Dispositivo de caldeira de pirólise diy e diagrama

Resumidamente sobre a combustão de pirólise

O processo de pirólise é a decomposição lenta dos combustíveis de carbono, que ocorre sob a influência de altas temperaturas com falta de oxigênio. O gás combustível ou combustível líquido é obtido na saída, dependendo da matéria-prima e das condições da reação química.

As caldeiras de aquecimento de pirólise produzem e queimam exatamente gás, daí o segundo nome - geração de gás ou gaseificação. Matérias-primas iniciais - lenha seca, carvão, briquetes de combustível.

Diagrama de uma usina geradora de gás que produz combustível para um motor de combustão interna

Referência. Uma grande variedade de combustíveis sólidos contendo compostos de hidrocarbonetos são usados para a combustão de pirólise. Um exemplo é a produção de combustível líquido a partir de pneus velhos de automóveis ou a incineração de resíduos em fornos industriais a gás.

Como ocorre a pirólise da madeira:

Um determinado volume de madeira picada ou serragem é carregado em um tanque fechado (reator).
O recipiente de metal é aquecido de fora até 500 ... 900 ° C, o ar é fornecido através das ventaneiras (orifícios de sopro) de forma limitada.
A madeira arde e se decompõe em seus constituintes - hidrogênio, metano, monóxido de carbono, vapor de água, dióxido de carbono. No final da reação, algumas cinzas permanecem no fundo.
A mistura de gás resultante é resfriada, limpa e então bombeada em cilindros para uso posterior.

Antes de carregar no gerador de gás, a madeira é seca. Caso contrário, a energia de aquecimento será gasta na evaporação da água, a reação de pirólise ficará muito mais lenta e teremos um monte de vapor d'água na saída.

Observe que qualquer processo de queima de combustível sólido é acompanhado pela liberação de gás de lenha, mesmo em situação de incêndio (veja a foto). A pirólise é descrita com mais detalhes em nossa outra publicação.

Caldeiras a gás de pirólise de combustível sólido de longa queima

O funcionamento dessas caldeiras é baseado na gaseificação do combustível. O forno de tal caldeira é dividido em 2 metades horizontalmente. A metade superior, que é ao mesmo tempo uma câmara de carregamento de combustível, a madeira não queima, mas arde sem chama. Vivenciando os efeitos das altas temperaturas, a lenha emite diversas substâncias combustíveis, que se tornam o principal combustível da caldeira, queimando na segunda câmara localizada abaixo.

O princípio de funcionamento de caldeiras descrito aumenta significativamente a eficiência de tais amostras, neste caso podemos falar de 85 ou mesmo 90%. O tempo de queima do combustível também aumenta significativamente, chegando a até 12 horas. O fato é que nas caldeiras em questão o processo de combustão direta do combustível ocorre apenas na câmara inferior.

Na câmara de carregamento superior, a lenha apenas arde, emitindo substâncias inflamáveis. Em seguida, as substâncias combustíveis são misturadas ao ar e, por meio de um bocal especial, são enviadas para a segunda câmara inferior, onde se tornam o principal combustível dessa caldeira. No processo de queima de uma mistura de ar e gases liberados da lenha, é possível atingir temperaturas suficientemente elevadas, portanto, a câmara inferior, onde ocorre o processo de combustão, é revestida com um acabamento especial resistente ao calor.

O combustível nas caldeiras em questão queima quase completamente, o que também nos permite falar sobre a eficiência da caldeira. Além disso, devido às suas características técnicas, a caldeira não forma fuligem e cinzas durante o funcionamento. Para que a caldeira de pirólise cumpra totalmente as suas funções, é necessário bombear totalmente o ar para o interior do dispositivo.

As caldeiras em questão são equipamentos complexos e caros. Na maioria dos casos, o projeto de tais caldeiras inclui:

Exaustores de fumaça;
Dispositivos eletrônicos para o controle do processo de trabalho da caldeira e controle efetivo do mesmo.

Uma condição importante para o correto funcionamento da caldeira de pirólise é o nível de umidade do combustível. O teor de umidade da madeira que será colocada em tal caldeira não deve exceder 25%. A prática mostra que a lenha armazenada em uma pilha de lenha pode se orgulhar de tal porcentagem de umidade apenas 24 meses após o início do armazenamento. A caldeira também é exigente quanto ao tamanho do combustível: a espessura da lenha que está sendo preparada para ser colocada em tal caldeira não deve ser inferior a 100 milímetros. A potência mínima da caldeira que pode ser considerada controlável é de 50%, nos casos em que a potência da caldeira desce abaixo do valor indicado, o funcionamento do dispositivo torna-se instável. Isso sugere que a caldeira está bem adaptada para operação em períodos frios do ano, porém é totalmente inadequada para operação eficiente na entressafra.

Caldeiras de pirólise de fabricantes como VERNER e ATMOS possuem excelentes críticas de usuários que estudaram e testaram esta técnica no processo de uso prático.

Regras operacionais

Para obter uma boa transferência de calor de um aquecedor de gerador a gás com consumo mínimo de combustível, os fabricantes recomendam aderir às seguintes regras:

use somente madeira seca, teor de umidade permitido de 12 ... 20%;
ao instalar e encanar a caldeira, é imperativo usar uma válvula misturadora de três vias ou um dispositivo Laddomat-21 complexo para manter a temperatura de retorno a 65 ° C;
temperatura de operação do agente de aquecimento no fornecimento - 80 ... 90 ° C;
o gerador de calor deve operar com potência próxima à máxima, sendo impossível operar a unidade por muito tempo no modo de baixa produtividade (menos de 50%);
é muito aconselhável afogar-se em toras grandes, mas não em toras redondas;
junto com as caldeiras de pirólise, é altamente recomendável usar um tanque tampão, que acumulará o excesso de energia térmica;
o requisito para o volume mínimo do acumulador de calor é de 25 litros para cada quilowatt de potência do aquecedor.

Explicação. Se um refrigerante frio com uma temperatura abaixo de 65 graus for para o tanque da caldeira, então, no processo de gaseificação do combustível na câmara primária, condensado e alcatrão se formarão. Leia mais sobre a tubulação correta em um manual separado sobre a conexão de caldeiras TT.

O fornecimento de agente de aquecimento para a caldeira deve ser regulado por uma válvula de três vias. Após o tanque tampão, outra unidade de mistura é instalada para diminuir a temperatura da água
A utilização do tanque tampão deve-se ao modo de funcionamento eficaz da caldeira - combustão intensiva, a temperatura de saída é de 80 ... 90 graus. É sob tais condições que uma alta eficiência de 86–87% é alcançada. É impossível "sufocar" o gerador de calor com o ar, a eficiência da combustão diminuirá para 40-50%, como em um fogão-fogão caseiro.

O princípio de funcionamento de uma caldeira de combustível sólido de longa duração.

Normalmente, essas caldeiras de combustível sólido operam com o princípio de "combustão superior". Como funciona uma caldeira de queima longa? Antes que o oxigênio entre diretamente no forno, onde ocorre a combustão, ele é aquecido. Ele é aquecido para reduzir a quantidade de resíduos de combustão: fuligem, cinzas. O oxigênio não é fornecido de baixo para cima, mas de cima para baixo. Assim, apenas a camada superior de combustível sólido armazenado na fornalha queima. Devido ao fato de que o ar entra por cima, ele não penetra para baixo e o processo de combustão é impossível lá. Apenas a camada superior de combustível queima. Quando a camada superior queima, a alimentação para a camada inferior é ativada. Então, gradualmente, conforme a combustão progride, o ar é fornecido cada vez mais baixo. Graças a essa abordagem, a camada superior de combustível sempre queima e a de baixo permanece intacta até chegar a sua vez.Isso permite um consumo de combustível muito econômico e controle do processo de combustão. É com essa tecnologia que o combustível sólido se queima por muito tempo.

Essas caldeiras não são apenas econômicas, mas também ecológicas. Claro, desde que sejam utilizados materiais de construção resistentes ao fogo, que não só irão garantir a máxima eficiência da caldeira, isolando o calor, mas também protegendo contra possíveis incêndios.

Você pode entender claramente como funciona a caldeira de pirólise neste vídeo:

Os reais benefícios dos aquecedores de pirólise

Vamos listar as vantagens da gaseificação de caldeiras declaradas pelos vendedores e, em seguida, eliminaremos as histórias francas:

fontes de calor de pirólise são geradores de gás completos que emitem gás de síntese combustível;
as unidades são muito econômicas e ecológicas devido à sua alta eficiência;
as caldeiras queimam carvão e lenha completamente, praticamente sem resíduos;
tempo de queima - mais de 10 horas (o valor mais modesto é de 8 horas).

Observação. Os anunciantes e os fabricantes não muito conscienciosos sempre comparam as unidades geradoras de gás com as caldeiras convencionais de combustão direta, "esquecendo" os aquecedores a pellet igualmente eficientes. Mas mesmo essa comparação não é muito vencedora.

A primeira afirmação é muito ousada. Lembremos: a pirólise intensa começa com forte aquecimento e falta de oxigênio, mas o que acontece na caldeira? O ventilador sopra ar na fornalha em excesso, não há combustão lenta. O gás de síntese, é claro, é liberado, mas a combustão direta do combustível também está presente.

À esquerda está uma tocha de chama no compartimento de pós-combustão durante a operação da caldeira, à direita está um trocador de calor de tubo de fogo (vista superior)

Vamos dar uma olhada no resto dos benefícios:

A declaração sobre economia e respeito pelo meio ambiente não é um conto de fadas. Devido à eficiência decente, a caldeira assimila melhor a energia do combustível e emite muito menos compostos tóxicos - óxido de nitrogênio e monóxido de carbono - para a atmosfera. Na condição 1: as recomendações sobre o modo de operação e o teor de umidade da lenha são totalmente observadas.
As razões para uma combustão mais completa são a madeira seca e a injeção de ar forçado. Se você colocar briquetes de serragem ou acácia seca em uma caldeira turboalimentada tradicional, o resíduo de cinza também será zero. Muitas cinzas leves são simplesmente sopradas por um ventilador na chaminé. Isso significa que esse fato não é uma vantagem.
A duração da combustão depende de 2 fatores: eficiência e capacidade do compartimento de combustível. Em termos de eficiência, as caldeiras de combustível sólido perdem para as caldeiras de pirólise em 10%, este é um pequeno aumento no tempo de operação. O principal fator é o volume da câmara de combustão, se atingir 80 litros ou mais, a lenha queima em 6 a 8 horas.

Referência. O fabricante tcheco Atmos descreve as vantagens de seus geradores de calor (literalmente): um grande depósito de combustível - um longo tempo de queima. Daí a conclusão: a afirmação sobre a duração da obra é verdadeira, apenas o motivo é diferente - a capacidade da fornalha, e não o fato de gerar gás de lenha.

Além disso, muitas fábulas são contadas sobre o modo econômico de combustão lenta, que está simplesmente ausente nas unidades de pirólise. Está escrito nas instruções de operação "Atmos DC15E" - uma diminuição da intensidade da chama leva a uma diminuição da eficiência e um aumento no consumo de combustível.

O mais novo gerador de calor "Atmos" do tipo pirólise na exposição "Aquatherm-2019"

Vários esquemas do dispositivo de caldeira de pirólise

Antes de prosseguir com a fabricação de uma caldeira a gás com suas próprias mãos, é necessário se familiarizar com as opções possíveis para o seu dispositivo. Essas unidades podem ter uma solução de design diferente. Mas, na prática, o princípio de funcionamento é o mesmo: todos possuem duas câmaras de combustão de combustível. O primeiro deles, via de regra, serve para o carregamento do combustível e sua combustão de pirólise, e o segundo para a queima do gás combustível liberado durante a pirólise.Dependendo do projeto da caldeira, eles podem ter diferentes formas, tamanhos e assumir diferentes posições em relação uns aos outros.

Além disso, diferentes modelos de caldeiras de pirólise podem diferir na forma de fornecimento de ar primário e secundário: pode ser natural ou forçado, com o auxílio de um ventilador. A seguir, são considerados os esquemas mais comuns para o dispositivo de tais caldeiras, que podem ser usados ao construí-los com suas próprias mãos.

Caldeiras de pirólise com fornecimento de ar natural

Opção 1.

A câmara de carregamento e pirólise de combustão do combustível está localizada abaixo, e o pós-combustor de gás de pirólise está localizado acima dela (Fig. 1). O fornecimento de ar primário e secundário com tal esquema é feito por baixo, através da porta do soprador, que é conectada por uma corrente com um sensor-regulador embutido na "camisa d'água" da caldeira. O ar primário é fornecido através da câmara do soprador e da grelha em uma quantidade que garanta a lenta combustão do combustível sólido com a liberação do gás combustível, que é alimentado na câmara superior com o auxílio de tiragem natural. O ar secundário é pré-aquecido na inferior e fornecido à câmara superior por meio de tubos com orifícios calibrados, garantindo o processo de combustão do gás.

Fig. 1 Diagrama de uma caldeira de pirólise com fornecimento de ar natural e uma localização superior do pós-combustor

Opção 2.

Este esquema (Fig. 2) fornece a localização do carregamento de combustível e da câmara de combustão de pirólise na parte superior, e a câmara de combustão de gás na parte inferior. Quando tal caldeira é acesa, a válvula borboleta abre em sua parte superior e o combustível começa a queimar como em uma caldeira de combustível sólido convencional, e os gases de combustão são emitidos diretamente para a chaminé. Após a ignição do combustível, o damper fecha e a caldeira passa a operar no modo de geração de gás: o gás de pirólise entra na câmara inferior e ali queima, liberando energia térmica e aquecendo o refrigerante em seu trocador de calor ("camisa de água").

Fig. 2 Diagrama de uma caldeira de pirólise com uma câmara de carregamento superior e combustão de pirólise

Opção 3.

Este esquema da caldeira de pirólise difere do anterior porque a porta de carregamento não está localizada na lateral, mas no topo. Além disso, o trocador de calor é complementado com tubos que permitem aumentar a área de contato com os gases quentes e aumentar a eficiência da transferência de calor. A localização superior da porta de carregamento torna o processo de carregamento de combustível mais conveniente. Além disso, se desejado, tal câmara pode ser estendida para cima, aumentando assim o volume de combustível carregado simultaneamente e, portanto, a duração da operação da caldeira.

FIG. 3 Diagrama de uma caldeira de pirólise com uma porta de carregamento no topo

Opção 4.

Este esquema (Fig. 4) difere dos demais tanto na localização do trocador de calor (na parte superior) quanto no projeto das próprias câmaras de combustão. Carregamento - feito em forma de bunker com base inclinada, que garante o escoamento espontâneo do combustível, durante sua queima, até o local de combustão primária. O pós-combustor aqui é feito na forma de um tubo de material refratário e está localizado dentro da tremonha de alimentação, acima da câmara de combustão primária. Para aumentar a temperatura nele e criar melhores condições para a queima de gás combustível, este projeto prevê o aquecimento de suas paredes a partir do exterior com parte dos gases de combustão quentes.

FIG. 4 Diagrama de uma caldeira de pirólise localizada na parte superior do trocador de calor

Caldeiras de pirólise de ar forçado

Opção 1.

A câmara para carregamento e combustão primária do combustível neste esquema está localizada na parte inferior (Fig. 5). Sua base é feita de material refratário (por exemplo: tijolos refratários) com aberturas para o fornecimento de ar primário da câmara de jateamento, localizadas próximas à parede posterior da caldeira.O fornecimento de ar secundário para a combustão do gás de lenha é feito por meio de um ventilador instalado na parede frontal da caldeira, acima da porta de carregamento.

FIG. 5 Caldeira de pirólise com câmara de combustão superior e fornecimento forçado de ar secundário

Opção 2.

Este esquema (Fig. 6) difere pelo fato de que o fornecimento de ar, tanto primário quanto secundário, é feito por meio de um ventilador localizado na parede frontal da caldeira ou na chaminé (exaustor de fumaça). Tal esquema permite uma regulação mais eficiente da operação da unidade, mas depende da disponibilidade de eletricidade. Além disso, no esquema apresentado, a sobreposição entre as câmaras é feita de material refratário, no qual existem canais para fornecimento de ar secundário e um bico para fornecimento de gás de pirólise à câmara de combustão inferior.

FIG. 6 Caldeira de gerador a gás com câmara de combustão de gás inferior e fornecimento forçado de ar primário e secundário

Desvantagens significativas das caldeiras

Se você visitar qualquer loja online de unidades de aquecimento e perguntar quanto custam os geradores de calor de pirólise, verá imediatamente sua principal desvantagem. Não a caldeira russa mais cara "Suvorov M" K-20 (20 kW) vai custar 1320 cu. Ou seja, e o ATMOS DC 20 GS, idêntico em potência, tem 2950 cu. e. Para comparação: o preço de um aquecedor tradicional caro Buderus Logano S131-22 H é $ 1.010. e.

Vamos designar outras desvantagens da gaseificação de fontes de calor:

2 câmaras, forro de tijolo ou cerâmica mais uma camisa de água na parte inferior do corpo - as soluções de design acima aumentam significativamente o peso e as dimensões das unidades;
altos requisitos para a qualidade do combustível;
um refrigerante com uma temperatura de 80 ° C raramente é usado para aquecer casas particulares, o que significa que você não pode passar sem um caro acumulador de calor + elementos de tubulação;
as peças de cerâmica do forro não duram para sempre - o bico pode rachar devido ao superaquecimento e terá que ser substituído.

Devo dizer que as caldeiras de pirólise atraem os artesãos domésticos. Mas fazer tal unidade com as próprias mãos é muito difícil, você precisa de experiência e investimento na compra de materiais. Não será possível fazer um aquecedor gratuitamente. Muito mais fácil soldar uma caldeira convencional ou de mineração.

Observação. A julgar pelas opiniões dos proprietários das caldeiras nos fóruns temáticos, ainda é possível utilizar lenha crua. O algoritmo é o seguinte: a unidade é derretida e aquecida com toras secas e, em seguida, a madeira úmida é lançada. Mas a participação desse combustível não deve ultrapassar 30%, caso contrário, a fuligem e a fuligem irão embora. Vamos ouvir a opinião do especialista sobre o vídeo:

Conclusões e recomendações para a escolha

Faz sentido escolher caldeiras de pirólise de todas as caldeiras existentes nesta situação:

você está disposto a pagar por eficiência e preservação ambiental;
o orçamento permite adquirir um aquecedor e acumulador de calor com o volume necessário;
há espaço suficiente para equipamentos na sala da caldeira;
existe a oportunidade de colher lenha de alta qualidade, comprar briquetes ou secar madeira recém-cortada.

O modelo do gerador de calor é selecionado em termos de potência e funcionalidade. Para saber como escolher a fonte de calor a lenha certa para a sua casa, leia as nossas instruções.

Inicialmente, as caldeiras domésticas de pirólise são projetadas para instalar um tanque de armazenamento e usar um bom combustível. Esta é uma prática da Europa Ocidental, onde as unidades de combustível sólido não podem ser operadas sem um tanque tampão.

Nossas rendas não são tão altas, é por isso que os proprietários economizam em tudo - equipamento, combustível, método de combustão. Daí a conclusão: no momento, os geradores a gás são incompatíveis com as necessidades e custos da maioria dos proprietários, pois não poderão ser operados adequadamente.