Caldeiras de aquecimento por pirólise: princípio de funcionamento e tipos de caldeiras de longa queima

Os anos passam, a ciência e a tecnologia avançam e os combustíveis sólidos continuam a ser procurados.Queimar lenha em um fogão tradicional ou fogão não é muito eficaz, mas as caldeiras de aquecimento por pirólise mudaram a situação - as unidades são caracterizadas por alta eficiência e operação relativamente simples.

Concordo, estes são argumentos bastante significativos ao organizar o aquecimento autônomo. Se você está procurando uma caldeira eficiente para sua casa, dê uma olhada mais de perto nas caldeiras de pirólise.

Contaremos como são projetadas e operam as unidades de longa queima, quais são suas características técnicas e operacionais e também forneceremos uma visão geral dos modelos mais avaliados de fabricantes nacionais e estrangeiros.

O que é pirólise

A lenha é talvez o primeiro combustível da história da humanidade. Quase todo mundo sabe a rapidez com que queimam ao ar livre e que não é liberado muito calor. Mas a situação muda radicalmente se forem criadas condições diferentes para o processo de combustão.

A chamada combustão de pirólise é realizada em câmaras fechadas. Ali é carregada lenha ou outro combustível sólido de tipo semelhante: pellets, serragem, resíduos de madeira, etc.

O combustível é aceso e então a quantidade de ar que entra na câmara é reduzida.

Como se sabe, durante a combustão ocorrem processos oxidativos, dos quais um dos principais participantes é o oxigênio contido no ar. Se houver pouco oxigênio, a reação fica mais lenta e a madeira queima lentamente; na verdade, em tais condições ela simplesmente arde sem chama. Isso libera uma certa quantidade de energia térmica, cinzas e gases inflamáveis.

O processo de pirólise não termina aí.O gás obtido pela queima do combustível primário se mistura com as massas de ar e também queima. Como resultado, liberta significativamente mais energia térmica do que quando se utiliza geradores de calor convencionais.

Portanto, as caldeiras de pirólise demonstram uma eficiência muito decente em comparação com suas caldeiras puras “irmãos” de combustível sólido, e muitas vezes também oferecem uma oportunidade de economizar significativamente nos custos de aquecimento.

A vantagem deste tipo de equipamento de aquecimento é que o princípio de seu funcionamento e design é relativamente simples. A quantidade de ar que entra nas câmaras de combustão é controlada por um amortecedor mecânico convencional. O design simples garante a confiabilidade do dispositivo, quebras em caldeiras de pirólise não são uma ocorrência frequente.

Este diagrama demonstra claramente todas as etapas do processo de combustão da pirólise. A temperatura dentro do aparelho pode chegar a 1200°C (+)

Outra “vantagem” das caldeiras de pirólise é um longo período de combustão. Carregar totalmente o dispositivo com combustível permite não interferir no processo por várias horas, às vezes mais de um dia, ou seja, não há necessidade de adicionar lenha constantemente à fornalha, como acontece na queima a céu aberto.

Obviamente, isso não significa que a caldeira de pirólise possa ser deixada sem vigilância. Tal como acontece com outros equipamentos de aquecimento, existem normas de segurança rigorosas.

Vale lembrar que a caldeira de pirólise não é onívora - o teor de umidade do combustível deve ser baixo. Caso contrário, parte da preciosa energia térmica não será gasta no aquecimento do refrigerante, mas na secagem do combustível.

As caldeiras de combustão de pirólise, principalmente as de ferro fundido, possuem peso físico significativo, por isso são sempre representadas apenas por modelos de piso

Ao implementar a combustão por pirólise, o combustível queima quase completamente, o dispositivo terá que ser limpo com muito menos frequência do que ao operar uma caldeira tradicional de combustível sólido. A cinza fina obtida após a limpeza é utilizada como fertilizante. A combustão do combustível nessas caldeiras ocorre de cima para baixo.

Portanto, as possibilidades de circulação natural do ar na fornalha são visivelmente limitadas. A utilização da injeção forçada de ar por meio de ventilador melhora significativamente a eficiência do dispositivo, mas ao mesmo tempo torna a caldeira dependente de energia, uma vez que o ventilador necessita de energia elétrica para funcionar.

Projeto e operação de uma caldeira de pirólise

A fornalha da caldeira de pirólise é dividida em duas seções. No primeiro, queima-se lenha e, no segundo, realiza-se a combustão secundária de uma mistura de gases de pirólise e ar. A primeira câmara é separada da segunda por uma grelha, sobre a qual é colocado o combustível.

O ar geralmente é forçado por um pequeno ventilador. Embora em modelos pequenos às vezes um exaustor de fumaça seja usado para criar correntes de ar.

Este diagrama mostra a estrutura de uma caldeira de pirólise de combustão inferior. A lenha queima lentamente com pouco oxigênio e libera gás inflamável (+)

A presença de ventilação forçada pode ser considerada a principal diferença entre uma caldeira de pirólise e um modelo clássico de combustível sólido. O corpo do dispositivo consiste em duas partes inseridas uma na outra. O espaço entre as paredes é preenchido com um refrigerante, cujo papel é tradicionalmente desempenhado pela água.

Primeiro, o combustível é carregado no primeiro compartimento do forno da caldeira de pirólise, depois o ventilador é ligado e o combustível é aceso.Os gases inflamáveis ​​resultantes passam para o segundo compartimento, misturam-se com o ar e queimam.

A temperatura de combustão pode atingir 1200°C. A água do trocador de calor externo é aquecida e circula pelo sistema de aquecimento da casa. Os restos dos produtos da combustão são retirados pela chaminé.

Dispositivos que usam o princípio de combustão de pirólise podem ser acusados ​​de um preço relativamente alto. Uma caldeira convencional de combustível sólido custa significativamente menos. Mas nas caldeiras de longa duração, a madeira queima quase completamente, o que não se pode dizer de uma caldeira clássica.

A lenha para uma caldeira de pirólise tem certos requisitos em termos de tamanho e umidade. Informações detalhadas podem ser encontradas nas instruções do fabricante

Ao escolher uma caldeira de pirólise, lembre-se de que modelos baratos e de baixo consumo de energia geralmente são projetados apenas para lenha. Modificações caras podem funcionar em diferentes tipos de combustível.

Além disso, será necessário carregar ao máximo o combustível no aparelho, a redução da carga leva ao aumento da formação de cinzas e fuligem, além de afetar negativamente o funcionamento da unidade como um todo.

Caldeiras de combustão superiores

Uma das opções de dispositivo de pirólise é uma caldeira de combustão superior. O princípio de funcionamento destas duas unidades é muito semelhante.

Da mesma forma, uma grande quantidade de combustível sólido de baixa umidade é carregada na fornalha, o ar é forçado para dentro e o combustível pode arder com uma quantidade reduzida de oxigênio. A válvula que regula o fluxo de oxigênio é instalada na posição desejada.

Diagrama de uma caldeira de combustão superior. A fornalha dessa caldeira tem fundo sólido, as partículas dos produtos da combustão são removidas pela chaminé (+)

Mas as caldeiras de longa duração não têm cinzeiro nem grelha.A parte inferior é uma placa de metal vazia. Essas caldeiras são projetadas de forma que a lenha queime completamente e a pequena quantidade de cinza que permanece na fornalha seja expelida com ar.

Tais dispositivos são caracterizados por alta eficiência e também operam em temperaturas acima de 1000°C.

A principal característica de tais dispositivos é que eles realmente proporcionam uma longa vida útil quando totalmente carregados. A câmara de combustível em tais dispositivos geralmente tem a forma de um cilindro.

O combustível é carregado por cima e o ar necessário para a combustão é bombeado por cima, no centro.

Nas caldeiras de combustão superior, o dispositivo de injeção de ar é um elemento móvel que desce à medida que a madeira queima.

Isso garante uma combustão lenta da camada superior de combustível. O combustível queima gradualmente, seu nível na fornalha diminui. Ao mesmo tempo, muda a posição do dispositivo de fornecimento de ar à fornalha, este elemento nesses modelos é móvel e fica praticamente sobre a camada superior da lenha.

A segunda etapa da combustão ocorre na parte superior da fornalha, que é separada do compartimento inferior por um grosso disco de metal. Os gases quentes da pirólise formados como resultado da combustão do combustível abaixo se expandem e sobem.

Aqui eles se misturam com o ar e queimam, transferindo adicionalmente uma porção significativa de energia térmica para o trocador de calor.

A viga que sustenta o disco que divide a câmara de combustão em duas partes, assim como este próprio disco, fica constantemente exposta a altas temperaturas durante o funcionamento da caldeira de combustão superior. Com o tempo, esses elementos queimam e terão que ser substituídos periodicamente.

Um regulador de tiragem geralmente é instalado na saída da segunda parte da câmara de combustível.Trata-se de um dispositivo automático que determina a temperatura do refrigerante e, dependendo dos dados recebidos, regula a intensidade do movimento do gás combustível. Protege o dispositivo de possível superaquecimento.

É importante notar que o trocador de calor externo nessas caldeiras reage às mudanças na velocidade de circulação do líquido no trocador de calor, ou seja, às flutuações de temperatura. Uma camada de condensação se forma imediatamente na superfície do aparelho, o que causa corrosão, principalmente quando se trata de caldeiras de aço.

É preferível levar um dispositivo de ferro fundido, que resista muito melhor a esses efeitos.

Embora o combustível nas caldeiras de pirólise de longa duração deva queimar sem deixar resíduos, na prática nem sempre é esse o caso. Às vezes, as cinzas endurecem, formando partículas que são difíceis de remover com uma corrente de ar.

Se uma grande quantidade desses resíduos se acumular na fornalha, poderá ser observada uma diminuição notável na produção de calor da unidade. Portanto, a caldeira de combustão superior ainda deve ser limpa periodicamente.

A peculiaridade de dispositivos desse tipo é que à medida que o combustível queima, ele pode ser recarregado sem esperar que toda a carga de combustível queime. Isso é conveniente quando você precisa se livrar de resíduos domésticos inflamáveis.

Existem também variedades de caldeiras de combustão superior que funcionam não apenas com combustível de madeira, mas também com carvão. Não existem unidades de controle automático complexas em caldeiras de pirólise deste tipo, portanto, avarias graves são extremamente raras.

O design da caldeira de combustão superior permite que a fornalha seja carregada apenas parcialmente, se necessário. No entanto, neste caso, acender a camada superior do combustível pode não ser fácil.O combustível em si deve ser seco: a lenha de uma pilha aberta não é adequada para tal caldeira.

Combustíveis de grandes frações também não devem ser utilizados para este tipo de equipamento, ou seja, A madeira deverá ser cortada em pequenos pedaços.

Características de operação de caldeiras geradoras de gás

A eficiência operacional de uma caldeira de pirólise depende em grande parte do tipo e qualidade do combustível. Tecnicamente, não apenas madeira, mas também carvão e até turfa podem ser carregados na fornalha; a maioria dos modelos modernos de caldeiras são projetados para usar vários tipos de combustível.

A madeira queima em cerca de 5 a 6 horas, dependendo do tipo. Quanto mais dura a madeira, mais tempo ela queima.

Modelos modernos de caldeiras de combustão de pirólise podem operar com vários tipos de combustível de madeira: lenha, briquetes, pellets, carvão, turfa, etc.

Levará cerca de dez horas para queimar carvão negro, e a mesma quantidade de lenhite irá arder durante oito horas. Na prática, a tecnologia de pirólise demonstra a maior transferência de calor quando carregada com madeira seca. A lenha com teor de umidade não superior a 20% e comprimento de cerca de 45-65 cm é considerada ideal.

Se o acesso a esse combustível não estiver disponível, você poderá usar carvão ou outro combustível orgânico: especial briquetes de serragem e pellets de madeira, resíduos obtidos do processamento de madeira, turfa, materiais contendo celulose, etc.

Antes de iniciar o funcionamento da caldeira, deve-se estudar atentamente as recomendações do fabricante do aparelho em relação ao combustível.

Nas caldeiras de combustão de pirólise, o fornecimento de ar é regulado por válvulas mecânicas convencionais. A ausência de componentes eletrônicos complexos garante alta tolerância a falhas do dispositivo

Combustível muito úmido em tais dispositivos é inaceitável.Quando queima na fornalha, forma-se vapor d'água adicional, o que contribui para a formação de subprodutos como alcatrão e fuligem.

As paredes da caldeira ficam sujas, a transferência de calor diminui e com o tempo a caldeira pode até parar de funcionar e apagar-se.

Se utilizar madeira com umidade muito elevada para uma caldeira de combustão de pirólise, surgirão condições no interior do aparelho para a formação de alcatrão, o que piorará a transferência de calor do aparelho e pode levar a quebras

Se for colocado combustível seco na fornalha e a caldeira estiver configurada corretamente, o gás de pirólise produzido como resultado do funcionamento do dispositivo produzirá uma chama branco-amarelada. Essa combustão é acompanhada por uma liberação insignificante de subprodutos da combustão do combustível.

Se a cor da chama for diferente, faz sentido verificar a qualidade do combustível, bem como as configurações do aparelho.

Os gases de pirólise misturados com o ar queimam com uma chama uniforme branco-amarelada. Se a cor da chama mudou, pode ser necessário verificar as configurações da caldeira ou a qualidade do combustível

Ao contrário dos dispositivos convencionais de combustível sólido, antes de carregar lenha em caldeiras de pirólise que funcionam com combustível sólido, a fornalha deve ser pré-aquecida.

Para fazer isso, execute as seguintes etapas:

1. Coloque pequenos gravetos secos (papel, lascas de madeira, etc.) no fundo da fornalha.
2. Eles atearam fogo usando uma tocha feita de materiais semelhantes.
3. Feche a porta da câmara de combustão.
4. A porta da câmara de carga fica ligeiramente aberta.
5. Adicione porções de gravetos enquanto queima.
6. O processo é repetido até que uma camada de carvão fumegante se forme no fundo.

Neste momento, a fornalha já aqueceu até aproximadamente 500-800°C, criando condições para carregar o combustível principal. Não utilize gasolina, querosene ou qualquer outra substância líquida semelhante para acender os gravetos.Antes de aquecer o forno de uma caldeira de longa duração, certifique-se de que o aparelho está pronto para uso.

Uma característica das caldeiras de combustão de pirólise é a pequena quantidade de cinzas e cinzas, o que facilita o processo de limpeza do aparelho e sua manutenção.

Para isso, verifique a presença de tiragem, a estanqueidade das portas, a operacionalidade dos mecanismos de travamento e equipamentos de controle, a presença refrigerante no sistema de aquecimento e assim por diante.

Em seguida, você deve ligar o termostato para garantir que a tensão seja fornecida ao dispositivo. Depois disso, abra o registo de tiragem direta e ventile a caldeira durante 5 a 10 minutos.

Revisão de modelos populares

Deve ser entendido que qualquer caldeira de pirólise é uma unidade bastante pesada que não se destina a ser pendurada na parede. Esses dispositivos podem ser usados ​​​​tanto para aquecer uma casa pequena quanto para chalés espaçosos. Como outras unidades de aquecimento, caldeiras de longa queima variam em poder.

Ao escolher uma caldeira de combustão de pirólise, deve-se focar em indicadores como a potência térmica do dispositivo, o tamanho da câmara de carga, a presença de um circuito secundário, etc.

Os compradores geralmente se concentram neste indicador.

Entre os modelos populares desses equipamentos devemos citar:

• atmosfera (Ucrânia) - são representados por aparelhos que podem funcionar tanto com madeira quanto com carvão, a potência varia de 14 a 75 quilowatts.
• Ataque (Eslováquia) - capaz de aquecer áreas até 950 m2. m, alguns modelos são capazes de continuar funcionando mesmo durante quedas de energia.
• Bosch (Alemanha) - produtos de alta qualidade de uma marca conhecida, a potência varia entre 21-38 quilowatts.
• Buderus (Alemanha) representada por governantes Eletromet E Logano, a primeira é bem conhecida na Europa como uma versão clássica de uma caldeira de pirólise, a segunda são versões mais modernas destinadas a residências particulares.
• Gefest (Ucrânia) - dispositivos de alta potência com eficiência de até 95%.
• KT-2E (Rússia) é especialmente projetado para grandes instalações residenciais, a potência da unidade é de 95 quilowatts.
• Opop (República Tcheca) - caldeiras relativamente baratas, confiáveis ​​​​e duráveis, com potência de 25 a 45 quilowatts.
• Stropuva (fabricados na Lituânia ou na Ucrânia) com potência de sete quilowatts ou mais são bastante adequados para uma casa pequena, mas a gama de modelos também inclui dispositivos mais potentes.
• Viessmann (Alemanha) - uma escolha ideal para residências particulares, a potência começa a partir de 12 quilowatts, o uso de tecnologias modernas permite economizar combustível.
• "Buran" (Ucrânia) com potência de até 40 quilowatts é outra opção popular para proprietários de grandes chalés.
• "Lógica" (Polônia) dispositivos de alta potência de 20 quilowatts aquecem facilmente salas de até 2 mil metros quadrados. m, é mais uma caldeira para necessidades industriais: oficinas de aquecimento, escritórios, estufas, etc.

Ao escolher uma caldeira de pirólise para uma casa particular, deve-se prestar atenção aos modelos com dois circuitos, para não só aquecer a casa, mas também para lhe proporcionar um abastecimento autónomo de água quente.

O trocador de calor para abastecimento de água quente pode ser do tipo acumulador ou de fluxo. Para esta última opção, são utilizados modelos de caldeiras com maior potência térmica.

Se quiser economizar dinheiro, você pode tentar fazer uma caldeira de pirólise com suas próprias mãos. Sua tecnologia de montagem é descrita em Este artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Este vídeo mostra claramente o princípio de funcionamento de uma caldeira de pirólise:

Uma visão geral detalhada da operação de uma caldeira de combustão superior pode ser encontrada aqui:

As caldeiras de pirólise não são baratas, mas valem totalmente o investimento na sua compra. Quando instalados e mantidos adequadamente, esses dispositivos fornecerão à sua casa calor estável e barato.

Procura uma caldeira de pirólise para aquecer a sua casa? Ou você tem experiência em operar essas unidades? Deixe comentários sobre o artigo e compartilhe suas impressões sobre o uso de caldeiras de pirólise. O formulário de feedback está localizado no bloco inferior.