Doe-het-zelf pyrolyseketel: constructie, schema's, werkingsprincipe

De term 'pyrolyse' verwijst naar een proces waarbij sprake is van langzame verbranding van vaste brandstof met productie van een gasomgeving. Ondanks de 'professionele' naam van de constructie, is het relatief eenvoudig om een pyrolyseketel met uw eigen handen te maken, en zelfgemaakte exemplaren komen in de praktijk vrij vaak voor.

De verklaring is eenvoudig: een houtgestookte gasgeneratorketel is gemakkelijker te onderhouden, vaak efficiënter en zuiniger dan andere vergelijkbare apparatuur. Laten we samen begrijpen hoe dergelijke apparatuur werkt en wat nodig is voor de fabricage ervan.

Werkingsprincipe van pyrolyseketels

Verwarmingsketels die vaste brandstoffen gebruiken als brandstof, behoren naast de klassieke ook tot de pyrolyseconstructies. Ze worden meestal gasgeneratorketels genoemd.

Om het werkingsprincipe van een huishoudelijke pyrolyseketel beter te begrijpen, is het logisch om de constructie van dergelijke apparatuur zorgvuldig te bekijken. We beginnen met de kenmerken van de verbrandingskamer als het belangrijkste onderdeel van de verwarmingsconstructie. In wezen is het werkgebied van de brandstofkamer van pyrolyseketels verdeeld in twee gescheiden kamers.

Doorsnede van de pyrolyseketel: 1 – laadkamer (passief) waar het pyrolyseproces (onvolledige verbranding) plaatsvindt; 2 – verbrandingskamer voor gas (actief) dat tijdens het pyrolyseproces wordt gevormd

Een van deze kamers wordt gevuld met vaste brandstof – hout, pellets, briketten, enz. Daar begint het primaire verbrandingsproces van vaste brandstof met een beperkte luchttoevoer. In deze toestand brandt de brandstof niet, maar smeult hij. De gassen die vrijkomen bij langzame verbranding komen in een ander deel van de kamer – het actieve deel, waar ze bij een verhoogde luchttoevoer intensief verbranden.

Technisch gezien wordt een dergelijk verbrandingsproces op een eenvoudige manier gerealiseerd. De subgebieden van de algemene kamer worden eenvoudigweg gescheiden door een rooster en een mondstuk. Het bovenste deel van de kamer is de passieve verbrandingskamer, het onderste deel van de kamer is de actieve verbrandingskamer. Hierbij moet rekening worden gehouden met een constructief kenmerk: de bovenste luchttoevoer naar de brandstofkamer (bovenlucht).

Hierdoor verschilt de constructie van de gasgeneratorketel van de klassieke eenkamerontwikkeling, waarbij een ondertoevoer wordt gebruikt.

Klassieke constructie van een luchtpomp (vaak ventilator genoemd, maar technisch gezien is dit een onjuiste benaming), die wordt gebruikt in het schema van een pyrolyseketel. Dit is een belangrijk onderdeel dat de efficiëntie van de apparatuur waarborgt.

Technisch gezien is voor de inrichting van pyrolyseketels ook het organiseren van geforceerde trek kenmerkend. De constructie van een tweetrapshaard heeft een verhoogde aerodynamische weerstand. Daarom kan men niet om de installatie van een luchtpomp heen.

Hoe werkt de ketel in de praktijk?

Het is handig om de praktische toepassing van de apparatuur stapsgewijs te bekijken:

1. Het laden van hout – plaatsing op het rooster in het bovenste gedeelte van de kamer.
2. Het ontsteken van de brandstof en het starten van de rookgasventilator.
3. Vorming van houtgas bij een temperatuur van 250-850 °C.
4. Overgang van houtgas naar het onderste gedeelte van de haard.
5. Verbranding van houtgas bij extra luchttoevoer.

Vervolgens wordt de warmte die in het onderste gedeelte van de brandstofkamer is verkregen, gebruikt om de warmtedrager te verwarmen. De warmtedrager kan zowel water als lucht zijn.

1 – actieve kamer; 2 – waterinlaat; 3 – secundaire lucht; 4 – rookkanaal; 5 – uitlaatnippel; 6 – gasklep; 7 – wateruitlaat; 8, 9 – sensoren; 10 – thermostaat; 11 – deur van passieve kamer; 12 – primaire lucht; 13 – passieve kamer; 14 – luchtpomp; 15 – warmtewisselaarcircuit; 16 – sproeier; 17 – deur van actieve kamer

Als men let op alle bestaande ontwerpen van huishoudelijke ketels op vaste brandstof, is de belangrijkste alternatief voor de pyrolyseketel een ontwerp van traditionele uitvoering.

Dit is een vergelijkbare versie van een houtketel, met één onverdeelde haard en het principe van onderluchttoevoer naar de verbrandingskamer. Maar een dergelijk systeem wordt als minder efficiënt en onzuinig beschouwd vanwege de snelle verbranding van de brandstof.

Een pyrolyseketel kan een rendement van 85-95% leveren bij 100% belasting. Het rendement daalt echter sterk wanneer de belasting minder dan 50% bedraagt. Daarom raden fabrikanten van pyrolyseapparatuur gebruikers aan de apparatuur met maximale belasting te gebruiken.

Een vergelijkbare benadering geldt ook voor zelfgemaakte constructies, op voorwaarde dat ze volledig voldoen aan het klassieke pyrolyseschema en de bedieningsvereisten.

Voor 'pyrolyse' zijn de bedieningsvereisten, moet worden opgemerkt, vrij streng:

• verplichte uitrusting met een luchtpomp;
• toelaatbaar vochtgehalte van de brandstof niet hoger dan 25-35%;
• belasting van de apparatuur niet lager dan 50%;
• temperatuur van de retourwarmtedrager niet lager dan 60 °C;
• alleen laden met grote brandstofstukken.

Ook moet de hoge prijs van pyrolysesystemen van industriële fabricage worden opgemerkt. Waarschijnlijk is daarom de optie “doe-het-zelf” zeer populair.

Zelfgemaakte pyrolyseketel

In de regel wordt bij het zelf maken van dergelijke verwarmingstechniek het populaire schema van Beljajev als basis genomen. Men kan niet zeggen dat dit een eenvoudige oplossing is waarmee men zonder problemen een verwarmer kan maken. Maar het is wellicht een van de oplossingen die men daadwerkelijk kan realiseren.

Driedimensionaal schema van een pyrolyseketel om zelf te maken. Dit is een van de eenvoudige varianten die men in een huishoudelijke omgeving zelfstandig kan bouwen.

Voor het maken van de apparatuur volgens dit schema heeft de vakman nodig:

• metalen buis (d = 32; 57; 159 mm);
• profielbuis (60x30; 80x40; 20x20 mm);
• stalen strip (20x4; 30x4; 80x5 mm);
• chamottesteen;
• metal plaat;
• luchtpomp;
• temperatuursensor.

Ook is het nodig een volledige set metaalbewerkingsgereedschap te hebben, plus een lasapparaat (en laskunsten, uiteraard). Het werk om zelf een pyrolyseketel te maken is duidelijk niet in uw eentje te doen. Er is ten minste één helper nodig.

Allereerst, in overeenstemming met het gekozen schema, moeten de plaatdelen van de constructie worden voorbereid. Het wordt aanbevolen om plaatpanelen voor te bereiden door ze op maat te snijden met professioneel precisie-apparatuur.

Het gebruik van handgereedschap zoals een haakse slijper ('bulgarka') vereist ook enige vaardigheden en naleving van veiligheidsvoorschriften tijdens het werk, maar biedt geen snijprecisie, wat later de kwaliteit van het laswerk beïnvloedt. Dit punt moet in overweging worden genomen. Een verstandige oplossing voor het snijden van platen is het bestellen bij een mechanische werkplaats.

Montage van de interne onderdelen van de apparatuur

Uit een deel van de metalen platen moet de brandstofkamer worden gemaakt. Hiervoor wordt het materiaal, passend bij de schema-parameters, verbonden en gelast. Het resultaat moet een tweekamerige constructie zijn, die moet worden aangevuld met luchtkanalen.

Deze elementen van de brandstofkamer worden gemaakt van metalen kanaalprofiel of er wordt profielbuis gebruikt. Over het gehele oppervlak van de voorzijde van het luchtkanaal worden gaten geboord.

Luchtkanalen in de verbrandingskamer. Door deze kanalen wordt lucht toegevoerd met behulp van een luchtpomp. Voor een gelijkmatige verdeling van de luchtstroom over de gehele lengte van het kanaal worden gaten geboord.

Lager op het niveau, in het gebied van de actieve verbrandingskamer, op de wand die dwars op de luchtkanalen staat, wordt een metalen buis (secundaire luchttoevoer) ingebracht. Vervolgens begint het werk met buizen, omdat de beurt aan de montage van de buisvormige warmtewisselaar is.

Dit deel van het pyrolysesysteem wordt gemaakt van metalen buizen met d=57 mm:

1. Er worden twee metalen platen genomen op maat van de tekening en er wordt een markering aangebracht.
2. Op basis van de markering voor de plaatsing van de buizen worden er gaten met d=60 mm in de plaat gesneden.
3. De buizen met d=57 mm worden op de gewenste lengte gesneden.
4. De uiteinden van de buizen worden in de gaten van een plaat gestoken en rondom gelast.
5. De handeling wordt herhaald met de andere plaat.

Uiteindelijk moet een complete warmtewisselaar ontstaan, die aan de behuizing van de ketel wordt bevestigd op de plaats die het schema aangeeft.

Voorbeeld van het maken van een warmtewisselaar uit twee stalen platen en op maat gesneden buizen. Hier is kwalitatief hoogstaand lassen vereist om later bij het gebruik van de ketel problemen te voorkomen.

Naast de warmtewisselaar (bovenaan) wordt een gasklep geplaatst. Dit onderdeel is voorzien van een handgreep en wordt ook aan de constructie gelast. Het uiteinde van het gasklephuis wordt afgesloten met een stuk plaat met een aansluiting voor de schoorsteenpijp.

Daarna resteert alleen het lassen van de frontpaneel van de brandstofkamer met ramen voor de deuren voor elk van de twee secties en de module voor de luchtpomp.

De geïnstalleerde warmtewisselaar en een deel van de constructie van de gasklep. Variant van het regelmechanisme in de vorm van een handhefboom met de mogelijkheid om de klep in elke stand te vergrendelen.

Voordat u de frontpaneel plaatst, moet het binnenste van de verbrandingskamers worden versterkt met chamottesteen. Dit materiaal wordt op maat gesneden, een deel onder een hoek. De stenen worden bewerkt en aangepast aan de plaats van leggen.

Beide werkende secties van de brandstofkamer van de ketel worden bekleed met chamottesteen. Daarbij worden de gebieden rond de kleppen van de luchttoe- en afvoerbuizen zorgvuldig bekleed. Na het aanbrengen van de stenen wordt de frontpaneel geïnstalleerd.

Voorbeeld van het bekleden van het binnenste van de brandstofkamer met chamottesteen. De stenen bekleding beschermt de wanden van de pyrolyseketel tegen mogelijke doorbranding bij langdurig gebruik.

In feite kan de basismontage van de pyrolyseketel in dit stadium als voltooid worden beschouwd. De gemonteerde constructie moet worden behandeld: verwijder lasvuil, reinig de lasnaden, maak vlak als er kleine oneffenheden zijn.

In de volgende fase wordt de gemonteerde constructie in een luchtdichte behuizing geplaatst. Dit deel van de constructie wordt ook van metalen platen gemaakt. Maar eerst is een drukproef nodig.

Testen en definitieve montage van de constructie

De gemonteerde constructie moet worden getest. Verplichte handelingen: controle van de dichtheid van het ketelgedeelte waar de warmtedrager moet circuleren. Voor het uitvoeren van de drukproef van de warmtewisselaar worden tijdelijk afsluitdoppen op de aanvoer- en retourleidingen van de warmtedrager geplaatst.

Vervolgens wordt de warmtewisselaar met water gevuld. Het is aan te raden heet water uit het verwarmingsnet of het warmwaternet te gebruiken om de lasnaden te kunnen controleren onder omstandigheden van thermische uitzetting van het metaal.

Het voorste deel van de reeds bijna voltooide constructie met uitstekende aansluitingen voor het toevoeren van lucht in de werkende kamers. De ramen van de brandstofkamers zijn vooralsnog zonder deurtjes. Deze constructie zal worden bekleed met behuizingsplaten.

Als er geen lekkages bij de naden van de warmtewisselaar zijn, wordt het water afgetapt en begint men met het omlijsten van de constructie van de pyrolyseketel met externe metalen panelen. Ook worden in deze fase de deuren van de vensters van de secties van de verbrandingskamer vervaardigd en opgehangen.

De deuren van de pyrolyse-installatie moeten worden uitgevoerd rekening houdend met hoge temperatuuromstandigheden. Daarom worden deze constructievelementen meestal gemaakt (of kant-en-klaar toegepast) van gietijzer met extra temperatuurversterking van chamottesteen.

Voorbeeld van de deurconstructie van een van de secties van de brandstofkamer van de pyrolyseketel. Ter versterking van de bescherming tegen de hoge temperatuur van het verbrandingsproces wordt naast metaal chamottesteen gebruikt.

De laatste fase is de installatie van de pyrolyseketel op de plaats van toekomstig gebruik. De montage van de constructie gebeurt op een fundering of een betonnen plaat. Het wordt aanbevolen om de hoogte van de fundering (plaat) ten opzichte van het grondniveau minimaal 100 mm te houden.

Na installatie en balancering in waterpas wordt het onderste deel van de ketel aan de fundering bevestigd. Het enige dat nog rest, is het aansluiten van de schoorsteen, het installeren van een luchtpomp en het aansluiten van de aanvoer-/afvoerleidingen van de warmtedrager.

De pyrolyseketel volledig afgesloten in een metalen behuizing en klaar voor installatie op de werkplek. Als ondersteunende bevestigingselementen zijn hoekankers aan de behuizing gelast.

Het zelf vervaardigen van een pyrolyseketelconstructie is een taak die aanzienlijke inspanning vereist. Uiteraard zijn er ook bijkomende kosten in termen van financiële middelen.

Het is mogelijk dat de kosten voor de aankoop van materialen en het inschakelen van externe diensten lager zijn dan de prijs van industrieel vervaardigde apparatuur. Het verschil zal echter waarschijnlijk niet zo groot zijn. Maar de belangrijkste vraag gaat niet over geld.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Over het zelf vervaardigen van een pyrolyseketel:

Technisch gezien is het zelf produceren van pyrolyseketels zonder de beschikking over een geschikte basis een uiterst complex proces. Ook zijn professionele vaardigheden in het werken met metaal, een duidelijk begrip van technische schema's en de technologische fijne kneepjes van de vervaardiging van ketelapparatuur noodzakelijk. Zonder dit alles is het niet eens de moeite waard om aan het werk te beginnen.

Als u de nodige kennis en vaardigheden heeft en waardevol advies kunt geven over de montage van een pyrolyseketel aan andere bezoekers van de site – laat dan alstublieft uw opmerkingen achter, deel vakgeheimen, stel vragen in het blok onder het artikel.