Pyrolýzny kotol vlastnými rukami: zariadenie, schémy, princíp činnosti

Termín «pyrolýza» označuje proces, pri ktorom dochádza k pomalému spaľovaniu tuhého paliva s tvorbou plynného prostredia. Napriek «profesorskému» názvu zariadenia je výroba pyrolýzneho kotla vlastnými rukami pomerne jednoduchá a domáce výrobky sa v praxi vyskytujú pomerne často.

Vysvetlenie je jednoduché – plynový generátorový kotol na drevo je jednoduchší na údržbu, často efektívnejší a hospodárnejší ako iné podobné zariadenia. Poďme spolu zistiť, ako takéto zariadenie funguje a čo bude potrebné na jeho výrobu.

Princíp činnosti pyrolýznych kotlov

Kotly vykurovacích systémov, kde sa ako palivo používajú tuhé horľavé materiály, okrem klasických patria aj medzi pyrolýzne konštrukcie. Zvyčajne sa nazývajú plynové generátorové kotly.

Aby sme lepšie pochopili princíp práce domáceho pyrolýzneho kotla, je logické pozorne preskúmať konštrukciu takéhoto zariadenia. Začneme s vlastnosťami ohniska ako základnej časti vykurovacej konštrukcie. V podstate sa pracovný priestor palivovej komory pyrolýznych kotlov delí na dve oddelené komory.

Konštrukcia pyrolýzneho kotla v reze: 1 – plniaca komora (pasívna), kde prebieha proces pyrolýzy (nedokonalého horenia); 2 – spaľovacia komora plynu (aktívna), ktorý vzniká počas procesu pyrolýzy.

Jedna z takýchto komôr sa plní tuhým palivom – drevom, peletami, briketami a pod. Tam začína primárny proces horenia tuhého paliva pri obmedzenom prívode vzduchu. V takomto stave palivo nehorí, ale tlie. Plyny uvoľňujúce sa pri pomalom horení vstupujú do druhej oblasti komory – aktívnej, kde už pri zvýšenom prívode vzduchu intenzívne dohoriavajú.

Technicky sa tento proces spaľovania realizuje jednoduchým spôsobom. Podoblasti spoločnej komory sa jednoducho oddeľujú roštovou mriežkou a dýzou. Horná časť komory – pasívne ohnisko, dolná časť komory – aktívne ohnisko. Pritom treba zohľadniť konštrukčnú zvláštnosť – horný prívod vzduchu do palivovej komory (horné dúchanie).

V podstate sa tým líši konštrukcia plynového generátorového kotla od klasického jednokomorového riešenia, kde sa používa spodný prívod.

Klasická konštrukcia vzduchového čerpadla (často sa nazýva – ventilátor, ale technicky je to nesprávne pomenovanie), ktorá sa používa v schéme pyrolýzneho kotla. Je to dôležitá súčiastka zabezpečujúca efektívnosť prevádzky zariadenia.

Technologicky je pre zariadenie pyrolýznych kotlov charakteristickým momentom aj organizácia núteného ťahu. Konštrukcia dvojstupňového ohniska má zvýšený aerodynamický odpor. Preto sa tu nemožno zaobísť bez inštalácie vzduchového čerpadla.

Ako funguje kotol v praxi?

Praktické použitie zariadenia je vhodné preskúmať postupným procesom:

1. Nakladanie dreva – uloženie na rošt hornej časti komory.
2. Zapálenie paliva a spustenie dymového čerpadla.
3. Vznik drevného plynu pri teplote 250-850 °C.
4. Prechod drevného plynu do spodnej časti ohniska.
5. Spaľovanie drevného plynu pri dodatočnom prívode vzduchu.

Následne sa teplo získané v spodnej časti palivovej komory využíva na ohrev teplonosného média. Teplonosným médiom môže byť vodné prostredie, ako aj vzdušné.

1 – aktívna komora; 2 – vstup vody; 3 – sekundárny vzduch; 4 – dymovod; 5 – výstupné hrdlo; 6 – škrtiaca klapka; 7 – výstup vody; 8, 9 – snímače; 10 – termoregulátor; 11 – dvere pasívnej komory; 12 – primárny vzduch; 13 – pasívna komora; 14 – vzduchové čerpadlo; 15 – okruh výmenníka tepla; 16 – dýza; 17 – dvere aktívnej komory

Ak sa pozrieme na všetky existujúce konštrukcie domácich kotlov na tuhé palivo, hlavnou alternatívou k pyrolýznemu kotlu je konštrukcia tradičného prevedenia.

Je to podobný variant kotla na drevo, kde funguje jedno nerozdelené ohnisko a platí princíp spodného prívodu vzduchu do spaľovacej komory. Takýto systém sa považuje za menej účinný a nehospodárny z dôvodu rýchleho spaľovania paliva.

Pyrolýzny kotol je schopný dosahovať účinnosť na úrovni 85-95 % pri 100 % zaťažení. Avšak účinnosť prudko klesá, ak zaťaženie tvorí menej ako 50 %. Práve preto výrobcovia pyrolýznej techniky odporúčajú používateľom prevádzkovať zariadenie s maximálnym zaťažením.

Podobný prístup platí aj pre vlastnoručne vyrobené konštrukcie, za predpokladu ich úplného súladu s klasickou pyrolýznou schémou a požiadavkami prevádzky.

Pre «pyrolýzu» sú požiadavky prevádzky, treba poznamenať, dosť prísne:

• povinné vybavenie vzduchovým čerpadlom;
• prípustná vlhkosť paliva nie vyššia ako 25-35%;
• zaťaženie zariadenia nie nižšie ako 50%;
• teplota vratného teplonosného média nie nižšia ako 60 °C;
• nakladanie len veľkým palivovým celkom.

Taktiež treba poznamenať vysokú cenu pyrolýznych systémov priemyselnej výroby. Pravdepodobne preto je veľmi populárny variant “urob si sám”.

Domácky pyrolýzny kotol

Spravidla sa pri výrobe takejto vykurovacej techniky vlastnými rukami berie za základ populárna schéma Beljajeva. Nemožno povedať, že je to jednoduché riešenie, ktoré umožňuje vyrobiť ohrievač bez problémov. Ale azda je to jedno z tých riešení, ktoré je skutočne možné realizovať.

Trojrozmerná schéma pyrolýzneho kotla na výrobu vlastnými rukami. Toto je jedna z jednoduchých schémových variácií, ktorú je možné vyrobiť v domácich podmienkach samostatne.

Na výrobu zariadenia podľa tejto schémy bude majster potrebovať:

• rúra kovová (d = 32; 57; 159 mm);
• rúra profilová (s = 60x30; 80x40; 20x20 mm);
• oceľový pás (20x4; 30x4; 80x5 mm);
• šamotová tehla;
• plech;
• vzduchové čerpadlo;
• teplotný senzor.

Taktiež je potrebné mať kompletnú sadu zámočníckeho náradia, plus zvárací aparát (a zručnosti zvárača, samozrejme). Prácu na výrobe pyrolýzneho kotla vlastnými rukami zjavne nezvládnete sami. Minimálne je potrebný jeden pomocník.

Najprv, v súlade s vybranou schémou, je potrebné pripraviť plechové diely konštrukcie. Odporúča sa pripraviť plechové panely, orezávaním ich na rozmer profesionálnym presným zariadením.

Použitie ručného náradia typu «brúsky» na rezanie tiež vyžaduje určité pracovné zručnosti a dodržiavanie bezpečnostných predpisov pri práci, ale nezabezpečuje presnosť rezu, čo následne ovplyvňuje kvalitu prevedenia zvarov. Tento fakt treba zohľadniť. Rozumné riešenie pri rezaní plechov – objednávka v mechanickej dielni.

Montáž vnútorných častí zariadenia

Z jednej časti kovových plechov je potrebné vyrobiť palivovú komoru. Na to sa materiál, primeraný schémovým parametrom, spája a zvára. Mala by vzniknúť dvojkomorová konštrukcia, ktorú treba doplniť vzduchovodmi.

Tieto prvky palivovej komory sa vyrábajú z kovového U-profilu alebo sa na výrobu používa profilová rúra. Po celej ploche prednej strany vzduchovodu sa vyvŕtajú otvory.

Vzduchové kanály vnútri spaľovacej komory. Týmito kanálmi je privádzaný vzduch pomocou vzduchového čerpadla. Pre rovnomerné rozloženie vzduchového prúdu po celej dĺžke kanála sa vyvŕtajú otvory.

Nižšie, v oblasti aktívnej spaľovacej komory, na stene umiestnenej priečne k vzduchovodom, je zarezaná kovová rúra (sekundárny prívod vzduchu). Ďalej sa začína práca s rúrami, pretože prišiel rad na montáž rúrkového výmenníka tepla.

Túto časť pyrolýzneho systému vyrábajú z kovových rúr d=57 mm:

1. Zoberú sa dva kovové plechy podľa veľkosti výkresu a urobí sa značenie.
2. Na základe značenia pre umiestnenie rúr sa v plechu vyrežú otvory d=60 mm.
3. Narežú sa rúry d=57 mm podľa dĺžky.
4. Konce rúr sa vložia do otvorov jedného plechu a obvaria sa.
5. Operácia sa zopakuje s druhým plechom.

Výsledkom by mal byť hotový výmenník tepla, ktorý sa pripevní k telesu kotla tam, kde uvádza schéma.

Príklad výroby výmenníka tepla z dvoch oceľových plechov a rúr narezaných na mieru. Tu je potrebná kvalitná zvárka, aby neskôr počas prevádzky kotla nevznikali problémy.

Vedľa výmenníka tepla (v hornej úrovni) sa inštaluje škrtiaca klapka. Táto súčiastka je vybavená rukoväťou a tiež sa privaruje ku konštrukcii. Čelná časť telesa škrtiacej klapky je uzavretá kusom plechu s hrdlom na dymovú rúru.

Ďalej už ostáva len zvariť predný panel palivovej komory s oknami pre dvere pre každú z dvoch sekcií a modulom pre vzduchové čerpadlo.

Inštalovaný výmenník tepla a časť konštrukcie škrtiacej klapky. Variant nastavovacieho mechanizmu vo forme ručnej páky s možnosťou fixácie klapky v ľubovoľnej polohe.

Predtým, ako sa osadí čelný panel, vnútornú časť spaľovacích komôr je potrebné vystužiť šamotovou tehlou. Tento materiál sa reže na mieru, časť pod uhlom. Tehla sa opracúva a prispôsobuje na miesto uloženia.

Šamotovou tehlou sa obkladajú obidve pracovné sekcie palivovej komory kotla. Pritom sa opatrne obložia miesta v oblasti klapiek vzduchoodvádzacích (prívodných) rúr. Po vyložení tehlou sa osadí čelný panel.

Príklad vyloženia vnútornej oblasti palivovej komory šamotovou tehlou. Tehlové obloženie chráni steny komory pyrolýzneho kotla pred možným prepálením počas dlhodobej prevádzky.

V podstate možno v tomto štádiu považovať hlavnú montáž pyrolýzneho kotla za dokončenú. Zmontovanú konštrukciu je potrebné ošetriť – odstrániť okuje zo zvárania, očistiť zvarové švy, vyrovnať, ak sú niekde malé nerovnosti.

V ďalšej fáze – uzavretie zmontovanej konštrukcie do hermetického telesa. Táto časť stavby sa tiež vyrába z kovových plechov. Avšak najprv je potrebné tlakové skúšanie.

Testovanie a konečná montáž konštrukcie

Zmontovanú konštrukciu je potrebné otestovať. Povinné úkony – kontrola tesnosti oblasti kotla, kde má cirkulovať teplonosné médium. Na vykonanie tlakovej skúšky výmenníka tepla sa dočasne nainštalujú zátky na hrdlách prívodu a spätného toku teplonosného média.

Potom sa výmenník tepla naplní vodou. Odporúča sa použiť horúcu vodu z vykurovacej siete alebo TÚV, aby bolo možné skontrolovať zvarové švy v podmienkach tepelnej rozťažnosti kovu.

Predná časť už takmer hotovej konštrukcie s vyvedenými hrdlami na prívod vzduchu do vnútra pracovných komôr. Okná sekcií palivovej komory sú zatiaľ bez dverí. Táto stavba bude opláštená telesovými plechmi.

Ak nedochádza k únikom vo švíkoch výmenníka tepla, voda sa vypustí a pristúpi sa k obloženiu konštrukcie pyrolýzneho kotla vonkajšími kovovými panelmi. Taktiež sa v tejto fáze vyrábajú a vešajú dvere okien sekcií spaľovacej komory.

Dvere pyrolýznej jednotky vyžadujú prevedenie s ohľadom na vysokoteplotné prevádzkové podmienky. Preto sa tieto konštrukčné prvky vyrábajú (alebo používajú už hotové) zvyčajne z liatiny s dodatočným teplotným vystužením šamotovou tehlou.

Príklad konštrukcie dverí jednej zo sekcií palivovej komory pyrolýzneho kotla. Na zosilnenie ochrany pred vplyvom vysokej teploty spaľovacieho procesu sa dodatočne ku kovu používa šamotová tehla.

Záverečná fáza – inštalácia pyrolýzneho kotla na mieste jeho budúcej prevádzky. Montáž konštrukcie sa vykonáva na základoch alebo na betónovej doske. Výšku základov (dosky) vzhľadom na úroveň terénu sa odporúča udržiavať vo veľkosti nie menšej ako 100 mm.

Po inštalácii a vyvážení podľa úrovní sa spodná časť kotla pripevní k základom. Zostáva pripojiť dymovod, nainštalovať vzduchové čerpadlo a pripojiť vedenia prívodu/odvodu teplonosného média.

Kotol pyrolýzneho účinku úplne uzavretý v kovovom plášti a pripravený na inštaláciu na pracovné miesto. Ako oporné prvky upevnenia sú na plášti privarené rohové háky.

Výroba pyrolýznej konštrukcie kotla svojpomocne je práca vyžadujúca značné vynaloženie síl. Samozrejme, nezaobíde sa to ani bez režijných nákladov z hľadiska finančných prostriedkov.

Možno budú náklady na nákup materiálu a na využitie externých služieb nižšie ako cena zariadenia z priemyselnej výroby. Rozdiel však s najväčšou pravdepodobnosťou nebude taký výrazný. Hlavná otázka však nie je v peniazoch.

Závery a užitočné video k téme

O svojpomocnej výrobe kotla pyrolýzneho účinku:

Technicky je svojpomocná výroba pyrolýznych kotlov bez príslušnej základne mimoriadne zložitým procesom. Taktiež sú potrebné profesionálne zručnosti v práci s kovom, jasné pochopenie inžinierskych schém a technologických jemností výroby kotlového zariadenia. Bez toho všetkého sa do práce ani neoplatí púšťať.

Ak disponujete potrebnými vedomosťami a zručnosťami a môžete poskytnúť cennú radu k montáži pyrolýzneho kotla ostatným návštevníkom stránky – zanechajte, prosím, svoje komentáre, podeľte sa o tajomstvá majstrovstva, pýtajte sa v bloku pod článkom.