Pirolizni kotel z lastnimi rokami: zgradba, sheme, princip delovanja

Izraz 'piroliza' pomeni proces počasnega zgorevanja trdnega goriva s pridobivanjem plinske snovi. Kljub 'profesorskemu' imenu naprave je izdelava piroliznega kotla z lastnimi rokami relativno preprosta, domače izdelave pa so v praksi precej pogoste.

Razlaga je preprosta – plinski generator na drva je enostavnejši za vzdrževanje, pogosto učinkovitejši in ekonomičnejši od podobne opreme. Skupaj poglejmo, kako takšna oprema deluje in kaj potrebujemo za njeno izdelavo.

Načelo delovanja piroliznih kotlov

Kotli ogrevalnih sistemov, ki kot gorivo uporabljajo trdne gorljive materiale, poleg klasičnih sodijo tudi med pirolizne konstrukcije. Običajno jih imenujemo plinski generatorji.

Da bi bolje razumeli načelo delovanja domačega piroliznega kotla, je smiselno natančno pregledati sestavo takšne naprave. Začnimo z značilnostmi kurišča kot osrednjega dela ogrevalne konstrukcije. V bistvu je delovno območje gorivne komore piroliznih kotlov razdeljeno na dve ločeni komori.

Konstrukcija piroliznega kotla v prerezu: 1 – polnilna komora (pasivna), kjer poteka proces pirolize (nepopolnega gorenja); 2 – zgorevalna komora plina (aktivna), ki nastane pri procesu pirolize

Ena od teh komor se napolni s trdnim gorivom – drva, peleti, briketi itd. Tam se začne primarni proces gorenja trdnega goriva ob omejenem dovodu zraka. V tem stanju gorivo ne gori, ampak tli. Plini, ki se sproščajo pri počasnem gorenju, vstopajo v drugo območje komore – aktivno, kjer ob povečanem dovodu zraka intenzivno dogorevajo.

Tehnično se podoben proces zgorevanja izvaja na preprost način. Podobmočja skupne komore so preprosto ločena z rešetko in šobo. Zgornji del komore je pasivno kurišče, spodnji del komore je aktivno kurišče. Pri tem je treba upoštevati konstrukcijsko posebnost – zgornji dovod zraka v gorivno komoro (zgornje pihanje).

Pravzaprav se po tem konstrukcija plinskega generatorja razlikuje od klasične enokomorne zasnove, kjer se uporablja spodnji dovod.

Klasična konstrukcija zračne črpalke (pogosto jo imenujejo ventilator, vendar je to tehnično napačno ime), ki se uporablja v shemi piroliznega kotla. To je pomemben del, ki zagotavlja učinkovitost delovanja opreme.

Tehnološko je za napravo piroliznih kotlov značilna tudi organizacija prisilnega vleka. Konstrukcija dvostopenjskega kurišča ima povečan aerodinamični upor. Zato tukaj ne gre brez namestitve zračne črpalke.

Kako kotel deluje v praksi?

Praktično uporabo opreme je priročno pregledati po korakih:

1. Polaganje drv – namestitev na rešetko zgornjega dela komore.
2. Vžig goriva in zagon dimne črpalke.
3. Nastajanje lesnega plina pri temperaturi 250-850 °C.
4. Prehod lesnega plina v spodnji del kurišča.
5. Zgorevanje lesnega plina z dodatnim dovajanjem zraka.

Nato se toplota, pridobljena v spodnjem delu gorivne komore, uporablja za ogrevanje ogrevalnega medija. Ogrevalni medij je lahko vodno ali zračno okolje.

1 – aktivna komora; 2 – vhod vode; 3 – sekundarni zrak; 4 – dimnik; 5 – izstopna cev; 6 – dušilna loputa; 7 – izhod vode; 8, 9 – senzorja; 10 – termostat; 11 – vrata pasivne komore; 12 – primarni zrak; 13 – pasivna komora; 14 – zračna črpalka; 15 – krog toplotnega izmenjevalnika; 16 – šoba; 17 – vrata aktivne komore

Če pogledamo vse obstoječe konstrukcije domačih kotlov na trda goriva, je glavna alternativa piroliznemu kotlu konstrukcija tradicionalne izvedbe.

To je podobna različica kotla na drva, kjer deluje eno nerazdeljeno kurišče in deluje princip spodnjega dovajanja zraka v zgorevalno komoro. Vendar se tak sistem šteje za manj učinkovitega in neekonomičnega zaradi hitrega zgorevanja goriva.

Pirolizni kotel lahko doseže izkoristek na ravni 85-95 % pri pogoju 100 % obremenitve. Vendar izkoristek močno pade, če je obremenitev manjša od 50 %. Prav zato proizvajalci pirolizne tehnike priporočajo uporabnikom, da opremo uporabljajo z največjo obremenitvijo.

Podoben pristop velja tudi za domače konstrukcije pod pogojem, da v celoti ustrezajo klasični pirolizni shemi in zahtevam obratovanja.

Za »pirolize« so zahteve obratovanja, treba je opozoriti, precej stroge:

• obvezna oprema z zračno črpalko;
• dovoljena vlažnost goriva največ 25-35%;
• obremenitev opreme ne nižja od 50%;
• temperatura povratnega ogrevalnega medija ne nižja od 60 °C;
• polnjenje samo z velikimi kosi goriva.

Prav tako je treba omeniti visoko ceno piroliznih sistemov industrijske izdelave. Verjetno zato uživa veliko priljubljenost možnost “naredi sam”.

Samostojno izdelan pirolizni kotel

Praviloma pri izdelavi tovrstne ogrevalne tehnike z lastnimi rokami za osnovo vzamemo priljubljeno Beljajevo shemo. Ne moremo reči, da gre za preprosto rešitev, ki omogoča brez težav izdelati grelec. Vendar je to verjetno ena tistih rešitev, ki jo je res mogoče uresničiti.

Tridimenzionalna shema piroliznega kotla za izdelavo z lastnimi rokami. To je ena od preprostih variants shem, ki jo je mogoče izdelati v domačih pogojih samostojno.

Za izdelavo opreme po tej shemi mojster potrebuje:

• kovinsko cev (d = 32; 57; 159 mm);
• profilno cev (s = 60×30; 80×40; 20×20 mm);
• jekleni trak (20×4; 30×4; 80×5 mm);
• šamotno opeko;
• kovinska pločevina;
• zračno črpalko;
• temperaturni senzor.

Prav tako je treba imeti celoten komplet ključavničarskega orodja in varilno napravo (ter veščine varilca). Dela pri izdelavi piroliznega kotla z lastnimi rokami očitno ne bo zmogel sam. Potrebuje vsaj enega pomočnika.

Najprej je treba v skladu z izbrano shemo pripraviti ploščate dele konstrukcije. Priporočljivo je pripraviti ploščate panele, tako da jih razrežemo na velikost s profesionalno natančno opremo.

Uporaba ročnega orodja, kot je "bolgarka", za rezanje zahteva tudi nekaj spretnosti in upoštevanje varnostnih pravil pri delu, vendar ne zagotavlja natančnosti reza, kar kasneje vpliva na kakovost izvedbe varjenja. Ta trenutek je treba upoštevati. Smiselna rešitev za rezanje kovinskih pločevin je naročilo v mehanični delavnici.

Sestavljanje notranjih delov opreme

Iz enega dela kovinskih pločevin je treba narediti zgorevalno komoro. Material, sorazmeren s parametri sheme, se poveže in vari. Nastala mora dvokomorna konstrukcija, ki jo je treba dopolniti z zračnimi kanali.

Ti elementi zgorevalne komore so izdelani iz kovinskega kanala ali pa se za izdelavo uporabi profilna cev. Po celotni površini čelne strani zračnega kanala se izvrtajo luknje.

Zračni kanali znotraj kuriščne komore. Po teh kanalih se dovaja zrak s pomočjo zračne črpalke. Za enakomerno porazdelitev zračnega toka po celotni dolžini kanala se izvrtajo luknje.

Nižje, v območju aktivne kuriščne komore, na steni, ki je nameščena prečno na zračne kanale, se zareže kovinska cev (sekundarni dovod zraka). Nato se začne delo s cevmi, ker je prišla na vrsto montaža cevnega toplotnega izmenjevalca.

Ta del piroliznega sistema je izdelan iz kovinskih cevi d=57 mm:

1. Vzameta se dve kovinski plošči v velikosti risbe in se označita.
2. Na podlagi oznak za razporeditev cevi se v plošči izrežejo luknje d=60 mm.
3. Cevi d=57 mm se narežejo na dolžino.
4. Konci cevi se vstavijo v luknje ene plošče in se prevarijo.
5. Postopek se ponovi z drugo ploščo.

Na koncu mora nastati gotov toplotni izmenjevalec, ki je pritrjen na ohišje kotla tam, kjer to kaže shema.

Primer izdelave toplotnega izmenjevalca iz dveh jeklenih plošč in cevi, narezanih na mero. Tu je potrebno kakovostno varjenje, da med kasnejšim obratovanjem kotla ne bi prišlo do težav.

Poleg toplotnega izmenjevalca (na zgornjem nivoju) se namesti dušilna loputa. Ta del je opremljen z ročajem in je tudi privarjen na konstrukcijo. Čelni del ohišja dušilke se zapre s kosom pločevine s priključkom za dimnik.

Nato ostane le še privariti sprednjo ploščo gorivne komore z okni za vrata za vsako od dveh sekcij in modulom za zračno črpalko.

Nameščen toplotni izmenjevalec in del konstrukcije dušilne lopute. Varianta nastavitvenega mehanizma v obliki ročnega vzvoda z možnostjo fiksacije lopute v katerem koli položaju.

Pred namestitvijo sprednje plošče je treba notranji del zgorevalnih komor okrepiti s šamotno opeko. Ta material se reže na mero, del pod kotom. Opeka se obdela in prilagodi na mesto polaganja.

Z obdelavo s šamotno opeko se obdelujeta obe delovni sekciji gorivne komore kotla. Pri tem se skrbno obložijo območja loput zračnih odvodnih (dovodnih) cevi. Po oblaganju z opeko se namesti sprednja plošča.

Primer oblaganja notranjega območja gorivne komore s šamotno opeko. Opečna obloga ščiti stene komore piroliznega kotla pred morebitnim pregorom med dolgotrajnim obratovanjem.

V bistvu se lahko glavna montaža piroliznega kotla na tej stopnji šteje za zaključeno. Sestavljeno konstrukcijo je treba obdelati – odstraniti žlindro od varjenja, očistiti varilne šive, poravnati, če so kje prisotne manjše neravnine.

V naslednji fazi – zapiranje sestavljene konstrukcije v tesno ohišje. Ta del konstrukcije je prav tako izdelan iz kovinskih plošč. Vendar je prej potreben tlačni preizkus.

Testiranje in končna sestava konstrukcije

Sestavljeno konstrukcijo je treba preizkusiti. Obvezni ukrepi – preverjanje tesnosti območja kotla, kjer naj kroži nosilec toplote. Za izvedbo tlačnega preizkusa toplotnega izmenjevalca se začasno namestijo zamaški na priključkih za dovod in povratek nosilca toplote.

Nato se toplotni izmenjevalec napolni z vodo. Priporočljivo je uporabiti toplo vodo iz ogrevalnega omrežja ali omrežja sanitarne tople vode, da bi lahko preverili varilne šive v pogojih toplotnega raztezanja kovine.

Sprednji del skoraj dokončane konstrukcije z izpeljanimi priključki za dovod zraka v delovne komore. Okna sekcij gorivne komore so za zdaj še brez vrat. To konstrukcijo bodo obložili s ploščami ohišja.

Če ni puščanj na spojih toplotnega izmenjevalnika, vodo izpustijo in začnejo z oblaganjem konstrukcije piroliznega kotla z zunanjimi kovinskimi ploščami. Na tej stopnji se izdelujejo in nameščajo tudi vrata oken sekcij zgorevalne komore.

Vrata pirolizne naprave morajo biti izdelana ob upoštevanju visokotemperaturnih pogojev delovanja. Zato te konstrukcijske elemente običajno izdelujejo (ali uporabljajo že izdelane) iz litega železa z dodatno temperaturno ojačitvijo iz šamotne opeke.

Primer konstrukcije vrat ene od sekcij gorivne komore piroliznega kotla. Za okrepitev zaščite pred vplivom visoke temperature zgorevalnega procesa se poleg kovine uporablja šamotna opeka.

Zaključna faza – namestitev piroliznega kotla na mestu njegove bodoče uporabe. Montaža konstrukcije poteka na temelju ali na betonski plošči. Priporočljivo je, da višina temelja (plošče) glede na nivo tal ni manjša od 100 mm.

Po namestitvi in uravnoteženju po nivojih se spodnji del kotla pritrdi na temelj. Preostane še priključitev dimnika, namestitev zračne črpalke in priključitev dovodnih/izhodnih linij prenosnika toplote.

Pirolizni kotel, popolnoma zaprt v kovinsko ohišje in pripravljen za namestitev na delovno mesto. Kot podporni elementi pritrditve so na ohišje privarjeni kotni zatiči.

Samostojna izdelava pirolizne konstrukcije kotla je delo, ki zahteva velik vložek truda. Seveda ne more brez režijskih stroškov v smislu finančnih sredstev.

Morda bodo stroški za nakup materiala in uporabo zunanjih storitev manjši od cene industrijsko izdelane opreme. Vendar bo razlika najverjetneje ne tako bistvena. A glavno vprašanje ni denar.

Zaključki in koristen video na to temo

O samostojni izdelavi piroliznega kotla:

Tehnično je samostojna proizvodnja piroliznih kotlov brez ustrezne baze izredno zahteven proces. Potrebne so tudi strokovne veščine pri delu s kovino, natančno razumevanje inženirskih shem in tehnoloških podrobnosti izdelave kotlovske opreme. Brez vsega tega se sploh ne splača lotiti dela.

Če imate potrebna znanja in spretnosti ter lahko drugim obiskovalcem spletnega mesta podate dragocen nasvet o sestavljanju piroliznega kotla – prosim, pustite svoje komentarje, delite skrivnosti obrti, postavljajte vprašanja v razdelku pod člankom.