Обзор дровяных газогенераторных котлов и их особенности

Газогенераторные котлы — один из видов твердотопливных, обычно водогрейных устройств. Суть его работы состоит в том, что топливо и летучие вещества в нем сгорают по отдельности. Другими словами, происходит пиролиз твердого топлива, поэтому котлы называют еще пиролизными. Особенно это нагревательное оборудование эффективно при работе на дровах, древесных брикетах, буром и некоторых фракциях каменного угля.

Устройство агрегата

Конструкция газогенераторного котла представляет собой печь с двумя камерами, которые разделены чугунными решетками. Первая камера предназначена для пиролиза дров, а вторая — для сжигания выделяемого газа. В некоторых конструкциях газовые камеры соединены с кухонными плитами. Основными деталями такого устройства являются:

• форсунка;
• вентилятор;
• контроллеры;
• воздуховодные каналы;
• водяные патрубки;
• дымоход.

Читать подробнее: дымоход своими руками.

В данном видео рассмотрим принцип работы газогенераторных котлов:

Кроме этого, для обеспечения безопасной эксплуатации котлового оборудования в конструкции находятся: предохранительные клапаны, датчики измерения давления, регуляторы подачи воздуха. Общий контроль и регулировка эксплуатационного процесса проводится с помощью электронного блока управления. Некоторые модели котлов обладают дистанционным управлением.

Эффективное потребление энергоресурсов

Даже рядовой обыватель, у которого установлен газовый котел для отопления жилья, может задаваться вопросом о рациональности использования тепловой энергии. Действительно, ведь при сжигании газа в котле, далеко не все выделяемое тепло используется.

Всегда при работе системы отопления какая-то часть тепла безвозвратно утрачивается. Обычно так происходит при выбросе продуктов сгорания из котла в атмосферу. Фактически это утраченная энергия, которой могло бы найтись применение.

О чем конкретно идет речь? О возможности применения впустую “выброшенного” тепла в производстве электрической энергии.

Видами топлива могут быть различны, начиная с банальных дров и всевозможных брикетов, заканчивая наиболее экономичными вариантами: магистральным газом с преобладанием метана в составе, искусственным голубым топливом и пропан-бутановыми сжиженными смесями.

Может показаться, что это далеко не «открытие Америки», но на самом деле разработанная еще в далеком 1943 году Робертом Стирлингом технология, а точнее, установка существует. Ее конструктивные особенности и основной принцип работы позволяет относить эту систему к двигателям внутреннего сгорания.

Почему же тогда не использовалась данная установка на протяжении столь значительно времени? Ответ прост – теоретическая разработка технологии в сороковых годах прошлого века, на практике оказалась очень громоздкой.

Существовавшие на момент разработки технологии и материалы не позволяли сократить размеры установки, а существовавшие методы производства электрической энергии были более рентабельны.

Что может заставить нас на сегодняшний день задумываться о более бережном отношении к ресурсам, не относящимся к категории возобновляемых? Сейчас во всем мире существует общая проблема – развитие технологий неизбежно ведет к увеличению потребления электрической энергии.

Увеличение потребления происходит настолько стремительными темпами, что сетевые компании не успевают модернизировать системы передачи электрической энергии, не говоря уже про производство. Такая ситуация неизбежно ведет к тому, что элементы систем электроснабжения выходят из строя, а в некоторых случаях такое может происходить с завидной регулярностью.

Современные котлы отопления оснащены системами управления, которые тоже энергозависимы. В электропитании нуждаются циркуляционный насос, датчики, автоматика, сама панель. Весь набор устройств не может не вызывать тревоги за сохранение работоспособности при отключении электроэнергии.

Принудительные системы отопления не представляется возможным запустить без электроэнергии. Отключение электропитания в отопительный сезон для них практически катастрофично. Мало того, что это приведет неизбежно к быстрому охлаждению помещения, при длительно неработающем отоплении возможно замерзания контура.

Стандартные существующие варианты решения вопроса – установка источников бесперебойного питания, генераторов всевозможных модификаций (газо -, бензо -, дизельгенераторов или нетрадиционные источники – ветрогенераторы или мини ТЭС, ГЭС).

Но этот путь решения приемлем далеко не для всех, поскольку многие сложно выделить место для установки автономного поставщика электричества.

Если жители индивидуальных домов еще могут выделить место под генератор, то для установки в многоэтажном доме это практически невозможно. Таким образом, получается, что жители многоквартирных домов с системой индивидуального отопления – это первые, кто пострадает при отключении света.

Именно поэтому в первую очередь компании, выпускающие компоненты для сборки систем отопления, задались вопросом полноценного использования тепла, которое «выбрасывается» системой отопления. Задумались о том, как бесцельно расходуемую субстанцию применить в генерации электроэнергии.

Из известных технологий разработчики выбрали «хорошо забытую» установку Стирлинга, современные технологии позволяют увеличить ее эффективность, сохраняя компактные размеры.

Принцип работы установки Стирлинга основан на использовании нагрева и охлаждении рабочего тела, что в свою очередь приводит в действие механизм, который вырабатывает электрическую энергию.

Внутри поршня (закрытого) расположен закачанный газ, при нагреве газообразная среда расширяется и двигает поршень в одну сторону, после охлаждения в охладителе она сжимается и двигает поршень в другую сторону.

Правила выбора топлива

В процессе сгорания любого твердого топлива происходит выделение монооксида углерода. Из опыта использования газогенераторов доказано, что выделение этого газа в особо больших количествах происходит при сжигании древесины.

Отсюда и вывод, что лучше всего топить этот агрегат дровами. В современных котлах их разжигание и дальнейший процесс горения полностью автоматизирован. При этом к такому топливу предъявляются некоторые требования.

Влажность используемой древесины не должна превышать 20%, иначе ее придется предварительно просушивать. При этом стоить выбирать только наиболее твердые виды древесины: бук, дуб, акация. Нельзя использовать уголь в тех моделях, где такой вариант не предусмотрен, так как возможен выход агрегата из строя.

История

При разработке котлов твердотопливных газогенераторных прежде всего уделяли внимание объёмам камер сгорания и количеству потребляемого твердого топлива. Но из-за этого добивались незначительного увеличения коэффициента полезного действия при увеличивающихся габаритных размерах и веса котлов. Никто не принимал во внимание, что при пиролизе выделяется газ, который не эффективно использовался в камерах прежних моделей котлов на древесине или угле.

В результате длительных экспериментов, стало понятно, что нужно использовать свойства органических веществ, при недостатке кислорода выделяющий горючий газ – пиролиз. Использование твердого топлива не для основного выделения тепла, а для получения CO позволило сделать котел, совмещающий в себе сжигание твердого топлива и газа. Котел твердотопливный газогенераторный повысил эффект от нагрева, совместил экономию и дешевизну топлива, применяя процесса пиролиза.

Принцип работы оборудования

Во время горения твердое топливо начинает выделять газ, который и продолжает поддерживать этот процесс. Дровяные газогенераторные котлы устроены так, что в них невозможно быстрое сжигание как в обычных печах. Происходит это потому, что угарный газ сгорает в отдельной камере. Таким образом, весь процесс делится на несколько стадий:

1. Сначала твердое топливо проходит процесс сушки в специальном отделе котла газогенератора.
2. Далее дрова горят в топке при температурном диапазоне от 200 до 850°C. Кислород при этом процессе практически не поступает в топку.
3. Выделяемый газ сгорает в специальной камере при помощи горелок.

В итоге происходит разделение топлива на две составляющие: твердую фракцию и газообразное вещество. Удаление этих частей из котла происходит обособленно, причем при контактировании газа и углерода во время горения происходит очищение дыма от вредных веществ.

Достоинства и недостатки

Как и любой вид отопительного оборудования, газогенераторные котлы на твердом топливе обладают плюсами и минусами в конструкции и эксплуатации.

Простая конструкция

Достоинства

• Начнем с коэффициента полезного действия, как с самого основополагающего критерия эффективной работы агрегата. Так вот у пиролизных твердотопливных котлов он имеет диапазон 85-95%. Для сравнения: у обычных дровяных агрегатов КПД не превышает 65%. Коэффициент полезного действия определяет соотношение расхода топлива, которого хватает на выработку необходимого количества тепловой энергии. А она, в свою очередь, должна быть рационально использована для поддержания необходимого температурного режима внутри помещений. Вот такая сложная взаимосвязь.
• В газогенераторах топливо горит гораздо дольше, чем в обычных приборах. Если в качестве топлива используются дрова, то продолжительность сжигания одной закладки может хватить на пару дней. С углем этот показатель гораздо больше, до одной недели.
• Устройство газогенератора на дровах имеет определенные конструктивные особенности, которые помогают сжечь топливо до конца. Остается лишь одна зола и сажа на стенках камеры сгорания. Почему это положительная сторона? Здесь два фактора: закладка горит дольше, чистка прибора упрощается.
• Обычно твердотопливные котлы плохо поддаются автоматизации. Регулировать процессы, происходящие внутри агрегата практически невозможно. В газогенераторных печах на дровах процесс горения можно автоматизировать. Конечно, это не так просто, как, скажем, с газовыми или электрическими отопительными приборами, но такая возможность присутствует.
• Так как угарные газы очищаются и сгорают, то это говорит о том, что в окружающую атмосферу попадает незначительное количество вредных веществ. На сегодняшний день это один из самых жестких требований, который пиролизными котлами на дровах полностью выполняются.
• Современные модели газогенераторов обладают различными преимуществами, которые выделяют их из общей категории твердотопливных котлов. К примеру, в топке некоторых моделей можно впихнуть поленья длиною больше одного метра и использовать древесину с влажность до 50%.

Устройство самодельного газогенератора

Недостатки

• Большой недостаток газогенераторных котлов на дровах – это сложность подачи воздуха в камеру смешения с угарными газами. Естественным способом это сделать очень трудно, поэтому практически все модели в своей конструкции используют механический надув при помощи вентилятора. А это говорит о том, что наш котел тут же переходит в категорию «энергозависимых агрегатов».
• Если упустить момент падения мощности, особенно, когда она падает ниже половины своего номинала, то на стенках камеры сгорания и в дымоходе тут же начинает образовываться деготь за счет сажи и конденсации влажных паров. Поэтому совет – всегда держите минимальный температурный режим в +60°С.
• Цена генераторов на дровах для дома выше обычных твердотопливных котлов практически вдвое. Конечно, есть предложения на рынке в виде самодельных отопительных приборов, но нет гарантии, что этот вариант будет работать эффективно и экономно. Так что не стоит рисковать.

Внимание! Выше уже говорилось, что автоматизировать газогенератор проще, чем классический твердотопливный котел. Добавим, что генератор с блоком автоматики работает в разы безопаснее.

Популярные модели

В настоящее время газогенераторные котлы на дровах и другом твердом топливе широко представлены на рынке оборудования для отопления помещений. Отличаются они друг от друга как конструктивно, так и по стоимости. Среди них стоит отметить следующие модели:

1. OPOP ECOMAX 30 — экономичные котлы от чешских производителей. Наличие электронного блока позволяет осуществлять управление двумя циркуляционными насосами, термостатом и вентилятором. Коэффициент производительности агрегата достигает около 90%.
2. Viadrus Hercules U32 — корпус этого агрегата выполнен из чугуна. Работа котла осуществляется на дровах, угле и не зависит от наличия электроэнергии. В его конструкции отсутствует вентилятор, подача воздуха осуществляется естественным путем.
3. ATMOS DC — стальной котел, работающий на дровах. Наличие вытяжного вентилятора позволяет производить сбор золы практически без пыли. Некоторые разновидности этой модели обладают и нагнетающим воздух вентилятором.
4. Бастион М-КСТ-15П — энергонезависимый котел от российских производителей. Обладает большой емкостью, что позволяет теплоносителю циркулировать по системе за счет инерции. В такой системе отопления не нужны циркуляционные насосы.

А также популярными и недорогими считаются следующие модели: Диво-10, Буржуй-К СТАНДАРТ-20, Wattek PYROTEK 36 и др.

Топливо для газогенераторных котлов

Несомненным преимуществом газогенераторных котлов является тот факт, что они могут работать практически на любом типе твердого топлива. То есть в них можно загружать обычные нарубленные дрова, и также любые виды древесных отходов (опилки, стружки) и изготовленные из древесных отходов брикеты, пеллеты и тому подобное. Кроме того, газогенераторные установки являются практически безотходным производством: топливо в них сгорает практически без остатков.

Газогенераторный котел

Преимущества отопительных газогенераторных установок

Установка отопительных систем, работающих от котлов газогенераторных, работающих на древесном топливе имеет следующие несомненные преимущества:

1. Чрезвычайно высокая эффективность сгорания топлива. В любой установке, предназначенной для сжигания древесного топлива, но не применяющий эффект пиролиза – КПД не может подниматься выше 90 процентов.
2. Газогенераторные установки являются энергонезависимыми и могут быть установлены даже в сооружениях, у которые отсутствует подключение к стационарной электросети. Заметим, что во время войны газогенераторные установки размещались даже на автомобилях. Энергонезависимость газогенераторной установки также снижает стоимость ее эксплуатации.
3. В газогенераторной установке можно использовать практически любой тип древесного топлива, начиная от классических дров и заканчивая отходами древесного производства. Использование древесных отходов, опилок, щепы и так далее существенно удешевляет работу газогенераторных систем. Однако помните, что из всего объема единовременно закладываемого топлива процент древесных отходов не должен превышать значение в 30 процентов.
4. Большие объемы топочной камеры позволяют газогенераторным котлам долгое время работать от одной закладке топлива, что облегчает эксплуатацию такой установки.

устройство газогенераторного котла

Недостатки газогенераторных установок

Несмотря на всю привлекательность отопительных и нагревательных систем на основе газогенераторных установок – такие устройства имеют и определенные недостатки. Недостатки газогенераторных систем в целом совпадают с недостатками обычных котлов, работающих на твердом топливе.

Котел на твердом топливе, в отличие от автоматизированных жидкостных или газовых систем имеет ограниченную автономность работы. Для такого котла всегда нужен человек-оператор, который будет добавлять топливо по мере его сжигания. Также газогенераторный котел необходимо регулярно обслуживать, чистить от копоти и сажи. Несмотря на практически полное сгорание органического древесного топлива в газогенераторных котлах – продукты распада в таких системах все-таки присутствуют.

газогенераторная установка

Приобретение системы с газогенераторным котлом является довольно затратным в финансовом плане. По приблизительным прикидкам газогенераторный котел обойдется вам в полтора раза дороже, чем обычный котел на твердом топливе. Но разница в стоимости должна окупиться через несколько отопительных сезонов, исходя из более высокой эффективности газогенераторного котла.

Также при эксплуатации газогенераторных установок необходимо пользоваться только сухим топливом. На влажных дровах или опилок процесс пиролиза может просто не запуститься. Поэтому газогенераторные котлы часто оборудуют сушильной камерой, в которой топливо доходит до нужной кондиции.

Электростанции для продолжительного электроснабжения

В эту категорию отнесу дорогие модели, способные работать до 12 часов бесперебойно. Пригодится для «капитальных» загородных домов и малого производства, где возможны длительные перебои в электроснабжении,а ограничиваться в электричестве нельзя. При наличии сетевого газа такие электростанции оптимальный выбор, потому что стоимость «бензинового» или «дизельного» киловатт-часа в 5-6 выше, да и газовая электростанция обслуживается реже и дешевле. В этом классе стоит присмотреться к инверторным агрегатам — они выдают идеальную синусоиду при всех режимах эксплуатации. Так же важен звукоизоляционных кожух. Одно дело терпеть 75 дБ тарахтения пару часов, а совсем другое находиться в шуме сутками.

Briggs&Stratton 8 kW Standby Generator – от 194 000 руб.

Электростанция американского производителя оснащена оригинальным V-образным двигателем Briggs&Stratton. Двигатель чувствителен ГСМ — поэтому используйте оригинальное масло производителя, стоит примерно 5$ за литр. На других, даже хороших маслах движки Briggs&Stratton живут недолго. Уровень шума 68 Дб вполне ощутимый, поэтому генератор лучше вынести подальше от дома. Что касается ремонтопригодности — запчасти редкие. Например, маслосъемные, компрессионные кольца приходится подбирать от других производителей или заказывать. Отсюда ремонт может оказать чуть-чуть дороже.

Характеристики Briggs&Stratton 8 kW Standby Generator

В сети много роликов о достоинствах двигателей Briggs&Stratton, вот в подтверждение ролик о не убиваемом четырехтактном Бриггсе:

Generac 7044 — от 270 000 руб.

Производитель заявляет о уникальной технологии пассивного охлаждения двигателя, что увеличивает ресурс двигателя. В моей практике был ремонт двигателя — причина которому стал износ поршневой. Вскрытие показало: залегание колец можно было избежать, меняй хозяин масло чуть по-чаще. Использовать только фирменное масло производителя — не переваривают американцы нашу жижу без нужных присадок. Конструкция аппарата своеобразная, но ремонтопригодная, все починилось на ура. Есть жалобы на строенное зарядное устройство для АКБ. У Generac плохо развитая дилерская сеть, поэтому этот генератор попал в мои руки,а не в их сервисный центр.

Характеристики Generac 7044

На видео запуск генератора зимой. Беспроблемный пуск возможен, если питаемся магистральным газом:

Gazvolt Pro 8500 Neva 06 — от 229 000 руб.