разнообразия применения разного типа топлива широка и география применения газогенераторных котлов на твердом топливе.

Среди остальных достоинств:

• Автономность, независимость от каких-либо трубопроводов с газом либо линий электропередач.
• Есть автоматика, которая поддерживает процесс пиролиза, открывая и закрывая заслонки, в зависимости от температуры (имеется термостатический датчик).
• Можно регулировать степень нагревания котла твердотопливного газогенераторного при помощи регулирования тяги.
• Не образуется сажа на стенках аппарата.
• Меньшее количество выброса в атмосферу вредных веществ при пиролизе.
• Небольшая стоимость угля или дров по сравнению с электричеством и газом.
• Защита от перегрева – наличие защитного охладительного контура.
• Экономичность при КПД 85%.

Принимая во внимание перечисленные существенные преимущества можно говорить, что покупка котлов твердотопливных газогенераторных –это хорошее приобретение. Но нет техники совершенно без каких-то недостатков, не лишен их и газогенераторный котел на твердом топливе.

Недостатки

• Главным недостатком можно считать высокая стоимость котла твёрдотопливного газогенераторного, но нужно помнить, что эксплуатация и обслуживание дешево, а покупать котел вы будете на долгие годы.
• Повышенные требования к качеству и, особенно, к влажности топлива.
• Для удаления сгоревших веществ после пиролиза требуется дымоудаление. Это значит, что применение котлов твердотопливных газогенераторных можно только в домах, где есть возможность для выведения трубы в атмосферу, при этом не доставляя неудобств соседям. Поэтому в многоэтажках он вряд ли применим.
• Некоторое ограничение в температурном режиме. Чтобы не образовывался конденсат температура воды, приходящая из системы отопления, должна быть около 60 градусов.
• Нельзя автоматизировать подачу твердого топлива в топку.
• Высокие требования к герметичности котлов твердотопливных газогенераторных. Из-за утечки горючего газа может произойти взрыв либо пожар.

Впрочем, некоторые недостатки котлов, работающие по принципу пиролиза, присущи и некоторым котлам, использующие в качестве топлива уголь, газ или дрова. Соотношение достоинств – недостатков говорит в пользу котлов твердотопливных газогенераторных.

Конструкция

Газогенераторный пиролизный котел имеет две камеры сгорания. Первая служит в качестве газогенератора, где тлеющие дрова либо уголь, выделяет горючий газ СО. Во второй происходит сжигание газа. При этом используется энергия от обеих камер. Так как сжигание газа контролировать легче, то применяются автоматические заслонки, регулирующие поступление газа после пиролиза и кислорода из воздуха. Это позволяет в широких пределах регулировать температуру горения и отдачи энергии теплоносителю.

Рис. 2 Котел твердотопливный газогенераторный

Котел твердотопливный газогенераторный

При модернизации современных котлов твердотопливных газогенераторных учтены все ошибки ранних подобных устройств. Появились модели, работающие совсем независимо. К примеру, удаление вредных веществ, оставшихся после пиролиза, может происходить без электричества. Создан предохранительный водяной контур от перегревания котла. Благодаря модернизациям экономичность пиролизного котла высокая. Достаточно один раз в сутки загрузить первую камеру твердым топливом.

Монтаж

Особые требования к монтажу котла твердотопливного газогенераторного:

• Он должен устанавливаться специалистами, имеющие лицензию на установку этого оборудования. Это обусловлено спецификой пиролизных котлов, где должны учитываться определенные правила безопасности.
• Пиролизный котел нужно устанавливать в отдельном помещении, (например, на цокольном этаже). Комната, где будет установлен котел твердотопливный газогенераторный, необходимо облицевать огнеупорными кирпичами.
• Не допускается хранение твердого топлива, горючих материалов в помещении или рядом с пиролизным котлом.
• Оборудование монтируется на фундаменте из бетона и должно прочно стоять на нем.

Доверяя монтирование котла специалистам, вы будете уверены в правильной и эффективной работе оборудования на долгие годы. Не стоит рисковать и пренебрегать безопасностью своего дома.

Рис. 3 Котел твердотопливный Атмос

История

При разработке котлов твердотопливных газогенераторных прежде всего уделяли внимание объёмам камер сгорания и количеству потребляемого твердого топлива. Но из-за этого добивались незначительного увеличения коэффициента полезного действия при увеличивающихся габаритных размерах и веса котлов. Никто не принимал во внимание, что при пиролизе выделяется газ, который не эффективно использовался в камерах прежних моделей котлов на древесине или угле.

В результате длительных экспериментов, стало понятно, что нужно использовать свойства органических веществ, при недостатке кислорода выделяющий горючий газ – пиролиз. Использование твердого топлива не для основного выделения тепла, а для получения CO позволило сделать котел, совмещающий в себе сжигание твердого топлива и газа. Котел твердотопливный газогенераторный повысил эффект от нагрева, совместил экономию и дешевизну топлива, применяя процесса пиролиза.

Приобретая котел твердотопливный газогенераторный, вы получаете высокоэкономичный обогреватель, способный в широких пределах регулировать температуру теплоносителя (воды для отопления). Экономность существенна. Достаточно лишь загрузить дрова или уголь один раз в сутки. Это освобождает от обязанности круглосуточно следить за уровнем топлива.

Применение автоматики избавит вас от ручного управления заслонками. Если газообеспечение обойдется вам слишком дорого или его нет совсем, то это оптимальный выход для обеспечения отоплением частного дома при применении дешёвого угля либо дров.