Caldeira de pirólise em casa ou quando o preço do gás não importa

É possível construir um sistema de aquecimento para sua própria casa sem um cano de gás, para que seja confortável, não cansativo ou até emocionante? E o que pode acontecer se você temperar tudo com a tecnologia da informação?


Vamos descobrir juntos.

Pouco de teoria

Os sistemas de aquecimento (CO) com uma caldeira a combustível sólido (TTK) são sistemas descontínuos nos quais a caldeira gera calor somente quando possui combustível. Nesse sentido, os proprietários do TTK, mais cedo ou mais tarde, adquirem acumuladores de calor que acumulam o excesso de calor gerado durante a operação do TTK e o entregam à casa depois que o combustível na caldeira acabar.

TTK é geralmente dividido em clássico (grelha) e pirólise (geração de gás) . A versão clássica envolve a combustão comum de combustível com a liberação de calor. As caldeiras de pirólise de combustível sólido são caracterizadas por o combustível e o gás combustível emitidos durante sua combustão serem queimados separadamente. Isso proporciona maior eficiência, uma ampla faixa de potência, simplicidade dos requisitos para a chaminé.

Por "combustão comum de combustível", entende-se que o combustível nessas caldeiras queima na câmara de carregamento, onde ocorrem todos os mesmos processos que na pirólise da madeira . Por esse motivo, nas caldeiras clássicas (em grelha), não há como obter combustão de combustível de alta qualidade (completa). Como resultado da combustão incompleta de combustível, alcatrão, alcatrão (produtos de pirólise), fuligem, cinzas se depositam no trocador de calor da caldeira, e uma camada de isolamento térmico é formada, o que por sua vez força a caldeira a compartilhar generosamente o calor gerado com o meio ambiente.

Como vantagem das caldeiras clássicas, às vezes é indicado que é possível queimar lenha com alta umidade, mas quanto a mim, aquecer a madeira crua - não se respeite.

Não importa em que caldeira, pirólise ou tradicional, a lenha deve passar pelos estágios iniciais da pirólise antes de começar a fornecer calor, como aquecimento e evaporação da umidade. Portanto, se usarmos lenha com uma umidade de 20% para aquecimento (isto é, 10 kg de lenha seca, derramar 2 litros de água por cima), ou seja, um quinto do peso deles é lastro, para o aquecimento e a evaporação dos quais você também terá que gastar um pouco do combustível, que não é mais será usado para aquecimento doméstico.


Para ser absolutamente preciso, o combustível não queima "diretamente", os produtos gasosos de pirólise queimam. Isso significa que, antes que a lenha comece a queimar , ou seja, seja oxidada pelo oxigênio atmosférico com calor, eles devem ser aquecidos à temperatura de evaporação da umidade neles, então o processo de evaporação dessa umidade deve passar por si próprio, e somente então a pirólise e a queima dos gases de pirólise começarão . Além disso, os processos do primeiro e do segundo estágio acompanham a absorção de calor, tão necessária para a pirólise da própria madeira, sem a qual não haverá processo de queima.

Minha escolha

Se, após a leitura, você não planeja mais aquecer a madeira bruta, com base na minha experiência de vida, eu recomendaria uma caldeira de pirólise.

Antes disso, eu já tinha dois anos de experiência na operação da caldeira de grade de eixo KALVIS - 2-70. Das deficiências identificadas, noto que era impossível limpar seu trocador de calor das resinas depositadas nele sem aquecimento preliminar a uma temperatura acima de 60 ° C. Por fim, tendo percebido todas as falhas tecnológicas desse design, decidi recorrer a especialistas por sua alteração radical. Como resultado dessa profunda modernização, tornei-me o proprietário da caldeira de pirólise.

Instalação

É melhor colocar a caldeira em uma sala especialmente projetada para ela, pois ainda não vi caldeiras que não fumam na sala ao carregar combustível (e a minha, além disso, às vezes também fuma devido à construção imperfeita).


Além disso, as caldeiras geralmente são equipadas com exaustor de fumaça ou ventilador de pressão , que geralmente são um ruído bastante decente. O restante dos mecanismos de controle para as unidades de CO (bombas de circulação, acionadores de amortecedor de ar, amortecedor de chaminé e válvulas de esfera elétricas) funcionam quase silenciosamente.

Entre outras coisas, é necessário considerar que a caldeira para sua operação exigirá um grande influxo de ar na sala em que está localizada, o que causará a ocorrência de correntes de ar frio. De todas as alternativas acima, é melhor colocar a caldeira em uma sala separada no corpo da casa.

Minha chaminé está localizada verticalmente sem curvas e faz parte da parede interna da casa, e durante a operação da caldeira irradia adicionalmente calor para a casa.

Como a caldeira é um agregado no qual o calor gerado é transferido para a água transportadora de calor, não há partes "quentes" em sua superfície, pois não aquece acima do ponto de ebulição da água. Além disso, uma jaqueta de água do lado de fora geralmente é protegida por um invólucro, cuja temperatura raramente excede 30 a 35 graus.

Lenha de registro e mais.

O principal combustível da caldeira de pirólise é a madeira.

Qualquer lenha é adequada: conífera, caduca, pinho, carvalho, bétula, etc. Todos eles têm aproximadamente o mesmo valor calorífico . As raças duras, como o carvalho, têm um valor calorífico mais alto, mas são mais caras, por isso não vejo muito sentido em persegui-las. Qualquer árvore morta que tenha caído ou madeira morta é perfeita para a colheita. O principal é que a lenha não seria crua ou cara, melhor colhida pessoalmente e por uma carteira e mais saudável (você pode economizar facilmente com uma assinatura de uma academia). Em parte porque, ao comprar ao lado, é difícil cumprir todas as condições acima, não gosto de comprar lenha. De alguma forma, na primeira estação de aquecimento, eles me trouxeram um carro de lenha da floresta, de modo que seus restos na primavera liberaram brotos e enraizaram-se no meu quintal. Desde então, colho lenha apenas sozinha.

Além da lenha, a caldeira de pirólise com prazer consome palha, pellets, aparas, briquetes de turfa e turfa comum, lixo doméstico classificado (papel, plástico, embalagem, tudo, exceto PVC) e tudo isso é temperado com óleo usado ou qualquer outro resíduo de hidrocarboneto líquido.

Mas o melhor combustível para a caldeira pode ser um pneu de carro. O valor calorífico de um pneu de carro excede significativamente o valor calorífico das melhores espécies de madeira e é de 32 GJ / t . Só pode ser comparado com ele, talvez, o valor calorífico do carvão de alta qualidade. Por tudo isso, o pneu tem zero de umidade, o que também é um ponto positivo. Bem, se alguém tiver dúvidas de que o pneu possa queimar com bastante decência, você pode olhar para os gases de escape do meu tubo e para o fogo na câmara de pirólise.




O fato de não apenas considerar o pneu um excelente combustível pode ser estimado pela quantidade
anúncios que oferecem fio de aço restante após a queima.


Para garantir a segurança contra incêndio na sala das caldeiras, coloquei dois extintores automáticos de pó do tipo Buran 2.5 e um sensor de fumaça autônomo no teto.

Ignição

É mais fácil acender a caldeira com uma pequena quantidade de lenha (essa guia é feita através da janela inferior para carregar lenha), mas se desejar, você pode iniciar a caldeira com carga máxima (a janela superior para carregar lenha é usada para esse carregamento).

Ao iniciar com carga total, acendo a caldeira através do queimador de pirólise usando o pavio do papelão ondulado anteriormente inserido nele (vista superior do queimador de pirólise pela janela inferior de carregamento de combustível). Também facilita acender uma pequena quantidade de óleo de motor usado e pequenas lascas de madeira .

Produtos de combustão

A câmara de pirólise da caldeira (é um cinzeiro) deve ser limpa todas as vezes após o ciclo de aquecimento (aproximadamente 10 a 12 horas de operação contínua), pois seu volume é limitado, mas os gases de pirólise ainda precisam ser queimados em algum lugar. Tento limpar os trocadores de calor da caldeira durante o ciclo de aquecimento, ou seja, aproximadamente duas vezes por mês, uma vez que a eficiência da geração de calor gerada na câmara de pirólise depende do grau de limpeza. Normalmente, após um ciclo de aquecimento, resta um balde de cinzas e cordão de aço quase puro dos pneus. Cinzas e cordões de aço, como se viu, são um produto valioso para uso futuro.


Os produtos de combustão completa do combustível TTK são dióxido de carbono, água e cinzas. É o vapor de água que pinta a fumaça de branco em uma chaminé sem aquecimento. O produto da combustão incompleta do combustível TTK pode ser fuligem. Uma quantidade significativa pode colorir a fumaça de preto, e uma pequena quantidade, misturada ao vapor de água, em vários tons de cinza.

Projeto da caldeira

Existem três portas na frente da minha caldeira:

• A porta superior é necessária para aumentar o volume de uma única carga. Quanto mais lenha você conseguir carregar por vez, menos frequentemente precisará fazê-lo.
  
• A porta do meio é necessária para a manutenção da caldeira (remoção de cinzas, preparação para nova queima), é simplesmente impossível fazer isso pela porta mais alta. Atrás está uma câmera de carregamento.
  
  
  Aparência da câmera de inicialização

  Essa câmara também é chamada de gerador de gás, pois é nela que ocorre o processo de pirólise da lenha.
  
• Atrás da porta inferior há uma câmara de combustão de gás de pirólise.
  
  
  Alguns detalhes sobre a localização da câmara de combustão

  A câmara de combustão (pós-combustor) está localizada sob a câmara de carregamento de combustível, a fim de localizar uma certa quantidade de combustível envolvida no processo de combustão. Ou seja, na caldeira de pirólise, apenas as queimaduras de lenha que estão na área de cobertura dos amortecedores de ar (isso fica abaixo da porta do meio e um pouco à altura da porta do meio), o restante do combustível é apenas um suprimento, que, quando queima, cai na zona de combustão. Se a câmara de pirólise for colocada em cima e o combustível for inflamado por baixo, a chama que sobe de baixo para cima através da madeira pirolisa todo o combustível de uma só vez e, em vez de queimar, receberemos muita fumaça e, como resultado, substâncias alcatroadas no trocador de calor.
  

O ar para combustível no meu TTK é fornecido através de três amortecedores de ar para diferentes zonas da caldeira, o que torna possível obter a combustão mais eficiente de combustível.

A presença de 3 amortecedores de ar, um gráfico de temperatura na chaminé e uma câmera de vídeo na câmara de pirólise permite minimizar as perdas de calor e obter a combustão mais eficiente não apenas de vários tipos de madeira, mas também de combustíveis com mais calorias, como lixo doméstico classificado e pneus de carros usados.


Minha caldeira, como a maioria das caldeiras de pirólise, nasceu com um amortecedor (agora é de altura média, também é o principal). O amortecedor está localizado na frente da caldeira, abaixo da porta de carregamento de combustível inferior.

O ar através dele é fornecido ao combustível localizado acima do queimador e cobre cerca de 100 cm3 de lenha. Essa é a quantidade de combustível envolvida no processo principal de combustão. A mesma quantidade de combustível forma uma almofada de carvão, na qual os gases de pirólise são inflamados .

A aba superior está localizada sob a carcaça, acima da porta de carregamento de combustível inferior. Apareceu mais tarde, sua tarefa é formar um volume adicional de gases de pirólise, já após o combustível localizado na área de cobertura do retalho médio ter passado do primeiro para o terceiro estágio da pirólise, e não emite mais uma quantidade suficiente de gases combustíveis em relação à alimentação por ele volume de ar (amortecedor do meio).


A aba inferior já apareceu pela última vez devido à necessidade de fornecer um volume adicional de ar ao queimar mais combustível de alta caloria do que a lenha, por exemplo, um pneu de carro. A aba inferior está localizada acima da porta da câmara de combustão e fornece ar adicional à câmara de combustão.


Como atuadores para esses amortecedores, são utilizadas servomáquinas MG996R 15 kg , baratas e adequadas para esse fim.

Sistema de aquecimento

Normalmente, os sortudos proprietários do TTK passam pelos estágios naturais da evolução:

1. A aquisição da caldeira e o primeiro conhecimento da alegria do calor trazida por ele para a casa. Eles o alimentam com pequenas porções de lenha, frequentemente e com prazer.
2. Então eles tentam aumentar o tempo entre a alimentação. Depois, tentam experimentar diferentes tipos de alimentos: aquecem-no exclusivamente com carvalho, acácia e até carvão raro em nossa região.
3. No final, chega-se ao entendimento de que “a caldeira existe para mim” e não “eu para a caldeira”.
4. Depois disso, o proprietário da caldeira começa a procurar um lugar na casa sob o acumulador de calor (TA).

Tive mais sorte do que os outros, mesmo no processo de projetar a casa, planejei um local para mim sob o AT, passando com segurança nesta etapa inicial.

Como um acumulador de calor, você pode usar qualquer tanque capaz de suportar a pressão no seu CO (para mim não excede 1,5 kg / cm2) ou fazer um AT de aquecimento indireto (o circuito de água desse AT troca calor com o circuito da caldeira através de um trocador de calor adicional); será mais fácil ajustar-se ao espaço da sala. Aqui você pode aprender mais sobre o meu.

Também deve ser levado em consideração que a temperatura da água no AT freqüentemente atinge 94 ° C; portanto, o material do qual o AT é feito e o tubo que fornece o líquido de refrigeração a ele devem suportar essas temperaturas.

Não é necessário colocar o acumulador de calor na caldeira perto do TTK (melhor ainda fora), ele pode ser montado em qualquer divisão da casa que seja conveniente para você ( você pode até fazer isso ).

Eu também tive que comprar o Laddomat 21 , embora isso fosse possível com uma válvula misturadora de três vias e uma bomba de circulação para o circuito da caldeira.

Válvulas misturadoras termostáticas também eram necessárias para o circuito de piso radiante e o circuito do radiador, embora a vida mais tarde tenha mostrado que os radiadores em CO com TTK e TA não têm sentido.

Acabou não sendo supérfluo em um CO com um TTK e uma caldeira de aquecimento indireto , bem, e depois nas pequenas coisas: um tanque de expansão, uma válvula de esfera com acionamento elétrico do circuito TA, o circuito da caldeira e o circuito da caldeira. Bombas de circulação para circuitos indiretos de caldeiras, piso radiante e radiadores.

Automação

À medida que você opera o seu CO, gradualmente chegou-se ao entendimento de que o sistema, na forma em que nasceu, apresentava falhas significativas.

Descobriu-se que os sistemas de aquecimento baseados em TTK + TA, faz sentido observar várias condições:

1. Ele procura enviar para o TA apenas excesso de calor do TTK.
2. Para cortar o TTK do restante do sistema de aquecimento (CO) depois que ele parar de gerar calor, uma vez que depois de queimar, o TTK do gerador de calor se transforma em consumidor e começa a sugar o calor armazenado anteriormente do AT.

Inicialmente, era necessário conectar manualmente o TTK ao CO durante a inicialização e também desconectá-lo manualmente. Divida manualmente os fluxos de calor no início da partida do TTK e já durante a operação da caldeira, quando o calor em excesso for formado. Além disso, o regulador regular do amortecedor de ar era inercial demais e não podia lidar com as tarefas atribuídas a ele.

E então foi decidido mudar algumas de suas funções simples para controlar a caldeira para os frágeis ombros da automação. O uso de uma unidade de controle eletrônico (BU) me impediu de executar muitas operações de rotina. Além disso, aliás, a unidade de controle lida com uma tarefa trivial como proteger o TTK contra superaquecimento, ou seja, fazer o que a grande maioria das caldeiras TT TT de controle de fábrica faz.

Minha primeira unidade de controle TTK estava longe de ser perfeita.




Toda vez que eu precisava corrigir ou alterar a lógica do CO, minha cabeça estava inchada quando olhava para esse esquema e tentava entender como ele funciona.

No final, com a participação de pessoas boas, a BU adquiriu a forma que possui hoje, bem como a funcionalidade que é tão necessária para mim.
O estado atual dos principais nós da JI que precisam ser monitorados é exibido em uma forma gráfica na tela. Ao mesmo tempo, a tela não está sobrecarregada com informações e é fácil de ler.
Informações adicionais sobre o equipamento usado atualmente pela unidade de controle podem ser obtidas nos LEDs da unidade de relé.

Circuitry

A unidade de controle da minha caldeira é baseada no módulo Arduino Mega 2560. A escolha recaiu sobre o Arduino, porque é amplo, facilmente acessível, bem documentado, há muitas lições de programação on-line, uma enorme comunidade on-line amigável que ajuda, conta, ensina.

É o Arduino que permite implementar a funcionalidade do seu dispositivo, limitada apenas pela sua imaginação. Por exemplo, no inverno, sua unidade de controle pode controlar o TTK, mas apenas altere o firmware e conecte o conector do dispositivo de energia a outro grupo e controlará o sistema de irrigação da sua parcela doméstica ou, por exemplo, da estufa. Você não pode fazer esses truques com a unidade de controle de fábrica do TTK.

De software

Minha unidade de controle da caldeira está conectada a um serviço em nuvem , isso permite monitorar remotamente o status do sistema e, se necessário, também remotamente fazer ajustes na operação da caldeira e no sistema de aquecimento como um todo. Por que solicitar o controle remoto do sistema de aquecimento e, em particular, o controle remoto do TTK? Acredito que apenas uma pessoa muito corajosa pode deixar uma caldeira funcionando apenas sob a supervisão de uma unidade de controle que custa pouco mais de US $ 100. Ganhei confiança na necessidade de monitoramento remoto, pois adquiri minha experiência pessoal de oito anos na operação do TTK.

Este serviçoEle fornece uma oportunidade extremamente útil para representar graficamente dados de sensores de temperatura localizados em pontos-chave do CO, o que por sua vez não apenas fornece uma idéia do estado estático atual do CO, mas também a dinâmica do desenvolvimento dos processos que ocorrem nele. Em particular, os dados obtidos na guia "Gráficos" dão uma idéia do estado atual da JI, a operação correta de seus componentes individuais de acordo com o programa de controle fornecido e, diferentemente dos dados recebidos do painel de controle, dão uma idéia da dinâmica desses dados, da taxa de mudança e da direção do movimento (aumentar ou diminuir), o que é especialmente importante no momento da temperatura limite (crítica).

Quer o TTK tenha sido fornecido com água fria da TA ou não, podemos rastrear remotamente prontamente o cronograma de entrada da caldeira e se esse feed teve o resultado esperado de proteger a caldeira contra superaquecimento, podemos acompanhar o gráfico de saída da caldeira. Se a diminuição esperada da temperatura da água na entrada / saída da caldeira não ocorreu, por algum motivo a válvula do circuito TA não abriu e o proprietário da caldeira precisa tomar as medidas adequadas para proteger o TTK.

Além disso, os dados obtidos nesses gráficos permitem observar e eliminar rapidamente os erros do operador da caldeira cometidos ao controlar a caldeira.

Em particular, graças ao cronograma do tubo de fumaça, notei na hora que esqueci de retornar à posição de trabalho uma aba de distribuição que direciona os produtos da combustão do combustível, passando o trocador de calor da caldeira para a chaminé (geralmente é colocado nessa posição ao carregar o combustível para reduzir a fumaça na sala), que por sua vez levou a uma queda de temperatura na chaminé acima de 250 ° C.


Assim, os gráficos na guia "Histórico" oferecem uma oportunidade para analisar a operação de todo o sistema nos últimos períodos e prever o próximo lançamento do TTK de acordo com as necessidades dos moradores da casa. Além disso, essa visão externa fornece entendimento para a melhoria adicional do sistema de aquecimento.

Conclusão

Às vezes me perguntam por que escolhi o aquecimento da madeira? Eu respondo, tive a sorte de não ter um cano de gás por perto. Agora sou uma pessoa feliz, não sei quanto custa "gás para a população", não participo da discussão sobre tarifas de aquecimento, isso não me incomoda.

Uma mulher ou adolescente lidará com uma caldeira de combustível sólido? Acho que sim, principalmente se não houver outra alternativa. Afinal, eles conseguiram de alguma forma mais cedo, até que uma "dependência de gás" universal se desenvolveu.

Lide agora em países distantes dos pobres, por exemplo, Alemanha ou Espanha.

By the way, de alguma forma, apenas no caso (bem, lá a doença prevalecerá, ou francamente a preguiça será) instalada, além do TTK também uma caldeira elétrica de 45 kW, mas por 6 anos eu a liguei apenas uma vez quando verifiquei após a instalação.

Preocupados comigo, meus bons amigos às vezes perguntam: “Isso tudo é uma confusão para você? Havia um desejo de parar tudo e mudar para onde há aquecimento central? ” Portanto, não é um fardo, pelo contrário, para mim é uma atividade muito fascinante para a realização de minhas necessidades criativas. Vejo que canto muitíssimo, danço mal, não escrevo fotos, pelo que mais posso alegrar as longas noites de inverno?