Как сделать, изготовить, самому, в домашних условиях, из подручных материалов для дома...
Сообщений: 93 Страница 1 из 5
Как по мне именно твердотопливный котел пиролизного типа спасет многих Украинцев от последствий энергетического кризиса...

А если серьезно, то эмпирически выявленная цифра экономии при использовании твердотопливного котла пиролизного типа в отличии от газового котла - в 5 (пять) раз!!! А это уже очень интересно, особенно когда отапливаемая площадь более 500 м.кв.

О том как жизнь с твердотопливным котлом сделать более комфортной мы уже писали (См. комбинированные автоматизированные топочные), в данной теме затронем следующие вопросы:

1. Из какого материала делать "тело" котла: жаростойкий шамотный кирпич, специальный бетон, металл или др.?
2. Какую марку металла лучше использовать для изготовления теплообменника?
3. Форма и конструкция теплообменника твердотопливного котла и специфика теплообменника пиролизного котла
4. Расчет оптимального объема топки (загрузочной камеры)
5. Расчет диаметра дымохода
6. Теплоизоляция твердотопливного котла
7. Стоит ли отводить тепло от камеры загрузки и тления топлива?
8. Применение экономайзера (дополнительного теплообменника в дымоходе)
9. Что такое низкотемпературная коррозия и как с этим прожорливым зверем бороться
10. Как правильно рассчитать мощность котла?
11. Устройство основных механизмов, дверок, заслонок, люков для обслуживания котла
12. Параметры форсунки пиролизного котла
13. Параметры дымохода
14. Какое необходимо контрольно-регулировочного оборудование, то есть автоматика
15. Регулирование пропорций воздуха (первичный и вторичный воздух)


Ну и хватит для начала. Аппетит приходит во время еды...
Вот нашел интересный пример расчета твердотопливного котла:

1. Рассчитаем размер топки для сгорания такого количества топлива, которое дало бы нам требуемое количество тепла.

Сколько дров нужно сжигать для получения этой мощности?
Удельная теплота сгорания сосновых дров ~ 10200 КДж/кг, значит, надо сжечь около 7 кг дров в час.

Удельная плотность сосновых дров ~ 400 кг/м3.
Здесь надо учесть, что дрова твердые и разной формы, и при закладке между полешками есть свободное место.
Поэтому выдумаем дополнительный коэффициент "Наполнения": советуют 0,4.
Получаем объем закладки на 1 час: 7 / 400 /0,4 = 0,044 м3.
Приняв длину поленьев равной 60 см, а высоту топки 50 см, рассчитаем ширину:
0,044 / 0,5 / 0,6 = 0,1466 м, т.е. всего 15 см.

Заложим частоту хождения к котлу 1 раз в 4 часа, следовательно, закладка дров увеличивается в 4 раза:
0,044 * 4 = 0,176 м3.
Приняв длину поленьев равной 60 см, а высоту топки 50 см, рассчитаем ширину:
0,176 / 0,5 / 0,6 = 0,586 м, т.е. возьмем 60 см.

Имeeм размеры топки котлa:
ширинa 50, высотa 60, длинa 60.

В топкe у нaс идeт тeплообмeн излучeниeм. Его покa и рaссмотрим.
Если топливо лeжит нa колосникaх, то рaскaлeнноe до крaснa оно излучaeт тeпло во всe стороны.
Это тeпло поглощaeтся стeнкaми топки. Если б мы имeли идeaльноизолировaнныe стeнки, то из топки выходило бы плaмя
с тeмпeрaтурой 1400 грaд, т.е с максимально возможной температурой.
У нас этого нет, поэтому принимаем следующие допущения:

1. То тепло, которое излучается под колосники, не теряется, а нагревает воздух, идущий в топку.
2. Фронтовая стенка и загрузочная дверка утеплена и тепло не теряется.
3. На верхнюю стенку противоположную колосникам лучи падают перпендикулярно, а на боковые - под углом
и поэтому на боковые стенки мы принимаем интенсивность излучения в 2 раза меньше.
4. Топливо сгорая излучает тепло, соответственно газы остывают до какой-то температуры.
В свою очередь газы тоже излучают тепло и, опять же, охлаждаются.
Чтоб не бить котел на зоны и не просчитывать каждую мы принимаем какую-то равновесную температуру газов.
Принимаем Т=500 град.
Соответственно количество тепла, на которое охладятся газы с 1400 до нашей температуры Т есть количество тепла,
которое излучат газы с этой температурой на стенки топки.

Ищем эквивалентную площадь топки:
- Потолочная стенка 0,5*0,6=0,3 кв.м.
- Боковые стенки (2*0,6*0,6 + 0,5*0,6) / 2 (интенсивность) = 0,51 кв.м.
Итого 0,81 кв.м.

Если нужное количество газов охлаждается с 1400 до 500 град, то смотрим пропорцию:
20 Квт - при 1400 градусах,
Х КВт - при 500 градусах
Х = 20КВт / 1400 гр. * 500 гр. = 7,14 квт.
Отданное (излучаемое) газами тепло это разница: 20КВт - 7,14 КВт = 12,86 квт.

Газы с Т=500 отдадут тепло:
Q = 5,67 * ((Т+273)/100)^4, т.е в 4 степени. = 5,67 * (500+273)/100)^4 = 20244 Вт/кв.м.

У нас площадь стенок топки 0,81 кв.метра.
Тепло, воспринятое стенками топки Qт = 20244 * 0,81 = 16379 Вт или 16,4 КВт.

Получилось, что теплообменник топки сожрал больше, чем отдали газы (16,4 > 12,86).

Снижаем температуру газов до 450:
Х = 20КВт / 1400гр. * 450 гр. = 6,428 КВт
Отданное (излучаемое) газами тепло это разница: 20КВт - 6,428 КВт = 13,572 квт.

Газы с Т=450 отдадут тепло:
Q = 5,67 * ((Т+273)/100)^4, т.е в 4 степени. = 5,67 * (450+273)/100)^4 = 15493 Вт/кв.м.
Тепло, воспринятое стенками топки Qт = 15493 * 0,81 = 12549 Вт или 12,5 КВт.

Получилось, примерно одинаково: 12,5 ~ 12,86. Если опять сожрал - снова уменьшаем температуру.
Должно получиться расчетное по пропорции.

Итого мы получили топку, выдающую мощность почти 13 КВт.


Посчитаем экономайзер (конвекторную часть котла):

Температура газов на выходе из топки 500 градусов.
Заберем 400 градусов экономайзером, чтобы в дымоход уходили газы с температурой 100 градусов (пока не знаем для чего именно такая температура).

При сгорании древесины на 1 кг дров требуется 4,7 кг воздуха. Таким образом,
из 1 кг дров получается 5,7 кг газов.
Рассчитаем, сколько газов сгорит в одну секунду:
7 кг дров * 5,7 газов / 3600 = 0,01108 кг. т.е 11,08 грамм, пусть даже 12.

Теплоемкость газов принимаем 1,1 дж/грамм градус.

Кол-во тепла будет: 400 * 12 * 1,1=5280 Вт.

Температуру воды по всему объему примем 80 град.

Наибольшая разница температур дТб = 500-80=420 град.
Наименьшая дТм = 100 - 80 = 20 град.

Среднелогарифмический температурный напор:
дТ=(420-20)/ ln(420/20)= 400 / 3,044 = 131,4 градуса.

Коэфициент теплопередачи газы-стенка-вода принимаем 30 Вт/кв.м. град.
Ищем площадь теплообменника. F = 5280 / (30*131,4) = 5280 / 3942 = 1,339 кв.м.

Посчитаем сколько труб понадобится:
Выход из топки шириной 50 см. примем за ширину основания теплообменника,
длину возьмем 40 см.

В площадь 50х40 вписываются 20 труб диаметром 57мм. (Диаметр трубы надо тоже обсчитать отдельно).
Площадь поверхности одной трубы длиной допустим 38 см, равна:
R = 0,057 / 2 = 0,0285 м.
L = 2 * 3.14159 * R = 0,179 кв.м.

S = L окружности * 0,48 = 0,179 * 0,38 = 0,06802 кв.м

20 труб дадут общую площадь = 1,3604 кв.м., что перекрывает расчетную 1,339 кв.м. Получилось!

Таким образом мы получили еще 5,28 КВт мощности.
Итог ~ 18 КВт.
Как рассчитать размеры и объем топки пиролизного твердотопливного котла (из стали)?

Если использовать всю выделенную тепловую энергию (КПД 100%), то в топке должно сгореть около 10 кг дров в час.
При этом котел должен работать как минимум в среднем режиме.
Но если вся эта тепловая энергия или какая-то ее часть пройдет мимо системы отопления и вылетит в дымовую трубу?
Тут расчетом одной топки не обойтись. Нужен расчет площади теплообменника.
и скорее всего 10 кг дров в час будет мало...

И гвоздь программы - НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ...
Итак, расчет теплообменника твердотопливного котла

Ключевые вопросы:

1. Какая температура отходящих (дымовых) газов должна быть после теплообменника - ведь должна сохраняться тяга! Или же тягу полностью сделать принудительной с помощью регулируемого дымососа по датчику тяги?

2. При сжиганию 1 кг топлива, от чего зависит температура отходящих дымовых газов (без учета теплопотерь через стенки топки)?

3. Как рассчитать объем воды в теплообменнике?

Расчёт конвективного теплообмена - коэффициент теплопередачи будет около 30 ватт/ метр.кв град (газ-вода) и 20 для (газ-воздух.).

Т.е при разнице температур 1 град, через теплообменник в 1кв метр передается 30 (20) Вт тепловой энергии. Значит при температуре теплоносителя 90 гр.С и температуре отходящих газов 200С (ТЗ на параметры) для достижения мощности 25 кВт требуется площадь теплообменника 7,57 (57) м2. А лучистый теплообмен при этом не учитывается и идет в запас.
Вариант расчета:

1. Задаете температуру газов на входе и выходе.
2. Задаёте температуру воды на входе и выходе.
3. Определяетесь с конструкцией теплообменника. Т.е движение будет прямоток или противоток.
4. Находите наибольшую и наименьшую разность температур на обоих концах теплообменника.
5. Вычисляете температурный напор по формуле:
дТ = дТ (большее) - дТ (меньшее) / Ln (логарифм натуральный от частного дТ (больш) / дТ (меньшее).
6. Получили температурный напор. Теперь вашу мощность в ваттах, делим на коэффициент ( 30 Вт / метр кв / град) и делим на температурный напор.
Получаем площадь теплообмена в квадратных метрах.

Приведу пример.

Нужно рассчитать площадь теплообмена на 25 кВт.
Имеем дымовые газы: вход (выход из топки) 700 град, выход 100 град.
Температуру воды я принимаю: 70 вход, и 80 выход. Вода движется в одном направлении с газами.
Тогда дТ (большее) = 700 - 70 = 630.
дТ (меньшее) = 100 - 80 = 20
Температурный напор дТ = (630 - 20) / Ln (630 / 20) = 177 град.ц.

Площадь S = 25000 / (30*177) = 4,7 кв. метра

Это расчет конвективного теплообмена! А в топке у вас идет лучистый, который намного эффективнее.
На КПД котла влияют следующие факторы:

1. Потеря тепла с уходящими газами (т.е. сколько улетает в трубу).

2. Хим недожог топлива - неполное сгорание топлива, отсюда и потери. Полное сжигание, дожиг - исключают эту проблему.

3. Механический недожег топлива - частицы топлива не полностью сгорают, проваливаются под колосники и вы удаляете их вместе с золой.

4. Потеря тепла с шлакоудалением - Потери со шлакоудалением: актуально для котлов с непрерывным удалением горячей золы.

5. Потеря тепла через обмуровку - корпус котла и его элементы тоже излучают тепло. Нужно добротно теплоизолировать.

Теперь подробнее:

Потеря с уходящими газами. Чем больше их температура, тем больше потери. Но снижать температуру нужно до определенного предела, так как если снизиться ниже, то котел заплывет конденсатом (Во многих инструкциях фигурирует цифра 60-65 градусов. На неё и ориентируйтесь), а низкотемпературный конденсат активно съедает коррозией теплообменник.
Температура уходящих газов зависит от температуры теплоносителя и схемы его движения. Если обратка будет 100 град то уходящие будут явно больше. Грамотная конструкция и температурный режим обеспечит минимальные потери с уходящими дымовыми газами.
Конденсат в пиролизном котле это:

- дополнительное обслуживание - очистка от смол теплообменника, дымососа, дымохода...
- коррозия теплообменника (так называемая низкотемпературная коррозия)

При розжиге холодного пиролизного котла, исходящие из камеры загрузки дымовые газы (продукты горения), имеют температуру, примерно 500-800 °С и относительную влажность, около 85%, в среднем. Попадая в холодный теплообменник (20°С) и соприкасаясь с его холодной поверхностью, газы, мгновенно охлаждаются, влагоемкость (максимально возможное содержание влаги) воздуха понижается, и избыток влаги выпадает в виде росы на поверхности теплообменника.

Откуда берется конденсат в котле

Древесина, как известно, включает в себя влагу, с каждым куб.метром дров попадает от 200 до 400 литров воды.
Иными словами, каждый килограмм дров содержит от 250 до 450 граммов воды!
Вода, содержащаяся в дровах, испаряется во время горения топлива. К ней добавляется вода (H2O), которая образуется во время протекания химических реакций пиролизного горения топлива. В результате, исходящие из котла отработанные газы могут наполовину состоять из водяного пара. Особенно много воды выделяется во время розжига, в первый час горения из вновь загруженной порции дров, когда идет активная просушка древесины под воздействием высокой температуры. При контакте водяного пара с холодным теплообменником и холодными дымовыми трубами на их поверхности начинается образование конденсата.

Особенностью конструкции многих самодельных пиролизных котлов является очень мощный теплообменник. От мощности теплообменника напрямую зависит эффективность и КПД котла, как теплогенератора.
Чем мощнее теплообменник - тем ниже температура отработанных отходящих газов, тем выше эффективность и КПД котла. В идеале, теплотехника позволяет осуществить 98% отбор тепла, повысив, тем самым КПД котлоагрегата, почти до 97%.

Однако, на практике, осуществив полный отбор тепла и полностью охладив отработанные газы, мы, неизбежно столкнемся с другой проблемой - КОНДЕНСАТ.

Чтобы гарантированно уберечься от конденсата, теплообменник пиролизного котла необходимо рассчитывать сбалансированно, чтобы температура отходящих из котла газов составляла 140°С. Наращивание мощности теплообменника, ограничивается критической температурой отработанных газов на выходе. Эта температура - 140°С. Меньше нельзя - в холодную пору года, водяные пары неизбежно начнут конденсироваться на металлических поверхностях теплообменника и дымовой трубы. Приходится жертвовать драгоценными процентами КПД, чтобы обеспечить гарантированное удаление водяных паров.

Чем выше влажность топлива, тем выше должна быть минимальная температура теплообменника котла. И, ИМХО, сам по себе принцип пиролизного сжигания здесь ничего не меняет. Влага ведь никуда не девается. Она лишь испаряется при пиролизе и последующем сжигании топлива, но ничего не мешает ей потом осесть на стенках теплообменника (если его температура будет достаточно низка) и сделать свое черное дело.

По поводу вентиляторов для дымососа и наддува:

Вентилятор дымоудаления (дымосос) можно поставить ЭБМ ПАПСТ (ebm-papst) марки R2E210-AA34-05, с производительностью около 480 м3 в час, завязать его параллельно с вентилятором наддува, который тоже ЭБМ ПАПСТ но собран в корпусе шведской фирмой Системаир (Systemair). Вывести их отдельно на каждый выключатель, чтобы в процессе эксплуатации варьировать, используя то дымосос, то наддув, то все вместе ил совсем все выключать, когда надо приглушать котел (питание на данные выключатели идет от щита управления). Все не только для гибкого управления данным пиролизным котлом но и для наработки опыта, который всегда пригодиться....
Конструкция теплообменника для пиролизного котла

Для закрытых систем отопления как правило оптимален водотрубный теплообменник.

Вариант 1. - купольная система теплосъема

Конструкция теплообменника 2.jpg
купольный теплообменник пиролизного котла


Такой вариант наиболее компактный (соотношение размер-мощность), но плох с точки зрения чистки и обслуживания
Чтобы теплообменник был максимально эффективен необходимо:

1. Максимальная площадь теплообмена при минимальных размерах
2. Минимальное количество теплоносителя в теплообменнике

Вариантов конструкции теплообменника может быть превеликое множество, главное правильно рассчитать его мощность!

Наиболее популярным является пластинчатый теплообменник.

Конструкция теплообменника 1.jpg
Конструкция теплообменника для твердотопливного котла пиролизного типа горения


В общем правильный теплообменник это уменьшение громозкости котла, уменьшение количества воды в котле и в целом КПД системы отопления, так что на конструкцию теплообменника стоит обратить внимание!!

Сразу же еще необходимо продумать ревизию для быстрого снятия, чистки теплообменника.

Естественно учитывая ранее написанное про низкотемпературную коррозию
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ - ВРАГ №1

Подводный камень с низкотемпературной коррозией который надо учесть при проектировании самодельного твердотопливного котла пиролизного типа горения это - СЕРА.

Древесина содержит около 0,02 % серы, а в коре - много больше.

Следовательно если ваше топливо содержит серу, то она вступает в реакцию с кислородом и сгорает.
S + O2 = SO2 или SO3.

Топливо еще содержит помимо углерода С и водород Н. (Органические соединения СН) Водород сгорая образует всем известное Н2О.

Если есть оксид серы и вода то идет реакция
SO3 + H20 = H2SO4
SO2 + H20 = H2SO3

А как известно серная кислота - это очень агрессивно настроенная кислота. Она может "съесть" теплообменник очень быстро!
Чтоб этого не было нужно не опускать температуру дымовых газов за теплообменником ниже температуры точки росы.
ФОРСУНКА ПИРОЛИЗНОГО КОТЛА

Еще одна важная деталь пиролизного котла - форсунка, именно та где подмешивается воздух и происходит горение древесного газа, место где самая высокая температура в котле.

Сделать ее самостоятельно проблематично, поэтому лично я пошел по простому пути и заказал эту запчасть от чешского пиролизного котла фирмы ATMOC, выбрав с котла нужной мне мощности.

Как выглядит эта штука видно на фото:

PA020116.JPG
и еще один ракурс форсунки:

PA020110.JPG


А вот варианты жаропрочной керамики для котлов АТМОС - интересные конфигурации нижней камеры котла

Огнеупорная керамика для пиролизных котлов.jpg
Теперь о воздухе стоит замолвить слово.

Сколько и куда принципиально подается воздуха, пропорции воздуха первичного ко вторичному, делать их одинаковыми или 1 к 3,или 3 к 1, или какого больше какого меньше или вообще сделать эти пропорции не постоянные как например в котлах Vissmann?

Как показала практика регулировка лучше идет только подачей наддува или дымососа, а пропорции воздуха в котле примерно 4:1 (вторичный воздух должен быть 20-25%) Регулировка пропорций первичного и вторичного воздуха в исполнении сложновато, надо ставить сервоприводы, чтобы они управлялись автомоатикой или ручные заслонки с фиксацией положений, чтобы они не могли самостоятельно менять сечение каналов первичного воздуха и сечение каналов вторичного воздуха.
Может лучше выложите рабочий проект твердотопливного пиролизного котла и закроете этот вопрос? ;)
Sergik писал(а): Может лучше выложите рабочий проект твердотопливного пиролизного котла и закроете этот вопрос? ;)


Присоединяюсь! :)
vip.energia@mail.ru
Привет. Всерьез задумал разработать конструкцию твердотопливного пиролизного котла. Иследовал много литературы по расчету водогрейных котлов. Сейчас у меня захвостка одна - как рассчитать форсунку (размеры щели) в зависимости от номинальной мощности котла?
andrej писал(а): Привет. Всерьез задумал разработать конструкцию твердотопливного пиролизного котла. Иследовал много литературы по расчету водогрейных котлов. Сейчас у меня захвостка одна - как рассчитать форсунку (размеры щели) в зависимости от номинальной мощности котла?


Не изобретайте велосипед Андрей - пойдите в ближайший магазин где продаются твердотопливные котлы (пиролизники) с рулеткой - и померяйте! :) Все просто! :geek:

Вторичный воздух.jpg


На фото - вариант горелки из жаропрочного кирпича и стальных труб (которые скрыты будут)
Фото 2 - воздушный короб для самодельного пиролизного котла

Воздушный короб.jpg
А расчет теплообменника как делать? Ведь мощность самодельного пиролизного котла складывается из:

1. Объем камеры загрузки - тут все просто чем больше тем лучше (время горения на одной загрузке)
2. Мощность улитки для наддува воздуха - тут тоже все просто, чуть що мона поставить регулятор оборотов
3. Объем теплообменника - площадь теплопередачи - вот тут момент непонимания у меня...

В магазине вряд ли разрешат раскрутить и померить )

Вот еще нарыл полезную инфу:

Инструкция по эксплуатации
самодельного пиролизного котла


1. Для розжига котла наколите мелких сухих щепок.
2. Уложите в камеру загрузки до уровня отверстий вторичного воздуха.
3. Откройте растопочную заслонку.
4. Смочите слегка дрова ДТ (или другим горючим составом) и поджигайте.
5. Как только дрова хорошо разгорятся, прогреется футеровка в камере загрузки, уложите несколько поленьев и закройте растопочную заслонку.
6. Как только закрыли растопочную заслонку – включаем вентилятор.
7. В камере горения вы должны увидеть факел. Если факела нет – выключаем вентилятор и открываем растопочную заслонку снова. Нормальное выделение газа начнется только после прогрева камеры загрузки.
8. В момент растопки пользуйтесь только сухими дровами и не загружайте камеру загрузки больше чем на одну треть.
9. После получения нормального устойчивого факела в камере горения и прогрева футеровки (кирпичей камеры горения) до красна, можно догружать камеру загрузки.
10. Распределением воздуха - добейтесь устойчивой работы котла. Из дымохода должно выходить незначительное количество дыма. Весь выделяемый газ – должен сгорать. Если цвет пламени белый, то налицо избыток воздуха, слишком много тепла выносится с ним в трубу. Если цвет пламени красный, то воздуха мало, сгорание неполное, несгоревшее топливо осаждается на стенках дымоходов, выносится в атмосферу, стекает в виде конденсата. Оптимально – желтый цвет пламени.
11. Помните! что в составе генераторного газа есть СО (угарный газ) – не допускайте задымления помещения. Обеспечьте хорошую приточно-вытяжную вентиляцию и газоплотность котла.
12. Не уменьшайте сечение дымохода.
13. Во время загрузки дров - выключайте вентилятор и открывайте растопочную заслонку.
14. Не опускайте температуру воды, на выходе из котла, меньше 650С. (возможно образование конденсата в котле и сокращение срока его службы).
15. Если у вас высокая температура уходящих газов (более 1500С) – установите в трубы конвективки завихрители.

Вентилятор WPA-140.jpg
Улитка для самодельного пиролизного котла


На фото - вентилятор поддува для пиролизного котла до 80 кВт, мона на него поставить регулятор оборотов
Фото сборки самодельного пиролизного котла на 40-50 кВт

07102011152.jpg
Фото сборки пиролизного котла инструкция


Фото 1
Сообщений: 93 Страница 1 из 5

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1