Caldaia a pirolisi fai da te per una lunga combustione

Sezioni dell’articolo

• Come è possibile un lavoro a lungo termine
• Materiale di fabbricazione
• Dimensionamento e potenza
• Assemblaggio di un focolare a due camere
• Scambiatore di calore per caldaia a pirolisi
• Equipaggiamento opzionale

Tecnicamente, vengono considerate le caldaie più avanzate, in cui si verifica la completa combustione del combustibile con il massimo assorbimento possibile del calore rilasciato. Poiché schemi di questo tipo sono disponibili per una vasta gamma di persone, proveremo a capire come fabbricare autonomamente una caldaia a pirolisi per grandi porzioni di carburante.

Come è possibile un lavoro a lungo termine

All’aria aperta, anche la legna da ardere parzialmente umida brucia molto rapidamente, letteralmente in 1–1,5 ore. La ragione di tutto è il libero accesso all’ossigeno: è assente nella fornace della caldaia chiusa, una parte dell’ossigeno in ingresso viene dosata con l’aiuto del deflettore e la combustione è meno intensa.

Uno dei problemi principali di questo metodo di combustione del combustibile organico era la sua capacità di “bruciare” anche senza ossigeno. Alle alte temperature si verifica la pirolisi: la decomposizione termica del combustibile solido in composti gassosi volatili. L’ossigeno non è necessario per questo processo; è sufficiente riscaldare il segnalibro a 400–500 ° С. In questo caso, si verificano colossali perdite di potere calorifico: il componente più energicamente prezioso di carbone o legna da ardere viene semplicemente eseguito dal tiraggio residuo nel camino, non avendo il tempo di bruciarsi completamente.

Caldaia a pirolisi a legna: 1 – soffiante; 2 – camera per caricamento carburante e gassificazione; 3 – scambiatore di calore; 4 – camera di combustione; 5 – camera di postcombustione; 6 – camino

Nella progettazione di ogni moderna caldaia a combustibile solido, deve essere fornita una fornitura d’aria aggiuntiva per il post-combustione dei gas evoluti. In questo caso, l’intensità e la velocità di combustione del segnalibro non sono regolate dal volume di ossigeno fornito, ma dalla temperatura di riscaldamento del combustibile. Infatti, se riscaldi l’intero segnalibro in una volta, i gas combustibili verranno rilasciati molto rapidamente e dovrai dimenticare il funzionamento a lungo termine della caldaia. Tuttavia, se il combustibile solido viene riscaldato in porzioni separate, è possibile la sua decomposizione graduale nella camera del generatore e un’efficace combustione completa nella seconda sezione del forno. In questo caso, il flusso di gas viene invertito, si spostano dall’alto verso il basso sotto l’azione della spinta creata dall’espulsione.

Il design della caldaia a pirolisi per combustione a lungo termine: 1 – pirolisi a combustibile solido; 2 – camera di combustione; 3 – porta inferiore; 4 – alimentazione dell’aria secondaria; 5 – fornitura di aria primaria; 6 – porta di carico superiore; 7 – camera di gassificazione; 8 – aspiratore di fumo

Materiale di fabbricazione

Le caldaie a pirolisi sono caratterizzate da un’elevata temperatura dell’area di lavoro. La combustione non si verifica nella camera di gassificazione; tuttavia, il flusso di calore di ritorno è in grado di riscaldare le pareti a 500–600 ° С. La parte inferiore del vano del generatore di gas è esposta al massimo effetto della temperatura – è questa parte che viene a contatto con gas infiammabili e subisce un grave carico termico. Si consiglia di realizzare il fondo della camera dei segnalibri sotto forma di una griglia in ghisa o di uno speciale prodotto refrattario con una fessura sottile o una serie di piccoli fori.

La principale difficoltà nella produzione indipendente di apparecchiature per caldaie sta nella scelta di un tipo di acciaio adatto che può essere lavorato a casa senza attrezzature speciali. I più adatti a questo proposito sono considerati acciai della classe austenitica e austenite-ferritica con moderato contenuto di cromo e nichel. Esempi di gradi di tali acciai sono 12X18H9T, 08X22H6T o AISI 304.

La tecnologia di saldatura di tali metalli è riconosciuta come moderatamente complessa, ma riproducibile in condizioni artigianali usando la saldatura ad arco con elettrodi ricoperti senza un mezzo protettivo. Il principale fattore che deteriora la qualità della struttura saldata è la formazione di crepe calde e fredde a causa di un’elevata differenza di temperatura in una sezione lineare relativamente piccola di un prodotto metallico..

Per eliminare i fattori negativi degli effetti termici, vengono utilizzati i seguenti metodi tecnologici:

1. Parti di taglio con un avanzamento regolare dell’utensile da taglio, che esclude il surriscaldamento dei bordi.
2. Limitazione della densità della corrente di saldatura del 20-25% rispetto all’acciaio strutturale, saldatura in modalità soft.
3. Limitazione della temperatura della pozzanghera, cucitura multi-pass ad alta velocità senza vibrazioni laterali.
4. Taglio corretto dei bordi uniti secondo GOST 5264 e loro pulizia con una spazzola di metallo.
5. Fodera sotto la cucitura del dissipatore di calore in metallo, forgiando la cucitura durante il raffreddamento.

E, naturalmente, la scelta corretta del contenuto delle aggiunte di leghe nell’asta dell’elettrodo dovrebbe essere fatta al fine di garantire il contenuto di ferrite nella struttura di saldatura dell’ordine del 5-8%. Raccomandati per l’uso sono elettrodi dei marchi TsT-15 e TsT-16, nonché elettrodi speciali 6816 MoLC o ROST 1913.

Dopo che le strutture sono state saldate, si consiglia di farle ricottura inizialmente a una temperatura di almeno 700 ° C per 2,5–3 ore. È sufficiente caricare l’interno del corpo saldato con carbone e accendere il carburante, fornendo un debole soffio forzato. Prima della ricottura, si consiglia di decapare le cuciture di saldatura con una pasta speciale corrispondente al tipo di acciaio utilizzato..

Dimensionamento e potenza

Prima di procedere con la fabbricazione di una caldaia per pirolisi, è necessario calcolare le dimensioni delle camere del forno e dei compartimenti aggiuntivi. Come dati iniziali, viene presa la potenza di riscaldamento richiesta, che viene determinata tenendo conto dell’efficienza di una caldaia fatta in casa dell’ordine del 75–80%. A casa, puoi realizzare caldaie a combustibile solido con una capacità fino a 20-25 kW, unità più efficienti richiedono l’uso di acciai resistenti al calore di notevole spessore, difficili da saldare a casa.

La potenza della caldaia e la durata del suo funzionamento sono determinate dal volume della camera di gassificazione. Senza tenere conto dell’efficienza, il potere calorifico dei più comuni tipi di legno è di circa 4-5 mila kcal / kg, che corrisponde approssimativamente a 4-4,5 kWh di potenza termica. Questi valori sono applicabili solo per legno con un contenuto di umidità non superiore al 25%. L’essenza del calcolo è semplice: determinare la potenza istantanea richiesta e moltiplicarla per il numero di ore di funzionamento. Vale la pena ricordare che le caldaie a pirolisi, anche con design perfetti, hanno un tempo di funzionamento massimo di non più di un giorno e le unità autoprodotte devono essere contate per un massimo di 12-15 ore di combustione continua.

Il volume della camera dei segnalibri è determinato al ritmo di 2 litri per ogni chilogrammo di legna da ardere. Al valore risultante, è necessario aggiungere circa il 30%, perché nella caldaia per pirolisi usano cunei non tritati che non possono essere impilati vicino. La dimensione della camera di combustione dei gas deve essere almeno del 30–40% del volume della camera di gassificazione. La più vantaggiosa è la struttura della caldaia, in cui due camere si trovano una sopra l’altra, hanno la stessa forma, ma differiscono in altezza..

Assemblaggio di un focolare a due camere

È meglio scegliere un foglio laminato a caldo con uno spessore di almeno 8 mm, idealmente 10-12 mm, come materiale per la fabbricazione delle pareti della camera. Più spesso è il metallo, più difficile è il processo di saldatura, tuttavia è garantita una struttura in acciaio troppo sottile per condurre e attorcigliare in direzioni imprevedibili. Ecco perché tra le parti da cui viene assemblata la caldaia, non dovrebbero esserci piccoli elementi con un rapporto di aspetto superiore a 2: 1.

La base di un focolare a due camere sono le pareti laterali esterne. Sono comuni ad entrambe le camere e sono collegati per mezzo di una parete frontale in cui sono realizzate due aperture rettangolari per le porte. Il foro inferiore è destinato alla manutenzione della camera di combustione, la sua altezza dovrebbe essere di circa 120-150 mm, larghezza – almeno 300 mm, il foro si trova con una rientranza di 150 mm dal bordo inferiore. Il foro superiore è destinato al caricamento della camera di gassificazione, più è grande, meglio il foro non deve essere più vicino di 100 mm alla parte superiore della camera. Il focolare è chiuso dal basso e dietro con fogli solidi, che vengono ritagliati in base alle dimensioni esterne della camera di combustione, ma non vengono saldati fino al completamento del montaggio delle parti interne. La caldaia è coperta dall’alto con un foglio di sezione nominale.

Un esempio delle dimensioni di una caldaia per pirolisi

Le camere di gassificazione e combustione saranno separate da una piastra solida, la cui larghezza corrisponde alla distanza interna tra le pareti e la lunghezza è di 400 mm in meno. Nella parte posteriore della soletta, una partizione monopezzo è saldata verticalmente, che separa la camera di carico lungo l’intera altezza; un foro largo 50 mm e lungo 400-600 mm viene tagliato al centro lungo la parte orizzontale. La partizione a L assemblata non viene saldata fino al completamento dell’assemblaggio dello scambiatore di calore.

Scambiatore di calore per caldaia a pirolisi

La migliore configurazione per uno scambiatore di calore per caldaia a pirolisi fatta in casa sarebbe una camicia d’acqua per la camera inferiore e il camino. Questo non è il tipo più efficiente, tuttavia, la produzione del proprio scambiatore di calore a nido d’ape causerà inevitabili difficoltà sia nella ricerca di tubi del corrispondente grado di acciaio, sia nella saldatura di parti diverse..

L’assemblaggio delle parti dello scambiatore di calore viene eseguito nella fase in cui il fondo della caldaia, il pannello frontale e le due pareti laterali sono saldati. L’accesso alla saldatura è fornito dalla parte posteriore della caldaia. Il primo passo è installare il deflettore superiore della camicia. Questa è una lastra rettangolare lungo la larghezza interna del focolare e 200 mm in meno della profondità della camera di combustione. Ai lati della lastra, rimuovere due frammenti rettangolari larghi 100 mm in modo che nella parte frontale della lastra rimangano due sporgenze con una lunghezza di 200 mm. La parte risultante è saldata alle pareti e al pannello frontale a filo con il bordo inferiore dell’apertura della porta della camera di combustione. In questo caso, i ritagli nella partizione formano canali per la circolazione tra la zona inferiore e le pareti laterali dello scambiatore di calore.

Le pareti interne della camicia sono realizzate lungo il bordo dei canali di flusso, hanno l’altezza della camera di combustione e sono adiacenti al pannello frontale. Dall’alto sono coperti con due strisce larghe 100 mm.

La lunghezza dello scambiatore di calore non raggiunge la parete posteriore della caldaia di circa 200 mm e, a circa la stessa distanza, i canali laterali sporgono oltre la parete a L tra le camere. Quando è installato, rimane solo da formare le doppie pareti del condotto del camino, tagliare la sua uscita, fissare la parete posteriore della caldaia e tagliare i raccordi filettati per il collegamento alla tubazione del riscaldamento. Il flusso di ritorno viene interrotto in uno degli angoli inferiori anteriori della camicia, l’alimentazione viene tagliata in qualsiasi punto più alto della giacca del camino.

Si noti che la camera di combustione è delimitata su tutti i lati da una camicia d’acqua, ad eccezione del deflettore con la camera di gassificazione. Ciò è necessario per trasferire il calore, che garantisce la decomposizione termica del combustibile. In questo caso, non tutto il segnalibro verrà riscaldato contemporaneamente, ma solo i suoi strati adiacenti alle pareti riscaldate.

Equipaggiamento opzionale

Sfortunatamente, le caldaie a pirolisi non sono volatili. A causa del flusso inverso di gas, è necessario un flusso d’aria forzato. Per i modelli con potenza fino a 15 kW, è realizzato con un ventilatore, che è montato sulla porta inferiore. In questo caso, il rifornimento del carico durante la combustione è impossibile..

Le caldaie più potenti sono dotate di un aspiratore di fumo, che è installato sulla parete superiore del corpo all’uscita del condotto del camino. Allo stesso tempo, è esclusa la comparsa di un tiraggio inverso e la porta della camera di gassificazione può essere aperta senza conseguenze anche durante la combustione..

Particolare attenzione deve essere prestata alla temperatura del liquido di raffreddamento all’interno della camicia. Dopo che la caldaia ha raggiunto la modalità, non dovrebbe essere inferiore a 60 ° C per evitare la formazione di condensa. Questo compito viene risolto installando un’unità di ricircolo automatica che mescola l’acqua dall’alimentazione al ritorno. Richiede anche l’installazione di un gruppo di sicurezza per i sistemi di riscaldamento chiusi e la pompa di circolazione principale.

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