Calefacción con caldera de combustible sólido REVISIÓN DE PRECIOS DE LAS CALDERAS DE PELLET TOBY - Calderas monobloque de pellets WIRBEL ECO-CK110 en Solovki

Brevemente sobre la combustión por pirólisis

El proceso de pirólisis es la lenta descomposición de los combustibles de carbono, que se produce bajo la influencia de altas temperaturas con falta de oxígeno. Se obtiene gas combustible o combustible líquido a la salida, dependiendo de la materia prima y las condiciones de la reacción química.

Las calderas de calefacción de pirólisis producen y queman exactamente gas, de ahí el segundo nombre: generación o gasificación de gas. Materias primas iniciales: leña seca, carbón, briquetas de combustible.

Diagrama de una planta generadora de gas que produce combustible para un motor de combustión interna

Referencia. Se utiliza una amplia variedad de combustibles sólidos que contienen compuestos de hidrocarburos para la combustión por pirólisis. Un ejemplo es la producción de combustible líquido a partir de neumáticos de automóviles viejos o la incineración de residuos en hornos industriales de gas.

Cómo se produce la pirólisis de la madera:

1. Se carga un cierto volumen de madera picada o aserrín en un tanque cerrado (reactor).
2. El recipiente de metal se calienta desde el exterior hasta 500 ... 900 ° C, el aire se suministra a través de las toberas (orificios de soplado) de forma limitada.
3. La madera arde sin llama y se descompone en sus componentes: hidrógeno, metano, monóxido de carbono, vapor de agua, dióxido de carbono. Al final de la reacción, queda algo de ceniza en el fondo.
4. La mezcla de gas resultante se enfría, se limpia y luego se bombea a cilindros para su uso posterior.

Antes de cargar en el generador de gas, la madera se seca. De lo contrario, la energía de calentamiento se gastará en la evaporación del agua, la reacción de pirólisis se ralentizará mucho y obtendremos un montón de vapor de agua a la salida.

Tenga en cuenta que cualquier proceso de quema de combustible sólido va acompañado de la liberación de gas de madera, incluso en caso de incendio (ver foto). La pirólisis se describe con más detalle en nuestra otra publicación.

Calderas de gas de pirólisis de combustibles sólidos de combustión prolongada

El funcionamiento de tales calderas se basa en la gasificación del combustible. El horno de dicha caldera se divide en 2 mitades horizontalmente. La mitad superior, que es al mismo tiempo una cámara de carga de combustible, la madera no arde, sino que arde sin llama. Al experimentar los efectos de las altas temperaturas, la leña emite diversas sustancias combustibles, que se convierten en el principal combustible de la caldera, ardiendo en la segunda cámara ubicada debajo.

El principio de funcionamiento descrito de las calderas aumenta significativamente la eficiencia de tales muestras, en este caso podemos hablar de 85 o incluso 90%. El tiempo de combustión del combustible también aumenta significativamente, llegando hasta las 12 horas. El hecho es que en las calderas en consideración, el proceso de combustión directa de combustible ocurre solo en la cámara inferior.

En la cámara de carga superior, la leña solo arde, emitiendo sustancias inflamables. Después de eso, las sustancias combustibles se mezclan con aire y, a través de una boquilla especial, se envían a la segunda cámara inferior, donde se convierten en el combustible principal para dicha caldera. En el proceso de quemar una mezcla de aire y gases liberados de la leña, es posible lograr temperaturas suficientemente altas, por lo tanto, la cámara inferior, en la que tiene lugar el proceso de combustión, está revestida con un acabado especial resistente al calor.

El combustible en las calderas en consideración se quema casi por completo, lo que también nos permite hablar sobre la eficiencia de la caldera. Además, debido a sus características técnicas, la caldera no forma hollín ni cenizas durante el funcionamiento. Para que la caldera de pirólisis realice plenamente sus funciones, es necesario bombear completamente aire al dispositivo.

Las calderas en cuestión son equipos complejos y costosos. En la mayoría de los casos, el diseño de tales calderas incluye:

• Extractores de humo;
• Dispositivos electrónicos para el control del proceso de funcionamiento de la caldera y su control efectivo.

Una condición importante para el correcto funcionamiento de la caldera de pirólisis es el nivel de humedad del combustible. El contenido de humedad de la madera que se colocará en dicha caldera no debe exceder el 25%. La práctica muestra que la leña almacenada en una pila de leña puede presumir de tal porcentaje de humedad solo 24 meses después del inicio del almacenamiento. La caldera también es exigente con el tamaño del combustible: el grosor de la leña que se está preparando para colocar en dicha caldera no debe ser inferior a 100 milímetros. La potencia mínima de la caldera que se puede considerar controlable es del 50%, en los casos en que la potencia de la caldera descienda por debajo del valor indicado, el funcionamiento del dispositivo se vuelve inestable. Esto sugiere que la caldera está bien adaptada para funcionar en períodos fríos del año, sin embargo, es completamente inadecuada para un funcionamiento eficiente fuera de temporada.

Las calderas de pirólisis de fabricantes como VERNER y ATMOS cuentan con excelentes críticas de usuarios que han estudiado y probado esta técnica en el proceso de uso práctico.

Reglas de funcionamiento

Para obtener una buena transferencia de calor de un calentador de generador de gas con un consumo mínimo de combustible, los fabricantes recomiendan seguir las siguientes reglas:

• utilice solo madera seca, contenido de humedad admisible 12 ... 20%;
• al instalar y conectar la caldera, es imperativo utilizar una válvula mezcladora de tres vías o un dispositivo Laddomat-21 complejo para mantener la temperatura de retorno a 65 ° C;
• temperatura de funcionamiento del agente calefactor en el suministro - 80 ... 90 ° C;
• el generador de calor debe funcionar a una potencia cercana al máximo; es imposible operar la unidad durante mucho tiempo en el modo de baja productividad (menos del 50%);
• es muy recomendable ahogarse con troncos grandes, pero no troncos redondos;
• junto con las calderas de pirólisis, se recomienda encarecidamente utilizar un tanque de compensación, que acumulará el exceso de energía térmica;
• el requisito para el volumen mínimo del acumulador de calor es de 25 litros por cada kilovatio de potencia del calentador.

Explicación. Si un refrigerante frío con una temperatura inferior a 65 grados entra en el tanque de la caldera, en el proceso de gasificación del combustible en la cámara primaria se formará condensado y alquitrán. Lea más sobre la tubería correcta en un manual separado sobre la conexión de calderas TT.

El suministro de agente calefactor a la caldera debe regularse mediante una válvula de tres vías. Después del tanque de compensación, se instala otra unidad de mezcla para bajar la temperatura del agua.
El uso del tanque de compensación se debe al modo de funcionamiento efectivo de la caldera: combustión intensiva, la temperatura de salida es de 80 ... 90 grados. Es en tales condiciones que se logra una alta eficiencia de 86 a 87%. Es imposible "estrangular" el generador de calor a través del aire, la eficiencia de combustión disminuirá al 40-50%, como en una estufa casera.

El principio de funcionamiento de una caldera de combustible sólido de combustión prolongada.

Normalmente, estas calderas de combustible sólido funcionan según el principio de "combustión superior". ¿Cómo funciona una caldera de combustión prolongada? Antes de que el oxígeno entre directamente en el horno, donde tiene lugar la combustión, se calienta. Se calienta para reducir finalmente la cantidad de residuos de combustión: hollín, cenizas. El oxígeno no se suministra de abajo hacia arriba, sino de arriba hacia abajo. Por lo tanto, solo se quema la capa superior de combustible sólido almacenado en la cámara de combustión. Debido a que el aire entra desde arriba, no penetra hacia abajo y el proceso de combustión es imposible allí. Solo se quema la capa superior de combustible. Cuando la capa superior se quema, se activa la alimentación a la capa inferior. Entonces, gradualmente, a medida que avanza la combustión, el aire se suministra cada vez más bajo. Gracias a este enfoque, la capa superior de combustible siempre se quema, y ​​la de abajo permanece intacta hasta que llega su turno.Esto permite un consumo muy económico de combustible y un control del proceso de combustión. Es con esta tecnología que el combustible sólido se quema durante mucho tiempo.

Estas calderas no solo son económicas sino también respetuosas con el medio ambiente. Eso sí, siempre que se utilicen materiales de construcción resistentes al fuego, que no solo garantizarán la máxima eficiencia de la caldera, aislando el calor, sino que también protegerán contra posibles incendios.

Puede comprender claramente cómo funciona la caldera de pirólisis en este video:

Los beneficios reales de los calentadores de pirólisis

Hagamos una lista de las ventajas de las calderas de gasificación declaradas por los vendedores, y luego eliminaremos las historias francas:

• las fuentes de calor de pirólisis son generadores de gas completos que emiten gas de síntesis combustible;
• las unidades son muy económicas y respetuosas con el medio ambiente debido a su alta eficiencia;
• las calderas queman completamente carbón y leña, prácticamente sin residuos;
• tiempo de combustión: más de 10 horas (la cifra más modesta es de 8 horas).

Nota. Los publicistas y los fabricantes no demasiado conscientes siempre comparan las unidades generadoras de gas con las calderas convencionales de combustión directa, "olvidándose" de los calentadores de pellets igualmente eficientes. Pero incluso esta comparación no es muy ganadora.

La primera afirmación es demasiado atrevida. Recordemos: la pirólisis intensa comienza por un fuerte calentamiento y la falta de oxígeno, pero ¿qué sucede en la caldera? El ventilador sopla aire en la cámara de combustión en exceso, no hay combustión sin llama. Por supuesto, se libera gas de síntesis, pero también está presente la combustión directa de combustible.

A la izquierda hay una antorcha de llama en el compartimiento del postquemador durante el funcionamiento de la caldera, a la derecha hay un intercambiador de calor de tubos de fuego (vista superior)

Echemos un vistazo al resto de beneficios:

1. La declaración sobre economía y respeto al medio ambiente no es un cuento de hadas. Debido a la eficiencia decente, la caldera asimila mejor la energía del combustible y emite compuestos mucho menos tóxicos (óxido de nitrógeno y monóxido de carbono) a la atmósfera. Condición 1: se cumplen plenamente las recomendaciones sobre el modo de funcionamiento y el contenido de humedad de la leña.
2. Las razones de una combustión más completa son la madera seca y la inyección de aire forzado. Si coloca briquetas de aserrín o acacia seca en una caldera turboalimentada tradicional, el residuo de ceniza también será cero. Un ventilador expulsa una gran cantidad de cenizas ligeras hacia la chimenea. Esto significa que este hecho no es una ventaja.
3. La duración de la combustión depende de 2 factores: eficiencia y capacidad del compartimiento de combustible. En términos de eficiencia, las calderas de combustible sólido pierden frente a las calderas de pirólisis en un 10%, esto es un pequeño aumento en la duración de la operación. El factor principal es el volumen de la cámara de combustión, si alcanza los 80 litros o más, la leña se quemará en 6-8 horas.

Referencia. El fabricante checo Atmos describe las ventajas de sus generadores de calor (literalmente): un gran depósito de combustible, un tiempo de combustión prolongado. De ahí la conclusión: la afirmación sobre la duración del trabajo es cierta, solo la razón es diferente: la capacidad del horno y no el hecho de generar gas de madera.

Además, se cuentan muchas fábulas sobre el modo económico de combustión lenta, que simplemente está ausente en las unidades de pirólisis. Está escrito en las instrucciones de funcionamiento "Atmos DC15E": una disminución en la intensidad de la llama conduce a una disminución de la eficiencia y un aumento en el consumo de combustible.

El generador de calor más nuevo "Atmos" de tipo pirólisis en la exposición "Aquatherm-2019"

Varios esquemas del dispositivo de caldera de pirólisis.

Antes de continuar con la fabricación de una caldera generadora de gas con sus propias manos, debe familiarizarse con las posibles opciones para su dispositivo. Estas unidades pueden tener una solución de diseño diferente. Pero, en la práctica, el principio de funcionamiento es el mismo: todos tienen dos cámaras de combustión de combustible. El primero de ellos, por regla general, sirve para cargar combustible y su combustión de pirólisis, y el segundo para quemar el gas combustible liberado durante la pirólisis.Dependiendo del diseño de la caldera, pueden ser de diferentes formas, tamaños y tomar diferentes posiciones entre sí.

Además, los diferentes modelos de calderas de pirólisis pueden diferir en la forma de suministrar aire primario y secundario: puede ser natural o forzado, con la ayuda de un ventilador. A continuación, se consideran los esquemas más comunes para el dispositivo de tales calderas, que se pueden usar al construirlos con sus propias manos.

Calderas de pirólisis con suministro de aire natural.

Opción 1.

La cámara para la carga y la combustión del combustible de pirólisis se encuentra debajo, y el postquemador de gas de pirólisis se encuentra arriba (Fig. 1). El suministro de aire primario y secundario con tal esquema se realiza desde abajo, a través de la puerta del ventilador, que está conectada por una cadena con un sensor-regulador integrado en la "camisa de agua" de la caldera. El aire primario se suministra a través de la cámara del ventilador y la rejilla en una cantidad tal que asegure la combustión lenta del combustible sólido con la liberación de gas combustible, que se alimenta a la cámara superior con la ayuda de tiro natural. El aire secundario se precalienta en el inferior y se suministra a la cámara superior mediante tubos con orificios calibrados, asegurando el proceso de combustión del gas.

Fig.1 Diagrama de una caldera de pirólisis con suministro de aire natural y una ubicación superior del postquemador

Opcion 2.

Este esquema (Fig. 2) proporciona la ubicación de la cámara de combustión de pirólisis y carga de combustible en la parte superior, y la cámara de combustión de gas en la parte inferior. Cuando se enciende una caldera de este tipo, la válvula de mariposa se abre en su parte superior y el combustible comienza a arder como en una caldera de combustible sólido convencional, y los gases de combustión se emiten directamente a la chimenea. Después de que el combustible se enciende, la compuerta se cierra y la caldera comienza a funcionar en el modo de generación de gas: el gas de pirólisis ingresa a la cámara inferior y se quema allí, liberando energía térmica y calentando el refrigerante en su intercambiador de calor ("camisa de agua").

Fig.2 Diagrama de una caldera de pirólisis con cámara de carga superior y combustión de pirólisis

Opcion 3.

Este esquema de la caldera de pirólisis se diferencia del anterior en que la puerta de carga no está ubicada en el costado, sino en la parte superior. Además, el intercambiador de calor se complementa con tubos que permiten aumentar el área de contacto con gases calientes y aumentar la eficiencia de la transferencia de calor. La ubicación superior de la puerta de carga hace que el proceso de carga de combustible sea más conveniente. Además, si se desea, dicha cámara puede extenderse hacia arriba, aumentando así el volumen de combustible cargado simultáneamente y, por tanto, la duración del funcionamiento de la caldera.

Higo. 3 Diagrama de una caldera de pirólisis con una puerta de carga en la parte superior.

Opción 4.

Este esquema (Fig. 4) se diferencia de otros tanto en la ubicación del intercambiador de calor (en la parte superior) como en el diseño de las propias cámaras de combustión. Carga: realizada en forma de búnker con una base inclinada, que asegura el flujo espontáneo de combustible, a medida que se quema, hacia el lugar de combustión primaria. En este caso, el postquemador tiene la forma de un tubo de material refractario y está ubicado dentro de la tolva de alimentación, encima de la cámara de combustión primaria. Para aumentar la temperatura en él y crear mejores condiciones para quemar gas combustible, este diseño prevé calentar sus paredes desde el exterior con parte de los gases de combustión calientes.

Higo. 4 Diagrama de una caldera de pirólisis ubicada en la parte superior del intercambiador de calor

Calderas de pirólisis de aire forzado

Opción 1.

La cámara de carga y combustión primaria de combustible en este esquema está ubicada en la parte inferior (Fig. 5). Su base es de material refractario (por ejemplo: ladrillos de arcilla refractaria) con aberturas para el suministro de aire primario desde la cámara de chorro, que se encuentran cerca de la pared trasera de la caldera.El suministro de aire secundario para la combustión del gas de madera se realiza mediante un ventilador instalado en la pared frontal de la caldera, encima de la puerta de carga.

Higo. 5 Caldera de pirólisis con cámara de combustión superior y suministro forzado de aire secundario

Opcion 2.

Este esquema (Fig.6) se diferencia en que el suministro de aire, tanto primario como secundario, se realiza mediante un ventilador ubicado en la pared frontal de la caldera o en la chimenea (extractor de humos). Tal esquema permite una regulación más eficiente del funcionamiento de la unidad, pero depende de la disponibilidad de electricidad. Además, en el esquema presentado, la superposición entre las cámaras está hecha de material refractario, en el que hay canales para suministrar aire secundario y se ubica una boquilla para suministrar gas de pirólisis a la cámara de combustión inferior.

Higo. 6 Caldera generadora de gas con cámara de combustión de gas inferior y suministro forzado de aire primario y secundario

Desventajas significativas de las calderas.

Si visita cualquier tienda en línea de unidades de calefacción y pregunta cuánto cuestan los generadores de calor de pirólisis, verá inmediatamente su principal inconveniente. No es la caldera rusa más cara "Suvorov M" K-20 (20 kW) costará 1320 pies cúbicos. Es decir, y el ATMOS DC 20 GS, idéntico en potencia, tiene 2950 pies cúbicos. e) A modo de comparación: el precio de un costoso calentador tradicional Buderus Logano S131-22 H es de $ 1010. mi.

Designemos otras desventajas de la gasificación de las fuentes de calor:

• 2 cámaras, revestimiento de ladrillo o cerámica más una camisa de agua en la parte inferior del cuerpo: las soluciones de diseño anteriores aumentan significativamente el peso y las dimensiones de las unidades;
• altos requisitos de calidad del combustible;
• un refrigerante con una temperatura de 80 ° C rara vez se usa para calentar casas privadas, lo que significa que no puede prescindir de un costoso acumulador de calor + elementos de tubería;
• Las partes cerámicas del revestimiento no duran para siempre: la boquilla puede romperse por sobrecalentamiento y tendrá que ser reemplazada.

Debo decir que las calderas de pirólisis atraen a los artesanos caseros. Pero hacer una unidad de este tipo con sus propias manos es muy difícil, necesita experiencia e inversión en la compra de materiales. No será posible hacer un calentador gratis. Mucho más fácil de soldar una caldera convencional o de mina.

Nota. A juzgar por las revisiones de los propietarios de las calderas en los foros temáticos, todavía es posible utilizar leña en bruto. El algoritmo es el siguiente: la unidad se funde y se calienta con troncos secos, luego se arroja madera húmeda. Pero la proporción de dicho combustible no debe exceder el 30%, de lo contrario el hollín y el hollín desaparecerán. Escuchemos la opinión del experto sobre el video:

Conclusiones y recomendaciones para elegir.

Tiene sentido elegir calderas de pirólisis de todas las calderas existentes en esta situación:

• está dispuesto a pagar por la eficiencia y la conservación del medio ambiente;
• el presupuesto le permite comprar un calentador y un acumulador de calor del volumen requerido;
• hay suficiente espacio para equipos en la sala de calderas;
• Existe la oportunidad de cosechar leña de alta calidad, comprar briquetas o secar madera recién cortada.

El modelo de generador de calor se selecciona en términos de potencia y funcionalidad. Cómo elegir la fuente de calor de leña adecuada para su hogar, lea nuestras instrucciones.

Inicialmente, las calderas domésticas de pirólisis están diseñadas para instalar un tanque de almacenamiento y usar un buen combustible. Esta es una práctica de Europa occidental, donde las unidades de combustible sólido no pueden funcionar sin un tanque intermedio.

Nuestros ingresos no son tan altos, por lo que los propietarios ahorran en todo: equipo, combustible, método de combustión. De ahí la conclusión: en este momento, los generadores de gas son incompatibles con las necesidades y costos de la mayoría de los propietarios, porque no podrán ser operados adecuadamente.