Pyrolyse-Heizkessel: Funktionsprinzip und Typen von Kesseln mit langer Brenndauer

Die Jahre vergehen, Wissenschaft und Technik schreiten voran, und feste Brennstoffe sind nach wie vor gefragt. Brennholz in einem traditionellen Ofen oder einem einfachen Ofen zu verbrennen, ist nicht sehr effizient, aber die Situation hat sich durch Pyrolyse-Heizkessel geändert – die Geräte zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine relativ einfache Bedienung aus.

Geben Sie zu, das sind durchaus gewichtige Argumente bei der Einrichtung einer autonomen Heizung. Wenn Sie einen effizienten Heizkessel für Ihr Zuhause suchen, sollten Sie sich die Pyrolysekessel genauer ansehen.

Wir erklären Ihnen, wie die Geräte mit langer Brenndauer aufgebaut sind und funktionieren, welche technischen und betrieblichen Besonderheiten sie aufweisen, und geben einen Überblick über die am höchsten bewerteten Modelle inländischer und ausländischer Hersteller.

Was ist Pyrolyse?

Brennholz ist wohl der erste Brennstoff in der Menschheitsgeschichte. Fast jeder weiß, wie schnell es an der offenen Luft verbrennt und dass dabei nicht allzu viel Wärme freigesetzt wird. Doch die Situation ändert sich grundlegend, wenn andere Bedingungen für den Verbrennungsprozess geschaffen werden.

Die sogenannte Pyrolyseverbrennung findet in geschlossenen Kammern statt. Dort werden Brennholz oder andere feste Brennstoffe dieser Art eingelegt: Pellets, Sägespäne, Holzabfälle usw.

Der Brennstoff wird gezündet und dann wird die in die Kammer eintretende Luftmenge reduziert.

Bekanntlich laufen bei der Verbrennung Oxidationsprozesse ab, an denen einer der Hauptakteure – der in der Luft enthaltene Sauerstoff – beteiligt ist. Ist wenig Sauerstoff vorhanden, verlangsamt sich die Reaktion und das Holz verbrennt langsam; unter diesen Bedingungen glimmt es lediglich. Dabei werden eine gewisse Menge Wärmeenergie, Asche und brennbares Gas freigesetzt.

Der Pyrolyseprozess endet hier nicht. Das bei der Verbrennung des Primärbrennstoffs entstehende Gas vermischt sich mit Luftmassen und verbrennt ebenfalls. Dadurch wird deutlich mehr Wärmeenergie freigesetzt als bei herkömmlichen Wärmeerzeugern.

Daher zeigen Pyrolysekessel einen sehr ordentlichen Wirkungsgrad im Vergleich zu ihren rein festbrennstoffbetriebenen „Geschwistern“ und bieten oft auch die Möglichkeit, deutlich Heizkosten zu sparen.

Der Vorteil dieser Heiztechnik liegt darin, dass ihr Funktions- und Aufbauprinzip relativ einfach ist. Die in die Brennkammern eintretende Luftmenge wird durch eine einfache mechanische Klappe geregelt. Die einfache Konstruktion gewährleistet die Zuverlässigkeit des Geräts, Störungen sind bei Pyrolysekesseln – ein seltenes Phänomen.

Dieses Schema veranschaulicht alle Phasen des Pyrolyseverbrennungsprozesses. Die Temperatur im Inneren des Geräts kann 1200 °C (+) erreichen.

Ein weiterer „Pluspunkt“ der Pyrolysekessel – die lange Brenndauer. Eine vollständige Brennstoffbeladung des Geräts ermöglicht es, den Prozess mehrere Stunden, manchmal sogar mehr als einen Tag lang nicht zu unterbrechen, d. h. es ist nicht nötig, ständig Holz nachzulegen, wie es bei offener Verbrennung der Fall ist.

Natürlich bedeutet das nicht, dass der Pyrolysekessel unbeaufsichtigt bleiben kann. Wie bei anderen Heizgeräten gelten auch hier strenge Sicherheitsvorschriften.

Es ist zu bedenken, dass der Pyrolysekessel nicht alles fressen kann – die Brennstofffeuchte sollte niedrig sein. Andernfalls wird ein Teil der wertvollen Wärmeenergie nicht zur Erwärmung des Wärmeträgers, sondern zum Trocknen des Brennstoffs verwendet.

Pyrolysekessel, insbesondere solche aus Gusseisen, haben ein erhebliches physikalisches Gewicht, weshalb sie immer nur als Standmodelle angeboten werden.

Bei der Pyrolyseverbrennung verbrennt der Brennstoff fast vollständig, sodass das Gerät viel seltener gereinigt werden muss als bei einem herkömmlichen Festbrennstoffkessel. Die nach der Reinigung anfallende feine Asche wird als Dünger verwendet. Die Verbrennung des Brennstoffs in solchen Kesseln erfolgt von oben nach unten.

Daher sind die Möglichkeiten für eine natürliche Luftzirkulation im Feuerraum deutlich eingeschränkt. Die Verwendung eines Ventilators zur erzwungenen Luftzufuhr verbessert die Effizienz des Geräts erheblich, macht den Kessel jedoch stromabhängig, da für den Betrieb des Ventilators elektrische Energie erforderlich ist.

Aufbau und Funktion eines Pyrolysekessels

Der Feuerraum eines Pyrolysekessels ist in zwei Abteile unterteilt. Im ersten verbrennt das Holz, im zweiten erfolgt die Nachverbrennung des Gemischs aus Pyrolysegasen und Luft. Die erste Kammer wird von der zweiten durch den Rost getrennt, auf den der Brennstoff gelegt wird.

Die Luft wird normalerweise mit einem kleinen Ventilator erzwungen zugeführt. In kleineren Modellen wird manchmal ein Rauchsauger zur Erzeugung des Zuges verwendet.

Dieses Schema zeigt den Aufbau eines Pyrolysekessels mit Unterbrand. Das Holz verbrennt langsam bei geringem Sauerstoffgehalt und setzt brennbares Gas frei (+)

Das Vorhandensein einer erzwungenen Belüftung kann als wesentlicher Unterschied eines Pyrolysekessels zu einem klassischen Festbrennstoffmodell angesehen werden. Das Gehäuse des Geräts besteht aus zwei ineinander gesteckten Teilen. Der Raum zwischen den Wänden ist mit dem Wärmeträger gefüllt, der traditionell Wasser ist.

Zunächst wird Brennstoff in die erste Kammer des Pyrolysekessels geladen, dann wird der Ventilator eingeschaltet und der Brennstoff entzündet. Die dabei entstehenden brennbaren Gase gelangen in die zweite Kammer, vermischen sich mit Luft und verbrennen.

Die Verbrennungstemperatur kann 1200 °C erreichen. Das im äußeren Wärmetauscher befindliche Wasser erwärmt sich und zirkuliert durch das Heizsystem des Hauses. Die Reste der Verbrennungsprodukte werden durch den Schornstein abgeführt.

Als Nachteil von Geräten, die nach dem Pyrolyseprinzip arbeiten, kann der relativ hohe Preis angeführt werden. Ein herkömmlicher Festbrennstoffkessel kostet deutlich weniger. Allerdings verbrennt das Holz in Kesseln mit langer Brenndauer nahezu vollständig, was man von einem klassischen Kessel nicht behaupten kann.

An das Brennholz für den Pyrolysekessel werden bestimmte Anforderungen hinsichtlich Größe und Feuchtigkeit gestellt. Detaillierte Informationen finden Sie in der Bedienungsanleitung des Herstellers

Bei der Auswahl eines Pyrolysekessels sollte man bedenken, dass günstige Modelle mit geringer Leistung in der Regel nur für Holz ausgelegt sind. Teurere Varianten können mit verschiedenen Brennstoffarten arbeiten.

Zudem muss der Brennstoff maximal in das Gerät geladen werden, da eine Lastreduzierung zu einer erhöhten Bildung von Asche und Ruß führt und sich negativ auf den gesamten Betrieb des Aggregats auswirkt.

Kessel mit oberer Verbrennung

Eine der Varianten einer Pyrolysevorrichtung – der Kessel mit Oberverbrennung. Das Funktionsprinzip dieser beiden Aggregate ist sehr ähnlich.

Genauso wird eine große Menge fester Brennstoff mit geringer Feuchtigkeit in den Feuerraum geladen, die Luft wird zwangsweise zugeführt und das Verglimmen des Brennstoffs bei reduzierter Sauerstoffmenge sichergestellt. Die Klappe, die den Sauerstoffstrom reguliert, wird in die gewünschte Position gebracht.

Schematische Darstellung des Kessels mit Oberverbrennung. Der Feuerraum eines solchen Kessels hat einen blinden Boden, die Partikel der Verbrennungsprodukte werden durch den Schornstein abgeführt (+)

Kessel mit langer Brenndauer haben jedoch weder einen Aschekasten noch einen Rost. Der Boden besteht aus einer massiven Metallplatte. Diese Kessel sind so konstruiert, dass das Holz vollständig verbrennt und die geringe Menge verbleibender Asche im Feuerraum durch die Luft ausgeblasen wird.

Diese Geräte zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und arbeiten ebenfalls bei Temperaturen über 1000°C.

Das Hauptmerkmal dieser Geräte – sie gewährleisten bei voller Beladung tatsächlich eine lange Betriebsdauer. Die Brennkammer ist bei diesen Geräten üblicherweise zylinderförmig ausgeführt.

In diese wird der Brennstoff von oben geladen, und von oben, mittig, wird die für die Verbrennung notwendige Luft zugeführt.

Bei Kesseln mit Oberverbrennung ist die Vorrichtung zur Luftzufuhr – ein bewegliches Element, das sich beim Abbrennen des Holzes nach unten bewegt.

Auf diese Weise erfolgt ein langsames Verglimmen der oberen Brennstoffschicht. Der Brennstoff verbrennt allmählich, sein Niveau im Feuerraum sinkt. Gleichzeitig ändert sich auch die Position der Luftzufuhrvorrichtung in den Feuerraum; dieses Element ist bei solchen Modellen beweglich und liegt praktisch auf der oberen Holzschicht auf.

Die zweite Verbrennungsstufe findet im oberen Teil des Feuerraums statt, der durch eine dicke Metallscheibe vom unteren Bereich getrennt ist. Die heißen Pyrolysegase, die durch die Verbrennung des Brennstoffs unten entstehen, dehnen sich aus und bewegen sich nach oben.

Dort vermischen sie sich mit der Luft und verbrennen, wobei sie dem Wärmetauscher zusätzlich eine beträchtliche Menge thermischer Energie zuführen.

Der Träger, der die Scheibe hält, die die Brennkammer in zwei Teile teilt, sowie die Scheibe selbst sind während des Betriebs des Kessels mit Oberverbrennung ständig hohen Temperaturen ausgesetzt. Mit der Zeit brennen diese Elemente durch und müssen regelmäßig ausgetauscht werden.

Am Ausgang des zweiten Teils der Brennkammer ist normalerweise ein Zugregler installiert. Dies ist ein automatisches Gerät, das die Temperatur des Wärmeträgers misst und anhand der erhaltenen Daten die Intensität der Brenngasbewegung regelt. Es schützt das Gerät vor möglicher Überhitzung.

Es ist zu beachten, dass der äußere Wärmetauscher in solchen Kesseln auf Änderungen der Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Wärmetauscher, d.h. auf Temperaturschwankungen, reagiert. Auf der Oberfläche des Geräts bildet sich sofort eine Kondensatschicht, die Korrosion verursacht, insbesondere bei Stahlkesseln.

Es ist vorzuziehen, ein Gerät aus Gusseisen zu wählen, das einer solchen Beanspruchung deutlich besser widersteht.

Obwohl der Brennstoff in Pyrolysekesseln mit langer Brenndauer rückstandslos verbrennen sollte, ist dies in der Praxis nicht immer der Fall. Mitunter sintert die Asche zusammen und bildet Partikel, die sich mit dem Luftstrom nur schwer entfernen lassen.

Wenn sich im Brennraum eine große Menge solcher Rückstände ansammelt, kann eine deutliche Verringerung der Wärmeabgabe des Aggregats festgestellt werden. Daher sollte der Oberbrandkessel dennoch regelmäßig gereinigt werden.

Eine Besonderheit von Geräten dieses Typs ist, dass während des Brennstoffverbrauchs nachgeladen werden kann, ohne dass die vollständige Verbrennung der gesamten Brennstofffüllung abgewartet werden muss. Dies ist praktisch, wenn brennbarer Hausmüll entsorgt werden muss.

Es gibt auch Varianten von Oberbrandkesseln, die nicht nur mit Holz, sondern auch mit Kohle betrieben werden. Komplexe automatische Steuereinheiten sind bei Pyrolysekesseln dieses Typs nicht vorhanden, daher werden ernsthafte Störungen äußerst selten beobachtet.

Die Konstruktion des Oberbrandkessels ermöglicht es, den Brennraum bei Bedarf nur teilweise zu beladen. Allerdings kann es in diesem Fall schwierig sein, die obere Brennstoffschicht zu entzünden. Der Brennstoff selbst muss getrocknet sein; Holz aus einem offenen Holzstapel ist für einen solchen Kessel nicht geeignet.

Brennstoff mit großen Fraktionen sollte ebenfalls nicht für diese Art von Technik verwendet werden, d.h. das Holz muss unbedingt in kleine Stücke gespalten werden.

Betriebseigenschaften von Gasgeneratorkesseln

Die Effizienz eines Pyrolysekessels hängt weitgehend von der Art und Qualität des Brennstoffs ab. Technisch gesehen können in den Brennraum nicht nur Holz, sondern auch Kohle und sogar Torf eingebracht werden. Die meisten modernen Kesselmodelle sind für die Verwendung mehrerer Brennstoffarten ausgelegt.

Holz verbrennt je nach Sorte in etwa 5-6 Stunden. Je härter das Holz, desto länger brennt es.

Moderne Modelle von Pyrolysekesseln können mit verschiedenen Arten von Holzbrennstoffen betrieben werden: Scheitholz, Briketts, Pellets, Kohle, Torf usw.

Etwa zehn Stunden dauert die Verbrennung von Steinkohle, die gleiche Menge Braunkohle glüht etwa acht Stunden lang. In der Praxis zeigt die Pyrolysetechnik die höchste Wärmeabgabe bei der Beschickung mit trockenem Holz. Als optimal gelten Scheite mit einer Feuchtigkeit von nicht mehr als 20% und einer Länge von etwa 45-65 cm.

Wenn kein Zugang zu solchem Brennstoff besteht, kann man Kohle oder andere organische Brennstoffe verwenden: spezielle Sägemehlbriketts und Holzpellets, Holzverarbeitungsabfälle, Torf, zellulosehaltige Materialien usw.

Vor der Inbetriebnahme des Kessels sollten Sie die Empfehlungen des Herstellers bezüglich des Brennstoffs sorgfältig lesen.

Bei Pyrolysekesseln wird die Luftzufuhr durch gewöhnliche mechanische Schieber geregelt. Das Fehlen komplexer Elektronik gewährleistet eine hohe Ausfallsicherheit des Geräts.

Zu feuchter Brennstoff ist in solchen Geräten nicht zulässig. Bei seiner Verbrennung im Feuerraum entstehen zusätzliche Wasserdämpfe, die die Bildung von Nebenprodukten wie Teer und Ruß begünstigen.

Die Kesselwände verschmutzen, die Wärmeabgabe nimmt ab, und mit der Zeit kann der Kessel sogar den Betrieb einstellen und erlöschen.

Wenn für den Pyrolysekessel Holz mit zu hoher Feuchtigkeit verwendet wird, entstehen im Gerät Bedingungen für die Bildung von Teer, der die Wärmeabgabe des Geräts verschlechtert und zu Schäden führen kann.

Wenn trockener Brennstoff in die Feuerung eingelegt wird und der Kessel richtig eingestellt ist, erzeugt das bei der Arbeit des Geräts gewonnene Pyrolysegas eine gelb-weiße Flamme. Diese Verbrennung geht mit einer vernachlässigbaren Freisetzung von Nebenprodukten der Brennstoffverbrennung einher.

Wenn die Flammenfarbe anders ist, sollten Sie die Qualität des Brennstoffs sowie die Einstellungen des Geräts überprüfen.

Pyrolysegase, mit Luft gemischt, brennen mit einer gleichmäßigen gelb-weißen Flamme. Wenn sich die Flammenfarbe geändert hat, sollten Sie möglicherweise die Kesseleinstellungen oder die Brennstoffqualität überprüfen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Festbrennstoffgeräten sollten Sie den Feuerraum vor dem Einlegen von Holz in Pyrolysekessel für Festbrennstoff vorheizen.

Führen Sie dazu die folgenden Schritte aus:

1. Legen Sie feines, trockenes Anfeuermaterial (Papier, Holzspäne usw.) auf den Boden des Feuerraums.
2. Zünden Sie es mit einer Fackel aus ähnlichen Materialien an.
3. Schließen Sie die Tür der Brennkammer.
4. Lassen Sie die Tür der Beschickungskammer einen Spalt offen.
5. Fügen Sie nach und nach Anfeuermaterial hinzu, während es verbrennt.
6. Wiederholen Sie den Vorgang, bis sich auf dem Boden eine Schicht glimmender Kohlen gebildet hat.

Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Feuerraum bereits auf etwa 500–800 °C erwärmt und schafft die Bedingungen für das Einlegen des Hauptbrennstoffs. Verwenden Sie zum Anzünden des Anfeuermaterials kein Benzin, Kerosin oder andere ähnliche Flüssigkeiten. Bevor Sie den Feuerraum des Kessels mit Langzeitverbrennung vorheizen, sollten Sie sicherstellen, dass das Gerät betriebsbereit ist.

Eine charakteristische Eigenschaft von Pyrolysekesseln – die geringe Menge an Asche und Flugasche, was den Reinigungsprozess und die Wartung des Geräts erleichtert

Dazu prüft man den Zug, die Dichtheit der Türen, die Funktionsfähigkeit der Verschlussmechanismen und der Regelgeräte, das Vorhandensein von Wärmeträger im Heizsystem usw.

Dann ist der Thermostat einzuschalten, um sicherzustellen, dass das Gerät mit Spannung versorgt wird. Danach wird die Direktzugklappe geöffnet und der Kessel 5-10 Minuten lang belüftet.

Übersicht über beliebte Modelle

Man sollte verstehen, dass jeder Pyrolysekessel – ein relativ schweres Gerät ist, das nicht für die Wandmontage vorgesehen ist. Solche Geräte können sowohl für die Beheizung eines kleinen Hauses als auch für geräumige Villen eingesetzt werden. Wie andere Heizgeräte unterscheiden sich Langzeitbrennkessel in ihrer Leistung.

Bei der Auswahl eines Pyrolysekessels sollten Sie auf Parameter wie die Heizleistung des Geräts, die Abmessungen der Beschickungskammer, das Vorhandensein eines zweiten Kreislaufs usw. achten.

Auf diesen Parameter achten die Käufer in der Regel.

Unter den beliebten Modellen solcher Geräte sind zu nennen:

• Atmos (Ukraine) – vertreten durch Geräte, die sowohl mit Holz als auch mit Kohle betrieben werden können, die Leistung variiert zwischen 14 und 75 Kilowatt.
• Attack (Slowakei) – können Flächen bis zu 950 Quadratmeter beheizen, einige Modelle können auch bei Stromausfällen weiterarbeiten.
• Bosch (Deutschland) – hochwertige Produkte einer bekannten Marke, die Leistung variiert zwischen 21 und 38 Kilowatt.
• Buderus (Deutschland) wird durch die Serien Elektromet und Logano vertreten, erstere ist in Europa als klassische Variante eines Pyrolysekessels bekannt, letztere sind modernere Versionen, die für Privathäuser konzipiert sind.
• Gefest (Ukraine) – leistungsstarke Geräte mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 %.
• KT-2E (Russland) wurde speziell für große Wohnräume entwickelt, die Leistung des Geräts beträgt 95 Kilowatt.
• Opop (Tschechien) – relativ preisgünstige Kessel, zuverlässig und langlebig, Leistung 25-45 Kilowatt.
• Stropuva (hergestellt in Litauen oder der Ukraine) mit einer Leistung ab sieben Kilowatt eignen sich durchaus für ein kleines Haus, aber in der Modellreihe gibt es auch leistungsstärkere Geräte.
• Viessmann (Deutschland) – ideale Wahl für private Haushalte, die Leistung beginnt bei 12 Kilowatt, der Einsatz moderner Technologien ermöglicht Brennstoffeinsparungen.
• „Buran“ (Ukraine) mit einer Leistung von bis zu 40 Kilowatt ist eine weitere beliebte Option für Besitzer großer Landhäuser.
• „Logika“ (Polen) – Hochleistungsgeräte mit 20 Kilowatt beheizen mühelos Räume mit einer Fläche von bis zu 2.000 qm. Dies ist eher ein Kessel für industrielle Zwecke: zur Beheizung von Werkstätten, Büros, Gewächshäusern usw.

Bei der Auswahl eines Pyrolysekessels für ein Einfamilienhaus sollten Sie auf Modelle mit zwei Kreisen achten, um nicht nur das Haus zu heizen, sondern auch eine autarke Warmwasserversorgung zu gewährleisten.

Der Wärmetauscher für die Warmwasserversorgung kann vom Speicher- oder Durchlauftyp sein. Für die letztere Variante werden Modelle mit erhöhter Wärmeleistung verwendet.

Wenn man Geld sparen möchte, kann man versuchen, einen Pyrolysekessel selbst zu bauen. Die Montagetechnik wird in diesem Artikel beschrieben.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

In diesem Video wird das Funktionsprinzip eines Pyrolysekessels anschaulich dargestellt:

Eine ausführliche Übersicht über die Arbeitsweise eines Kessels mit Oberverbrennung finden Sie hier:

Pyrolysekessel sind nicht billig, aber sie rechtfertigen die investierten Mittel voll und ganz. Bei korrekter Installation und Wartung sorgen diese Geräte für eine stabile und kostengünstige Wärme im Haus.

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