Pyrolýzní topné kotle: princip činnosti a typy kotlů s dlouhým spalováním

Roky plynou, věda a technika se posouvají kupředu, ale tuhá paliva jsou stále žádaná. Spalovat dřevo v tradiční peci nebo v kamnech není příliš účinné, ale situaci změnily pyrolýzní kotle – zařízení se vyznačují vysokou účinností a relativně jednoduchým provozem.

Přiznejte si, že jsou to dostatečně významné argumenty při zařizování autonomního vytápění. Pokud hledáte účinný kotel pro dům, pak byste se měli blíže podívat na pyrolýzní kotle.

Povíme si, jak jsou zařízení s dlouhým hořením konstruována a jak fungují, jaké jsou jejich technicko-provozní zvláštnosti, a také uvedeme přehled nejhodnocenějších modelů domácích i zahraničních výrobců.

Co je to pyrolýza

Dřevo – to je pravděpodobně první palivo v lidské historii. Prakticky každý ví, jak rychle hoří na volném prostranství a že přitom vzniká poměrně málo tepla. Ale situace se radikálně změní, pokud se vytvoří jiné podmínky pro proces hoření.

Takzvané pyrolýzní hoření probíhá v uzavřených komorách. Do nich se vkládá dřevo nebo jiné tuhé palivo podobného typu: pelety, piliny, dřevní odpad apod.

Palivo se zapálí a poté se sníží množství vzduchu vstupujícího do komory.

Jak známo, při hoření probíhají oxidační procesy, jedním z hlavních účastníků je kyslík obsažený ve vzduchu. Pokud je kyslíku málo, reakce se zpomalí a dřevo hoří pomalu, v podstatě za těchto podmínek pouze doutná. Přitom se uvolňuje určité množství tepelné energie, popel a hořlavý plyn.

Proces pyrolýzy tím nekončí. Plyn získaný spalováním primárního paliva se smíchá se vzduchem a také shoří. Výsledkem je uvolnění podstatně většího množství tepelné energie než při provozu standardních generátorů tepla.

Proto pyrolýzní kotle vykazují velmi slušnou účinnost ve srovnání se svými čistě tuhopalnými "sourozenci" a také často nabízejí možnost výrazně ušetřit na vytápění.

Výhodou topné techniky tohoto typu je, že princip jejího provozu a zařízení je poměrně jednoduchý. Množství vzduchu vstupujícího do spalovacích komor je regulováno běžnou mechanickou klapkou. Jednoduchá konstrukce zajišťuje spolehlivost zařízení, poruchy u pyrolýzních kotlů nejsou častým jevem.

Toto schéma názorně demonstruje všechny fáze procesu pyrolýzního hoření. Teplota uvnitř zařízení může dosahovat 1200°C (+)

Další "plus" pyrolýzních kotlů – dlouhá doba hoření. Plné naplnění zařízení palivem umožňuje nezasahovat do procesu po dobu několika hodin, někdy i více než jeden den, tj. není nutné neustále přikládat dřevo do topeniště, jako je tomu při otevřeném hoření.

Samozřejmě to neznamená, že pyrolýzní kotel lze nechat bez dozoru. Stejně jako u jiné topné techniky zde platí přísná bezpečnostní pravidla.

Je třeba mít na paměti, že pyrolýzní kotel není všežravý – vlhkost paliva musí být nízká. Jinak část drahocenné tepelné energie půjde nikoli na ohřev teplonosné látky, ale na sušení paliva.

Pyrolýzní kotle, zejména vyrobené z litiny, mají značnou fyzickou hmotnost, proto jsou vždy k dispozici pouze jako stojací modely.

Při realizaci pyrolýzního hoření palivo shoří téměř úplně, zařízení bude nutné čistit mnohem méně často než při provozu tradičního kotle na tuhá paliva. Jemný popel získaný po čištění se používá jako hnojivo. Hoření paliva v těchto kotlích probíhá ve směru shora dolů.

Proto jsou možnosti přirozené cirkulace vzduchu v topeništi značně omezené. Použití nuceného vhánění vzduchu pomocí ventilátoru výrazně zlepšuje účinnost zařízení, ale zároveň činí kotel závislým na elektrické energii, protože pro provoz ventilátoru je nutná elektřina.

Konstrukce a činnost pyrolýzního kotle

Topeniště pyrolýzního kotle je rozděleno na dvě komory. V první hoří dřevo, ve druhé dochází k sekundárnímu spalování směsi pyrolýzních plynů a vzduchu. První komoru od druhé odděluje rošt, na který se pokládá palivo.

Vzduch je obvykle vháněn nuceně pomocí malého ventilátoru. I když u menších modelů se někdy k vytvoření tahu používá odsávač kouře.

Na tomto schématu je znázorněno uspořádání pyrolýzního kotle se spodním spalováním. Dřevo pomalu hoří při malém množství kyslíku a uvolňuje hořlavý plyn (+).

Přítomnost nuceného větrání lze považovat za hlavní rozdíl pyrolýzního kotle od klasického modelu na tuhá paliva. Tělo zařízení se skládá ze dvou částí vložených do sebe. Prostor mezi stěnami je vyplněn teplonosným médiem, jehož roli tradičně plní voda.

Nejprve se do první komory topeniště pyrolýzního kotle vloží palivo, poté se zapne ventilátor a palivo se zapálí. Vzniklé hořlavé plyny se přesunou do druhé komory, smísí se se vzduchem a shoří.

Teplota hoření může dosahovat až 1200 °C. Voda ve vnějším výměníku tepla se ohřívá a cirkuluje v topném systému domu. Zbytky spalin jsou odváděny komínem.

Zařízením, která využívají pyrolýzní princip hoření, lze vyčíst relativně vysokou cenu. Běžný kotel na tuhá paliva stojí výrazně méně. Ale u kotlů s dlouhým hořením dřevo shoří téměř úplně, což se o klasickém kotli říci nedá.

Na dřevo pro pyrolýzní kotel jsou kladeny určité požadavky na rozměry a vlhkost. Podrobné informace naleznete v návodu výrobce.

Při výběru pyrolýzního kotle je třeba mít na paměti, že levné modely s malým výkonem jsou obvykle určeny pouze na dřevo. Dražší modifikace jsou schopny pracovat s různými druhy paliva.

Navíc bude nutné palivo do zařízení vkládat na maximum, snížení zátěže vede k zvýšené tvorbě popela a sazí a také negativně ovlivňuje provoz celého agregátu.

Kotle s horním hořením

Jednou z variant pyrolýzního zařízení – je kotel s horním spalováním. Princip fungování těchto dvou agregátů je velmi podobný.

Stejně tak se do topeniště vkládá velké množství tuhého paliva s nízkou vlhkostí, vzduch je vháněn nuceně a zajišťuje se doutnání paliva při sníženém množství kyslíku. Klapka, která reguluje proud kyslíku, se nastaví do potřebné polohy.

Schéma zařízení kotle s horním spalováním. Topeniště takového kotle má slepé dno, částečky produktů spalování jsou odváděny komínem (+)

Ale kotle s dlouhým hořením nemají ani popelník, ani rošt. Dno představuje slepou kovovou desku. Tyto kotle jsou zařízeny tak, aby dřevo shořelo úplně a malé množství popela zbývající v topeništi bylo odfoukáno vzduchem.

Taková zařízení se vyznačují vysokou účinností a také pracují při teplotách nad 1000 °C.

Hlavní vlastností takových zařízení – skutečně zajišťují dlouhou dobu provozu při plném zatížení. Palivová komora v těchto zařízeních je obvykle provedena ve tvaru válce.

Do ní se shora vkládá palivo, a rovněž shora, uprostřed, je vháněn vzduch potřebný pro hoření.

V kotlích s horním spalováním je zařízení pro vhánění vzduchu – pohyblivý prvek, který se spouští dolů, jak dřevo dohořívá.

Takto se provádí pomalé doutnání horní vrstvy paliva. Palivo postupně shoří, jeho hladina v topeništi klesá. Současně se mění i poloha zařízení pro přívod vzduchu do topeniště, tento prvek je u takových modelů pohyblivý a prakticky leží na horní vrstvě dřeva.

Druhá fáze hoření probíhá v horní části topeniště, která je oddělena od spodního oddělení tlustým kovovým diskem. Horké pyrolýzní plyny, vzniklé spalováním paliva dole, expandují a pohybují se nahoru.

Zde se mísí se vzduchem a shoří, čímž předávají výměníku tepla solidní porci tepelné energie.

Nosník, který drží disk oddělující spalovací komoru na dvě části, stejně jako samotný disk, je během provozu kotle s horním spalováním neustále vystaven vysoké teplotě. Časem tyto prvky shoří a bude nutné je pravidelně vyměňovat.

Na výstupu z druhé části palivové komory je obvykle instalován regulátor tahu. Je to automatický přístroj, který určuje teplotu topného média a na základě získaných údajů reguluje intenzitu pohybu hořlavého plynu. Chrání zařízení před možným přehřátím.

Stojí za zmínku, že vnější výměník tepla v takových kotlích reaguje na změnu rychlosti cirkulace kapaliny ve výměníku, tj. na kolísání teploty. Na povrchu zařízení se okamžitě vytvoří vrstva kondenzátu, která způsobuje korozi, zejména pokud se jedná o ocelové kotle.

Je vhodnější pořídit zařízení z litiny, které je mnohem odolnější vůči tomuto působení.

Přestože palivo v pyrolýzních kotlích s dlouhým hořením by mělo shořet beze zbytku, v praxi tomu tak není vždy. Někdy popel slíná a tvoří částečky, které lze obtížně odstranit proudem vzduchu.

Pokud se v topeništi nahromadí velké množství těchto zbytků, může dojít k výraznému snížení tepelného výkonu zařízení. Proto je třeba kotel s horním spalováním pravidelně čistit.

Zvláštností zařízení tohoto typu je, že při hoření paliva je možné jej přikládat, aniž by se čekalo na shoření celé dávky. To je vhodné, když je potřeba se zbavit hořlavého domovního odpadu.

Existují také varianty kotlů s horním spalováním, které pracují nejen na dřevěné palivo, ale i na uhlí. Složité jednotky automatického řízení u pyrolýzních kotlů tohoto typu chybí, a proto k vážným poruchám dochází jen zřídka.

Konstrukce kotle s horním spalováním umožňuje naplnit topeniště jen částečně, je-li to nutné. V takovém případě však může být zapálení horní vrstvy paliva obtížné. Samotné palivo musí být vysušené, dřevo z otevřené hromady se pro takový kotel nehodí.

Palivo velkých frakcí by se také nemělo používat pro tento druh zařízení, tj. dřevo bude nutné naštípat na malé kusy.

Zvláštnosti provozu plynových generátorových kotlů

Účinnost pyrolýzního kotle do značné míry závisí na typu a kvalitě paliva. Technicky lze do topeniště vložit nejen dřevo, ale i uhlí a dokonce rašelinu, většina moderních modelů kotlů je určena pro použití několika druhů paliva.

Dřevo shoří přibližně za 5–6 hodin v závislosti na druhu. Čím tvrdší dřevo, tím déle hoří.

Moderní modely pyrolýzních kotlů mohou pracovat s různými druhy dřevěného paliva: dřevem, briketami, peletami, uhlím, rašelinou apod.

Přibližně deset hodin trvá shoření černého uhlí, zatímco stejné množství hnědého uhlí bude doutnat po dobu osmi hodin. V praxi pyrolýzní technika vykazuje nejvyšší tepelný výkon při zatížení suchým dřevem. Za optimální se považuje dřevo s vlhkostí nejvýše 20 % a délkou asi 45–65 cm.

Pokud není k dispozici takové palivo, lze použít uhlí nebo jiné organické palivo: speciální brikety z pilin a dřevěné pelety, odpady ze zpracování dřeva, rašelinu, materiály s celulózou apod.

Před uvedením kotle do provozu je třeba pečlivě prostudovat doporučení výrobce zařízení ohledně paliva.

V kotlích pyrolýzního hoření je přívod vzduchu regulován běžnými mechanickými šoupátky. Absence složité elektroniky zajišťuje vysokou odolnost zařízení vůči poruchám.

Příliš vlhké palivo v takových zařízeních je nepřípustné. Při jeho spalování v topeništi vznikají další vodní páry, které přispívají k tvorbě vedlejších produktů, jako je dehet a saze.

Stěny kotle se znečišťují, přenos tepla se snižuje, časem může kotel dokonce přestat pracovat, zhasnout.

Pokud se pro kotel pyrolýzního hoření použije dříví s příliš vysokou vlhkostí, uvnitř zařízení vzniknou podmínky pro tvorbu dehtu, který zhorší přenos tepla zařízení a může vést k poruchám.

Pokud je do topeniště vloženo suché palivo a kotel je správně nastaven, pyrolýzní plyn získaný provozem zařízení bude vytvářet plamen žlutobílé barvy. Takové hoření je doprovázeno zanedbatelným uvolňováním vedlejších produktů spalování paliva.

Pokud je barva plamene jiná, má smysl zkontrolovat kvalitu paliva a také nastavení zařízení.

Pyrolýzní plyny smíchané se vzduchem hoří rovnoměrným žlutobílým plamenem. Pokud se barva plamene změnila, možná je třeba zkontrolovat nastavení kotle nebo kvalitu paliva.

Na rozdíl od běžných zařízení na tuhá paliva je třeba před vložením dřeva do pyrolýzních kotlů pracujících na tuhá paliva topeniště předehřát.

K tomu se provádějí následující kroky:

1. Na dno topeniště se vloží jemný suchý podpal (papír, třísky apod.)
2. Zapálí se pomocí pochodně z podobných materiálů.
3. Zavřou se dvířka spalovací komory.
4. Dvířka plnicí komory se nechají mírně pootevřená.
5. Přidávají se dávky podpalu, jak dohořívá.
6. Proces se opakuje, dokud se na dně nevytvoří vrstva doutnajícího uhlí.

Do této chvíle se topeniště již zahřeje přibližně na 500-800 °C, čímž se vytvoří podmínky pro vložení hlavního paliva. K zapálení podpalu by se neměl používat benzín, petrolej ani žádné jiné podobné kapalné látky. Před předehříváním topeniště kotle s dlouhým hořením je třeba se ujistit, že je zařízení připraveno k provozu.

Charakteristickým rysem kotlů pyrolýzního hoření je malé množství popela a škváry, což usnadňuje proces čištění zařízení a jeho údržbu.

K tomu se kontroluje přítomnost tahu, těsnost dvířek, funkčnost uzavíracích mechanismů a regulačního zařízení, přítomnost teplonosné látky v topném systému a podobně.

Poté by měl být zapnut termoregulátor, aby se ujistil, že je na spotřebič přivedeno napětí. Poté otevřete klapku přímého tahu a větrejte kotel po dobu 5-10 minut.

Přehled populárních modelů

Je třeba si uvědomit, že jakýkoli pyrolýzní kotel – je poměrně těžké zařízení, které není určeno k zavěšení na zeď. Taková zařízení lze použít jak k vytápění malého domu, tak i prostorných vilek. Stejně jako ostatní topné agregáty se kotle s dlouhým hořením liší výkonem.

Při výběru pyrolýzního kotle byste se měli zaměřit na takové parametry, jako je tepelný výkon zařízení, rozměry plnicí komory, přítomnost druhého okruhu atd.

Na tento ukazatel se obvykle kupující zaměřují.

Mezi oblíbené modely tohoto zařízení je třeba zmínit:

• Atmos (Ukrajina) – představují zařízení, která mohou pracovat jak na dřevo, tak na uhlí, výkon se pohybuje v rozmezí od 14 do 75 kilowattů.
• Attack (Slovensko) – zvládnou vytápění ploch až 950 m², některé modely jsou schopny pokračovat v provozu i při výpadcích elektřiny.
• Bosch (Německo) – vysoce kvalitní produkty známé značky, výkon se pohybuje v rozmezí 21-38 kilowattů.
• Buderus (Německo) je zastoupen řadami Elektromet a Logano, první je v Evropě dobře známá jako klasická varianta pyrolýzního kotle, druhá – modernější verze určené pro soukromé domy.
• Gefest (Ukrajina) – vysoce výkonná zařízení s účinností až 95%.
• KT-2E (Rusko) – speciálně navržen pro velké obytné prostory, výkon jednotky je 95 kilowattů.
• Opop (Česko) – relativně levné kotle, spolehlivé a odolné, výkon 25-45 kilowattů.
• Stropuva (výroba Litva nebo Ukrajina) s výkonem od sedmi kilowattů se docela hodí pro malý dům, ale v modelové řadě jsou k dispozici i výkonnější zařízení.
• Viessmann (Německo) – ideální volba pro soukromé domácnosti, výkon začíná na 12 kilowattech, použití moderních technologií umožňuje šetřit palivo.
• „Buran“ (Ukrajina) s výkonem až 40 kilowattů je další oblíbenou volbou pro majitele velkých vilek.
• „Logika“ (Polsko) – vysoce výkonná zařízení o výkonu 20 kilowattů s lehkostí vytápí prostory až 2 000 m², spíše se jedná o kotel pro průmyslové účely: vytápění dílen, kanceláří, skleníků atd.

Při výběru pyrolýzního kotle pro soukromý dům byste měli věnovat pozornost modelům se dvěma okruhy, abyste nejen vytápěli obydlí, ale také zajistili autonomní dodávku teplé vody.

Výměník tepla pro ohřev teplé vody může být akumulačního nebo průtokového typu. Pro druhý typ se používají modely kotlů se zvýšeným tepelným výkonem.

Chcete-li ušetřit peníze, můžete zkusit vyrobit pyrolýzní kotel svépomocí. Technologie jeho montáže je popsána v tomto článku.

Závěry a užitečné video k tématu

Na tomto videu je názorně znázorněn princip práce pyrolýzního kotle:

Podrobný přehled práce kotle s horním spalováním si můžete prohlédnout zde:

Pyrolýzní kotle nejsou levné, ale plně ospravedlňují investované prostředky do jejich pořízení. Při správné instalaci a údržbě zajistí taková zařízení domu stabilní a levné teplo.

Hledáte pyrolýzní kotel pro vytápění domu? Nebo máte zkušenosti s provozem takových zařízení? Zanechte prosím komentáře k článku a podělte se o dojmy z používání pyrolýzních kotlů. Formulář pro zpětnou vazbu se nachází ve spodní části.