Pyrolyseketels voor verwarming: werkingsprincipe en soorten ketels voor langdurige verbranding

De jaren verstrijken, wetenschap en techniek gaan vooruit, maar vaste brandstoffen blijven nog steeds gevraagd. Hout verbranden in een traditionele kachel of een kolenkachel is niet erg efficiënt, maar de situatie is veranderd door pyrolyse-verwarmingsketels – deze apparaten hebben een hoog rendement en een relatief eenvoudige bediening.

Geef toe, dit zijn behoorlijk belangrijke argumenten bij de inrichting van autonome verwarming. Als u een efficiënte ketel voor uw huis zoekt, dan is het de moeite waard om pyrolyseketels nader te bekijken.

We leggen uit hoe de ketels voor langdurige verbranding zijn opgebouwd en werken, wat hun technische en operationele kenmerken zijn, en we geven een overzicht van de hoogst gewaardeerde modellen van binnenlandse en buitenlandse fabrikanten.

Wat is pyrolyse?

Hout is misschien wel de allereerste brandstof in de menselijke geschiedenis. Bijna iedereen weet hoe snel het verbrandt in de open lucht en dat er daarbij niet zo veel warmte vrijkomt. Maar de situatie verandert drastisch als er andere omstandigheden voor het verbrandingsproces worden gecreëerd.

De zogenaamde pyrolyseverbranding vindt plaats in gesloten kamers. Daarin wordt hout of andere vaste brandstof van dit type geladen: pellets, zaagsel, houtafval enz.

De brandstof wordt aangestoken en vervolgens wordt de hoeveelheid lucht die de kamer binnenkomt verminderd.

Zoals bekend vinden er bij verbranding oxidatieprocessen plaats, waarvan zuurstof in de lucht een van de belangrijkste deelnemers is –. Als er weinig zuurstof is, vertraagt de reactie en verbrandt het hout langzaam; onder dergelijke omstandigheden smeult het feitelijk. Daarbij komt een bepaalde hoeveelheid thermische energie, as en brandbaar gas vrij.

Het pyrolyseproces eindigt hier niet. Het bij de verbranding van de primaire brandstof verkregen gas wordt vermengd met luchtmassa's en brandt ook. Hierdoor komt aanzienlijk meer thermische energie vrij dan bij standaard warmtegeneratoren.

Daarom vertonen pyrolyseketels een zeer behoorlijk rendement in vergelijking met hun puur vastebrandstof 'familieleden', en bieden ze vaak ook de mogelijkheid om aanzienlijk te besparen op de verwarming.

Het voordeel van verwarmingsapparatuur van dit type is dat het werkingsprincipe en de constructie relatief eenvoudig zijn. De hoeveelheid lucht die de verbrandingskamers binnenkomt, wordt geregeld door een eenvoudige mechanische klep. De eenvoudige constructie zorgt voor betrouwbaarheid; storingen bij pyrolyseketels zijn niet gebruikelijk.

Deze schema toont duidelijk alle fasen van het pyrolyseverbrandingsproces. De temperatuur in het apparaat kan oplopen tot 1200°C (+)

Nog een 'plus' van pyrolyseketels is de lange verbrandingsperiode. Een volledige vulling van het apparaat met brandstof maakt het mogelijk om het proces gedurende enkele uren, soms meer dan een etmaal, niet te hoeven onderbreken, dat wil zeggen dat er niet constant hout in de vuurkist hoeft te worden gegooid, zoals bij open verbranding.

Natuurlijk betekent dit niet dat een pyrolyseketel onbeheerd kan worden achtergelaten. Net als bij andere verwarmingsapparatuur gelden hier strikte veiligheidsvoorschriften.

Vergeet niet dat een pyrolyseketel niet allesetend is: het brandstofvochtgehalte moet laag zijn. Anders gaat een deel van de kostbare warmte-energie niet naar het verwarmen van de warmtedrager, maar naar het drogen van de brandstof.

Pyrolyseketels, met name die van gietijzer, hebben een aanzienlijk fysiek gewicht, daarom zijn ze altijd alleen als vloermodellen verkrijgbaar.

Bij pyrolyseverbranding wordt de brandstof bijna volledig verbrand; het apparaat hoeft veel minder vaak te worden gereinigd dan bij een traditionele vastebrandstofketel. De fijne as die na het reinigen wordt verkregen, wordt gebruikt als meststof. Verbranding van brandstof in dergelijke ketels vindt plaats van boven naar beneden.

Daarom zijn de mogelijkheden voor natuurlijke luchtcirculatie in de vuurhaard aanzienlijk beperkt. Het gebruik van geforceerde luchttoevoer met een ventilator verbetert de efficiëntie van het apparaat aanzienlijk, maar maakt de ketel afhankelijk van stroom, omdat de ventilator elektriciteit nodig heeft.

Constructie en werking van een pyrolyseketel

De vuurhaard van de pyrolyseketel is verdeeld in twee compartimenten. In de eerste verbranden de houtblokken, en in de tweede vindt de secundaire verbranding plaats van het mengsel van pyrolysegassen en lucht. De eerste kamer wordt van de tweede gescheiden door een rooster, waarop de brandstof wordt gelegd.

De lucht wordt meestal geforceerd toegevoerd met een kleine ventilator. Alhoewel in kleine modellen soms een rookgasafzuiger wordt gebruikt om trek te creëren.

Op dit schema wordt de inrichting van een pyrolyseketel met onderverbranding weergegeven. De houtblokken verbranden langzaam met een kleine hoeveelheid zuurstof en produceren brandbaar gas (+)

De aanwezigheid van geforceerde ventilatie kan worden beschouwd als het belangrijkste verschil tussen een pyrolyseketel en een klassiek model op vaste brandstof. De behuizing van het apparaat bestaat uit twee delen die in elkaar zijn geplaatst. De ruimte tussen de wanden wordt gevuld met een warmtedrager, waarvan de rol traditioneel wordt vervuld door water.

Eerst wordt brandstof in het eerste compartiment van de vuurhaard van de pyrolyseketel geladen, vervolgens wordt de ventilator ingeschakeld en wordt de brandstof ontstoken. De resulterende brandbare gassen verplaatsen zich naar het tweede compartiment, mengen zich met lucht en verbranden.

De verbrandingstemperatuur kan oplopen tot 1200°C. Het water in de externe warmtewisselaar wordt verwarmd en circuleert door het verwarmingssysteem van het huis. Resten van verbrandingsproducten worden via de schoorsteen afgevoerd.

Als nadeel van apparaten die het pyrolyseprincipe gebruiken, kan men de relatief hoge prijs noemen. Een gewone ketel op vaste brandstof kost aanzienlijk minder. Maar in ketels met langdurige verbranding verbranden de houtblokken vrijwel volledig, wat niet gezegd kan worden van een klassieke ketel.

Aan het hout voor een pyrolyseketel worden bepaalde eisen gesteld wat betreft afmetingen en vochtigheid. Gedetailleerde informatie is te vinden in de instructies van de fabrikant.

Bij het kiezen van een pyrolyseketel moet u er rekening mee houden dat goedkope modellen met een laag vermogen meestal alleen geschikt zijn voor hout. Duurdere varianten kunnen op verschillende brandstofsoorten werken.

Bovendien moet u de brandstof maximaal laden; het verminderen van de belasting leidt tot een verhoogde vorming van as en roet, en heeft ook een negatieve invloed op de werking van het apparaat als geheel.

Ketels met bovenverbranding

Een van de varianten van het pyrolyseapparaat is de ketel met bovenverbranding. Het werkingsprincipe van deze twee apparaten is zeer vergelijkbaar.

Op dezelfde manier wordt er een grote hoeveelheid vaste brandstof met een laag vochtgehalte in de vuurhaard geladen, wordt de lucht geforceerd ingeblazen en wordt de brandstof met een verlaagde zuurstofhoeveelheid te smeulen gelegd. De schuif die de zuurstofstroom regelt, wordt in de juiste stand gezet.

Schema van de constructie van de ketel voor bovenverbranding. De vuurhaard van een dergelijke ketel heeft een blinde bodem, de deeltjes van de verbrandingsproducten worden via de schoorsteen verwijderd (+)

Maar ketels voor langdurige verbranding hebben geen aslade noch rooster. De bodem is een blinde metalen plaat. Dergelijke ketels zijn zo geconstrueerd dat het hout volledig verbrandt en de kleine hoeveelheid as die in de vuurhaard achterblijft, wordt weggeblazen door de lucht.

Dergelijke apparaten onderscheiden zich door een hoog rendement en werken ook bij temperaturen boven 1000°C.

Het belangrijkste kenmerk van dergelijke apparaten – is dat ze echt een lange werktijd bij volledige belading garanderen. De brandstofkamer in dergelijke apparaten is meestal uitgevoerd als een cilinder.

Hierin wordt van bovenaf brandstof geladen, en van bovenaf, in het midden, wordt de voor verbranding benodigde lucht ingeblazen.

In ketels voor bovenverbranding is het apparaat voor het inblazen van lucht – een beweegbaar element dat naar beneden zakt naarmate het hout opbrandt

Op deze manier wordt het langzame smeulen van de bovenste brandstoflaag gerealiseerd. De brandstof brandt geleidelijk op, het niveau in de vuurhaard daalt. Tegelijkertijd verandert ook de positie van het apparaat voor de luchttoevoer naar de vuurhaard, dit element is in dergelijke modellen beweegbaar en ligt praktisch op de bovenste laag hout.

De tweede verbrandingsfase vindt plaats in het bovenste deel van de vuurhaard, dat van het onderste compartiment is gescheiden door een dikke metalen schijf. De hete pyrolysegassen die zijn ontstaan door de verbranding van de brandstof beneden, zetten uit en verplaatsen zich naar boven.

Hier mengen ze zich met de lucht en verbranden, waarbij ze een aanzienlijke hoeveelheid thermische energie extra aan de warmtewisselaar overdragen.

De balk die de schijf vasthoudt, die de verbrandingskamer in twee delen verdeelt, evenals de schijf zelf, staat tijdens de werking van de ketel voor bovenverbranding voortdurend bloot aan hoge temperaturen. Na verloop van tijd verbranden deze elementen, ze zullen periodiek moeten worden vervangen.

Bij de uitgang van het tweede deel van de brandstofkamer is meestal een trekregelaar geïnstalleerd. Dit is een automatisch apparaat dat de temperatuur van het verwarmingsmedium bepaalt en afhankelijk van de verkregen gegevens de intensiteit van de beweging van het brandbare gas regelt. Het beschermt het apparaat tegen mogelijke oververhitting.

Het is vermeldenswaard dat de externe warmtewisselaar in dergelijke ketels reageert op veranderingen in de circulatiesnelheid van de vloeistof in de warmtewisselaar, d.w.z. op temperatuurschommelingen. Op het oppervlak van het apparaat vormt zich onmiddellijk een condenslaag, die corrosie veroorzaakt, vooral bij stalen ketels.

Het verdient de voorkeur een apparaat van gietijzer te nemen, dat aanzienlijk beter bestand is tegen dergelijke invloeden.

Hoewel de brandstof in pyrolyseketels met lange verbrandingstijd zonder resten moet verbranden, is dit in de praktijk niet altijd het geval. Soms smelt de as samen en vormt deeltjes die moeilijk met een luchtstroom te verwijderen zijn.

Als er zich een grote hoeveelheid van dergelijke resten in de vuurhaard ophoopt, kan een merkbare vermindering van de warmteafgifte van de unit worden waargenomen. Daarom moet de bovenbrandende ketel toch periodiek worden gereinigd.

Het kenmerk van apparaten van dit type is dat tijdens het verbranden van de brandstof deze bijgeladen kan worden, zonder te wachten tot de hele lading brandstof is verbrand. Dit is handig wanneer u brandbaar huishoudelijk afval kwijt wilt.

Er bestaan ook varianten van bovenbrandende ketels die niet alleen op houtbrandstof werken, maar ook op steenkool. Complexe automatische regeleenheden ontbreken in pyrolyseketels van dit type, waardoor ernstige storingen zeer zelden voorkomen.

De constructie van de bovenbrandende ketel maakt het mogelijk de vuurhaard slechts gedeeltelijk te vullen, indien nodig. In dat geval kan het echter niet eenvoudig zijn om de bovenste brandstoflaag aan te steken. De brandstof zelf moet gedroogd zijn; hout uit een open houtstapel is niet geschikt voor een dergelijke ketel.

Brandstof met grote fracties dient evenmin te worden gebruikt voor dit type apparatuur, d.w.z. hout moet noodzakelijkerwijs in kleine stukken worden gehakt.

Gebruikskenmerken van gasgeneratorketels

De efficiëntie van een pyrolyseketel hangt grotendeels af van het type en de kwaliteit van de brandstof. Technisch gezien kan in de vuurhaard niet alleen hout worden geladen, maar ook steenkool en zelfs turf; de meeste moderne ketelmodellen zijn ontworpen voor het gebruik van meerdere brandstoftypes.

Hout verbrandt in ongeveer 5-6 uur, afhankelijk van de soort. Hoe harder het hout, hoe langer het brandt.

Moderne modellen van pyrolyseverbrandingsketels kunnen werken met verschillende soorten houtbrandstof: houtblokken, briketten, pellets, steenkool, turf, enz.

Ongeveer tien uur duurt het verbranden van zwarte steenkool, en dezelfde hoeveelheid bruinkool zal acht uur smeulen. In de praktijk geeft pyrolysetechniek de hoogste warmteafgifte bij het laden van droog hout. Optimaal wordt hout met een vochtgehalte van niet meer dan 20% en een lengte van ongeveer 45-65 cm beschouwd.

Als er geen toegang tot dergelijke brandstof is, kan steenkool of andere organische brandstof worden gebruikt: speciale briketten van zaagsel en houtpellets, afval van houtverwerking, turf, materialen met cellulose, enz.

Voordat u de ketel in gebruik neemt, dient u de aanbevelingen van de fabrikant met betrekking tot de brandstof zorgvuldig te bestuderen.

In ketels met pyrolyseverbranding wordt de luchttoevoer geregeld door gewone mechanische afsluiters. De afwezigheid van complexe elektronica zorgt voor een hoge storingsbestendigheid van het apparaat.

Te vochtige brandstof is in dergelijke apparaten ontoelaatbaar. Bij de verbranding ervan in de vuurhaard ontstaan extra waterdampen, die bijdragen aan de vorming van bijproducten zoals teer en roet.

De wanden van de ketel worden vuil, de warmteafgave neemt af, en na verloop van tijd kan de ketel zelfs stoppen met werken en doven.

Als u voor de pyrolyseketel hout met een te hoge vochtigheid gebruikt, ontstaan er in het apparaat omstandigheden die de vorming van teer bevorderen, wat de warmteafgave van het apparaat verslechtert en tot defecten kan leiden.

Als er droge brandstof in de vuurhaard is geplaatst en de ketel correct is ingesteld, zal het pyrolysegas dat door de werking van het apparaat wordt verkregen, een geelwitte vlam geven. Een dergelijke verbranding gaat gepaard met een verwaarloosbare uitstoot van bijproducten van de brandstofverbranding.

Als de kleur van de vlam anders is, is het zinvol om de kwaliteit van de brandstof en de instellingen van het apparaat te controleren.

Pyrolysegassen, gemengd met lucht, branden met een gelijkmatige geelwitte vlam. Als de kleur van de vlam is veranderd, moet u mogelijk de instellingen van de ketel of de kwaliteit van de brandstof controleren.

In tegenstelling tot gewone vastebrandstofapparaten moet de vuurhaard worden voorverwarmd voordat u hout in de pyrolyseketels laadt die op vaste brandstof werken.

Voer hiervoor de volgende stappen uit:

1. Plaats fijne droge aanmaakhoutjes (papier, houtkrullen, enz.) op de bodem van de vuurhaard.
2. Steek deze aan met een fakkel van dergelijke materialen.
3. Sluit het deurtje van de verbrandingskamer.
4. Laat het deurtje van de laadkamer iets openstaan.
5. Voeg porties aanmaakhout toe terwijl het verbrandt.
6. Herhaal dit proces totdat er een laag smeulende kolen op de bodem is gevormd.

Op dat moment is de vuurhaard al opgewarmd tot ongeveer 500-800°C, waardoor de omstandigheden voor het laden van de hoofdbrandstof worden gecreëerd. Gebruik geen benzine, kerosine of andere soortgelijke vloeibare stoffen om het aanmaakhout aan te steken. Voordat u de vuurhaard van een langbrandende ketel voorverwarmt, moet u ervoor zorgen dat het apparaat klaar is voor gebruik.

Een kenmerkend voordeel van pyrolyseketels is de kleine hoeveelheid as en vliegas, wat het reinigingsproces en het onderhoud van het apparaat vergemakkelijkt.

Controleer hiervoor de aanwezigheid van trek, de dichtheid van de deurtjes, de werking van de afsluitmechanismen en regelapparatuur, de aanwezigheid van warmtedrager in het verwarmingssysteem en dergelijke.

Vervolgens dient u de thermostaat in te schakelen om te controleren of er spanning op het apparaat staat. Daarna opent u de schuif voor directe trek en ventileert u de ketel gedurende 5-10 minuten.

Overzicht van populaire modellen

U dient te begrijpen dat elke pyrolyseketel – een vrij zwaar apparaat is dat niet bedoeld is om aan de muur te hangen. Dergelijke apparaten kunnen worden gebruikt voor het verwarmen van zowel een klein huis als ruime villa's. Net als andere verwarmingstoestellen verschillen ketels voor langdurige verbranding in vermogen.

Bij het kiezen van een pyrolyseverbrandingsketel dient u te letten op factoren zoals het thermisch vermogen van het apparaat, de afmetingen van de laadkamer, de aanwezigheid van een tweede circuit, enz.

Hierop richten kopers zich doorgaans.

Onder de populaire modellen van dergelijke apparatuur dient u te vermelden:

• Atmos (Oekraïne) – wordt vertegenwoordigd door apparaten die zowel op hout als op kolen kunnen werken, het vermogen varieert van 14 tot 75 kilowatt.
• Attack (Slowakije) – kan ruimtes tot 950 m² verwarmen, sommige modellen kunnen blijven werken, zelfs bij stroomuitval.
• Bosch (Duitsland) – hoogwaardige producten van een bekend merk, het vermogen varieert van 21 tot 38 kilowatt.
• Buderus (Duitsland) wordt vertegenwoordigd door de series Elektromet en Logano, de eerste is in Europa bekend als de klassieke pyrolyseketel, de tweede – modernere versies bestemd voor particuliere woningen.
• Gefest (Oekraïne) – krachtige apparaten met een rendement tot 95%.
• KT-2E (Rusland) is speciaal ontwikkeld voor grote woonruimtes, het vermogen van het apparaat bedraagt 95 kilowatt.
• Opop (Tsjechië) – relatief goedkope ketels, betrouwbaar en duurzaam, vermogen 25-45 kilowatt.
• Stropuva (van Litouwse of Oekraïense makelij) met een vermogen vanaf zeven kilowatt zijn zeer geschikt voor een klein huis, maar in de modellijn zijn ook krachtigere apparaten verkrijgbaar.
• Viessmann (Duitsland) – ideale keuze voor particuliere huishoudens, het vermogen begint bij 12 kilowatt, het gebruik van moderne technologieën bespaart brandstof.
• “Boeran” (Oekraïne) met een vermogen tot 40 kilowatt is nog een populaire optie voor eigenaren van grote villa's.
• “Logika” (Polen) krachtige apparaten van 20 kilowatt verwarmen moeiteloos ruimtes tot 2.000 m², dit is meer een ketel voor industriële doeleinden: verwarming van werkplaatsen, kantoren, kassen, enz.

Bij het kiezen van een pyrolyseketel voor een particuliere woning dient u te letten op modellen met twee circuits, om niet alleen de woning te verwarmen, maar ook te voorzien van autonome warmwatervoorziening.

Warmtewisselaar voor warm tapwater is van het accumulerende of doorstroomtype. Voor het laatste type worden ketelmodellen met een hoger thermisch vermogen gebruikt.

Als u geld wilt besparen, kunt u proberen om zelf een pyrolyseketel te maken. De montagetechniek wordt beschreven in dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In deze video wordt het werkingsprincipe van een pyrolyseketel duidelijk weergegeven:

Een gedetailleerd overzicht van de werking van een bovenbranderketel kunt u hier bekijken:

Pyrolyseketels zijn niet goedkoop, maar ze rechtvaardigen de geïnvesteerde middelen volledig. Bij correcte installatie en onderhoud zorgen deze apparaten voor een stabiele en goedkope warmte in huis.

Bent u op zoek naar een pyrolyseketel voor de verwarming van uw huis? Of heeft u ervaring met het gebruik van dergelijke apparaten? Laat alstublieft reacties achter op het artikel en deel uw ervaringen met het gebruik van pyrolyseketels. Het feedbackformulier bevindt zich in het onderste blok.