Dispositivo e diagramma della caldaia di pirolisi fai-da-te

Brevemente sulla combustione per pirolisi

Il processo di pirolisi è la lenta decomposizione dei combustibili di carbonio, che avviene sotto l'influenza di alte temperature con mancanza di ossigeno. All'uscita si ottiene gas combustibile o combustibile liquido, a seconda della carica e delle condizioni della reazione chimica.

Le caldaie per riscaldamento a pirolisi producono e bruciano esattamente gas, da cui il secondo nome: generazione di gas o gassificazione. Materie prime iniziali: legna da ardere secca, carbone, bricchette di carburante.

Schema di un impianto generatore di gas che produce carburante per un motore a combustione interna

Riferimento. Per la combustione mediante pirolisi viene utilizzata un'ampia varietà di combustibili solidi contenenti composti di idrocarburi. Un esempio è la produzione di combustibile liquido da vecchi pneumatici di automobili o l'incenerimento dei rifiuti in forni industriali a gas.

Come si verifica la pirolisi del legno:

Un certo volume di legno tritato o segatura viene caricato in un serbatoio chiuso (reattore).
Il recipiente metallico viene riscaldato dall'esterno fino a 500 ... 900 ° C, l'aria viene fornita attraverso i tuyer (fori di soffiaggio) in modo limitato.
Il legno brucia e si decompone nei suoi costituenti: idrogeno, metano, monossido di carbonio, vapore acqueo, anidride carbonica. Alla fine della reazione, un po 'di cenere rimane sul fondo.
La miscela di gas risultante viene raffreddata, pulita e quindi pompata in cilindri per un ulteriore utilizzo.

Prima di caricare nel generatore di gas, il legno viene essiccato. Altrimenti, l'energia di riscaldamento verrà spesa per l'evaporazione dell'acqua, la reazione di pirolisi rallenterà notevolmente e otterremo un mucchio di vapore acqueo all'uscita.

Si noti che qualsiasi processo di combustione di combustibile solido è accompagnato dal rilascio di gas di legno, anche in caso di incendio (vedi foto). La pirolisi è descritta più dettagliatamente nella nostra altra pubblicazione.

Caldaie a gas a pirolisi a combustibile solido a combustione lunga

Il funzionamento di tali caldaie si basa sulla gassificazione del carburante. Il forno di una tale caldaia è diviso in 2 metà orizzontalmente. La metà superiore, che è allo stesso tempo una camera di carico per il combustibile, la legna non brucia, ma brucia. Sperimentando gli effetti delle alte temperature, la legna da ardere emette varie sostanze combustibili, che diventano il combustibile principale per la caldaia, bruciando nella seconda camera situata sotto.

Il principio di funzionamento descritto delle caldaie aumenta significativamente l'efficienza di tali campioni, in questo caso possiamo parlare dell'85 o addirittura del 90%. Anche il tempo di combustione del carburante aumenta in modo significativo, raggiungendo fino a 12 ore. Il fatto è che nelle caldaie in esame, il processo di combustione diretta del carburante avviene solo nella camera inferiore.

Nella camera di carico superiore, la legna brucia solo emettendo sostanze infiammabili. Successivamente, le sostanze combustibili vengono miscelate con l'aria e, attraverso uno speciale ugello, vengono inviate alla seconda camera inferiore, dove diventano il combustibile principale per tale caldaia. Nel processo di combustione di una miscela di aria e gas rilasciati dalla legna da ardere, è possibile raggiungere temperature sufficientemente elevate, pertanto, la camera inferiore, in cui avviene il processo di combustione, è rivestita con una speciale finitura resistente al calore.

Il carburante nelle caldaie in esame brucia quasi completamente, il che ci consente anche di parlare dell'efficienza della caldaia. Inoltre, per le sue caratteristiche tecniche, la caldaia non forma fuliggine e cenere durante il funzionamento. Affinché la caldaia a pirolisi possa svolgere pienamente le sue funzioni, è necessario pompare completamente l'aria nel dispositivo.

Le caldaie in questione sono apparecchiature complesse e costose. Nella maggior parte dei casi, il design di tali caldaie include:

Aspiratori di fumo;
Dispositivi elettronici per il controllo del processo di lavoro della caldaia e un controllo efficace su di esso.

Una condizione importante per il corretto funzionamento della caldaia a pirolisi è il livello di umidità del combustibile. Il contenuto di umidità del legno che verrà messo in tale caldaia non deve superare il 25%. La pratica dimostra che la legna da ardere immagazzinata in una catasta di legna può vantare una tale percentuale di umidità solo 24 mesi dopo l'inizio dello stoccaggio. La caldaia è anche esigente riguardo alle dimensioni del combustibile: lo spessore della legna da ardere che si sta preparando per la posa in tale caldaia non deve essere inferiore a 100 millimetri. La potenza minima della caldaia che si può considerare controllabile è del 50%, nei casi in cui la potenza della caldaia scende al di sotto del valore indicato, il funzionamento del dispositivo diventa instabile. Ciò suggerisce che la caldaia è ben adattata per il funzionamento nei periodi freddi dell'anno, tuttavia, è completamente inadatta per un funzionamento efficiente in bassa stagione.

Le caldaie a pirolisi di produttori come VERNER e ATMOS vantano ottime recensioni da parte degli utenti che hanno studiato e testato questa tecnica nel processo di utilizzo pratico.

Regole di funzionamento

Per ottenere un buon trasferimento di calore da un riscaldatore del generatore di gas con un consumo di carburante minimo, i produttori consigliano di attenersi alle seguenti regole:

utilizzare solo legna secca, contenuto di umidità consentito 12 ... 20%;
durante l'installazione e la tubazione della caldaia è indispensabile utilizzare una valvola miscelatrice a tre vie o un complesso dispositivo Laddomat-21 per mantenere la temperatura di ritorno a 65 ° C;
temperatura di esercizio dell'agente riscaldante alla mandata - 80 ... 90 ° C;
il generatore di calore deve funzionare ad una potenza prossima alla massima; è impossibile far funzionare l'unità per un lungo periodo in modalità di bassa produttività (inferiore al 50%);
è molto consigliabile annegare con tronchi grandi, ma non rotondi;
insieme alle caldaie a pirolisi, si consiglia vivamente di utilizzare un serbatoio di accumulo, che accumulerà l'energia termica in eccesso;
il requisito per il volume minimo dell'accumulatore di calore è di 25 litri per ogni kilowatt di potenza del riscaldatore.

Spiegazione. Se un refrigerante freddo con una temperatura inferiore a 65 gradi entra nel serbatoio della caldaia, nel processo di gassificazione del carburante nella camera primaria si formeranno condensa e catrame. Maggiori informazioni sulle tubazioni corrette in un manuale separato sul collegamento delle caldaie TT.

L'alimentazione dell'agente di riscaldamento alla caldaia deve essere regolata da una valvola a tre vie. Dopo il serbatoio di accumulo, viene installata un'altra unità di miscelazione per abbassare la temperatura dell'acqua
L'uso del serbatoio tampone è dovuto all'efficace modalità di funzionamento della caldaia: combustione intensiva, la temperatura di uscita è di 80 ... 90 gradi. È in tali condizioni che si ottiene un'elevata efficienza dell'86-87%. È impossibile "soffocare" il generatore di calore attraverso l'aria, l'efficienza di combustione diminuirà al 40-50%, come in una stufa-stufa artigianale.

Il principio di funzionamento di una caldaia a combustibile solido a combustione lunga.

Tipicamente, queste caldaie a combustibile solido funzionano secondo il principio della "combustione superiore". Come funziona una caldaia a combustione lunga? Prima che l'ossigeno entri direttamente nel forno, dove avviene la combustione, viene riscaldato. Viene riscaldato per ridurre in definitiva la quantità di rifiuti di combustione: fuliggine, cenere. L'ossigeno viene fornito non dal basso verso l'alto, ma dall'alto verso il basso. Pertanto, brucia solo lo strato superiore di combustibile solido immagazzinato nel focolare. A causa del fatto che l'aria entra dall'alto, non penetra verso il basso e il processo di combustione è impossibile lì. Solo lo strato superiore del carburante brucia. Quando lo strato superiore si brucia, l'alimentazione per lo strato inferiore è attivata. Quindi gradualmente, man mano che la combustione procede, l'aria viene fornita sempre più in basso. Grazie a questo approccio, lo strato superiore di carburante brucia sempre e quello sottostante rimane intatto fino a quando non arriva il suo turno.Ciò consente un consumo di carburante molto economico e il controllo del processo di combustione. È con questa tecnologia che il combustibile solido brucia per molto tempo.

Tali caldaie non sono solo economiche ma anche rispettose dell'ambiente. Naturalmente, a condizione che vengano utilizzati materiali da costruzione resistenti al fuoco, che non solo garantiranno la massima efficienza della caldaia, isolando il calore, ma proteggeranno anche da possibili incendi.

Puoi capire chiaramente come funziona la caldaia a pirolisi da questo video:

I veri vantaggi dei riscaldatori a pirolisi

Elenchiamo i vantaggi delle caldaie a gassificazione dichiarate dai venditori, quindi elimineremo le storie franche:

le fonti di calore di pirolisi sono generatori di gas a tutti gli effetti che emettono gas di sintesi combustibile;
le unità sono molto economiche ed ecologiche grazie alla loro elevata efficienza;
le caldaie bruciano completamente carbone e legna da ardere, praticamente senza residui;
tempo di combustione - oltre 10 ore (la cifra più modesta è di 8 ore).

Nota. Gli inserzionisti e i produttori non troppo coscienziosi confrontano sempre i generatori di gas con le tradizionali caldaie a combustione diretta, "dimenticandosi" di stufe a pellet altrettanto efficienti. Ma anche questo confronto non è molto vincente.

La prima affermazione è troppo audace. Ricordiamolo: la pirolisi intensa parte da un forte riscaldamento e dalla mancanza di ossigeno, ma cosa succede in caldaia? Il ventilatore soffia aria nel focolare in eccesso, non c'è combustione. Il gas di sintesi, ovviamente, viene rilasciato, ma è presente anche la combustione diretta del carburante.

A sinistra è presente una torcia a fiamma nel vano postcombustore durante il funzionamento della caldaia, a destra uno scambiatore di calore a tubi di fumo (vista dall'alto)

Diamo un'occhiata al resto dei vantaggi:

L'affermazione sull'economia e la compatibilità ambientale non è una favola. Grazie alla discreta efficienza, la caldaia assimila meglio l'energia del combustibile ed emette nell'atmosfera composti molto meno tossici - ossido di azoto e monossido di carbonio. Condizione 1: le raccomandazioni sulla modalità di funzionamento e il contenuto di umidità della legna da ardere sono pienamente rispettate.
Le ragioni per una combustione più completa sono la legna secca e l'iniezione forzata di aria. Se metti bricchetti di segatura o acacia secca in una caldaia tradizionale turbo, anche il residuo di cenere sarà zero. Un sacco di cenere leggera viene semplicemente espulsa da un ventilatore nel camino. Ciò significa che questo fatto non è un vantaggio.
La durata della combustione dipende da 2 fattori: efficienza e capacità del vano carburante. In termini di efficienza, le caldaie a combustibile solido perdono del 10% rispetto alle caldaie a pirolisi, questo è un piccolo aumento della durata del funzionamento. Il fattore principale è il volume della camera di combustione, se raggiunge 80 litri o più, la legna si brucerà in 6-8 ore.

Riferimento. Il produttore ceco Atmos descrive i vantaggi dei suoi generatori di calore (letteralmente): un grande bunker di carburante - un lungo tempo di combustione. Da qui la conclusione: l'affermazione sulla durata del lavoro è vera, solo il motivo è diverso: la capacità del forno e non il fatto di generare gas di legno.

Inoltre, molte favole vengono raccontate sulla modalità economica di combustione, che è semplicemente assente nelle unità di pirolisi. È scritto nelle istruzioni per l'uso "Atmos DC15E" - una diminuzione dell'intensità della fiamma porta ad una diminuzione dell'efficienza e ad un aumento del consumo di carburante.

Il nuovissimo generatore di calore "Atmos" di tipo pirolitico alla mostra "Aquatherm-2019"

Diversi schemi del dispositivo della caldaia a pirolisi

Prima di procedere con la produzione di una caldaia a gas con le proprie mani, è necessario familiarizzare con le possibili opzioni per il suo dispositivo. Tali unità possono avere una soluzione progettuale diversa. Ma, in pratica, il principio del loro funzionamento è lo stesso: hanno tutti due camere di combustione del carburante. Il primo, di regola, serve per caricare il carburante e la sua combustione per pirolisi, e il secondo per bruciare il gas combustibile rilasciato durante la pirolisi.A seconda del design della caldaia, possono essere di diverse forme, dimensioni e assumere posizioni diverse l'una rispetto all'altra.

Inoltre, diversi modelli di caldaie a pirolisi possono differire nel modo di fornire aria primaria e secondaria: può essere naturale o forzata, con l'ausilio di un ventilatore. Di seguito, vengono considerati gli schemi più comuni per il dispositivo di tali caldaie, che possono essere utilizzati quando li si costruisce con le proprie mani.

Caldaie a pirolisi con alimentazione d'aria naturale

Opzione 1.

La camera per il caricamento e la combustione del combustibile per pirolisi si trova sotto e il postcombustore del gas di pirolisi si trova sopra di essa (Fig.1). L'alimentazione dell'aria primaria e secondaria con tale schema avviene dal basso, attraverso la porta del soffiatore, collegata da una catena con un sensore-regolatore incorporato nella "camicia d'acqua" della caldaia. L'aria primaria viene fornita attraverso la camera del soffiatore e la griglia in quantità tale da garantire una lenta combustione del combustibile solido con rilascio di gas combustibile, che viene immesso nella camera superiore con l'ausilio del tiraggio naturale. L'aria secondaria viene preriscaldata in quella inferiore e fornita alla camera superiore tramite tubi con fori calibrati, garantendo il processo di combustione del gas.

Fig. 1 Schema di una caldaia a pirolisi con alimentazione di aria naturale e una posizione superiore del postcombustore

Opzione 2.

Questo schema (Fig. 2) prevede la posizione della camera di combustione del caricamento del carburante e della pirolisi nella parte superiore e della camera di combustione del gas nella parte inferiore. Quando una tale caldaia viene accesa, la valvola a farfalla si apre nella sua parte superiore e il combustibile inizia a bruciare come in una caldaia a combustibile solido convenzionale, ei fumi vengono emessi direttamente nel camino. Dopo l'accensione del combustibile, la serranda si chiude e la caldaia inizia a funzionare nella modalità di generazione del gas: il gas di pirolisi entra nella camera inferiore e brucia lì, rilasciando energia termica e riscaldando il liquido di raffreddamento nel suo scambiatore di calore ("camicia d'acqua").

Fig. 2 Schema di caldaia a pirolisi con camera di carico superiore e combustione per pirolisi

Opzione 3.

Questo schema della caldaia a pirolisi differisce dal precedente in quanto la porta di carico non si trova sul lato, ma sopra. Inoltre, lo scambiatore di calore è integrato con tubi che consentono di aumentare l'area di contatto con i gas caldi e aumentare l'efficienza del trasferimento di calore. La posizione superiore della porta di carico rende il processo di caricamento del carburante più comodo. Inoltre, se lo si desidera, tale camera può essere estesa verso l'alto, aumentando così il volume del combustibile caricato simultaneamente, e quindi la durata del funzionamento della caldaia.

Fico. 3 Schema di una caldaia a pirolisi con una porta di carico in alto

Opzione 4.

Questo schema (Fig.4) differisce dagli altri sia nella posizione dello scambiatore di calore (nella parte superiore) che nel design delle camere di combustione stesse. Caricamento - realizzato sotto forma di un bunker con una base inclinata, che garantisce un flusso spontaneo di carburante, mentre brucia, al luogo di combustione primaria. Il postcombustore qui è realizzato sotto forma di un tubo in materiale refrattario e si trova all'interno della tramoggia di alimentazione, sopra la camera di combustione primaria. Per aumentare la temperatura al suo interno e creare condizioni migliori per la combustione del gas combustibile, questo progetto prevede il riscaldamento delle sue pareti dall'esterno con parte dei fumi caldi.

Fico. 4 Schema di una caldaia a pirolisi posta nella parte superiore dello scambiatore di calore

Caldaie a pirolisi ad aria forzata

Opzione 1.

La camera per il caricamento e la combustione primaria del carburante in questo schema si trova nella parte inferiore (Fig.5). Il suo fondo è in materiale refrattario (ad esempio: mattoni refrattari) con aperture per l'alimentazione dell'aria primaria dalla camera di combustione, che si trovano in prossimità della parete posteriore della caldaia.L'alimentazione dell'aria secondaria per la combustione del gas di legna viene effettuata tramite un ventilatore installato sulla parete frontale della caldaia, sopra la porta di carico.

Fico. 5 Caldaia a pirolisi con camera di combustione superiore e mandata forzata di aria secondaria

Opzione 2.

Questo schema (Fig.6) differisce per il fatto che l'alimentazione dell'aria, sia primaria che secondaria, viene effettuata mediante un ventilatore posto sulla parete frontale della caldaia o sul camino (aspiratore fumi). Un tale schema consente una regolazione più efficiente del funzionamento dell'unità, ma dipende dalla disponibilità di elettricità. Inoltre, nello schema presentato, la sovrapposizione tra le camere è realizzata in materiale refrattario, in cui sono presenti canali per l'alimentazione di aria secondaria e si trova un ugello per fornire gas di pirolisi alla camera di combustione inferiore.

Fico. 6 Caldaia a generatore di gas con camera di combustione del gas inferiore e mandata forzata di aria primaria e secondaria

Svantaggi significativi delle caldaie

Se visiti un negozio online di unità di riscaldamento e chiedi quanto costano i generatori di calore a pirolisi, vedrai immediatamente il loro principale svantaggio. Non la caldaia russa più costosa "Suvorov M" K-20 (20 kW) avrà un costo di 1320 cu. Cioè, e l'ATMOS DC 20 GS, identico in potenza, è 2950 cu. e. Per confronto: il prezzo di un costoso riscaldatore tradizionale Buderus Logano S131-22 H è $ 1010. e.

Designiamo altri svantaggi della gassificazione delle fonti di calore:

2 camere, rivestimento in mattoni o ceramica più una camicia d'acqua nella parte inferiore del corpo: le soluzioni di design di cui sopra aumentano significativamente il peso e le dimensioni delle unità;
requisiti elevati per la qualità del carburante;
un refrigerante con una temperatura di 80 ° C viene utilizzato raramente per il riscaldamento di case private, il che significa che non si può fare a meno di un costoso accumulatore di calore + elementi di tubazioni;
le parti in ceramica del rivestimento non durano per sempre: l'ugello potrebbe rompersi a causa del surriscaldamento e dovrà essere sostituito.

Devo dire che le caldaie a pirolisi attirano gli artigiani domestici. Ma realizzare un'unità del genere con le tue mani è molto difficile, hai bisogno di esperienza e investimenti nell'acquisto di materiali. Non sarà possibile realizzare gratuitamente una stufa. Molto più facile saldare una caldaia convenzionale o da miniera.

Nota. A giudicare dalle recensioni dei proprietari delle caldaie sui forum tematici, è ancora possibile utilizzare legna da ardere grezza. L'algoritmo è il seguente: l'unità viene fusa e riscaldata con ceppi asciutti, quindi viene lanciata legna umida. Ma la quota di tale carburante non dovrebbe superare il 30%, altrimenti fuliggine e fuliggine andranno. Ascoltiamo l'opinione dell'esperto sul video:

Conclusioni e raccomandazioni per la scelta

Ha senso scegliere le caldaie a pirolisi da tutte le caldaie esistenti in questa situazione:

sei disposto a pagare per l'efficienza e la conservazione dell'ambiente;
il budget consente di acquistare un riscaldatore e un accumulatore di calore del volume richiesto;
c'è abbastanza spazio per le apparecchiature nel locale caldaia;
c'è la possibilità di raccogliere legna da ardere di alta qualità, acquistare bricchetti o essiccare legna appena tagliata.

Il modello del generatore di calore è selezionato in termini di potenza e funzionalità. Come scegliere la giusta fonte di calore a legna per la tua casa, leggi le nostre istruzioni.

Inizialmente, le caldaie domestiche a pirolisi sono progettate per installare un serbatoio di stoccaggio e utilizzare un buon carburante. Questa è una pratica dell'Europa occidentale, in cui le unità a combustibile solido non possono essere utilizzate senza un serbatoio di accumulo.

I nostri redditi non sono così alti, motivo per cui i proprietari di case risparmiano su tutto: attrezzature, carburante, metodo di combustione. Da qui la conclusione: al momento, i generatori di gas sono incompatibili con le esigenze e i costi della maggior parte dei proprietari di case, perché non saranno in grado di funzionare correttamente.