Caldera de pirólisis en el hogar, o cuando el precio del gas no importa

¿Es posible construir un sistema de calefacción para su propia casa sin una tubería de gas para que sea cómodo, no cansador o incluso emocionante? ¿Y qué puede suceder si lo condimenta todo con tecnología de la información?


Vamos a resolverlo juntos.

Poco de teoría

Los sistemas de calefacción (CO) con una caldera de combustible sólido (TTK) son sistemas por lotes en los que la caldera genera calor solo cuando tiene combustible. En este sentido, los propietarios del TTK, tarde o temprano, adquieren acumuladores de calor que acumulan el exceso de calor generado durante el funcionamiento del TTK y lo entregan a la casa después de que se haya agotado el combustible en la caldera.

TTK generalmente se divide en clásico (rejilla) y pirólisis (generación de gas) . La versión clásica implica la combustión ordinaria de combustible con la liberación de calor. Las calderas de pirólisis de combustible sólido se caracterizan porque el combustible y el gas combustible emitidos durante su combustión se queman por separado. Esto proporciona una mayor eficiencia, una amplia gama de potencia, simplicidad de los requisitos para la chimenea.

Por "combustión ordinaria de combustible" se entiende que el combustible en tales calderas se quema en la cámara de carga, donde ocurren los mismos procesos que con la pirólisis de madera . Por esta razón, en las calderas clásicas (parrilla) no hay forma de obtener una combustión de combustible de alta calidad (completa). Como resultado de la combustión incompleta de combustible, alquitrán, alquitrán (productos de pirólisis), hollín, cenizas se depositan en el intercambiador de calor de la caldera, y se forma una capa aislante del calor, que a su vez obliga a la caldera a compartir generosamente el calor generado con el medio ambiente.

Como ventaja de las calderas clásicas, a veces se indica que es posible quemar leña con mucha humedad, pero en cuanto a mí, calentar madera cruda, no se respete a sí mismo.

No importa en qué caldera, pirólisis o tradicional, la leña debe pasar por las etapas iniciales de pirólisis antes de que comience a generar calor, es decir, calentamiento y evaporación de la humedad. Entonces, si usamos leña con una humedad del 20% para calentar (esto es 10 kg de leña seca, vierta 2 litros de agua en la parte superior), es decir, una quinta parte del peso en ellos es lastre, para el calentamiento y la evaporación del cual también tendrá que gastar parte del combustible, que ya no es Se utilizará para la calefacción del hogar.


Para ser absolutamente precisos, el combustible no se quema "directamente", se queman los productos de pirólisis gaseosa. Esto significa que antes de que la leña comience a arder , es decir, se oxida por el oxígeno atmosférico con calor, deben calentarse a la temperatura de evaporación de humedad en ellos, luego el proceso de evaporación de esta humedad debe pasar por sí mismo, y solo entonces comenzará la pirólisis y la quema de gases de pirólisis. . Además, los procesos de la primera y segunda etapa van con la absorción de calor, tan necesaria para la pirólisis de la propia madera, sin la cual no habrá proceso de combustión.

Mi eleccion

Si, después de leer, ya no planea calentar madera en bruto, según mi experiencia de vida, recomendaría una caldera de pirólisis.

Antes de esto, ya tenía dos años de experiencia en el funcionamiento de la caldera de rejilla de eje KALVIS - 2-70. De las deficiencias identificadas, observo que era imposible limpiar su intercambiador de calor de las resinas depositadas sobre él sin un calentamiento preliminar a una temperatura superior a 60 ° C. Finalmente, al darme cuenta de todos los defectos tecnológicos de este diseño, decidí recurrir a especialistas por su alteración radical. Como resultado de esta profunda modernización, me convertí en el propietario de la caldera de pirólisis.

Instalación

Es mejor colocar la caldera en una habitación especialmente diseñada para ello, ya que todavía no he visto calderas que no fumen en la habitación cuando se cargan con combustible (y la mía, además, a veces también fuma debido a una construcción imperfecta).


Además, las calderas generalmente están equipadas con un extractor de humo o un ventilador de refuerzo , que generalmente son un ruido bastante decente. El resto de los mecanismos de control para las unidades de CO (bombas de circulación, accionamientos de compuerta de aire, compuerta de chimenea y válvulas de bola eléctricas) funcionan casi en silencio.

Entre otras cosas, debe tener en cuenta que la caldera para su funcionamiento requerirá una gran entrada de aire en la habitación en la que se encuentra, lo que provocará la aparición de corrientes frías. De todo lo anterior, es mejor colocar la caldera en una habitación separada en el cuerpo de la casa.

Mi chimenea está ubicada verticalmente sin curvas y es parte de la pared interior de la casa, y durante el funcionamiento de la caldera, además, irradia calor a la casa.

Como la caldera es un agregado en el que el calor generado se transfiere al agua portadora de calor, no hay partes "calientes" en su superficie, ya que no calienta por encima del punto de ebullición del agua. Además, una chaqueta de agua en el exterior generalmente está protegida por una carcasa, cuya temperatura rara vez supera los 30-35 grados.

Tala de leña y más.

El combustible principal para la caldera de pirólisis es la madera.

Cualquier leña es adecuada: coníferas, caducas, pino, roble, abedul, etc. Todos tienen aproximadamente el mismo valor calorífico . Las razas duras, como el roble, tienen un valor calorífico más alto, pero son más caras, por lo que no tengo mucho sentido perseguirlas. Cualquier árbol muerto que haya caído o madera muerta es perfecto para la cosecha. Lo principal es que la leña no sería cruda o costosa, mejor cosechada personalmente, y por una billetera y más saludable (puede ahorrar fácilmente en una suscripción a un gimnasio). En parte porque al comprar en el lateral es difícil cumplir con todas las condiciones anteriores, no me gusta comprar leña. De alguna manera, en la primera temporada de calefacción, me trajeron un auto de leña del leshoz, por lo que sus restos en la primavera liberaron brotes y se enraizaron en mi patio. Desde entonces, he estado cosechando leña solo.

Además de la leña, la caldera de pirólisis con placer consume paja, pellets, virutas, briquetas de turba y turba común, residuos domésticos clasificados (papel, plástico, envases, todo excepto PVC) y todo esto sazonado con aceite usado o cualquier otro residuo de hidrocarburo líquido.

Pero el mejor combustible para la caldera puede ser un neumático de automóvil. El valor calorífico de un neumático de automóvil supera significativamente el valor calorífico de las mejores especies de madera y es de 32 GJ / t . Solo se puede comparar con él, tal vez, el valor calorífico del carbón de alta calidad. Para todo esto, el neumático tiene cero humedad, que también es un punto positivo. Bueno, si alguien más tiene dudas de que el neumático pueda quemarse bastante bien, puede mirar los gases de escape de mi tubería y el fuego en la cámara de pirólisis.




El hecho de que no solo considero el neumático como un excelente combustible puede estimarse por la cantidad
anuncios que ofrecen cable de acero restante después de quemarlo.


Para garantizar la seguridad contra incendios en la sala de calderas, coloqué dos extintores automáticos contra incendios en polvo del tipo Buran 2.5 y un sensor de humo autónomo en su techo.

Encendido

Es más fácil encender la caldera con una pequeña cantidad de leña (esta pestaña se hace a través de la ventana inferior para cargar leña), pero si lo desea, puede encender la caldera con una carga completa (para esta carga, use la ventana superior para cargar leña).

Al comenzar con una carga completa, enciendo la caldera a través del quemador de pirólisis con la mecha del cartón corrugado previamente insertado en ella (vista superior del quemador de pirólisis a través de la ventana de carga de combustible inferior). También facilita encender una pequeña cantidad de aceite de motor usado y pequeñas astillas de madera .

Productos de combustión

La cámara de pirólisis de la caldera (es un cenicero) debe limpiarse cada vez que finalice el ciclo de calentamiento (aproximadamente 10 a 12 horas de funcionamiento continuo), ya que su volumen es limitado, pero los gases de pirólisis aún deben quemarse en algún lugar. Intento limpiar los intercambiadores de calor de la caldera a través del ciclo de calentamiento, es decir, aproximadamente dos veces al mes, ya que la eficiencia de la extracción de calor generada en la cámara de pirólisis depende del grado de limpieza. Por lo general, después de un ciclo de calentamiento, queda un cubo de ceniza y un cable de acero casi puro de los neumáticos. Resultó que tanto el cable de ceniza como el de acero son un producto valioso para uso futuro.


Los productos de la combustión completa del combustible TTK son dióxido de carbono, agua y cenizas. Es el vapor de agua que colorea el humo blanco en una chimenea sin calefacción. El producto de la combustión incompleta del combustible TTK puede ser hollín. Una cantidad significativa de este puede colorear el humo de negro, y una pequeña cantidad, mezclada con vapor de agua, en varios tonos de gris.

Diseño de la caldera

Hay tres puertas en la parte delantera de mi caldera:

• La puerta superior es necesaria para aumentar el volumen de una sola carga. Cuanta más leña consigas cargar a la vez, menos a menudo tendrás que hacerlo.
  
• La puerta central es necesaria para dar servicio a la caldera (eliminación de cenizas, preparación para un nuevo encendido), es simplemente imposible hacerlo a través de la puerta superior. Detrás hay una cámara de carga.
  
  
  Apariencia de la cámara de arranque

  Esta cámara también se llama generador de gas, ya que en ella se produce el proceso de pirólisis de leña.
  
• Detrás de la puerta inferior hay una cámara de combustión de gas de pirólisis.
  
  
  Algunos detalles sobre la ubicación de la cámara de combustión.

  La cámara de combustión (postquemador) se encuentra debajo de la cámara de carga de combustible para localizar una cierta cantidad de combustible involucrado en el proceso de combustión. Es decir, en la caldera de pirólisis, solo las quemaduras de leña que se encuentran en el área de cobertura de los amortiguadores de aire (esto está debajo de la puerta del medio y un poco a la altura de la puerta del medio), el resto del combustible es solo un suministro que, a medida que se quema, cae en la zona de combustión. Si la cámara de pirólisis se coloca en la parte superior y el combustible se enciende desde abajo, entonces la llama que se eleva desde abajo hacia arriba a través de la madera pirolizará todo el combustible de una vez y, en lugar de quemar, obtendremos mucho humo y, como resultado, sustancias alquitranadas en el intercambiador de calor.
  

El aire para combustible en mi TTK se suministra a través de tres amortiguadores de aire a diferentes zonas de la caldera, lo que permite obtener la combustión de combustible más eficiente.

La presencia de 3 amortiguadores de aire, un gráfico de temperatura en la chimenea y una cámara de video en la cámara de pirólisis permite minimizar las pérdidas de calor y obtener la combustión más eficiente no solo de varios tipos de madera, sino también de combustibles con mayor contenido calórico, como desechos domésticos clasificados y neumáticos gastados.


Mi caldera, como la mayoría de las calderas de pirólisis, nació con un amortiguador (ahora es de altura media, también es el principal). El regulador se encuentra en la parte delantera de la caldera, debajo de la puerta de carga de combustible inferior.

El aire a través de él se suministra al combustible ubicado sobre el quemador y cubre aproximadamente 100 cm3 de leña. Esta es la cantidad de combustible que participa en el proceso de combustión principal. La misma cantidad de combustible forma un colchón de carbón, en el que se encienden los gases de pirólisis .

La tapa superior se encuentra debajo de la carcasa, encima de la puerta de carga de combustible inferior. Más tarde apareció, su tarea es formar un volumen adicional de gases de pirólisis, ya después de que el combustible ubicado en el área de cobertura de la aleta media haya pasado de la primera a la tercera etapa de pirólisis, y ya no emite una cantidad suficiente de gases combustibles en relación con la alimentación a través de él. (amortiguador medio) volumen de aire.


La solapa inferior ya apareció por última vez debido a la necesidad de suministrar un volumen adicional de aire al quemar más combustible alto en calorías que la leña, por ejemplo, un neumático de automóvil. La aleta inferior se encuentra por encima de la puerta de la cámara de combustión y suministra aire adicional a la cámara de combustión.


Como actuadores para estos amortiguadores, se utilizan servomotores MG996R de 15 kg de bajo costo pero muy adecuados para este propósito.

Sistema de calefacción

Por lo general, los afortunados propietarios de TTK pasan por las etapas naturales de la evolución:

1. La adquisición de la caldera y el primer conocimiento de la alegría del calor traído por él a la casa. Lo alimentan con pequeñas porciones de leña, a menudo y con placer.
2. Luego intentan estirar el tiempo entre comidas. Luego intentan experimentar con diferentes tipos de alimentos: lo calientan exclusivamente con roble, acacia e incluso carbón raro en nuestra área.
3. Al final, llega a comprender que "la caldera existe para mí" y no "yo para la caldera".
4. Después de esto, el propietario de la caldera comienza a buscar un lugar en la casa debajo del acumulador de calor (TA).

Fui más afortunado que los demás, incluso en el proceso de diseño de la casa planeé un lugar para mí bajo el TA, pasando con seguridad esta etapa inicial.

Como acumulador de calor, puede usar cualquier tanque que pueda resistir la presión en su CO (para mí no exceda 1.5 kg / cm2), o hacer un TA de calentamiento indirecto (el circuito de agua de dicho TA intercambia calor con el circuito de la caldera a través de un intercambiador de calor adicional), luego será más fácil caber en el espacio de la habitación. Aquí puedes aprender más sobre el mío.

También debe tenerse en cuenta que la temperatura del agua en el TA a menudo alcanza 94 ° C, por lo tanto, el material del que está hecho el TA y la tubería que le suministra el refrigerante debe soportar estas temperaturas.

No es necesario colocar el acumulador de calor en la sala de calderas cerca del TTK (incluso mejor afuera), se puede montar en cualquier habitación de la casa que sea conveniente para usted ( incluso puede hacerlo ).

También tuve que comprar Laddomat 21 , aunque fue posible hacerlo con una válvula mezcladora de tres vías y una bomba de circulación para el circuito de la caldera.

También se necesitaban válvulas mezcladoras termostáticas para el circuito de calefacción por suelo radiante y el circuito del radiador, aunque la vida posterior demostró que los radiadores en CO con TTK y TA no tienen sentido.

Resultó no ser superfluo en un CO con un TTK y una caldera de calentamiento indirecto , bueno, y luego en las pequeñas cosas: un tanque de expansión, una válvula de bola con un accionamiento eléctrico del circuito TA, el circuito de la caldera y el circuito de la caldera. Bombas de circulación para circuitos indirectos de calderas, calefacción por suelo radiante y radiadores.

Automatización

A medida que opera su CO, la comprensión llegó gradualmente de que el sistema, en la forma en que nació, tenía fallas significativas.

Resultó que los sistemas de calefacción basados ​​en TTK + TA, tiene sentido observar una serie de condiciones:

1. Busca enviar al TA solo el exceso de calor del TTK.
2. Para cortar el TTK del resto del sistema de calefacción (CO) después de que deja de generar calor, ya que después de que se quema, el TTK del generador de calor se convierte en su consumidor y comienza a absorber el calor previamente almacenado del TA.

Al principio, era necesario conectar manualmente el TTK al CO durante el inicio y también desconectarlo manualmente. Divida manualmente los flujos de calor tanto al comienzo de la puesta en marcha de TTK como durante el funcionamiento de la caldera, cuando se forma un exceso de calor. Además, el regulador regular de la compuerta de aire era demasiado inercial y no podía hacer frente a las tareas que se le asignaron.

Y luego se decidió cambiar algunas de sus funciones simples para controlar la caldera a los frágiles hombros de la automatización. El uso de una unidad de control electrónico (BU) me salvó de realizar muchas operaciones de rutina. Además, por cierto, la unidad de control hace frente a una tarea tan trivial como proteger el TTK del sobrecalentamiento, es decir, hacer lo que hace la gran mayoría de las calderas TT TT de control de fábrica.

Mi primera unidad de control TTK estaba lejos de ser perfecta.




Cada vez que necesitaba corregir o cambiar la lógica del CO, mi cabeza se hinchaba cuando miraba este esquema e intentaba entender cómo funciona.

Al final, con la participación de buenas personas, BU adquirió la forma que tiene hoy, así como la funcionalidad que es tan necesaria para mí.
El estado actual de los nodos principales de JI que necesitan ser monitoreados se muestra en forma gráfica en la pantalla. Al mismo tiempo, la pantalla no está sobrecargada de información y es fácil de leer.
Se puede obtener información adicional sobre qué equipo utiliza actualmente la unidad de control a través de los LED de la unidad de relé.

Circuitería

La unidad de control de mi caldera se basa en el módulo Arduino Mega 2560. La elección recayó en Arduino, porque es generalizada, de fácil acceso y bien documentada, hay muchas lecciones de programación en línea, una comunidad en línea enorme y amigable que ayudará, contará, enseñará.

Es Arduino que le permite implementar la funcionalidad de su dispositivo, limitada solo por su imaginación. Por ejemplo, su unidad de control puede controlar el TTK en el invierno, pero simplemente cambie el firmware y conecte el conector del dispositivo de alimentación a otro grupo, y controlará el sistema de riego de su parcela personal o, por ejemplo, el invernadero. No puedes hacer tales trucos con la unidad de control de fábrica del TTK.

Software

Mi unidad de control de la caldera está conectada a un servicio en la nube , esto le permite controlar de forma remota el estado del sistema y, si es necesario, también hacer ajustes de forma remota al funcionamiento de la caldera y el sistema de calefacción en su conjunto. ¿Por qué solicitar el control remoto del sistema de calefacción y, en particular, el control remoto del TTK? Creo que solo una persona muy valiente puede permitirse dejar una caldera en funcionamiento solo bajo la supervisión de una unidad de control que cuesta un poco más de $ 100. Gané confianza en la necesidad de monitoreo remoto, ya que obtuve mi experiencia personal de ocho años en el funcionamiento del TTK.

Este servicioProporciona una oportunidad extremadamente útil para representar gráficamente datos de sensores de temperatura ubicados en puntos clave en el CO, lo que a su vez no solo da una idea del estado estático actual del CO, sino también de la dinámica del desarrollo de los procesos que ocurren allí. En particular, los datos obtenidos de la pestaña "Gráficos" dan una idea del estado actual de la JI, el funcionamiento correcto de sus componentes individuales de acuerdo con el programa de control dado y, a diferencia de los datos recibidos del panel de control, dan una idea de la dinámica de estos datos, la tasa de cambio y la dirección del movimiento (aumento o disminución), que es especialmente importante en el momento de temperaturas umbral (críticas).

Ya sea que TTK haya recibido agua fría de TA o no, podemos rastrear remotamente el cronograma de entrada de la caldera, y si esta alimentación tuvo el resultado esperado de proteger la caldera del sobrecalentamiento, podemos rastrear el gráfico de salida de la caldera. Si la disminución esperada en la temperatura del agua en la entrada / salida de la caldera no ocurrió, entonces, por alguna razón, la válvula del circuito TA no se abrió y el propietario de la caldera debe tomar las medidas adecuadas para proteger el TTK.

Además, los datos obtenidos de estos gráficos le permiten notar y eliminar rápidamente los errores del operador de la caldera cometidos al controlar la caldera.

En particular, gracias al programa Smoke Pipe, noté a tiempo que olvidé volver a la posición de trabajo, una aleta de distribución que dirige los productos de la combustión de combustible al pasar el intercambiador de calor de la caldera hacia la chimenea (generalmente se coloca en esta posición cuando se carga el combustible para reducir el humo en la habitación), que a su vez condujo a una caída de temperatura en la chimenea por encima de 250 ° C.


Por lo tanto, los gráficos en la pestaña "Historial" permiten analizar el funcionamiento de todo el sistema durante los últimos períodos y predecir el próximo lanzamiento del TTK de acuerdo con las necesidades de los residentes de la casa. Además, esta vista desde el exterior proporciona una comprensión para la mejora adicional del sistema de calefacción.

Conclusión

A veces me preguntan por qué elegí la calefacción de leña. Respondo, tuve la suerte de no tener una tubería de gas cerca. Ahora soy una persona feliz, no sé cuánto cuesta el "gas para la población", no participo en la discusión de las tarifas de calefacción, simplemente no me molesta.

¿Podrá una mujer o adolescente hacer frente a una caldera de combustible sólido? Creo que sí, especialmente si no hay otra alternativa. Después de todo, lo lograron de alguna manera antes, hasta que se desarrolló una "dependencia del gas" universal.

Hacer frente ahora lejos de los países pobres, por ejemplo, Alemania o España.

Por cierto, de alguna manera, por si acaso (bueno, allí prevalecerá la enfermedad, o francamente se instalará la pereza) además del TTK también una caldera eléctrica de 45 kW, pero durante 6 años lo encendí solo una vez cuando lo revisé después de la instalación.

Preocupados por mí, mis buenos amigos a veces preguntan: “¿Es todo esto un alboroto para ti? ¿Hubo un deseo de dejar todo y mudarse a donde hay calefacción central? Por lo tanto, no es una carga, por el contrario, para mí es una actividad muy fascinante para la realización de mis necesidades creativas. Ya ves, canto terriblemente, bailo mal, no escribo nada, ¿por qué más puedo alegrar las largas tardes de invierno?