Пиролиз — это процесс разложения вещества под действием высокой температуры. Так учит нас классическая химия и физика. Котлы, использующие этот принцип, работают на дровах, они же и предполагаются для разложения при помощи пиролиза. В процессе разложения дров образуется газовая смесь, так называемый пиролизный газ, а также древесный уголь. Пиролизный газ является горючим веществом, при горении он выделяет тепло. Древесный уголь также горит в пиролизном котле и также образует тепло.
В чистом виде установка для сжигания пиролизного газа используется при производстве угля для мангалов и в специальных газогенераторах для автомобилей. В последних дрова используются там, где есть трудности с бензином, фактически машина может ехать на дровах. На практике это очень не экономично и связано с огромными трудностями. Ездить на бензине или сжиженном газе гораздо удобнее.
Газогенератор — это так называемая «чистая» пиролизная установка. В ней есть две раздельных камеры. Первая камера — топка, где находятся дрова. Там они разлагаются до угля практически без доступа кислорода или с очень малым доступом. Камера должна подогреваться до температуры примерно 300 градусов, чтобы дрова разлагались.
Вторая камера — камера сжигания газа. В ней образующийся при разложении дров газ сгорает, образуя тепло. Часть тепла идёт на подогрев первой камеры, часть может использоваться для прочих нужд. В случае с автомобильным газогенератором газ не полностью поступает в камеру, а часть его идёт в двигатель автомобиля в качестве топлива. Само собой разумеется, что такая установка будет иметь крайне низкий КПД, гораздо ниже, чем у бензинового двигателя или у простой паровой машины, и может быть использована только там, где нет бензина, но есть двигатель внутреннего сгорания, и другого выхода, как ехать на дровах, просто нет.
Пиролизный котёл
По сути это обычный котёл, в котором дрова разлагаются горением в два этапа:
- Разложение на уголь и пиролизный газ
- Сгорание угля
Разделение на эти два этапа происходит в разных камерах, которые, тем не менее, связаны между собой отверстиями для доступа газа из первой камеры во вторую. Таким образом, котёл состоит из первой камеры, так называемой топки, в которую подаётся так называемый «первичный воздух» для медленного горения, и второй камеры, газовой, в которую подаётся воздух для дожига газа.
Вторичный воздух подаётся в котёл обычно при помощи специальной форсунки, которая питается от электродвигателя. При помощи электродвигателя можно увеличивать или уменьшать тягу, тем самым увеличивая или уменьшая скорость и силу горения газа в камере. Теплообменник такого котла находится в газовой камере.
Газовая камера может быть выше или ниже топки. Камера, расположенная выше, обычно делается в котлах небольшой мощности. Камера ниже топки делается достаточно редко, и здесь необходимо обеспечить отсос пиролизного газа из топки для её нормального функционирования. Из-за этого конструкция с нижней камерой не так распространена, как с верхней, куда газ, разогретый в топке, поступает самотоком.
Разрушение легенд
Основной довод сторонников пиролизных котлов — это то, что газ сгорает от форсунки рядом с теплообменником, где температура в зоне горения в районе 1000 градусов. В то время как у обычного котла она в районе 800. Тем самым, как утверждается, обеспечивается лучшая теплопередача и КПД. Сторонники этих котлов утверждают, что достижим КПД в районе 95%.
Второй довод сторонников этих котлов — то, что они не требуют постоянной загрузки топки, то есть являются котлами длительного горения. На деле же любой котёл длительного горения, будь то пиролизный или не очень, будут давать очень низкий КПД как раз за счёт того, что топливо в них будет сгорать не полностью.
C+2H2+2O2=CO2+2H2O
Так выглядит типичная реакция горения. В итоге образуется углекислый газ и вода. Когда горение происходит не полностью, так называемая рекация длительного горения, образуется не углекислый газ, а угарный, CO, и чистый углерод С в виде сажи. Количество теплоты при таком разложении будет намного ниже, чем при обычном горении. А сажа будет накапливаться в котле и дымоходе.
Как результат, хотя топку придётся загружать реже, но дров при этом будет потребляться для обогрева больше, а вместо сэкономленного на загрузке времени придётся потратить гораздо больше времени на чистку котла. Здесь нет никаких «трюков», связанных с «пиролизностью» котла. Как становится ясно, чисто пиролизным газогенератором данный котёл не является, в нём происходит как сжигание дров, так и дожиг пиролизного газа.
Все они давали очень низкий КПД и большое количество угарного газа. В случае, когда дымоход постоянно засоряется сажей, тяга в таких устройствах становится невелика, и угарный газ всё больше попадает в помещение. В результате создаётся не только загрязнение окружающей среды, но и смертельная опасность хозяевам дома.
Второй довод сторонников пиролизных котлов — это то, что он в нём дрова сгорают полностью, даже золы не образуется. На самом деле это не так. Зола в нём образуется, но за счёт создания искусственной тяги она выходит в дымоход, являясь веществом, которое легко подхватывается потоками воздуха. В этом легко могут убедиться владельцы таких котлов — практически всегда возле трубы на крыше, покрытой снегом, будет зольная корка, или даже вся крыша будет чёрной от золы. В летнее время она будет периодически смываться дождями. Хорошо это или плохо — каждый решает сам, во всяком случае, из топки выгребать придётся меньше, но вокруг дома будет грязь.
КПД пиролизного котла — ещё один миф. В первую очередь из-за низкой температуры горения дров и большем количестве этапов, на каждом из которых можно потерять теплоту. При недостаточном количестве кислорода, в присутствии так называемого первичного воздуха, дрова сгорают не полностью, температура горения их ниже. В пиролизном газе львиную долю составляют не сгоревший углерод и угарный газ, который в газовой камере у форсунки окисляются до углекислого. Естественно, если бы всё это получалось в один этап, мы имели бы классическую реакцию горения с достаточным количеством кислорода, при котором максимально быстро дрова окислялись бы до углекислого газа и водных паров, и они выводились бы на крышу через трубу без последствий.
Высокая температура горения в пиролизном котле наблюдается не по всей площади, а в единственной малой точке — там, где воздух непосредственно из форсунки попадает в камеру. В остальных частях котла она будет ниже, чем в обычном котле, и очень неравномерна. Это является отрицательным фактором, вызывает неравномерный прогрев теплообменника и возможность образования пузырей, что может вызывать паровой взрыв и выход его из строя.
Причины высокого КПД котла
Высокий КПД котла по сравнению с «обычным» и меньшие затраты дров объясняются тем, что пиролизные котлы, изготовленные с применением современных материалов и технологий, ставились на месте старых, изношенных советских ещё котлов, печей, в результате да, действительно можно было наблюдать некоторую экономию.
Однако эта экономия будет не так заметна, если учесть, что кроме собственно дров пиролизный котёл потребляет энергию от электросети для обеспечения тяги форсунки. Даже если учесть низкую стоимость электроэнергии для сельских жителей, всё равно это будет достаточно существенная статья, тем более, если для добычи дров существует определённая квота там, где есть лес, и можно просто взять делянку и их напилить почти бесплатно, а за электричество придётся платить сполна.
Финальным гвоздём в крышку гроба всех пиролизных котлов будет их стоимость. Обычно она выше как минимум в два раза, чем у обычного котла прямого горения с теплообменником того же качества исполнения. При этом обычный котёл проще в обслуживании и не требует такой частой очистки, имеет фактически чуть выше КПД и чаще всего не потребует затрат на электровентилятор. В конце концов, если нет желания возиться с топкой, можно точно так же поставить там на автоматике режим регулировки подачи воздуха, чтобы дрова горели как можно дольше, и добиться ценой снижения КПД того же времени в 12 часов, о котором говорят производители котлов.
Действующие образцы
Существует немало конструкций этих котлов — котёл Гейзер пиролизного типа, котёл Попова, котёл Бастион. Большинство из них либо не производятся на настоящий момент, либо имеют «засекреченные» характеристики, ознакомиться с которыми покупатель сможет, только купив котёл вместе с его паспортом.
Одна из немногих фирм, которые согласились опубликовать характеристики своих котлов — это Buderus. Возьмём для примера их котёл Logano S 171.
У него указан вполне обычный для котла прямого горения КПД — 87%. И да, период сгорания дров далеко не длительный — три часа, как и в обычном подобном устройстве без всякого пиролиза. Мощность котла 50 кВт, а стоимость — $3500. За такие деньги можно купить себе хороший, просто отличный котёл обычного типа, и даже два, да ещё и смонтировать всю систему центрального отопления со всеми приборами.
Производитель на своём сайте даёт сравнительно честную информацию, что этот котёл по характеристикам не сильно отличается от обычного котла прямого горения. Ведь, в сущности, он таковым и является, ведь уголь, образующийся при пиролизе, тоже сгорает, а зачем тогда делать отдельную камеру, если всё равно происходит сгорание по примерно той же схеме, с теми же конечными продуктами реакции, что и в обычном котле? Если нет разницы — зачем платить больше?
Самодельные конструкции
Конечно, читатели наверняка зададутся вопросом — раз покупные пиролизные котлы такие дорогие, не проще ли сделать это всё самому? В итоге получится настоящий пиролизный котёл, и не надо будет платить в магазин такие деньги. Можно ответственно сказать — вряд ли это получится.
Дело в том, что для изготовления котла потребуется большое количество навыков по сварке, проектированию теплосетей. Работа по сварке теплообменника, корпуса котла соответствует квалификации сварщика 5-6 разряда. В лучшем случае получится просто буржуйка. Естественно, её КПД и эффективность, удобство в обслуживании будут ниже, чем у теплового прибора, спроектированного инженерами, прошедшего испытания, имеющего сертификат.
Зачем усложнять буржуйку элементами, которые не добавят ей эффективности? Если хочется так уж сделать самодельный котёл, то гораздо лучше будет изготовить обычный. Это будет проще, дешевле, меньше вероятность получить брак. А ещё лучше просто купить котёл в магазине. Обычный, не пиролизный. Это и гарантия производителя в безопасности изделия, и надёжность, и безопасность, и эффективность конструкции.