Caldera de pirólisis de bricolaje para una combustión prolongada.

El contenido del artículo

• Cómo es posible el trabajo a largo plazo
• Material de fabricación
• Dimensionamiento y potencia
• Montaje de una cámara de combustión de dos cámaras
• Intercambiador de calor para caldera de pirólisis
• Equipamiento opcional

Las calderas se consideran técnicamente las más avanzadas, en las que se produce la combustión completa del combustible con la máxima absorción posible del calor liberado. Dado que los esquemas de este tipo están disponibles para una amplia gama de personas, intentaremos descubrir la fabricación independiente de una caldera de pirólisis para grandes porciones de combustible..

Cómo es posible el trabajo a largo plazo

Al aire libre, incluso la leña parcialmente húmeda se quema muy rápidamente, literalmente en 1 a 1,5 horas. La razón de todo es el libre acceso de oxígeno: está ausente en el horno de caldera cerrado, una parte del oxígeno entrante se dosifica con la ayuda de la aleta de soplado y la combustión es menos intensa.

Uno de los principales problemas de este método de quemar combustible orgánico fue su capacidad de «quemarse» incluso sin oxígeno. A altas temperaturas, se produce la pirólisis: la descomposición térmica del combustible sólido en compuestos gaseosos volátiles. No se necesita oxígeno para este proceso, es suficiente para calentar el marcador a 400–500 ° С. En este caso, se producen pérdidas colosales de poder calorífico: el componente energéticamente más valioso del carbón o la leña simplemente se lleva a cabo mediante el tiro residual en la chimenea, sin tener tiempo de quemarse por completo..

Caldera de pirólisis de leña: 1 – soplador; 2 – cámara de carga de combustible y gasificación; 3 – intercambiador de calor; 4 – cámara de combustión; 5 – cámara de postcombustión; 6 – chimenea

En el diseño de toda caldera moderna de combustible sólido, se debe proporcionar un suministro de aire adicional para la postcombustión de los gases desprendidos. En este caso, la intensidad y la velocidad de combustión del marcador no están reguladas por el volumen de oxígeno suministrado, sino por la temperatura de calentamiento del combustible. De hecho, si calienta todo el marcador a la vez, los gases combustibles se liberarán muy rápidamente y tendrá que olvidarse del funcionamiento a largo plazo de la caldera. Sin embargo, si el combustible sólido se calienta en porciones separadas, es posible su descomposición gradual en la cámara del generador y una combustión completa eficiente en la segunda sección del horno. En este caso, el flujo de gases se invierte, se mueven de arriba hacia abajo bajo la acción del empuje creado por la eyección..

El diseño de una caldera de pirólisis para una combustión prolongada: 1 – pirólisis de combustible sólido; 2 – cámara de combustión; 3 – puerta inferior; 4 – suministro de aire secundario; 5 – suministro de aire primario; 6 – puerta de carga superior; 7 – cámara de gasificación; 8 – extractor de humos

Material de fabricación

Las calderas de pirólisis se caracterizan por una temperatura elevada del área de trabajo. La combustión no ocurre en la cámara de gasificación; sin embargo, el flujo de calor inverso es capaz de calentar las paredes a 500-600 ° С. La parte inferior del compartimento del generador de gas está expuesta al mayor efecto de temperatura: es esta parte la que entra en contacto con gases inflamables y experimenta una carga térmica grave. Se recomienda que la parte inferior de la cámara del marcador se haga en forma de rejilla de hierro fundido o un producto refractario especial con una ranura delgada o varios orificios pequeños..

La principal dificultad en la fabricación independiente de equipos de calderas radica en la elección de un grado de acero adecuado que se pueda procesar en el hogar sin equipos especiales. Los más adecuados a este respecto se consideran los aceros de la clase austenítica y austenítica-ferrítica con contenido moderado de cromo y níquel. Ejemplos de grados de tales aceros son 12X18H9T, 08X22H6T o AISI 304.

La tecnología de soldar tales metales se reconoce como moderadamente compleja, pero reproducible en condiciones artesanales usando soldadura por arco con electrodos cubiertos sin un medio protector. El factor principal que deteriora la calidad de la estructura soldada es la formación de grietas calientes y frías debido a una alta diferencia de temperatura en una sección lineal relativamente pequeña de un producto metálico..

Para eliminar los factores negativos de los efectos térmicos, se utilizan los siguientes métodos tecnológicos:

1. Cortar piezas con un avance suave de la herramienta de corte, lo que excluye el sobrecalentamiento de los bordes.
2. Limitar la densidad de la corriente de soldadura en un 20-25% en comparación con el acero estructural, soldar en modos suaves.
3. Limitación de la temperatura del charco, costura de varias pasadas de alta velocidad sin vibraciones laterales.
4. Corte correcto de los bordes unidos de acuerdo con GOST 5264 y su limpieza con un cepillo de metal..
5. Forro debajo de la costura del disipador de calor de metal, forjando la costura durante el enfriamiento.

Y, por supuesto, la elección correcta del contenido de adiciones de aleación en la varilla del electrodo debe realizarse para garantizar un contenido de ferrita en la estructura de soldadura del orden del 5 al 8%. Recomendado para utilizar electrodos de las marcas TsT-15 y TsT-16, así como electrodos especiales 6816 MoLC o ROST 1913.

Una vez soldadas las estructuras, se recomienda que se recozan inicialmente a una temperatura de al menos 700 ° C durante 2,5 a 3 horas. Basta con cargar el interior del cuerpo soldado con carbón y encender el combustible, proporcionando un débil soplado forzado. Antes del recocido, es aconsejable encurtir las costuras de soldadura con una pasta especial correspondiente al grado de acero utilizado..

Dimensionamiento y potencia

Antes de continuar con la fabricación de una caldera de pirólisis, es necesario calcular las dimensiones de las cámaras del horno y los compartimentos adicionales. Como datos iniciales, se toma la potencia de calefacción requerida, que se determina teniendo en cuenta la eficiencia de una caldera casera del orden del 75–80%. En casa, puede fabricar calderas de combustible sólido con una capacidad de hasta 20-25 kW, las unidades más eficientes requieren el uso de aceros resistentes al calor de considerable espesor, que son difíciles de soldar en casa..

La potencia de la caldera y la duración de su funcionamiento están determinadas por el volumen de la cámara de gasificación. Sin tener en cuenta la eficiencia, el poder calorífico de los tipos de madera más comunes es de unas 4 a 5 mil kcal / kg, lo que corresponde aproximadamente a 4 a 4,5 kWh de potencia térmica. Estos valores solo son aplicables para madera con un contenido de humedad no superior al 25%. La esencia del cálculo es simple: determine la potencia instantánea requerida y multiplíquela por la cantidad de horas de operación. Cabe recordar que las calderas de pirólisis, incluso de diseños perfectos, tienen un tiempo máximo de funcionamiento de no más de un día, y se debe contar con unidades de producción propia para un máximo de 12-15 horas de combustión continua..

El volumen de la cámara de marcadores se determina a razón de 2 litros por cada kilogramo de leña. Al valor resultante, debe agregar aproximadamente un 30%, porque en la caldera de pirólisis, se usan calzos no astillados, que no se pueden apilar cerca. El tamaño de la cámara de combustión de gases debe ser al menos del 30 al 40% del volumen de la cámara de gasificación. Lo más ventajoso es la estructura de la caldera, en la que dos cámaras están ubicadas una encima de la otra, tienen la misma forma, pero difieren en altura..

Montaje de una cámara de combustión de dos cámaras

Es mejor elegir una hoja laminada en caliente con un grosor de al menos 8 mm, idealmente de 10 a 12 mm, como material para la fabricación de las paredes de la cámara. Cuanto más grueso es el metal, más difícil es el proceso de soldadura, sin embargo, una estructura hecha de acero demasiado delgado está garantizado para conducir y torcerse en direcciones impredecibles. Es por eso que entre las partes a partir de las cuales se ensambla la caldera, no debe haber elementos pequeños con una relación de aspecto de más de 2: 1.

La base de una cámara de combustión de dos cámaras son las paredes laterales exteriores. Son comunes a ambas cámaras y están conectadas mediante una pared frontal en la que se realizan dos aberturas rectangulares para las puertas. El orificio inferior está diseñado para dar servicio a la cámara de combustión, su altura debe ser de aproximadamente 120-150 mm, ancho: al menos 300 mm, el orificio está ubicado con una sangría de 150 mm desde el borde inferior. El orificio superior está destinado a cargar la cámara de gasificación, cuanto más grande sea, mejor, el orificio no debe estar más cerca de 100 mm de la parte superior de la cámara. La cámara de combustión se cierra por debajo y por detrás con láminas sólidas, que se cortan de acuerdo con las dimensiones externas de la cámara de combustión, pero no se sueldan hasta que se completa el ensamblaje de las partes internas. La caldera se cubre desde arriba con una hoja de sección nominal.

Un ejemplo de las dimensiones de una caldera de pirólisis.

Las cámaras de gasificación y combustión estarán separadas por una placa maciza, cuyo ancho corresponde a la distancia interna entre las paredes, y la longitud es 400 mm menor. En la parte trasera de la losa se suelda verticalmente un tabique monobloque que separa la cámara de carga en toda su altura, en el centro se corta un orificio de 50 mm de ancho y 400-600 mm de largo a lo largo de la parte horizontal. La partición en forma de L ensamblada no se suelda hasta que se completa el ensamblaje del intercambiador de calor.

Intercambiador de calor para caldera de pirólisis

La mejor configuración para un intercambiador de calor de caldera de pirólisis casera sería una camisa de agua para la cámara inferior y la chimenea. Este no es el tipo más eficiente, sin embargo, la producción de su propio intercambiador de calor de panal causará dificultades inevitables, ya sea para encontrar tuberías del grado de acero correspondiente o para soldar piezas diferentes..

El montaje de las piezas del intercambiador de calor se realiza en la etapa en que se sueldan la parte inferior de la caldera, el panel frontal y dos paredes laterales. El acceso para soldar se proporciona desde la parte trasera de la caldera. El primer paso es instalar el deflector superior de la camiseta. Se trata de una losa rectangular a lo largo del ancho interior de la cámara de combustión y 200 mm menos que la profundidad de la cámara de combustión. En los lados de la losa, quitar dos fragmentos rectangulares de 100 mm de ancho para que dos salientes con una longitud de 200 mm queden en la parte frontal de la losa. La parte resultante se suelda a las paredes y al panel frontal a ras con el borde inferior de la abertura de la puerta de la cámara de combustión. En este caso, los cortes en la partición forman canales para la circulación entre la zona inferior y las paredes laterales del intercambiador de calor..

Las paredes internas de la camisa están hechas a lo largo del borde de los canales de flujo, tienen la altura de la cámara de combustión y son adyacentes al panel frontal. Desde arriba se cubren con dos tiras de 100 mm de ancho.

La longitud del intercambiador de calor no alcanza la pared trasera de la caldera aproximadamente 200 mm, y aproximadamente a la misma distancia los canales laterales sobresalen más allá de la partición en forma de L entre las cámaras. Una vez instalada, solo queda formar las paredes dobles de la chimenea, cortar su salida, fijar la pared trasera de la caldera y cortar los racores roscados para la conexión a la tubería de calefacción. El flujo de retorno se corta en una de las esquinas inferiores frontales de la chaqueta, la alimentación se corta en cualquier punto más alto de la chaqueta de la chimenea..

Tenga en cuenta que la cámara de combustión está delimitada por todos lados por una camisa de agua, a excepción del deflector con la cámara de gasificación. Esto es necesario para transferir calor, lo que asegura la descomposición térmica del combustible. En este caso, no todo el marcador se calentará a la vez, sino solo sus capas adyacentes a las paredes calentadas..

Equipamiento opcional

Desafortunadamente, las calderas de pirólisis no son no volátiles. Debido al flujo inverso de gases, se requiere flujo de aire forzado. Para modelos con potencia de hasta 15 kW, se realiza con un ventilador, que se monta en la puerta inferior. En este caso, la reposición de la carga durante la combustión es imposible..

Las calderas más potentes están equipadas con un ventilador de extracción, que se instala en la pared superior del cuerpo en la salida del canal de la chimenea. Al mismo tiempo, se excluye la aparición de un tiro inverso y la puerta de la cámara de gasificación se puede abrir sin consecuencias incluso durante la combustión..

Se debe prestar especial atención a la temperatura del refrigerante dentro de la chaqueta. Una vez que la caldera alcanza el modo, no debe ser inferior a 60 ° С para evitar la formación de condensado. Este problema se resuelve instalando una unidad de recirculación automática que mezcla el agua del suministro al retorno. También requiere la instalación de un grupo de seguridad para sistemas de calefacción cerrados y la bomba de circulación principal.