Pirolizni kotlovi za grijanje: princip rada i vrste kotlova dugog gorenja

Godine prolaze, znanost i tehnika napreduju, a krute vrste goriva i dalje su tražene. Spaljivati drva u tradicionalnoj peći ili u peći na drva nije previše učinkovito, ali situaciju su promijenili pirolizni kotlovi za grijanje – uređaji se odlikuju visokom učinkovitošću i relativno jednostavnim radom.

Složite se, to su dovoljno važni argumenti pri uređenju autonomnog grijanja. Ako tražite učinkovit kotao za dom, vrijedi pažljivije pogledati pirolizne kotlove.

Objasnit ćemo kako su konstruirani i kako rade uređaji dugog gorenja, koje su njihove tehničke i radne značajke, te dati pregled najpopularnijih modela domaćih i stranih proizvođača.

Što je piroliza

Drva su, vjerojarno, prvo gorivo u ljudskoj povijesti. Gotovo svatko zna kako brzo izgaraju na otvorenom zraku i da se pritom ne oslobađa mnogo topline. No situacija se korjenito mijenja ako se stvore drugačiji uvjeti za proces izgaranja.

Takozvano pirolizno izgaranje odvija se u zatvorenim komorama. Tamo se ulažu drva ili drugo kruto gorivo sličnog tipa: peleti, piljevina, otpad drvne proizvodnje isl.

Gorivo se zapali, a zatim se smanjuje količina zraka koja ulazi u komoru.

Kao što je poznato, pri izgaranju se odvijaju oksidacijski procesi, a jedan od glavnih sudionika je kisik sadržan u zraku. Ako je kisika malo, reakcija se usporava i drva izgaraju sporo, zapravo u takvim uvjetima jednostavno tinjaju. Pritom se oslobađa određena količina toplinske energije, pepeo i zapaljivi plin.

Proces pirolize time ne završava. Plin dobiven izgaranjem primarnog goriva miješa se sa zračnim masama i također izgara. Kao rezultat, oslobađa se znatno više toplinske energije nego kod rada standardnih toplinskih generatora.

Stoga pirolizni kotlovi pokazuju vrlo pristojnu učinkovitost u usporedbi sa svojim čisto krutogorivim “kolegama”, a također često pružaju mogućnost znatne uštede na grijanju.

Prednost opreme za grijanje ove vrste leži u tome što je princip njezina rada i konstrukcije relativno jednostavan. Količina zraka koja ulazi u komore izgaranja regulira se običnom mehaničkom zaklopkom. Jednostavna konstrukcija osigurava pouzdanost uređaja, kvarovi kod piroliznih kotlova nisu česta pojava.

Ova shema jasno prikazuje sve faze procesa piroliznog izgaranja. Temperatura unutar uređaja može dosegnuti 1200 °C (+)

Još jedan “plus” piroliznih kotlova je dugotrajno razdoblje izgaranja. Potpuno punjenje uređaja gorivom omogućuje da se ne miješa u proces nekoliko sati, ponekad i više od jednog dana, tj. nema potrebe stalno dodavati drva u ložište, kao što se događa kod otvorenog izgaranja.

Naravno, to ne znači da se pirolizni kotao može ostaviti bez nadzora. Kao i kod ostale opreme za grijanje, ovdje postoje stroga pravila sigurnosti.

Vrijedi zapamtiti da pirolizni kotao nije svejed – vlažnost goriva mora biti niska. Inače će dio dragocjene toplinske energije otići ne na zagrijavanje toplinskog nosača, već na sušenje goriva.

Pirolizni kotlovi, posebno oni izrađeni od lijevanog željeza, imaju značajnu fizičku težinu, stoga su uvijek dostupni samo u podnim modelima.

Pri provedbi piroliznog izgaranja gorivo izgara gotovo u potpunosti, pa će se uređaj morati čistiti znatno rjeđe nego kod rada tradicionalnog krutogorivog kotla. Fini pepeo dobiven nakon čišćenja koristi se kao gnojivo. Izgaranje goriva u takvim kotlovima odvija se u smjeru odozgo prema dolje.

Stoga su mogućnosti za prirodnu cirkulaciju zraka u ložištu znatno ograničene. Korištenje prisilnog upuhivanja zraka pomoću ventilatora znatno poboljšava učinkovitost uređaja, ali čini kotao ovisnim o električnoj energiji jer je za rad ventilatora potrebna struja.

Uređaj i rad piroliznog kotla

Ložište piroliznog kotla podijeljeno je na dva odjeljka. U prvom izgaraju drva, a u drugom se odvija sekundarno izgaranje smjese piroliznih plinova i zraka. Prvu komoru od druge odvaja rešetka na koju se stavlja gorivo.

Zrak se obično potiskuje prisilno pomoću malog ventilatora. Iako se u malim modelima ponekad za stvaranje propuha koristi dimovodni ventilator.

Na ovoj shemi prikazan je uređaj piroliznog kotla donjeg gorenja. Drva polako izgaraju uz malu količinu kisika i oslobađaju zapaljivi plin (+)

Prisutnost prisilne ventilacije može se smatrati glavnom razlikom između piroliznog kotla i klasičnog modela na kruto gorivo. Tijelo uređaja sastoji se od dva dijela umetnuta jedan u drugi. Prostor između stijenki ispunjen je toplinskim medijem, čiju ulogu tradicionalno ima voda.

Najprije se u prvi odjeljak ložišta piroliznog kotla stavlja gorivo, zatim se uključuje ventilator i gorivo se pali. Nastali zapaljivi plinovi prelaze u drugi odjeljak, miješaju se sa zrakom i izgaraju.

Temperatura izgaranja može doseći 1200°C. Voda u vanjskom izmjenjivaču topline zagrijava se i cirkulira kroz sustav grijanja kuće. Ostaci produkata izgaranja uklanjaju se kroz dimnjak.

Kao zamjerka uređajima koji koriste pirolizni princip izgaranja može se navesti relativno visoka cijena. Običan kotao na kruto gorivo stoji znatno manje. No u kotlovima dugog gorenja drva izgaraju gotovo u potpunosti, što se za klasični kotao ne može reći.

Za drva za pirolizni kotao postavljaju se određeni zahtjevi u pogledu veličine i vlažnosti. Detaljne informacije mogu se pronaći u uputama proizvođača.

Prilikom odabira piroliznog kotla treba imati na umu da su jeftiniji modeli male snage obično predviđeni samo za drva. Skupe modifikacije mogu raditi na različitim vrstama goriva.

Pritom će se gorivo u uređaj morati puniti do maksimuma; smanjenje opterećenja dovodi do povećanog stvaranja pepela i čađe, a također negativno utječe na rad uređaja u cjelini.

Kotlovi gornjeg gorenja

Jedna od varijanti piroliznog uređaja – kotao gornjeg gorenja. Princip rada ova dva agregata vrlo je sličan.

Na isti način u ložište se utovaruje velika količina krutog goriva niske vlažnosti, zrak se prisilno upuhuje i osigurava tinjanje goriva uz smanjenu količinu kisika. Zasun koji regulira protok kisika postavlja se u odgovarajući položaj.

Shema uređaja kotla s gornjim izgaranjem. Ložište takvog kotla ima slijepo dno, čestice produkata izgaranja uklanjaju se kroz dimnjak (+)

Ali kotlovi dugog gorenja nemaju ni posudu za pepeo ni rešetku. Dno predstavlja slijepa metalna ploča. Takvi su kotlovi konstruirani tako da drvo potpuno izgara, a mala količina pepela koja ostaje u ložištu biva ispuhana zrakom.

Takvi se uređaji odlikuju visokim stupnjem djelovanja i također rade pri temperaturama višim od 1000°C.

Osnovna značajka takvih uređaja – oni doista osiguravaju dugotrajan rad pri punom opterećenju. Komora za gorivo u takvim uređajima obično je izvedena u obliku cilindra.

U nju se odozgo utovaruje gorivo, a odozgo, po sredini, upuhuje se zrak potreban za izgaranje.

U kotlovima s gornjim izgaranjem uređaj za upuhivanje zraka – to je pomični element koji se spušta prema dolje kako drva izgaraju.

Na taj se način ostvaruje sporo tinjanje gornjeg sloja goriva. Gorivo postupno izgara, njegova razina u ložištu se smanjuje. Istodobno se mijenja i položaj uređaja za dovod zraka u ložište; taj je element u takvim modelima pomičan i praktički leži na gornjem sloju drva.

Drugi stupanj izgaranja odvija se u gornjem dijelu ložišta, koji je odvojen od donjeg odjeljka debelim metalnim diskom. Vrući pirolizni plinovi, nastali izgaranjem goriva dolje, šire se i kreću se prema gore.

Ovdje se miješaju sa zrakom i izgaraju, dodatno predajući izmjenjivaču topline solidnu količinu toplinske energije.

Greda koja drži disk, koji dijeli komoru izgaranja na dva dijela, kao i sam taj disk, tijekom rada kotla s gornjim izgaranjem stalno je izložena djelovanju visoke temperature. S vremenom ti elementi izgaraju, pa će ih trebati povremeno zamijeniti.

Na izlazu iz drugog dijela komore za gorivo obično je ugrađen regulator propuha. To je automatski uređaj koji određuje temperaturu rashladnog sredstva i, ovisno o dobivenim podacima, regulira intenzitet kretanja gorivog plina. On štiti uređaj od mogućeg pregrijavanja.

Valja napomenuti da vanjski izmjenjivač topline u takvim kotlovima reagira na promjenu brzine cirkulacije tekućine u izmjenjivaču topline, tj. na kolebanje temperature. Na površini uređaja odmah se stvara sloj kondenzata koji uzrokuje koroziju, osobito ako se radi o čeličnim kotlovima.

Poželjnije je uzeti uređaj od lijevanog željeza, koji se znatno bolje opire takvom djelovanju.

Iako bi gorivo u piroliznim kotlovima dugog gorenja trebalo izgarati bez ostatka, u praksi to nije uvijek tako. Ponekad se pepeo speče, stvarajući čestice koje je teško ukloniti strujom zraka.

Ako se u ložištu nakupi velika količina takvih ostataka, može se primijetiti zamjetno smanjenje toplinske snage jedinice. Stoga kotao s gornjim izgaranjem ipak treba povremeno čistiti.

Značajka uređaja ove vrste je da se gorivo može dodavati tijekom izgaranja, bez čekanja da cijela količina izgori. To je zgodno kada se treba riješiti zapaljivog kućnog otpada.

Postoje i varijante kotlova s gornjim izgaranjem koje rade ne samo na drvno gorivo, već i na ugljen. Složeni sklopovi automatskog upravljanja u piroliznim kotlovima ove vrste izostaju, pa se ozbiljni kvarovi javljaju iznimno rijetko.

Konstrukcija kotla s gornjim izgaranjem omogućuje djelomično punjenje ložišta ako je potrebno. Međutim, u tom slučaju paljenje gornjeg sloja goriva može biti teško. Samo gorivo mora biti osušeno; drva iz otvorene drvarnice nisu prikladna za takav kotao.

Gorivo krupnih frakcija također se ne smije koristiti za ovu vrstu opreme, tj. drva će se morati cijepati na manje komade.

Značajke rada plinogeneratorskih kotlova

Učinkovitost rada piroliznog kotla uvelike ovisi o vrsti i kvaliteti goriva. Tehnički se u ložište može staviti ne samo drvo, već i ugljen, pa čak i treset; većina modernih modela kotlova predviđena je za korištenje više vrsta goriva.

Drvo izgara otprilike za 5-6 sati, ovisno o vrsti. Što je drvo tvrđe, to dulje gori.

Moderni modeli kotlova piroliznog izgaranja mogu raditi na različitim vrstama drvnog goriva: drva, briketi, peleti, ugljen, treset i sl.

Otprilike deset sati treba za izgaranje crnog ugljena, a ista količina mrkog ugljena tinjat će osam sati. U praksi pirolizna tehnika pokazuje najveći toplinski učin pri punjenju suhim drvom. Optimalnim se smatra drvo vlažnosti ne više od 20%, a duljine oko 45-65 cm.

Ako nema pristupa takvom gorivu, može se koristiti ugljen ili drugo organsko gorivo: posebni briketi od piljevine i peleti od drveta, otpad dobiven preradom drva, treset, materijali s celulozom i sl.

Prije početka rada kotla treba pažljivo proučiti preporuke proizvođača uređaja u vezi s gorivom.

U kotlovima za pirolizno izgaranje dotok zraka regulira se običnim mehaničkim zaklopkama. Odsutnost složene elektronike osigurava visoku otpornost na kvarove uređaja.

Prevlažno gorivo u takvim uređajima je nedopustivo. Pri njegovom izgaranju u ložištu nastaju dodatne vodene pare koje pridonose stvaranju nusproizvoda poput katrana i čađe.

Stijenke kotla se zaprljaju, prijenos topline se smanjuje, s vremenom kotao može čak prestati raditi i ugasiti se.

Ako se za kotao s piroliznim izgaranjem koriste drva s previsokom vlagom, unutar uređaja nastat će uvjeti za stvaranje katrana, koji će pogoršati prijenos topline uređaja i može dovesti do kvarova.

Ako je u ložište stavljeno suho gorivo i kotao ispravno podešen, pirolizni plin dobiven radom uređaja dat će plamen žuto-bijele boje. Takvo izgaranje prati zanemarivo oslobađanje nusproizvoda izgaranja goriva.

Ako je boja plamena drugačija, ima smisla provjeriti kvalitetu goriva, kao i postavke uređaja.

Pirolizni plinovi pomiješani sa zrakom gore ravnomjernim žuto-bijelim plamenom. Ako se boja plamena promijenila, možda je potrebno provjeriti postavke kotla ili kvalitetu goriva.

Za razliku od uobičajenih uređaja na kruto gorivo, prije punjenja drva u pirolizne kotlove na kruto gorivo, ložište je potrebno zagrijati.

Za to se izvode sljedeći koraci:

1. Stavite na dno ložišta sitan suh potpal (papir, iverje i sl.).
2. Zapalite ga pomoću baklje od sličnih materijala.
3. Zatvorite vrata komore za izgaranje.
4. Vrata komore za punjenje ostavite malo odškrinuta.
5. Dodajite porcije potpale kako izgara.
6. Ponavljajte postupak sve dok se na dnu ne stvori sloj tinjajućeg ugljena.

Do tog trenutka ložište se već zagrijava na približno 500-800 °C, stvarajući uvjete za punjenje glavnog goriva. Ne smijete koristiti benzin, kerozin ili bilo koje druge slične tekuće tvari za paljenje potpale. Prije nego što zagrijete ložište kotla dugog gorenja, provjerite je li uređaj spreman za rad.

Karakteristična značajka kotlova za pirolizno izgaranje – mala količina pepela i praha, što olakšava proces čišćenja uređaja i njegovo održavanje.

Za to provjerite postojanje propuha, nepropusnost vrata, ispravnost zapornih mehanizama i regulacijske opreme, postojanje medija za prijenos topline u sustavu grijanja i sl.

Zatim treba uključiti termoregulator kako bi se uvjerili da na uređaj dolazi napon. Nakon toga treba otvoriti zaklopku za izravni propuh i prozračiti kotao 5-10 minuta.

Pregled popularnih modela

Treba razumjeti da je svaki pirolizni kotao prilično teška jedinica koja nije namijenjena za vješanje na zid. Takvi se uređaji mogu koristiti i za grijanje male kuće i za prostrane vikendice. Kao i drugi uređaji za grijanje, kotlovi dugog gorenja razlikuju se po snazi.

Prilikom odabira kotla za pirolizno gorenje, treba se usmjeriti na pokazatelje poput toplinske snage uređaja, dimenzija komore za punjenje, postojanja drugog kruga i sl.

Kupci se obično usmjeravaju na ovaj pokazatelj.

Među popularnim modelima takve opreme treba spomenuti:

• Atmos (Ukrajina) – predstavljen uređajima koji mogu raditi i na drva i na ugljen, snaga varira u rasponu od 14 do 75 kilovata.
• Attack (Slovačka) – sposobni su za grijanje površina do 950 m², neki modeli mogu nastaviti s radom čak i pri prekidima napajanja električnom energijom.
• Bosch (Njemačka) – visokokvalitetni proizvodi poznate marke, snaga varira u rasponu od 21 do 38 kilovata.
• Buderus (Njemačka) predstavljen linijama Elektromet i Logano, prva je dobro poznata u Europi kao klasična varijanta piroliznog kotla, druga – modernije verzije namijenjene privatnim kućama.
• Gefest (Ukrajina) – visokoučinkoviti uređaji s iskoristivošću do 95%.
• KT-2E (Rusija) posebno je razvijen za velike stambene prostore, snaga uređaja iznosi 95 kilovata.
• Opop (Češka) – relativno jeftini kotlovi, pouzdani i izdržljivi, snage 25-45 kilovata.
• Stropuva (proizvodnje Litve ili Ukrajine) sa snagom od sedam kilovata sasvim će odgovarati za malu kuću, ali u ponudi modela predstavljeni su i snažniji uređaji.
• Viessmann (Njemačka) – idealan izbor za privatna domaćinstva, snaga počinje od 12 kilovata, primjena suvremenih tehnologija omogućuje uštedu goriva.
• “Buran” (Ukrajina) sa snagom do 40 kilovata još je jedna popularna opcija za vlasnike velikih vikendica.
• “Logika” (Poljska) visokoučinkoviti uređaji od 20 kilovata s lakoćom griju prostorije površine do 2000 m², to je prije kotao za industrijske potrebe: grijanje radionica, ureda, staklenika i sl.

Prilikom odabira piroliznog kotla za privatnu kuću, treba obratiti pažnju na modele s dva kruga, kako bi ne samo grijali dom, već ga i opskrbili autonomnom opskrbom toplom vodom.

Izmjenjivač topline za PTV može biti akumulacijskog ili protočnog tipa. Za potonju opciju koriste se modeli kotlova povećane toplinske snage.

Ako želite uštedjeti novac, možete pokušati napraviti pirolizni kotao vlastitim rukama. Tehnologija njegove montaže opisana je u ovom članku.

Zaključci i koristan video na temu

Na ovom videu jasno je prikazan princip rada piroliznog kotla:

Detaljan pregled rada kotla s gornjim izgaranjem možete pogledati ovdje:

Pirolizni kotlovi nisu jeftini, ali u potpunosti opravdavaju sredstva uložena u njihovu kupnju. Uz pravilnu instalaciju i održavanje, takvi uređaji osigurat će domu stabilnu i jeftinu toplinu.

Tražite li pirolizni kotao za grijanje doma? Ili imate iskustva s radom takvih uređaja? Ostavite, molimo, komentare na članak i podijelite svoje dojmove o korištenju piroliznih kotlova. Obrazac za povratne informacije nalazi se u donjem bloku.