Pirolīzes apkures katli: darbības princips un ilgstošas degšanas katlu veidi

Gadi iet, zinātne un tehnika virzās uz priekšu, bet cietie kurināmā veidi joprojām ir pieprasīti. Dedzināt malku tradicionālā krāsnī vai "buržujkā" nav pārāk efektīvi, bet situāciju mainīja pirolīzes apkures katli – agregāti atšķiras ar augstu lietderības koeficientu un salīdzinoši vienkāršu ekspluatāciju.

Piekrītat, tie ir pietiekami nozīmīgi argumenti, iekārtojot autonomu apkuri. Ja meklējat efektīvu katlu mājai, tad ir vērts tuvāk apskatīt pirolīzes katlus.

Mēs pastāstīsim, kā uzbūvēti un darbojas ilgstošas degšanas agregāti, kādas ir to tehniski ekspluatācijas īpatnības, kā arī sniegsim apskatu par visnovērtētākajiem vietējo un ārvalstu ražotāju modeļiem.

Kas ir pirolīze

Malka – tā, iespējams, ir pats pirmais kurināmais cilvēces vēsturē. Gandrīz ikvienam ir zināms, cik ātri tā sadeg atklātā gaisā un ka siltuma izdalās ne tik daudz. Bet situācija kardināli mainās, ja tiek radīti citi apstākļi sadegšanas procesam.

Tā saucamā pirolīzes degšana notiek slēgtās kamerās. Tur iekrauj malku vai citu līdzīga tipa cieto kurināmo: granulas, zāģskaidas, kokapstrādes atkritumus u.tml.

Kurināmo aizdedzina un pēc tam samazina kamerā nonākošā gaisa daudzumu.

Kā zināms, degšanas laikā notiek oksidācijas procesi, kuru viens no galvenajiem dalībniekiem – skābeklis, kas atrodas gaisā. Ja skābekļa ir maz, reakcija palēninās un malka deg lēni, faktiski šādos apstākļos tā gruzd. Tajā pašā laikā izdalās noteikts daudzums siltumenerģijas, pelni un degoša gāze.

Pirolīzes process ar to nebeidzas. Iegūtā gāze, sadedzinot primāro kurināmo, sajaucas ar gaisa masām un arī sadeg. Rezultātā izdalās ievērojami vairāk siltumenerģijas nekā standarta siltumģeneratoru darbībā.

Tāpēc pirolīzes katli uzrāda ļoti labu lietderības koeficientu salīdzinājumā ar saviem tīri cietā kurināmā “brāļiem”, kā arī bieži sniedz iespēju ievērojami ietaupīt uz apkuri.

Šāda tipa apkures tehnikas priekšrocība ir tā, ka tās darbības un ierīces princips ir samērā vienkāršs. Gaisa daudzumu, kas nonāk degšanas kamerās, regulē parasts mehānisks aizbīdnis. Vienkāršā konstrukcija nodrošina ierīces uzticamību; pirolīzes katliem bojājumi – nav bieža parādība.

Šī shēma uzskatāmi parāda visus pirolīzes degšanas procesa posmus. Temperatūra ierīces iekšienē var sasniegt 1200°C (+)

Vēl viens pirolīzes katlu “pluss” – ilgs degšanas periods. Pilnīga ierīces uzpilde ar kurināmo ļauj neiejaukties procesā vairākas stundas, dažreiz pat vairāk nekā diennakti, t.i., nav nepieciešams pastāvīgi pielikt malku kurtuvē, kā tas notiek atklātas degšanas gadījumā.

Protams, tas nenozīmē, ka pirolīzes katlu var atstāt bez uzraudzības. Tāpat kā ar citu apkures tehniku, šeit ir stingri drošības noteikumi.

Ir vērts atcerēties, ka pirolīzes katls nav visēdājs – kurināmā mitrumam jābūt zemam. Pretējā gadījumā daļa dārgās siltumenerģijas netiks izmantota siltumnesēja sildīšanai, bet gan kurināmā žāvēšanai.

Pirolīzes degšanas katli, īpaši tie, kas izgatavoti no čuguna, ir ievērojami fiziski smagi, tāpēc tie vienmēr ir pieejami tikai kā grīdas modeļi.

Īstenojot pirolīzes degšanu, kurināmais sadeg gandrīz pilnībā, ierīce būs jātīra daudz retāk nekā ekspluatējot tradicionālo cietā kurināmā katlu. Pēc tīrīšanas iegūtās smalkās pelnus izmanto kā mēslojumu. Kurināmā degšana šādos katlos notiek virzienā no augšas uz leju.

Tāpēc iespējas dabīgai gaisa cirkulācijai kurtuvē ir ievērojami ierobežotas. Piespiedu gaisa padeve ar ventilatoru ievērojami uzlabo ierīces darbības efektivitāti, taču padara katlu atkarīgu no elektroenerģijas, jo ventilatora darbībai nepieciešama elektrība.

Pirolīzes katla uzbūve un darbība

Piroļīzes katla kurtuve ir sadalīta divās daļās. Pirmajā daļā deg malka, bet otrajā notiek pirolīzes gāzu un gaisa maisījuma atkārtota degšana. Pirmo kameru no otrās atdala restes, uz kurām tiek likta kurināmā.

Gaiss parasti tiek piespiedu kārtā padots ar nelielu ventilatoru. Lai gan mazākos modeļos dažkārt vilkmes radīšanai izmanto dūmu sūkni.

Šajā shēmā ir attēlota apakšdegšanas pirolīzes katla uzbūve. Malka lēni deg ar nelielu skābekļa daudzumu un izdala degošu gāzi (+)

Piespiedu ventilācijas esamību var uzskatīt par galveno atšķirību starp pirolīzes katlu un klasisko cietā kurināmā modeli. Ierīces korpuss sastāv no divām savā starpā ievietotām daļām. Atstarpi starp sienām aizpilda ar siltumnesēju, kura lomu tradicionāli pilda ūdens.

Vispirms pirolīzes katla kurtuves pirmajā daļā ievieto kurināmo, pēc tam ieslēdz ventilatoru un aizdedzina kurināmo. Rezultātā radušās degošās gāzes pārvietojas uz otro daļu, sajaucas ar gaisu un sadeg.

Degšanas temperatūra var sasniegt 1200°C. Ūdens, kas atrodas ārējā siltummaiņā, uzkarst un cirkulē pa mājas apkures sistēmu. Degšanas produktu atliekas tiek noņemtas caur dūmvadu.

Kā pārmetumu ierīcēm, kurās tiek izmantots pirolīzes degšanas princips, var minēt salīdzinoši augsto cenu. Parasts cietā kurināmā katls maksā ievērojami mazāk. Taču ilgstošas degšanas katlos malka sadeg gandrīz pilnībā, ko nevar teikt par klasisko katlu.

Piroļīzes katla malkai ir noteiktas prasības attiecībā uz izmēriem un mitrumu. Sīkāku informāciju var atrast ražotāja instrukcijā.

Izvēloties pirolīzes katlu, jāatceras, ka lētāki mazas jaudas modeļi parasti ir paredzēti tikai malkai. Dārgākas modifikācijas spēj darboties ar dažādiem kurināmā veidiem.

Turklāt kurināmais ierīcē būs jāievieto maksimāli, jo slodzes samazināšana izraisa pastiprinātu pelnu un sodrēju veidošanos, kā arī negatīvi ietekmē iekārtas darbību kopumā.

Augšējās degšanas katli

Viens no pirolīzes ierīces variantiem – augšdegšanas katls. Šo divu iekārtu darbības princips ir ļoti līdzīgs.

Tieši tādā pašā veidā kurtuvē tiek iekrauts liels daudzums cietā kurināmā ar zemu mitruma saturu, gaiss tiek piespiedu kārtā ievadīts, un tiek nodrošināta kurināmā gruzdēšana pie samazināta skābekļa daudzuma. Aizbīdnis, kas regulē skābekļa plūsmu, tiek iestatīts vajadzīgajā pozīcijā.

Augšējās degšanas katla ierīces shēma. Šāda katla kurtuvei ir akla dibens, degšanas produktu daļiņas tiek izvadītas caur dūmvadu (+)

Bet ilgstošas degšanas katliem nav ne pelnu trauka, ne restes. Dibens ir akla metāla plāksne. Šādi katli ir veidoti tā, lai koksne izdegtu pilnībā, bet nelielais palikušais pelnu daudzums kurtuvē tiktu izpūsts ar gaisu.

Šādas ierīces izceļas ar augstu lietderības koeficientu un darbojas arī temperatūrā virs 1000°C.

Galvenā šādu ierīču iezīme – tās patiešām nodrošina ilgu darbības laiku ar pilnu slodzi. Degvielas kamera šādās ierīcēs parasti ir izveidota cilindra formā.

Tajā no augšas tiek iekrauta degviela, un no augšas, pa centru, tiek iespiests degšanai nepieciešamais gaiss.

Augšējās degšanas katlos gaisa iespiešanas ierīce – ir kustīgs elements, kas nolaižas uz leju, malkai izdegot

Tādējādi notiek lēna kurināmā augšējā slāņa gruzdēšana. Kurināmais pakāpeniski izdeg, tā līmenis kurtuvē pazeminās. Vienlaikus mainās arī gaisa padeves ierīces pozīcija kurtuvē; šis elements šādos modeļos ir kustīgs un praktiski atrodas uz malkas augšējā slāņa.

Otrais degšanas posms notiek kurtuves augšējā daļā, kura ir atdalīta no apakšējās daļas ar biezu metāla disku. Karstās pirolīzes gāzes, kas radušās kurināmā sadegšanas rezultātā apakšā, izplešas un pārvietojas uz augšu.

Šeit tās sajaucas ar gaisu un sadeg, papildus nododot siltummainim ievērojamu siltumenerģijas porciju.

Sija, kas notur disku, kurš sadala sadegšanas kameru divās daļās, kā arī pats disks, augšējās degšanas katla darbības laikā pastāvīgi atrodas augstas temperatūras ietekmē. Laika gaitā šie elementi izdeg, un tie būs periodiski jānomaina.

Otrās degvielas kameras daļas izejā parasti ir uzstādīts vilkmes regulators. Tā ir automātiska ierīce, kas nosaka dzesēšanas šķidruma temperatūru un atkarībā no iegūtajiem datiem regulē degtspējīgas gāzes kustības intensitāti. Tas aizsargā ierīci no iespējamas pārkaršanas.

Ir vērts atzīmēt, ka ārējais siltummainis šādos katlos reaģē uz šķidruma cirkulācijas ātruma izmaiņām siltummainī, t.i., uz temperatūras svārstībām. Uz ierīces virsmas uzreiz veidojas kondensāta slānis, kas izraisa koroziju, īpaši, ja runa ir par tērauda katliem.

Priekšroka dodama čuguna ierīcei, kas ievērojami labāk pretojas šādai iedarbībai.

Lai gan degvielai pirolīzes katlos ar ilgstošu degšanu vajadzētu sadegt bez atlikuma, praksē tas ne vienmēr notiek. Reizēm pelni saķepējas, veidojot daļiņas, kuras ir grūti izvadīt ar gaisa plūsmu.

Ja kurtuvē uzkrājas liels daudzums šādu atlikumu, var novērot ievērojamu iekārtas siltumatdeves samazināšanos. Tāpēc augšējās degšanas katls periodiski tomēr ir jātīra.

Šāda veida ierīču īpatnība ir tā, ka degvielai sadegot, to var pievienot, negaidot, kamēr sadegs visa degvielas krava. Tas ir ērti, kad nepieciešams atbrīvoties no degošiem sadzīves atkritumiem.

Pastāv arī augšējās degšanas katlu varianti, kas darbojas ne tikai ar koksnes degvielu, bet arī ar akmeņoglēm. Sarežģīti automātiskās vadības mezgli šāda veida pirolīzes katlos nav, tāpēc nopietni bojājumi tiek novēroti ārkārtīgi reti.

Augšējās degšanas katla konstrukcija ļauj kurtuvi piekraut tikai daļēji, ja tas ir nepieciešams. Tomēr šajā gadījumā aizdedzināt degvielas augšējo slāni var nebūt viegli. Pašai degvielai jābūt izžāvētai, malka no atklātas malkas kaudzes šādam katlam neder.

Lielo frakciju degvielu arī nevajadzētu izmantot šāda veida tehnikai, t.i., malka obligāti būs jāskaida mazos gabalos.

Gāzes ģeneratora katlu ekspluatācijas īpatnības

Pirolīzes katla darba efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no degvielas veida un kvalitātes. Tehniski kurtuvē var iekraut ne tikai koksni, bet arī ogles un pat kūdru; lielākā daļa mūsdienu katlu modeļu ir paredzēti vairāku degvielas veidu izmantošanai.

Koksne sadeg aptuveni 5–6 stundu laikā, atkarībā no šķirnes. Jo cietāks koks, jo ilgāk tas deg.

Mūsdienu pirolīzes degšanas katlu modeļi var darboties ar dažādiem koksnes degvielas veidiem: malku, briketēm, granulām, oglēm, kūdru utt.

Apmēram desmit stundas prasīs akmeņogļu sadegšana, bet tikpat daudz brūnogļu gruzdēs astoņu stundu laikā. Praksē visaugstāko siltumatdevi pirolīzes tehnika uzrāda, iekraujot sausu koksni. Optimāli tiek uzskatīta malka ar mitrumu ne vairāk kā 20% un garumu aptuveni 45–65 cm.

Ja šāda degviela nav pieejama, var izmantot ogles vai citu organisko degvielu: īpašas zāģu skaidu briketes un koksnes granulas, kokapstrādes atkritumus, kūdru, materiālus ar celulozi utt.

Pirms katla ekspluatācijas uzsākšanas rūpīgi jāizpēta ierīces ražotāja ieteikumi attiecībā uz degvielu.

Pirolīzes sadegšanas katlos gaisa padevi regulē parastie mehāniskie aizbīdņi. Sarežģītas elektronikas trūkums nodrošina ierīces augstu atteices izturību.

Pārāk mitra degviela šādās ierīcēs nav pieļaujama. Tās sadegot kurtuvē veidojas papildu ūdens tvaiki, kas veicina tādu blakusproduktu veidošanos kā darva un sodrēji.

Katla sienas piesārņojas, siltumatdeve samazinās, ar laiku katls var pat pārtraukt darbu un izdzist.

Ja pirolīzes sadegšanas katlam izmanto pārāk mitru malku, ierīces iekšpusē radīsies apstākļi darvas veidošanai, kas pasliktinās ierīces siltumatdevi un var izraisīt bojājumus.

Ja kurtuvē ievietota sausa degviela un katls ir pareizi noregulēts, ierīces darbības rezultātā iegūtā pirolīzes gāze dos dzeltenbaltu liesmu. Šādu sadegšanu pavada niecīga degvielas sadegšanas blakusproduktu izdalīšanās.

Ja liesmas krāsa ir citāda, ir vērts pārbaudīt degvielas kvalitāti, kā arī ierīces iestatījumus.

Pirolīzes gāzes, kas sajauktas ar gaisu, deg vienmērīgā dzeltenbaltā liesmā. Ja liesmas krāsa ir mainījusies, iespējams, ir jāpārbauda katla iestatījumi vai degvielas kvalitāte.

Atšķirībā no parastajām cietā kurināmā ierīcēm, pirms malkas ielādēšanas pirolīzes cietā kurināmā katlos, kurtuve ir jāuzsilda.

Lai to izdarītu, veic šādas darbības:

1. Kurtuves apakšā ievieto smalku sausu iekurināmo (papīru, skaidu u.tml.)
2. To aizdedzina ar lāpu no līdzīgiem materiāliem.
3. Aizver sadegšanas kameras durvīti.
4. Iekraušanas kameras durvīti atstāj nedaudz pavērtu.
5. Pievieno iekurināmā porcijas, tai sadegot.
6. Procesu atkārto, līdz apakšā izveidojas gruzdošu ogļu slānis.

Līdz šim brīdim kurtuve jau ir uzsildīta līdz aptuveni 500-800°C, radot apstākļus pamata degvielas ielādēšanai. Iekurināmā aizdegšanai nedrīkst izmantot benzīnu, petroleju vai citas līdzīgas šķidrās vielas. Pirms ilgstošas degšanas katla kurtuves uzsildīšanas jāpārliecinās, ka ierīce ir gatava ekspluatācijai.

Pirolīzes sadegšanas katlu raksturīga iezīme – neliels pelnu daudzums, kas atvieglo ierīces tīrīšanas un apkopes procesu.

Lai to izdarītu, pārbauda vilkmes esamību, durvju hermētiskumu, aizslēgu mehānismu un regulēšanas aparatūras darbspēju, siltumnesēja esamību apkures sistēmā un t.t.

Pēc tam jāieslēdz termoregulators, lai pārliecinātos, ka ierīce saņem spriegumu. Pēc tam jāatver tiešās vilkmes droseļvārsts un jāventilē katls 5–10 minūtes.

Populāru modeļu apskats

Jāsaprot, ka jebkurš pirolīzes katls – ir pietiekami smags agregāts, kas nav paredzēts piekāršanai pie sienas. Šādas ierīces var izmantot gan nelielas mājas apkurei, gan plašu kotedžu apkurei. Tāpat kā citi apkures agregāti, ilgstošas degšanas katli atšķiras pēc jaudas.

Izvēloties pirolīzes degšanas katlu, jāorientējas uz tādiem rādītājiem kā ierīces siltuma jauda, iekraušanas kameras izmēri, otrās kontūras esamība u.tml.

Uz šo rādītāju parasti orientējas pircēji.

Starp populāriem šādas tehnikas modeļiem jāmin:

• Atmos (Ukraina) – pārstāvēts ar ierīcēm, kas var darboties gan ar malku, gan akmeņoglēm, jauda svārstās no 14 līdz 75 kilovatiem.
• Attack (Slovākija) – spēj tikt galā ar platību apkuri līdz 950 kv. m, daži modeļi spēj turpināt darbību pat elektrības pārtraukumu gadījumā.
• Bosch (Vācija) – augstas kvalitātes produkcija no pazīstama zīmola, jauda svārstās no 21 līdz 38 kilovatiem.
• Buderus (Vācija) pārstāvēts ar līnijām Elektromet un Logano, pirmā ir labi pazīstama Eiropā kā klasiska pirolīzes katla versija, otrā – mūsdienīgākas versijas, paredzētas privātmājām.
• Gefest (Ukraina) – lieljaudas ierīces ar lietderības koeficientu līdz 95%.
• KT-2E (Krievija) speciāli izstrādāts lielām dzīvojamām telpām, agregāta jauda ir 95 kilovati.
• Opop (Čehija) – salīdzinoši lēti katli, uzticami un izturīgi, jauda 25–45 kilovati.
• Stropuva (ražots Lietuvā vai Ukrainā) ar jaudu no septiņiem kilovatiem pilnībā derēs nelielai mājai, bet modeļu klāstā ir pieejamas arī jaudīgākas ierīces.
• Viessmann (Vācija) – ideāla izvēle privātmāju īpašumiem, jauda sākas no 12 kilovatiem, mūsdienīgu tehnoloģiju izmantošana ļauj taupīt degvielu.
• “Burans” (Ukraina) ar jaudu līdz 40 kilovatiem ir vēl viens populārs variants lielu kotedžu īpašniekiem.
• “Logika” (Polija) lieljaudas ierīces ar 20 kilovatiem viegli apsilda telpas ar platību līdz 2 tūkst. kv. m, tas ir drīzāk katls rūpnieciskām vajadzībām: cehu, biroju, siltumnīcu u.tml. apkurei.

Izvēloties pirolīzes katlu privātmājai, jāpievērš uzmanība modeļiem ar diviem kontūriem, lai ne tikai apsildītu mājokli, bet arī nodrošinātu to ar autonomu karstā ūdens apgādi.

Siltummainis karstā ūdens apgādei var būt akumulējošā vai caurplūdes tipa. Pēdējam variantam izmanto katlu modeļus ar paaugstinātu siltumjaudu.

Ja vēlaties ietaupīt līdzekļus, varat mēģināt izgatavot pirolīzes katlu pašu spēkiem. Tā montāžas tehnoloģija ir aprakstīta šajā rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Šajā videoklipā skaidri parādīts pirolīzes katla darbības princips:

Detalizētu augšdedzes katla darbības pārskatu var apskatīt šeit:

Pirolīzes katli nav lēti, bet pilnībā attaisno to iegādē ieguldītos līdzekļus. Pareizi uzstādot un apkopjot, šādas ierīces nodrošinās māju ar stabilu un lētu siltumu.

Vai meklējat pirolīzes katlu mājas apkurei? Vai jums ir pieredze ar šādu agregātu ekspluatāciju? Lūdzu, atstājiet komentārus pie raksta un dalieties iespaidos par pirolīzes katlu lietošanu. Atsauksmju forma atrodas apakšējā blokā.