Pirolizni kotao vlastitim rukama: uređaj, sheme, princip rada

Pojam 'piroliza' podrazumijeva postupak u kojem se događa usporeno izgaranje krutog goriva uz dobivanje plinovitog medija. Unatoč 'profesorskom' nazivu konstrukcije, izrada piroznog kotla vlastitim rukama relativno je jednostavna, a samogradnje se u praksi pojavljuju prilično često.

Objašnjenje je jednostavno – plinski generator na drva jednostavniji je za održavanje, često učinkovitiji i ekonomičniji od druge slične opreme. Proučimo zajedno kako takva oprema radi i što je potrebno za njezinu izradu.

Princip djelovanja piroznih kotlova

Kotlovi sustava grijanja u kojima se kao gorivo koriste kruti gorivi materijali, osim klasičnih, također spadaju u pirozne konstrukcije. Obično ih nazivaju plinskim generatorima.

Da bismo bolje razumjeli princip rada kućnog piroznog kotla, logično je pažljivo razmotriti uređaj takve tehnike. Počnimo s obilježjima ložišta kao glavnog dijela grijaće konstrukcije. U suštini, radno područje komore za gorivo piroznih kotlova podijeljeno je na dvije odvojene komore.

Konstrukcija piroznog kotla u presjeku: 1 – komora za punjenje (pasivna), u kojoj se odvija proces pirolize (nepotpunog izgaranja); 2 – komora za izgaranje plina (aktivna), koji nastaje tijekom pirolize

Jedna od tih komora puni se krutim gorivom – drvima, peletima, briketima i sl. Tu počinje primarni proces izgaranja krutog goriva uz ograničen dovod zraka. U tom stanju gorivo ne gori, već tinja. Plinovi koji se oslobađaju tijekom sporog izgaranja odlaze u drugo područje komore – aktivno, gdje uz povećani dovod zraka intenzivno izgaraju.

Tehnički se sličan proces izgaranja ostvaruje na jednostavan način. Područja zajedničke komore jednostavno su odvojena rešetkom i mlaznicom. Gornji dio komore je pasivno ložište, donji dio komore je aktivno ložište. Pritom treba uzeti u obzir konstrukcijsku značajku – gornji dovod zraka u komoru za gorivo (gornje puhanje).

Upravo se time konstrukcija plinskog generatora razlikuje od klasične jednokomorne izvedbe, gdje se primjenjuje donji dovod.

Klasična konstrukcija zračne pumpe (često se naziva ventilatorom, ali tehnički je to pogrešan naziv), koja se koristi u shemi piroznog kotla. To je važan dio koji osigurava učinkovitost rada opreme

Tehnološki gledano, za uređaje piroliznih kotlova karakteristična je i organizacija prisilnog propuha. Konstrukcija dvostupanjskog ložišta ima povećan aerodinamički otpor. Stoga se ovdje nikako ne može bez ugradnje zračne pumpe.

Kako kotao funkcionira u praksi?

Praktičnu primjenu opreme zgodno je sagledati kroz proces korak po korak:

1. Utovar drva – polaganje na rešetku gornjeg područja komore.
2. Paljenje goriva i pokretanje dimne pumpe.
3. Stvaranje drvnog plina pri temperaturi 250-850 °C.
4. Prijelaz drvnog plina u donje područje ložišta.
5. Izgaranje drvnog plina uz dodatni dovod zraka.

Zatim se toplina dobivena u donjem području komore za gorivo koristi za zagrijavanje nosača topline. Nosač topline može biti vodeni medij ili zračni.

1 – aktivna komora; 2 – ulaz vode; 3 – sekundarni zrak; 4 – dimovod; 5 – izlazni priključak; 6 – prigušna zaklopka; 7 – izlaz vode; 8, 9 – senzori; 10 – termoregulator; 11 – vrata pasivne komore; 12 – primarni zrak; 13 – pasivna komora; 14 – zračna pumpa; 15 – krug izmjenjivača topline; 16 – mlaznica; 17 – vrata aktivne komore

Ako obratimo pozornost na sve postojeće konstrukcije kućnih kotlova koji rade na kruto gorivo, glavna alternativa piroliznom kotlu je konstrukcija tradicionalnog izvođenja.

To je slična inačica kotla na drva, gdje djeluje jedno nepodijeljeno ložište i radi načelo donjeg dovoda zraka u komoru izgaranja. Ali takav se sustav smatra manje učinkovitim i neekonomičnim zbog brzog izgaranja goriva.

Pirolizni kotao može postići učinkovitost od 85-95% pod uvjetom 100% opterećenja. Međutim, učinkovitost naglo pada ako opterećenje iznosi manje od 50%. Upravo zato proizvođači pirolizne tehnike preporučuju korisnicima da opremu koriste s maksimalnim opterećenjem.

Sličan pristup vrijedi i za samogradne konstrukcije, pod uvjetom da u potpunosti odgovaraju klasičnoj piroliznoj shemi i zahtjevima rada.

Za «pirolizu» zahtjevi rada su, valja napomenuti, prilično strogi:

• obvezno opremanje zračnom pumpom;
• dopuštena vlažnost goriva ne viša od 25-35%;
• opterećenje opreme ne niže od 50%;
• temperatura povratnog nosača topline ne niža od 60 °C;
• utovar samo krupnim gorivom.

Također treba istaknuti skupoću piroliznih sustava industrijske proizvodnje. Vjerojatno zato varijanta “uradi sam” uživa veliku popularnost.

Samogradni pirozni kotao

U pravilu, pri izradi ovakve grijaće tehnike vlastitim rukama kao osnova uzima se popularna shema Beljajeva. Ne može se reći da je to jednostavno rješenje koje omogućuje izradu grijača bez problema. No, vjerojatno je to jedno od onih rješenja koje se doista može realizirati.

Trodimenzionalna shema piroliznog kotla za izradu vlastitim rukama. Ovo je jedna od jednostavnih shematskih varijacija koju je moguće izraditi samostalno u kućnim uvjetima.

Za izradu opreme prema ovoj shemi majstoru će trebati:

• metalna cijev (d = 32; 57; 159 mm);
• profilna cijev (s = 60x30; 80x40; 20x20 mm);
• čelična traka (20x4; 30x4; 80x5 mm);
• šamotna opeka;
• metalni lim;
• zračna pumpa;
• temperaturni senzor.

Također je potrebno imati kompletan set bravarskog alata, plus aparat za zavarivanje (i vještine zavarivača, naravno). Rad na izradi piroliznog kotla vlastitim rukama očito nije moguće izvesti sam. Najmanje je potreban jedan pomoćnik.

Kao prvo, u skladu s odabranom shemom potrebno je pripremiti limene dijelove konstrukcije. Preporučuje se pripremiti limene ploče, režući ih na mjeru profesionalnom preciznom opremom.

Korištenje ručnog alata za rezanje poput „kutne brusilice“ također zahtijeva određene radne vještine i pridržavanje sigurnosnih mjera pri radu, ali ne osigurava preciznost reza, što se kasnije odražava na kvaliteti izvedbe zavarivanja. Ovu činjenicu treba uzeti u obzir. Razumno rješenje za rezanje metalnih limova je narudžba u mehaničkoj radionici.

Sastavljanje unutarnjih dijelova opreme

Od jednog dijela metalnih limova potrebno je napraviti komoru za izgaranje. Za to se materijal, razmjeran shematskim parametrima, spaja i zavaruje. Treba dobiti dvokomornu konstrukciju koju treba dopuniti zračnim kanalima.

Ovi elementi komore za izgaranje izrađuju se od metalnog U-profila ili se za izradu koristi profilna cijev. Po cijeloj površini prednje strane zračnog kanala izbuše se otvori.

Zračni kanali unutar komore za izgaranje. Kroz ove kanale dovodi se zrak pomoću zračne pumpe. Za ravnomjernu raspodjelu zračnog toka po cijeloj dužini kanala izbuše se otvori.

Niže po razini, u području aktivne komore za izgaranje, na stijenci postavljenoj poprečno na zračne kanale, urezuje se metalna cijev (sekundarni dovod zraka). Zatim počinje rad s cijevima, jer je došao red na sklapanje cijevnog izmjenjivača topline.

Ovaj dio piroliznog sustava izrađuje se od metalnih cijevi promjera 57 mm:

1. Uzmu se dva metalna lima prema veličini crteža i napravi se označavanje.
2. Na temelju označavanja za položaj cijevi po limu izrežu se otvori promjera 60 mm.
3. Izrežu se cijevi promjera 57 mm na odgovarajuću dužinu.
4. Krajovi cijevi umetnu se u otvore jednog lima i zavare se.
5. Ponavljaju operaciju s drugim limom.

Na kraju treba dobiti gotov izmjenjivač topline koji se pričvršćuje na tijelo kotla tamo gdje shema pokazuje.

Primjer izrade izmjenjivača topline od dva čelična lima i cijevi izrezanih na mjeru. Ovdje je potrebno kvalitetno zavarivanje kako kasnije pri radu kotla ne bi bilo problema.

Uz izmjenjivač topline (na gornjoj razini) ugrađuje se prigušna zaklopka. Ovaj dio opremljen je ručicom i također se zavaruje na konstrukciju. Čeoni dio kućišta prigušnice zatvara se komadom lima s priključkom za dimnjak.

Dalje preostaje samo zavariti prednju ploču komore za gorivo s otvorima za vrata za svaku od dvije sekcije i modulom za zračnu pumpu.

Ugrađeni izmjenjivač topline i dio konstrukcije prigušne zaklopke. Varijanta regulacijskog mehanizma u obliku ručne poluge s mogućnošću fiksiranja zaklopke u bilo kojem položaju.

Prije postavljanja prednje ploče, unutarnji dio komora za izgaranje potrebno je ojačati šamotnom opekom. Ovaj materijal reže se na mjeru, dio pod kutom. Opeka se obrađuje i prilagođava mjestu polaganja.

Obradi šamotnom opekom podvrgavaju se obje radne sekcije komore za gorivo kotla. Pritom se pažljivo oblažu područja zaklopki zračnih odvodnih (dovodnih) cijevi. Nakon polaganja opeke, postavlja se prednja ploča.

Primjer polaganja šamotne opeke u unutarnje područje komore za gorivo. Opekarska obloga štiti stijenke komore piroliznog kotla od mogućeg izgaranja tijekom dugotrajne uporabe.

U osnovi, glavna montaža piroliznog kotla u ovoj fazi može se smatrati završenom. Montiranu konstrukciju potrebno je obraditi – ukloniti trosku od zavarivanja, očistiti zavarene spojeve, poravnati ako negdje postoje male neravnine.

U sljedećoj fazi – smještanje montirane konstrukcije u hermetičko kućište. Ovaj dio konstrukcije također se izrađuje od metalnih limova. No prije toga potrebno je ispitivanje tlaka.

Testiranje i konačno sastavljanje konstrukcije

Montiranu konstrukciju potrebno je ispitati. Obvezne radnje – provjera nepropusnosti područja kotla u kojem treba cirkulirati nositelj topline. Za provođenje ispitivanja tlaka izmjenjivača topline privremeno se postavljaju čepovi na priključcima dovoda i povrata nositelja topline.

Zatim se izmjenjivač topline puni vodom. Poželjno je koristiti vruću vodu iz mreže grijanja ili tople vode kako bi se mogli provjeriti zavareni spojevi u uvjetima toplinskog širenja metala.

Prednji dio već gotove konstrukcije s izvedenim priključcima za dovod zraka u radne komore. Otvori sekcija komore za gorivo za sada su bez vrata. Ova konstrukcija bit će obložena kućištima od lima.

Pod uvjetom da nema curenja na šavovima izmjenjivača topline, voda se ispušta i pristupa se uokvirivanju konstrukcije piroliznog kotla vanjskim metalnim pločama. Također se u ovoj fazi izrađuju i vješaju vrata prozora odjeljaka komore za izgaranje.

Vrata piroliznog uređaja zahtijevaju izvedbu uzimajući u obzir visokotemperaturne uvjete rada. Stoga se ovi konstrukcijski elementi obično izrađuju (ili koriste već gotovi) od lijevanog željeza s dodatnim temperaturnim ojačanjem šamotnom opekom.

Primjer konstrukcije vrata jednog od odjeljaka komore za gorivo piroliznog kotla. Radi pojačanja zaštite od utjecaja visoke temperature procesa izgaranja, uz metal se dodatno koristi šamotna opeka.

Završna faza – postavljanje piroliznog kotla na mjesto njegove buduće uporabe. Montaža konstrukcije izvodi se na temelju ili betonskoj ploči. Visinu temelja (ploče) u odnosu na razinu tla preporučuje se održavati veličinom ne manjom od 100 mm.

Nakon postavljanja i uravnoteženja po razinama, donji dio kotla učvršćuje se za temelj. Preostaje spojiti dimnjak, postaviti zračnu pumpu i priključiti vodove za dovod/izlaz toplinskog nosača.

Pirolizni kotao potpuno zatvoren u metalno kućište i spreman za postavljanje na radno mjesto. Kao potporni elementi za pričvršćivanje na kućište zavareni su kutni kukovi.

Samostalna izgradnja pirolizne konstrukcije kotla rad je koji zahtijeva znatan ulog truda. Naravno, ne može se bez režijskih troškova u pogledu financijskih sredstava.

Možda će troškovi nabave materijala i korištenja vanjskih usluga biti manji od cijene industrijski proizvedene opreme. Međutim, razlika će vjerojatno biti neznatna. Ali glavno pitanje nije novac.

Zaključci i koristan video na temu

O samostalnoj izradi piroliznog kotla:

Tehnički, samostalna proizvodnja piroliznih kotlova bez odgovarajuće baze iznimno je složen proces. Također su potrebne profesionalne vještine u radu s metalom, jasno razumijevanje inženjerskih shema i tehnoloških suptilnosti izrade kotlovske opreme. Bez svega toga ne vrijedi ni započinjati posao.

Ako posjedujete potrebna znanja i vještine te možete dati vrijedan savjet o montaži piroliznog kotla drugim posjetiteljima stranice – molimo ostavite svoje komentare, podijelite tajne majstorstva, postavljajte pitanja u bloku ispod članka.