Pirolizni ogrevalni kotli: princip delovanja in vrste kotlov z dolgim gorenjem

Leti minevajo, znanost in tehnika napredujeta, a trdna goriva so še vedno iskana. Kuriti drva v tradicionalni peči ali v preprosti peči ni preveč učinkovito, a situacijo so spremenili pirolizni ogrevalni kotli – naprave se odlikujejo z visokim izkoristkom in relativno preprostim delovanjem.

Strinjate se, to so dovolj pomembni argumenti pri urejanju avtonomnega ogrevanja. Če iščete učinkovit kotel za dom, potem se je vredno podrobneje ozreti na pirolizne kotle.

Povedali vam bomo, kako so urejene in delujejo naprave za dolgotrajno gorenje, v čem so njihove tehnično-obratovalne značilnosti, in predstavili pregled najbolj ocenjenih modelov domačih in tujih proizvajalcev.

Kaj je piroliza

Drva – to je morda najstarejše gorivo v človeški zgodovini. Skoraj vsakdo ve, kako hitro zgorijo na prostem, in da se pri tem ne sprosti prav veliko toplote. Toda situacija se korenito spremeni, če ustvarimo drugačne pogoje za proces gorenja.

Tako imenovano pirolizno gorenje poteka v zaprtih komorah. Vanje naložijo drva ali drugo trdno gorivo podobnega tipa: pelete, žagovino, odpadke lesne proizvodnje in podobno.

Gorivo prižgejo in nato zmanjšajo količino zraka, ki vstopa v komoro.

Kot je znano, pri gorenju potekajo oksidacijski procesi, pri čemer je eden glavnih udeležencev – kisik, ki ga vsebuje zrak. Če je kisika malo, se reakcija upočasni in drva gorijo počasi, dejansko v takšnih pogojih le tlejo. Pri tem se sprosti nekaj toplotne energije, pepel in gorljiv plin.

Proces pirolize se s tem ne konča. Plin, pridobljen pri zgorevanju primarnega goriva, se pomeša z zračnimi masami in prav tako zgori. Kot rezultat se sprosti bistveno več toplotne energije kot pri delovanju standardnih toplotnih generatorjev.

Zato pirolizni kotli kažejo zelo dober izkoristek v primerjavi s svojimi čisto trdogorivnimi “sorodniki” in pogosto omogočajo občuten prihranek pri ogrevanju.

Prednost ogrevalne tehnike tega tipa je v tem, da sta njen princip delovanja in konstrukcija relativno preprosta. Količina zraka, ki vstopa v zgorevalne komore, se uravnava z običajno mehansko loputo. Preprosta konstrukcija zagotavlja zanesljivost naprave, okvare pri piroliznih kotlih – so redek pojav.

Ta shema nazorno prikazuje vse stopnje procesa piroliznega gorenja. Temperatura v napravi lahko doseže 1200°C (+)

Še ena “prednost” piroliznih kotlov – dolgotrajno obdobje gorenja. Popolna napolnitev naprave z gorivom omogoča, da v proces ni treba posegati več ur, včasih tudi več kot en dan, torej ni treba nenehno dodajati drv v kurišče, kot se to dogaja pri odprtem gorenju.

Seveda to ne pomeni, da lahko pirolizni kotel pustite brez nadzora. Tako kot pri drugi ogrevalni tehniki tudi tukaj veljajo stroga pravila varnosti.

Vredno si je zapomniti, da pirolizni kotel ni vsejedi – vlažnost goriva mora biti nizka. V nasprotnem primeru bo del dragocene toplotne energije porabljen ne za ogrevanje toplotnega nosilca, ampak za sušenje goriva.

Kotli za pirolizno gorenje, zlasti tisti iz litega železa, imajo precejšnjo fizično težo, zato so vedno na voljo le kot talni modeli.

Pri izvedbi piroliznega gorenja gorivo zgori skoraj v celoti, napravo bo treba čistiti veliko redkeje kot pri uporabi tradicionalnega kotla na trdno gorivo. Drobni pepel, pridobljen po čiščenju, se uporablja kot gnojilo. Gorenje goriva v takšnih kotlih poteka v smeri od zgoraj navzdol.

Zato so možnosti za naravno kroženje zraka v kurišču precej omejene. Uporaba prisilnega dovajanja zraka s pomočjo ventilatorja bistveno izboljša učinkovitost delovanja naprave, vendar s tem naredi kotel odvisen od energije, saj za delovanje ventilatorja potrebuje električno energijo.

Zgradba in delovanje piroliznega kotla

Kurišče piroliznega kotla je razdeljeno na dva prekata. V prvem zgorevajo drva, v drugem pa poteka sekundarno zgorevanje mešanice piroliznih plinov in zraka. Prvo komoro od druge ločuje rešetka, na katero se polaga gorivo.

Zrak se običajno dovaja prisilno s pomočjo majhnega ventilatorja. Čeprav pri majhnih modelih včasih za ustvarjanje vleke uporabljajo dimni sesalnik.

Na tem diagramu je prikazana zgradba piroliznega kotla s spodnjim gorenjem. Drva počasi zgorevajo ob majhni količini kisika in sproščajo gorljiv plin (+)

Prisotnost prisilnega prezračevanja lahko štejemo za glavno razliko piroliznega kotla od klasičnega modela na trdna goriva. Ohišje naprave je sestavljeno iz dveh delov, vstavljenih drug v drugega. Prostor med stenami se napolni s toplotnim nosilcem, katerega vlogo tradicionalno opravlja voda.

Najprej v prvi prekat kurišča piroliznega kotla naložijo gorivo, nato vklopijo ventilator in prižgejo gorivo. Nastali gorljivi plini se premaknejo v drugi prekat, pomešajo z zrakom in zgorijo.

Temperatura gorenja lahko doseže 1200 °C. Voda, ki se nahaja v zunanjem toplotnem izmenjevalniku, se segreje in kroži po ogrevalnem sistemu hiše. Ostanki produktov zgorevanja se odstranijo skozi dimnik.

Napravam, ki pri svojem delovanju uporabljajo pirolizno načelo gorenja, lahko očitamo relativno visoko ceno. Običajni kotel na trdna goriva stane bistveno manj. Toda v kotlih z dolgotrajnim gorenjem drva zgorijo skoraj popolnoma, česar za klasični kotel ne moremo trditi.

Za drva za pirolizni kotel so postavljene določene zahteve glede velikosti in vlage. Podrobnejše informacije lahko najdete v navodilih proizvajalca.

Izbirajoč pirolizni kotel, ne pozabite, da so poceni modeli majhne moči običajno zasnovani samo za drva. Drage modifikacije lahko delujejo na različnih vrstah goriva.

Poleg tega bo treba gorivo v napravo naložiti maksimalno, zmanjšanje obremenitve vodi do povečanega nastajanja pepela in saj ter negativno vpliva na delovanje agregata kot celote.

Kotli z zgornjim gorenjem

Ena od različic pirolizne naprave – kotel z zgornjim gorenjem. Načelo delovanja teh dveh agregatov je zelo podobno.

Na enak način se v kurišče naloži velika količina trdnega goriva z nizko vlažnostjo, zrak se prisilno vpihuje in omogoča tlenje goriva pri zmanjšani količini kisika. Zapiralo, ki uravnava pretok kisika, se namesti v ustrezen položaj.

Shema naprave kotla z zgornjim gorenjem. Kurišče takega kotla ima slepo dno, delci produktov zgorevanja se odstranjujejo skozi dimnik (+)

Toda kotli z dolgotrajnim gorenjem nimajo niti pepelnika niti rešetke. Dno predstavlja slepa kovinska plošča. Takšni kotli so zasnovani tako, da les zgori popolnoma, preostalo majhno količino pepela v kurišču pa odpihne zrak.

Takšne naprave se odlikujejo po visokem izkoristku in delujejo tudi pri temperaturah nad 1000 °C.

Glavna značilnost takšnih naprav – dejansko zagotavljajo dolgo življenjsko dobo ob polni obremenitvi. Gorivna komora v takšnih napravah je običajno izdelana v obliki valja.

Vanjo se od zgoraj naloži gorivo, prav tako od zgoraj, po sredini, se vpihuje zrak, potreben za gorenje.

V kotlih z zgornjim gorenjem je naprava za vpihovanje zraka – premični element, ki se spušča navzdol, ko drva zgorijo.

Na ta način poteka počasno tlenje zgornje plasti goriva. Gorivo postopoma zgori, njegova raven v kurišču se znižuje. Hkrati se spreminja tudi položaj naprave za dovod zraka v kurišče; ta element je v takšnih modelih premičen in praktično leži na zgornji plasti drv.

Druga stopnja gorenja poteka v zgornjem delu kurišča, ki je ločen od spodnjega predela z debelim kovinskim diskom. Vroči pirolizni plini, ki so nastali pri zgorevanju goriva spodaj, se širijo in premikajo navzgor.

Tukaj se pomešajo z zrakom in zgorijo, pri čemer dodatno prenesejo na toplotni izmenjevalec soliden delež toplotne energije.

Nosilec, ki drži disk, ki deli zgorevalno komoro na dva dela, kot tudi sam ta disk, je med delovanjem kotla z zgornjim gorenjem nenehno izpostavljen visokim temperaturam. Sčasoma ti elementi zgorijo, zato jih bo treba občasno zamenjati.

Na izhodu iz drugega dela gorivne komore je običajno nameščen regulator vleka. To je avtomatska naprava, ki določa temperaturo toplotnega nosilca in na podlagi pridobljenih podatkov uravnava intenzivnost gibanja gorilnega plina. Ščiti napravo pred morebitnim pregrevanjem.

Omeniti velja, da zunanji toplotni izmenjevalec v takšnih kotlih reagira na spremembo hitrosti kroženja tekočine v toplotnem izmenjevalcu, torej na nihanja temperature. Na površini naprave se takoj tvori plast kondenzata, ki povzroča korozijo, zlasti če gre za jeklene kotle.

Bolje je vzeti napravo iz litega železa, ki se precej bolje upira takšnim vplivom.

Čeprav naj bi gorivo v piroliznih kotlih dolgega gorenja zgorelo brez ostanka, v praksi ni vedno tako. Včasih se pepel strdi in tvori delce, ki jih je težko odstraniti s pomočjo zračnega toka.

Če se v kurišču nabere velika količina takšnih ostankov, lahko opazimo občutno zmanjšanje toplotnega izkoristka agregata. Zato je treba kotel z zgornjim gorenjem občasno vseeno očistiti.

Značilnost naprav tega tipa je, da med gorenjem goriva lahko dodajamo gorivo, ne da bi čakali, da zgori celotna naložba. To je priročno, ko se je treba znebiti vnetljivih gospodinjskih odpadkov.

Obstajajo tudi različice kotlov z zgornjim gorenjem, ki ne delujejo samo na lesno gorivo, ampak tudi na premog. Zapletenih avtomatskih krmilnih enot v piroliznih kotlih tega tipa ni, zato so resne okvare izjemno redke.

Zasnova kotla z zgornjim gorenjem omogoča delno polnjenje kurišča, če je to potrebno. Vendar v tem primeru vžig zgornje plasti goriva morda ne bo enostaven. Gorivo mora biti posušeno, drva iz odprtega drvarnika niso primerna za tak kotel.

Prav tako za to vrsto opreme ne smemo uporabljati goriva velikih frakcij, torej je treba drva obvezno cepiti na majhne kose.

Značilnosti uporabe plinskogeneratorskih kotlov

Učinkovitost delovanja piroliznega kotla je v veliki meri odvisna od vrste in kakovosti goriva. Tehnično je mogoče v kurišče naložiti ne le les, ampak tudi premog in celo šoto, večina sodobnih modelov kotlov je zasnovana za uporabo več vrst goriva.

Les zgori približno v 5–6 urah, odvisno od vrste. Čim trši je les, tem dlje gori.

Sodobni modeli piroliznih kotlov lahko delujejo na različne vrste lesnega goriva: drva, brikete, pelete, premog, šoto in podobno.

Približno deset ur bo potrebnih za zgorevanje črnega premoga, enaka količina rjavega premoga pa bo tlela osem ur. V praksi pirolizna tehnika kaže najvišji toplotni izkoristek pri polnjenju s suhim lesom. Za optimalna veljajo drva z vlažnostjo največ 20 % in dolžino približno 45–65 cm.

Če takega goriva ni na voljo, lahko uporabite premog ali drugo organsko gorivo: posebne brikete iz žagovine in lesne pelete, odpadke pri obdelavi lesa, šoto, materiale s celulozo in podobno.

Pred začetkom obratovanja kotla je treba natančno preučiti priporočila proizvajalca naprave glede goriva.

V kotlih za pirolizno zgorevanje je dovod zraka reguliran z navadnimi mehanskimi loputami. Odsotnost zapletene elektronike zagotavlja visoko odpornost naprave na okvare.

Preveč vlažno gorivo v takšnih napravah ni dovoljeno. Pri njegovem zgorevanju v kurišču nastanejo dodatne vodne pare, ki prispevajo k nastanku stranskih produktov, kot sta katran in saje.

Stene kotla se umažejo, prenos toplote se zmanjša, sčasoma lahko kotel celo preneha delovati in ugasne.

Če za pirolizni kotel uporabljate drva s previsoko vlažnostjo, bodo znotraj naprave nastali pogoji za nastanek katrana, ki bo poslabšal prenos toplote naprave in lahko privede do okvar.

Če je v kurišče naloženo suho gorivo in je kotel pravilno nastavljen, bo pirolizni plin, ki nastane pri delovanju naprave, dajal plamen rumeno-bele barve. Takšno zgorevanje spremlja zanemarljivo sproščanje stranskih produktov zgorevanja goriva.

Če je barva plamena drugačna, je smiselno preveriti kakovost goriva in nastavitve naprave.

Pirolizni plini, pomešani z zrakom, gorijo z enakomernim rumeno-belim plamenom. Če se je barva plamena spremenila, je morda treba preveriti nastavitve kotla ali kakovost goriva.

Za razliko od običajnih naprav na trdo gorivo je treba pred nalaganjem drv v pirolizne kotle na trdo gorivo kurišče ogreti.

Za to izvedite naslednje korake:

1. Na dno kurišča naložite drobno suho netivo (papir, sekanci in podobno).
2. Prižgite ga s pomočjo bakle iz podobnih materialov.
3. Zaprite vratca zgorevalne komore.
4. Vratca nakladalne komore pustite nekoliko priprta.
5. Dodajajte netivo po delih, ko zgori.
6. Postopek ponavljajte, dokler se na dnu ne tvori plast tlečega oglja.

Do tega trenutka se kurišče segreje na približno 500–800°C, kar ustvari pogoje za nalaganje glavnega goriva. Za prižiganje netiva ne uporabljajte bencina, kerozina ali drugih podobnih tekočih snovi. Preden začnete segrevati kurišče kotla z dolgotrajnim zgorevanjem, se prepričajte, da je naprava pripravljena za uporabo.

Značilnost piroliznih kotlov je majhna količina pepela, kar olajša postopek čiščenja naprave in njenega vzdrževanja.

Za to preverite obstoj vleka, tesnost vratc, delovanje zapornih mehanizmov in regulacijske opreme ter prisotnost toplotnega nosilca v ogrevalnem sistemu in podobno.

Nato vklopite termoregulator, da se prepričate, da je naprava pod napetostjo. Nato odprite loputo za neposredni vlek in prezračujte kotel 5–10 minut.

Pregled priljubljenih modelov

Treba je razumeti, da je vsak pirolizni kotel – dokaj težka naprava, ki ni namenjena obešanju na steno. Take naprave lahko uporabljate tako za ogrevanje manjše hiše kot za prostorne vikende. Tako kot druge ogrevalne naprave se kotli z dolgim gorenjem razlikujejo po moči.

Pri izbiri kotla za pirolizno gorenje se morate ravnati po kazalnikih, kot so toplotna moč naprave, dimenzije polnilne komore, prisotnost drugega kroga in podobno.

Na ta kazalnik se kupci običajno osredotočijo.

Med priljubljenimi modeli takšne opreme je treba omeniti:

• Atmos (Ukrajina) – zajema naprave, ki lahko delujejo na drva in premog, moč pa se giblje od 14 do 75 kilovatov.
• Attack (Slovaška) – lahko ogrevajo površine do 950 m², nekatere zmorejo delovati tudi ob izpadih električne energije.
• Bosch (Nemčija) – visokokakovostni izdelki znane blagovne znamke, moč se giblje od 21 do 38 kilovatov.
• Buderus (Nemčija) ima liniji Elektromet in Logano. Prva je v Evropi dobro znana kot klasična različica piroliznega kotla, druga pa so sodobnejše različice, namenjene zasebnim hišam.
• Gefest (Ukrajina) – visokozmogljive naprave z izkoristkom do 95%.
• KT-2E (Rusija) je posebej zasnovan za velike stanovanjske prostore, moč naprave je 95 kilovatov.
• Opop (Češka) – razmeroma poceni kotli, zanesljivi in trpežni, moč 25–45 kilovatov.
• Stropuva (proizvodnje Litve ali Ukrajine) z močjo od sedmih kilovatov so povsem primerni za manjšo hišo, vendar so v modelni paleti na voljo tudi močnejše naprave.
• Viessmann (Nemčija) – idealna izbira za zasebna stanovanjska posestva, moč se začne pri 12 kilovatih, uporaba sodobnih tehnologij omogoča prihranek goriva.
• “Buran” (Ukrajina) z močjo do 40 kilovatov je še ena priljubljena možnost za lastnike velikih vikendov.
• “Logika” (Poljska) visokozmogljive naprave z 20 kilovati z lahkoto ogrevajo prostore do 2000 m², to je bolj kotel za industrijske potrebe: ogrevanje delavnic, pisarn, rastlinjakov itd.

Pri izbiri piroliznega kotla za zasebno hišo bodite pozorni na modele z dvema krogoma, da poleg ogrevanja bivališča zagotovite tudi avtonomno oskrbo s toplo vodo.

Toplotni izmenjevalec za sanitarno toplo vodo je lahko akumulacijskega ali pretočnega tipa. Za slednjo možnost se uporabljajo modeli kotlov s povečano toplotno močjo.

Če želite prihraniti denar, lahko poskusite izdelati pirolizni kotel sami. Tehnologija njegove montaže je opisana v tem članku.

Zaključki in koristen video na to temo

Na tem videu je nazorno prikazan princip delovanja piroliznega kotla:

Podroben pregled delovanja kotla z zgornjim zgorevanjem si lahko ogledate tukaj:

Pirolizni kotli niso poceni, vendar popolnoma upravičijo vložena sredstva. Ob pravilni namestitvi in vzdrževanju bodo takšne naprave zagotovile domu stabilno in poceni toploto.

Iščete pirolizni kotel za ogrevanje doma? Ali imate izkušnje z uporabo takšnih naprav? Prosimo, pustite komentarje k članku in delite svoje vtise o uporabi piroliznih kotlov. Obrazec za povratne informacije se nahaja v spodnjem bloku.