Pyrolýzní kotel vlastníma rukama: konstrukce, schémata, princip fungování

Termín «pyrolýza» označuje proces, při kterém dochází k pomalému spalování tuhého paliva za vzniku plynného prostředí. Navzdory «profesorskému» názvu zařízení není vyrobit pyrolýzní kotel svépomocí relativně složité a svépomocí vyrobené kotle se v praxi vyskytují poměrně často.

Vysvětlení je jednoduché – plynový generátorový kotel na dřevo je jednodušší na údržbu, často účinnější a hospodárnější než jiná podobná zařízení. Pojďme se společně podívat, jak takové zařízení funguje a co bude potřeba k jeho výrobě.

Princip fungování pyrolýzních kotlů

Kotle otopných systémů, kde se jako palivo používají tuhá hořlavé materiály, kromě klasických, patří také k pyrolýzním konstrukcím. Obvykle se nazývají plynovými generátorovými kotli.

Abychom lépe pochopili princip fungování domácího pyrolýzního kotle, je logické pečlivě prozkoumat zařízení takové techniky. Začněme vlastnostmi topeniště jako hlavní části topné konstrukce. V podstatě je pracovní oblast palivové komory pyrolýzních kotlů rozdělena na dvě oddělené komory.

Konstrukce pyrolýzního kotle v řezu: 1 – plnicí komora (pasivní), kde probíhá proces pyrolýzy (nedokonalého hoření); 2 – spalovací komora plynu (aktivní), vznikajícího v procesu pyrolýzy

Jedna z těchto komor se plní tuhým palivem – dřevem, peletami, briketami atd. Tam začíná primární proces hoření tuhého paliva při omezeném přívodu vzduchu. V tomto stavu palivo nehoří, ale doutná. Plyny uvolňované při pomalém hoření vstupují do druhé oblasti komory – aktivní, kde již při zvýšeném přívodu vzduchu intenzivně dohořívají.

Technicky je tento proces spalování realizován jednoduchým způsobem. Podoblasti celkové komory jsou jednoduše odděleny roštem a tryskou. Horní část komory – pasivní topeniště, spodní část komory – aktivní topeniště. Přitom je třeba vzít v úvahu konstrukční zvláštnost – horní přívod vzduchu do palivové komory (horní foukání).

V podstatě se tím liší konstrukce plynového generátorového kotle od klasické jednokomorové konstrukce, kde se používá spodní přívod.

Klasická konstrukce vzduchového čerpadla (často nazývaného ventilátorem, ale technicky je to nesprávný název), která se používá ve schématu pyrolýzního kotle. Je to důležitá součást zajišťující efektivitu provozu zařízení.

Technologicky je pro zařízení pyrolýzních kotlů charakteristická také organizace nuceného tahu. Konstrukce dvoustupňového topeniště má zvýšený aerodynamický odpor. Proto se zde neobejdete bez instalace vzduchového čerpadla.

Jak kotel funguje v praxi?

Praktické použití zařízení je vhodné prozkoumat pomocí postupného procesu:

1. Nakládání palivového dřeva – ukládání na rošt horní oblasti komory.
2. Zapálení paliva a spuštění kouřového čerpadla.
3. Vznik dřevního plynu při teplotě 250–850 °C.
4. Přechod dřevního plynu do spodní oblasti topeniště.
5. Spalování dřevního plynu s přídavným přívodem vzduchu.

Dále se teplo získané ve spodní oblasti palivové komory používá k ohřevu teplonosné látky. Teplonosnou látkou může být jak vodní prostředí, tak vzduch.

1 – aktivní komora; 2 – vstup vody; 3 – sekundární vzduch; 4 – kouřovod; 5 – výstupní hrdlo; 6 – škrtící klapka; 7 – výstup vody; 8, 9 – snímače; 10 – termoregulátor; 11 – dvířka pasivní komory; 12 – primární vzduch; 13 – pasivní komora; 14 – vzduchové čerpadlo; 15 – okruh výměníku tepla; 16 – tryska; 17 – dvířka aktivní komory

Pokud se zaměříme na všechny existující konstrukce domácích kotlů na tuhá paliva, hlavní alternativou k pyrolýznímu kotli je konstrukce tradičního provedení.

Jedná se o podobný typ kotle na dřevo, kde funguje jedno nedělené topeniště a uplatňuje se princip spodního přívodu vzduchu do spalovací komory. Tento systém je však považován za méně účinný a nehospodárný kvůli rychlému spalování paliva.

Pyrolýzní kotel je schopen dosahovat účinnosti na úrovni 85–95 % při 100% zatížení. Účinnost však prudce klesá, pokud je zatížení nižší než 50 %. Právě proto výrobci pyrolýzní techniky doporučují uživatelům provozovat zařízení s maximálním zatížením.

Podobný přístup platí i pro domácí konstrukce, za předpokladu, že plně odpovídají klasickému pyrolýznímu schématu a provozním požadavkům.

Pro „pyrolýzu“ jsou provozní požadavky, nutno podotknout, poměrně přísné:

• povinné vybavení vzduchovým čerpadlem;
• přípustná vlhkost paliva nejvýše 25–35 %;
• zatížení zařízení nejméně 50 %;
• teplota vratné teplonosné látky nejméně 60 °C;
• plnění pouze velkými kusy paliva.

Rovněž je třeba zmínit nákladnost pyrolýzních systémů průmyslové výroby. Pravděpodobně proto je velmi populární varianta „udělej si sám“.

Svépomocí vyrobený pyrolýzní kotel

Při vlastní výrobě podobného topného zařízení se zpravidla vychází z oblíbeného Běljajevova schématu. Nelze říci, že by se jednalo o jednoduché řešení, které umožňuje bez problémů vyrobit ohřívač. Je to však pravděpodobně jedno z těch řešení, které je skutečně možné realizovat.

Trojrozměrné schéma pyrolýzního kotle pro vlastní výrobu. Jedná se o jednu z jednoduchých variant schématu, kterou lze vyrobit samostatně v domácích podmínkách.

Pro výrobu zařízení podle tohoto schématu bude mistr potřebovat:

• kovová trubka (d = 32; 57; 159 mm);
• profilová trubka (s = 60x30; 80x40; 20x20 mm);
• ocelový pás (20x4; 30x4; 80x5 mm);
• šamotová cihla;
• plech;
• vzduchové čerpadlo;
• teplotní čidlo.

Dále je nutné mít kompletní sadu zámečnického nářadí, plus svářečku (a svářečské dovednosti, samozřejmě). Práci na vlastní výrobě pyrolýzního kotle rozhodně nezvládnete sami. Budete potřebovat alespoň jednoho pomocníka.

Nejprve je třeba v souladu se zvoleným schématem připravit plechové díly konstrukce. Doporučuje se připravit plechové panely, které se nařežou na míru pomocí profesionálního přesného zařízení.

Použití ručního nářadí, jako je například úhlová bruska, také vyžaduje určité pracovní dovednosti a dodržování bezpečnostních předpisů při práci, ale nezaručuje přesnost řezu, což se následně projeví na kvalitě provedení svarů. Tuto skutečnost je třeba vzít v úvahu. Rozumným řešením pro řezání plechů je zadání zakázky v mechanické dílně.

Montáž vnitřních částí zařízení

Z jedné části plechů je třeba vytvořit spalovací komoru. K tomu se materiál odpovídající parametrům schématu spojí a svaří. Výsledkem by měla být dvoukomorová konstrukce, která by měla být doplněna vzduchovody.

Tyto prvky spalovací komory se vyrábějí z ocelového profilu ve tvaru U nebo se k výrobě používá profilová trubka. Po celé ploše přední strany vzduchovodu se vyvrtají otvory.

Vzduchové kanály uvnitř spalovací komory. Těmito kanály je přiváděn vzduch pomocí vzduchového čerpadla. Pro rovnoměrné rozložení proudu vzduchu po celé délce kanálu jsou vyvrtány otvory.

Níže, v oblasti aktivní spalovací komory, se na stěně umístěné napříč vzduchovodům zařezává kovová trubka (sekundární přívod vzduchu). Dále se začíná pracovat s trubkami, protože přišla řada na montáž trubkového výměníku tepla.

Tato část pyrolýzního systému se vyrábí z kovových trubek o průměru 57 mm:

1. Vezmou se dva plechy o rozměru podle výkresu a provede se značení.
2. Na základě značení se na plechu vyříznou otvory o průměru 60 mm pro umístění trubek.
3. Nařežou se trubky o průměru 57 mm na požadovanou délku.
4. Konce trubek se zasunou do otvorů jednoho plechu a přivaří se.
5. Operace se opakuje s druhým plechem.

Na výstupu by měl být hotový výměník tepla, který je připevněn k tělesu kotle tam, kde ukazuje schéma.

Příklad výroby výměníku tepla ze dvou ocelových plechů a trubek nařezaných na míru. Zde je vyžadováno kvalitní svařování, aby v budoucnu při provozu kotle nevznikaly problémy.

Vedle výměníku tepla (v horní úrovni) se instaluje škrticí klapka. Tento díl je opatřen rukojetí a také se přivařuje ke konstrukci. Čelní část tělesa škrticí klapky se zakrývá kusem plechu s hrdlem pro komín.

Dále už zbývá pouze svařit přední panel palivové komory s okny pro dveře pro každou ze dvou sekcí a modulem pro vzduchové čerpadlo.

Instalovaný výměník tepla a část konstrukce škrticí klapky. Varianta regulačního mechanismu ve formě ruční páky s možností fixace klapky v libovolné poloze.

Před instalací čelního panelu je nutné vnitřní část spalovacích komor vyztužit šamotovou cihlou. Tento materiál se řeže na míru, některá část pod úhlem. Cihla se obrousí a přizpůsobí na místo uložení.

Obě pracovní sekce palivové komory kotle jsou obloženy šamotovou cihlou. Přitom se pečlivě obloží místa v oblasti klapek odvzdušňovacích (přívodních) trubek. Po vyzdění cihlami se instaluje čelní panel.

Příklad vyzdívání vnitřní oblasti palivové komory šamotovou cihlou. Cihlové obložení chrání stěny komory pyrolýzního kotle před možným prohořením při dlouhodobém provozu.

V podstatě lze hlavní montáž pyrolýzního kotle v této fázi považovat za dokončenou. Sestavenou konstrukci je třeba ošetřit – odstranit okuje ze svařování, očistit svary, upravit, pokud jsou někde malé nerovnosti.

V další fázi – uzavření sestavené konstrukce do utěsněného pláště. Tato část konstrukce je také vyrobena z kovových plechů. Nejdříve je však nutná tlaková zkouška.

Testování a konečná montáž konstrukce

Sestavenou konstrukci je třeba otestovat. Povinné kroky – kontrola těsnosti oblasti kotle, kde má cirkulovat teplonosné médium. Pro provedení tlakové zkoušky výměníku tepla se dočasně nainstalují zátky na hrdla přívodu a zpátečky teplonosného média.

Poté se výměník tepla naplní vodou. Je vhodné použít horkou vodu z topné sítě nebo TUV, aby bylo možné zkontrolovat svary v podmínkách tepelné roztažnosti kovu.

Přední část již téměř hotové konstrukce s vyvedenými trubkami pro přívod vzduchu do pracovních komor. Okna sekcí palivové komory jsou zatím bez dvířek. Tato konstrukce bude obložena plášťovými plechy.

Za předpokladu, že na švech výměníku tepla nedochází k únikům, se voda vypustí a přistoupí se k orámování konstrukce pyrolýzního kotle vnějšími kovovými panely. V této fázi se také vyrábějí a zavěšují dveře oken sekcí spalovací komory.

Dveře pyrolýzního zařízení musí být provedeny s ohledem na vysokoteplotní provozní podmínky. Proto se tyto konstrukční prvky obvykle vyrábějí (nebo používají již hotové) z litiny s dodatečným teplotním vyztužením šamotovými cihlami.

Příklad konstrukce dveří jedné ze sekcí palivové komory pyrolýzního kotle. Pro zesílení ochrany před působením vysoké teploty spalovacího procesu se kromě kovu používá šamotová cihla.

Závěrečná etapa – instalace pyrolýzního kotle na místě jeho budoucího provozu. Montáž konstrukce se provádí na základu nebo na betonové desce. Výšku základu (desky) vzhledem k úrovni terénu se doporučuje dodržet alespoň 100 mm.

Po instalaci a vyvážení úrovní se spodní část kotle upevní k základu. Zbývá připojit kouřovod, nainstalovat vzduchové čerpadlo a připojit přívodní/výstupní potrubí teplonosné látky.

Pyrolýzní kotel zcela uzavřený v kovovém plášti a připravený k instalaci na pracoviště. Jako nosné prvky upevnění jsou na plášti přivařeny rohové háky.

Výroba pyrolýzní konstrukce kotle svépomocí je práce vyžadující značné úsilí. Samozřejmě se neobejde ani bez režijních nákladů z hlediska finančních prostředků.

Možná že náklady na nákup materiálu a využití externích služeb budou nižší než cena průmyslově vyráběného zařízení. Rozdíl však pravděpodobně nebude tak výrazný. Hlavní otázka ale není v penězích.

Závěry a užitečné video k tématu

O svépomocné výrobě pyrolýzního kotle:

Technicky je svépomocná výroba pyrolýzních kotlů bez odpovídající základny extrémně složitý proces. Dále jsou nezbytné profesionální dovednosti v práci s kovem, jasné pochopení inženýrských schémat a technologických jemností výroby kotlového zařízení. Bez toho všeho se do práce ani nevyplatí pouštět.

Pokud disponujete potřebnými znalostmi a dovednostmi a můžete poskytnout cennou radu ohledně montáže pyrolýzního kotle ostatním návštěvníkům webu – zanechte prosím své komentáře, podělte se o tajemství řemesla, ptejte se v bloku pod článkem.