Kotły grzewcze pirolityczne: zasada działania i rodzaje kotłów długiego spalania

Lata mijają, nauka i technika posuwają się naprzód, a stałe paliwa nadal są poszukiwane. Spalanie drewna w tradycyjnym piecu lub w kozie nie jest zbyt efektywne, ale sytuację zmieniły pirolityczne kotły grzewcze – urządzenia charakteryzują się wysoką sprawnością i stosunkowo prostą eksploatacją.

Proszę przyznać, są to dość istotne argumenty przy urządzaniu autonomicznego ogrzewania. Jeśli Państwo poszukujecie wydajnego kotła do domu, warto przyjrzeć się bliżej kotłom pirolitycznym.

Opowiemy, jak są zbudowane i działają agregaty długiego spalania, jakie są ich cechy techniczno-eksploatacyjne, a także przedstawimy przegląd najbardziej cenionych modeli krajowych i zagranicznych producentów.

Czym jest piroliza

Drewno – to chyba najstarsze paliwo w historii ludzkości. Praktycznie każdy wie, jak szybko spala się na wolnym powietrzu i że wydziela się przy tym niezbyt dużo ciepła. Jednak sytuacja zmienia się diametralnie, jeśli stworzy się inne warunki dla procesu spalania.

Tak zwane spalanie pirolityczne odbywa się w zamkniętych komorach. Ładuje się do nich drewno lub inne stałe paliwa podobnego typu: pelety, trociny, odpady drzewne itp.

Paliwo jest podpalane, a następnie zmniejsza się ilość powietrza dopływającego do komory.

Jak wiadomo, podczas spalania zachodzą procesy utleniania, a jednym z głównych uczestników – tlen zawarty w powietrzu. Jeśli tlenu jest mało, reakcja zwalnia, a drewno spala się powoli, w takich warunkach właściwie tylko się tli. Przy tym uwalniana jest pewna ilość energii cieplnej, popiół oraz gaz palny.

Proces pirolizy na tym się nie kończy. Uzyskany podczas spalania paliwa pierwotnego gaz miesza się z masami powietrza i również spala. W rezultacie uwalnia się znacznie więcej energii cieplnej niż podczas pracy standardowych generatorów ciepła.

Dlatego kotły pirolityczne wykazują bardzo przyzwoitą wydajność w porównaniu ze swoimi czysto stałopalnymi odpowiednikami, a także często dają możliwość znacznej oszczędności na ogrzewaniu.

Zaletą urządzeń grzewczych tego typu jest to, że zasada ich działania i konstrukcja są stosunkowo nieskomplikowane. Ilość powietrza dostającego się do komór spalania regulowana jest zwykłą mechaniczną przepustnicą. Prosta konstrukcja zapewnia niezawodność urządzenia, awarie kotłów pirolitycznych – nie są częstym zjawiskiem.

Ten schemat w sposób poglądowy przedstawia wszystkie etapy procesu spalania pirolitycznego. Temperatura wewnątrz urządzenia może osiągnąć 1200°C (+)

Kolejnym „plusem” kotłów pirolitycznych – długi czas spalania. Pełne załadowanie urządzenia paliwem pozwala nie ingerować w proces przez kilka godzin, czasem nawet ponad dobę, tj. nie ma potrzeby ciągłego dokładania drewna do paleniska, jak ma to miejsce przy otwartym spalaniu.

Oczywiście nie oznacza to, że kocioł pirolityczny można pozostawić bez nadzoru. Podobnie jak w przypadku innych urządzeń grzewczych, obowiązują tutaj surowe zasady bezpieczeństwa.

Warto pamiętać, że kocioł pirolityczny nie jest wszystkożerny – wilgotność paliwa musi być niska. W przeciwnym razie część cennej energii cieplnej pójdzie nie na podgrzanie czynnika grzewczego, a na wysuszenie paliwa.

Kotły do spalania pirolitycznego, zwłaszcza wykonane z żeliwa, mają znaczną masę, dlatego zawsze są dostępne wyłącznie jako modele wolnostojące.

W przypadku spalania pirolitycznego paliwo spala się prawie całkowicie, czyszczenie urządzenia będzie konieczne znacznie rzadziej niż w przypadku tradycyjnego kotła na paliwo stałe. Drobny popiół uzyskany po czyszczeniu można wykorzystać jako nawóz. Spalanie paliwa w takich kotłach odbywa się od góry do dołu.

Dlatego możliwości naturalnej cyrkulacji powietrza w palenisku są znacznie ograniczone. Użycie wymuszonego nawiewu powietrza za pomocą wentylatora znacznie poprawia wydajność urządzenia, ale czyni kocioł zależnym od energii, ponieważ do działania wentylatora potrzebna jest energia elektryczna.

Budowa i działanie kotła pirolitycznego

Palenisko kotła pirolitycznego jest podzielone na dwie komory. W pierwszej spalane jest drewno opałowe, a w drugiej następuje wtórne spalanie mieszaniny gazów pirolitycznych i powietrza. Pierwszą komorę od drugiej oddziela ruszt, na którym kładzie się paliwo.

Powietrze jest zwykle wtłaczane wymuszone za pomocą niewielkiego wentylatora. Choć w małych modelach czasami do wytworzenia ciągu używa się wyciągu spalin.

Na tym schemacie przedstawiono budowę kotła pirolitycznego dolnego spalania. Drewno powoli spala się przy małej ilości tlenu i wydziela palny gaz (+)

Obecność wymuszonej wentylacji można uznać za główną różnicę między kotłem pirolitycznym a klasycznym modelem na paliwo stałe. Obudowa urządzenia składa się z dwóch części wstawionych jedna w drugą. Przestrzeń między ścianami wypełnia czynnik grzewczy, którego rolę tradycyjnie pełni woda.

Najpierw do pierwszej komory paleniska kotła pirolitycznego ładuje się paliwo, następnie włącza wentylator i podpala paliwo. Powstałe w wyniku tego gazy palne przemieszczają się do drugiej komory, mieszają się z powietrzem i spalają.

Temperatura spalania może osiągnąć 1200°C. Woda znajdująca się w zewnętrznym wymienniku ciepła nagrzewa się i krąży w systemie grzewczym domu. Pozostałości produktów spalania usuwane są przez komin.

Zarzutem wobec urządzeń wykorzystujących pirolityczną zasadę spalania jest stosunkowo wysoka cena. Zwykły kocioł na paliwo stałe kosztuje znacznie mniej. Jednak w kotłach długiego spalania drewno spala się prawie całkowicie, czego nie można powiedzieć o klasycznym kotle.

Do drewna opałowego do kotła pirolitycznego stawiane są określone wymagania dotyczące wymiarów i wilgotności. Szczegółowe informacje można znaleźć w instrukcji producenta.

Wybierając kocioł pirolityczny, należy pamiętać, że niedrogie modele o małej mocy są zwykle przeznaczone tylko do drewna. Drogie wersje mogą pracować na różnych rodzajach paliwa.

Ponadto paliwo trzeba ładować do urządzenia w maksymalnej ilości, zmniejszenie obciążenia prowadzi do zwiększonego powstawania popiołu i sadzy oraz negatywnie wpływa na pracę urządzenia jako całości.

Kotły z górnym spalaniem

Jedną z odmian urządzeń pirolitycznych – jest kocioł górnego spalania. Zasada działania tych dwóch urządzeń jest bardzo podobna.

W ten sam sposób do paleniska ładuje się dużą ilość stałego paliwa o niskiej wilgotności, powietrze jest wtłaczane na siłę i zapewnia się tlenie paliwa przy obniżonej ilości tlenu. Zasuwę regulującą przepływ tlenu ustawia się w odpowiedniej pozycji.

Schemat urządzenia kotła górnego spalania. Palenisko takiego kotła ma ślepe dno, cząstki produktów spalania są usuwane przez komin (+)

Jednak kotły długiego spalania nie mają ani popielnika, ani rusztu. Dno stanowi ślepa metalowa płyta. Kotły te są skonstruowane tak, aby drewno spalało się całkowicie, a pozostała w palenisku niewielka ilość popiołu była wydmuchiwana przez powietrze.

Takie urządzenia charakteryzują się wysoką sprawnością i również pracują w temperaturach powyżej 1000°C.

Główną cechą takich urządzeń – jest to, że rzeczywiście zapewniają długi czas pracy przy pełnym załadunku. Komora paliwowa w takich urządzeniach jest zwykle wykonana w kształcie cylindra.

Do niej od góry ładuje się paliwo, a także od góry, centralnie, wtłaczane jest powietrze niezbędne do spalania.

W kotłach górnego spalania urządzenie do wtłaczania powietrza – jest to ruchomy element, który opuszcza się w dół w miarę wypalania się drewna

W ten sposób realizowane jest powolne tlenie górnej warstwy paliwa. Paliwo stopniowo się wypala, jego poziom w palenisku obniża się. Jednocześnie zmienia się położenie urządzenia do podawania powietrza do paleniska, ten element w takich modelach jest ruchomy i praktycznie leży na górnej warstwie drewna.

Drugi etap spalania odbywa się w górnej części paleniska, która jest oddzielona od dolnej komory grubym metalowym dyskiem. Gorące gazy pirolityczne powstałe w wyniku spalania paliwa na dole rozprężają się i przemieszczają w górę.

Tutaj mieszają się z powietrzem i spalają, dodatkowo przekazując wymiennikowi ciepła solidną porcję energii cieplnej.

Belka utrzymująca dysk, który dzieli komorę spalania na dwie części, podobnie jak sam ten dysk, w trakcie pracy kotła górnego spalania jest stale narażona na działanie wysokiej temperatury. Z czasem elementy te wypalają się i trzeba je okresowo wymieniać.

Na wylocie z drugiej części komory paliwowej zwykle zamontowany jest regulator ciągu. Jest to automatyczne urządzenie, które określa temperaturę czynnika grzewczego i w zależności od uzyskanych danych reguluje intensywność przepływu gazu palnego. Chroni ono urządzenie przed możliwym przegrzaniem.

Warto zaznaczyć, że zewnętrzny wymiennik ciepła w takich kotłach reaguje na zmianę prędkości cyrkulacji cieczy w wymienniku, tj. na wahania temperatury. Na powierzchni urządzenia natychmiast tworzy się warstwa kondensatu, która powoduje korozję, szczególnie jeśli chodzi o kotły stalowe.

Preferowanym rozwiązaniem jest urządzenie z żeliwa, które znacznie lepiej opiera się takiemu oddziaływaniu.

Chociaż paliwo w kotłach pirolitycznych długiego spalania powinno spalać się bez pozostałości, w praktyce nie zawsze tak bywa. Czasami popiół spieka się, tworząc cząsteczki, które trudno usunąć za pomocą strumienia powietrza.

Jeśli w palenisku zgromadzi się duża ilość takich pozostałości, może wystąpić zauważalny spadek wydajności cieplnej urządzenia. Dlatego kocioł górnego spalania należy okresowo czyścić.

Cechą urządzeń tego typu jest to, że w miarę spalania paliwa można je doładowywać, nie czekając na spalenie całego wsadu paliwa. Jest to wygodne, gdy trzeba pozbyć się palnych odpadów domowych.

Istnieją również odmiany kotłów górnego spalania, które działają nie tylko na paliwie drzewnym, ale także na węglu. W kotłach pirolitycznych tego typu nie ma skomplikowanych zespołów automatycznego sterowania, dlatego poważne awarie zdarzają się niezwykle rzadko.

Konstrukcja kotła górnego spalania pozwala na częściowe załadowanie paleniska, jeśli to konieczne. Jednak w takim przypadku rozpalenie górnej warstwy paliwa może nie być łatwe. Samo paliwo musi być wysuszone; drewno z otwartego stosu nie nadaje się do takiego kotła.

Paliwa o dużych frakcjach również nie należy używać do tego typu urządzeń, tzn. drewno trzeba koniecznie porąbać na małe kawałki.

Cechy eksploatacji kotłów gazogeneracyjnych

Efektywność pracy kotła pirolitycznego w dużej mierze zależy od rodzaju i jakości paliwa. Technicznie do paleniska można załadować nie tylko drewno, ale także węgiel, a nawet torf; większość nowoczesnych modeli kotłów jest przystosowana do stosowania kilku rodzajów paliwa.

Drewno spala się przez około 5-6 godzin, w zależności od gatunku. Im twardsze drewno, tym dłużej się pali.

Nowoczesne modele kotłów pirolitycznego spalania mogą pracować na różnych rodzajach paliwa drzewnego: drewnie, brykietach, pelletach, węglu, torfie itp.

Około dziesięciu godzin zajmie spalenie węgla kamiennego, a taka sama ilość węgla brunatnego będzie się tlić przez osiem godzin. W praktyce najwyższą wydajność cieplną technika pirolityczna wykazuje przy załadunku suchym drewnem. Za optymalne uważa się drewno o wilgotności nie większej niż 20% i długości około 45-65 cm.

Jeśli nie ma dostępu do takiego paliwa, można użyć węgla lub innego paliwa organicznego: specjalnych brykietów z trocin i peletów drzewnych, odpadów powstałych przy obróbce drewna, torfu, materiałów z celulozą itp.

Przed rozpoczęciem eksploatacji kotła należy dokładnie zapoznać się z zaleceniami producenta dotyczącymi paliwa.

W kotłach do spalania pirolitycznego dopływ powietrza jest regulowany za pomocą zwykłych mechanicznych zasuw. Brak skomplikowanej elektroniki zapewnia wysoką odporność na awarie urządzenia.

Zbyt wilgotne paliwo w takich urządzeniach jest niedopuszczalne. Podczas jego spalania w komorze powstają dodatkowe pary wodne, które sprzyjają tworzeniu się produktów ubocznych, takich jak smoła i sadza.

Ściany kotła się brudzą, wymiana ciepła maleje, z czasem kocioł może nawet przestać działać i zgasnąć.

Jeśli do kotła pirolitycznego użyje się drewna o zbyt wysokiej wilgotności, wewnątrz urządzenia powstaną warunki sprzyjające powstawaniu smoły, która pogorszy wymianę ciepła i może doprowadzić do awarii.

Jeżeli do komory załadowane jest suche paliwo i kocioł jest prawidłowo wyregulowany, gaz pirolityczny powstały w wyniku pracy urządzenia będzie dawał płomień o kolorze żółto-białym. Takie spalanie wiąże się z znikomą emisją produktów ubocznych spalania paliwa.

Jeżeli kolor płomienia jest inny, warto sprawdzić jakość paliwa oraz ustawienia urządzenia.

Gazy pirolityczne zmieszane z powietrzem palą się równomiernym żółto-białym płomieniem. Jeśli kolor płomienia się zmienił, być może należy sprawdzić ustawienia kotła lub jakość paliwa.

W przeciwieństwie do zwykłych urządzeń na paliwo stałe, przed załadunkiem drewna do kotłów pirolitycznych na paliwo stałe należy rozgrzać komorę spalania.

W tym celu wykonuje się następujące kroki:

1. Na dno komory ładuje się drobne, suche podpałki (papier, wióry itp.)
2. Podpala się je za pomocą pochodni wykonanej z podobnych materiałów.
3. Zamyka się drzwiczki komory spalania.
4. Drzwiczki komory załadowczej pozostawia się lekko uchylone.
5. Dodaje się porcje podpałki w miarę jej spalania.
6. Proces powtarza się, aż na dnie utworzy się warstwa żarzących się węgli.

Do tego momentu komora nagrzewa się do około 500-800°C, stwarzając warunki do załadunku głównego paliwa. Nie należy używać do rozpalania podpałki benzyny, nafty ani żadnych innych podobnych substancji ciekłych. Przed rozgrzaniem komory kotła długiego spalania należy upewnić się, że urządzenie jest gotowe do eksploatacji.

Charakterystyczną cechą kotłów pirolitycznych jest mała ilość popiołu i żużla, co ułatwia proces czyszczenia urządzenia i jego obsługę.

W tym celu sprawdza się obecność ciągu, szczelność drzwiczek, sprawność mechanizmów zamykających i aparatury regulacyjnej, obecność czynnika grzewczego w systemie grzewczym itp.

Następnie należy włączyć termoregulator, aby upewnić się, że do urządzenia dociera napięcie. Potem otwiera się przepustnicę ciągu bezpośredniego i wietrzy kocioł przez 5-10 minut.

Przegląd popularnych modeli

Należy rozumieć, że każdy kocioł pirolityczny – to dość ciężki agregat, który nie jest przeznaczony do wieszania na ścianie. Takie urządzenia można stosować zarówno do ogrzewania małego domu, jak i przestronnych domków. Podobnie jak inne urządzenia grzewcze, kotły długiego spalania różnią się mocą.

Wybierając kocioł spalania pirolitycznego, należy kierować się takimi wskaźnikami, jak moc cieplna urządzenia, wymiary komory załadunkowej, obecność drugiego obiegu itp.

Na ten wskaźnik zazwyczaj zwracają uwagę kupujący.

Wśród popularnych modeli takiego sprzętu należy wymienić:

• Atmos (Ukraina) – reprezentowany przez urządzenia, które mogą pracować zarówno na drewnie, jak i na węglu, moc waha się w granicach od 14 do 75 kilowatów.
• Attack (Słowacja) – są w stanie poradzić sobie z ogrzewaniem powierzchni do 950 m², niektóre modele mogą kontynuować pracę nawet przy przerwach w zasilaniu.
• Bosch (Niemcy) – wysokiej jakości produkty znanej marki, moc waha się w granicach 21-38 kilowatów.
• Buderus (Niemcy) reprezentowany przez serie Elektromet i Logano, pierwsza jest dobrze znana w Europie jako klasyczny wariant kotła pirolitycznego, druga – to nowocześniejsze wersje przeznaczone do domów prywatnych.
• Gefest (Ukraina) – urządzenia o wysokiej mocy ze sprawnością do 95%.
• KT-2E (Rosja) specjalnie zaprojektowany do dużych pomieszczeń mieszkalnych, moc agregatu wynosi 95 kilowatów.
• Opop (Czechy) – stosunkowo niedrogie kotły, niezawodne i trwałe, moc 25-45 kilowatów.
• Stropuva (produkcji Litwy lub Ukrainy) o mocy od siedmiu kilowatów w zupełności nadadzą się do małego domu, ale w gamie modeli są też urządzenia o większej mocy.
• Viessmann (Niemcy) – idealny wybór dla prywatnych gospodarstw domowych, moc zaczyna się od 12 kilowatów, zastosowanie nowoczesnych technologii pozwala oszczędzać paliwo.
• „Buran” (Ukraina) o mocy do 40 kilowatów to kolejny popularny wariant dla właścicieli dużych domków.
• „Logika” (Polska) urządzenia o wysokiej mocy na 20 kilowatów z łatwością ogrzewają pomieszczenia o powierzchni do 2 tys. m², to raczej kocioł do celów przemysłowych: ogrzewania hal, biur, szklarni itp.

Wybierając kocioł pirolityczny do domu prywatnego, należy zwrócić uwagę na modele z dwoma obiegami, aby nie tylko ogrzewać mieszkanie, ale także zapewnić mu autonomiczne zaopatrzenie w ciepłą wodę.

Wymiennik ciepła do CWU bywa typu akumulacyjnego lub przepływowego. W przypadku tego drugiego wariantu stosuje się modele kotłów o podwyższonej mocy cieplnej.

Jeżeli pragnie Pan/Pani zaoszczędzić środki, można spróbować zrobić kocioł pirolityczny własnymi rękami. Technologia jego montażu opisana jest w tym artykule.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Na tym filmie obrazowo przedstawiono zasadę działania kotła pirolitycznego:

Szczegółowy przegląd pracy kotła o górnym spalaniu można obejrzeć tutaj:

Kotły pirolityczne nie są tanie, ale w pełni uzasadniają środki włożone w ich nabycie. Przy prawidłowej instalacji i obsłudze takie urządzenia zapewnią domowi stabilne i niedrogie ciepło.

Poszukują Państwo kotła pirolitycznego do ogrzewania domu? Czy mają Państwo doświadczenie w eksploatacji takich urządzeń? Proszę zostawić komentarze do artykułu i podzielić się wrażeniami z użytkowania kotłów pirolitycznych. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.