Pyrolysekessel selbst bauen: Aufbau, Schemata, Funktionsprinzip

Der Begriff „Pyrolyse“ bezeichnet einen Prozess, bei dem feste Brennstoffe langsam verbrannt werden, um ein Gasmedium zu erzeugen. Trotz des „professoralen“ Namens der Anlage ist es relativ einfach, einen Pyrolysekessel selbst zu bauen, und selbst gebaute Exemplare sind in der Praxis recht häufig anzutreffen.

Die Erklärung ist einfach: Ein holzbetriebener Vergaserkessel ist einfacher zu warten, oft effizienter und wirtschaftlicher als andere ähnliche Geräte. Lassen Sie uns gemeinsam verstehen, wie solche Geräte funktionieren und was für ihre Herstellung benötigt wird.

Funktionsprinzip von Pyrolysekesseln

Heizkessel, die feste Brennstoffe als Brennstoff verwenden, gehören neben den klassischen auch zu den Pyrolysekonstruktionen. Sie werden üblicherweise als Vergaserkessel bezeichnet.

Um das Funktionsprinzip eines häuslichen Pyrolysekessels besser zu verstehen, ist es sinnvoll, die Konstruktion eines solchen Geräts genau zu betrachten. Beginnen wir mit den Besonderheiten des Feuerraums als Hauptteil der Heizkonstruktion. Im Wesentlichen ist der Arbeitsbereich der Brennkammer von Pyrolysekesseln in zwei getrennte Kammern unterteilt.

Schnittansicht eines Pyrolysekessels: 1 – Beschickungskammer (passiv), in der der Pyrolyseprozess (unvollständige Verbrennung) abläuft; 2 – Brennkammer für das bei der Pyrolyse entstehende Gas (aktiv)

Eine dieser Kammern wird mit festem Brennstoff – Holz, Pellets, Briketts usw. – beladen. Dort beginnt der primäre Verbrennungsprozess des festen Brennstoffs bei begrenzter Luftzufuhr. In diesem Zustand brennt der Brennstoff nicht, sondern glimmt. Die bei der langsamen Verbrennung freigesetzten Gase gelangen in einen anderen Bereich der Kammer – den aktiven, wo sie bei erhöhter Luftzufuhr intensiv verbrennen.

Technisch wird ein solcher Verbrennungsprozess auf einfache Weise realisiert. Die Teilbereiche der gemeinsamen Kammer werden einfach durch einen Rost und eine Düse getrennt. Der obere Teil der Kammer ist der passive Feuerraum, der untere Teil der Kammer ist der aktive Feuerraum. Dabei ist die konstruktive Besonderheit zu beachten – die obere Luftzufuhr in die Brennkammer (Oberluft).

Genau dadurch unterscheidet sich die Konstruktion eines Vergaserkessels von der klassischen Einkammer-Ausführung, bei der die untere Luftzufuhr verwendet wird.

Klassische Bauweise eines Luftgebläses (oft als Ventilator bezeichnet, aber technisch ist dies eine falsche Bezeichnung), das im Schema eines Pyrolysekessels verwendet wird. Dies ist ein wichtiges Bauteil, das die Effizienz des Betriebs gewährleistet.

Technologisch ist für die Konstruktion von Pyrolysekesseln auch die Organisation des künstlichen Zugs charakteristisch. Die Konstruktion der zweistufigen Feuerung hat einen erhöhten Luftwiderstand. Daher kommt man hier nicht ohne die Installation eines Luftgebläses aus.

Wie funktioniert der Kessel in der Praxis?

Die praktische Anwendung der Ausrüstung lässt sich am besten in einem schrittweisen Prozess betrachten:

1. Beladung mit Holz – Auflegen auf den Rost im oberen Bereich der Kammer.
2. Zündung des Brennstoffs und Inbetriebnahme des Rauchgebläses.
3. Bildung von Holzgas bei einer Temperatur von 250-850 °C.
4. Übergang des Holzgases in den unteren Bereich der Feuerung.
5. Verbrennung des Holzgases bei zusätzlicher Luftzufuhr.

Anschließend wird die im unteren Bereich der Brennkammer gewonnene Wärme zum Erhitzen des Wärmeträgers genutzt. Der Wärmeträger kann sowohl Wasser als auch Luft sein.

1 – aktive Kammer; 2 – Wassereintritt; 3 – Sekundärluft; 4 – Schornstein; 5 – Austrittsstutzen; 6 – Drosselklappe; 7 – Wasseraustritt; 8, 9 – Sensoren; 10 – Thermoregler; 11 – Tür der passiven Kammer; 12 – Primärluft; 13 – passive Kammer; 14 – Luftgebläse; 15 – Wärmetauscherkreislauf; 16 – Düse; 17 – Tür der aktiven Kammer

Wenn man alle vorhandenen Konstruktionen von Haushaltskesseln für feste Brennstoffe betrachtet, ist die Hauptalternative zum Pyrolysekessel die Konstruktion der traditionellen Ausführung.

Dies ist eine ähnliche Variante eines Holzofens, bei dem eine ungeteilte Feuerung arbeitet und das Prinzip der Luftzufuhr von unten in die Brennkammer angewendet wird. Ein solches System gilt jedoch als weniger effizient und unwirtschaftlich aufgrund der schnellen Verbrennung des Brennstoffs.

Ein Pyrolysekessel kann einen Wirkungsgrad von 85-95 % bei 100 % Last erreichen. Allerdings fällt der Wirkungsgrad drastisch ab, wenn die Last weniger als 50 % beträgt. Aus diesem Grund empfehlen die Hersteller von Pyrolysetechnik den Benutzern, die Ausrüstung mit maximaler Last zu betreiben.

Ein ähnlicher Ansatz gilt auch für selbstgebaute Konstruktionen, sofern diese vollständig dem klassischen Pyrolyseschema und den Betriebsanforderungen entsprechen.

Für die Pyrolyse sind die Betriebsanforderungen, wie zu bemerken ist, recht streng:

• zwingende Ausstattung mit einem Luftgebläse;
• zulässige Brennstofffeuchte nicht höher als 25-35%;
• Last auf die Ausrüstung nicht unter 50%;
• Temperatur des Rücklaufwärmeträgers nicht unter 60 °C;
• Beladung nur mit großem Brennstoffmaterial.

Ebenfalls zu erwähnen sind die hohen Kosten von Pyrolysesystemen industrieller Fertigung. Vermutlich ist daher die Variante “Selbstbau” sehr beliebt.

Selbstgebauter Pyrolysekessel

In der Regel wird bei der Herstellung solcher Heizgeräte in Eigenregie das gängige Schema von Beljajew zugrunde gelegt. Man kann nicht sagen, dass es sich um eine einfache Lösung handelt, die es erlaubt, das Heizgerät problemlos herzustellen. Aber es ist wohl eine der Lösungen, die tatsächlich realisiert werden kann.

Dreidimensionale Darstellung eines Pyrolysekessels zur Eigenfertigung. Es handelt sich um eine der einfachen schematischen Varianten, die man unter häuslichen Bedingungen selbst herstellen kann.

Für die Herstellung der Anlage nach diesem Schema benötigt der Handwerker:

• Metallrohr (d = 32; 57; 159 mm);
• Profilrohr (s = 60x30; 80x40; 20x20 mm);
• Stahlband (20x4; 30x4; 80x5 mm);
• Schamottstein;
• Metallblech;
• Luftpumpe;
• Temperatursensor.

Außerdem benötigt man einen vollständigen Satz Schlosserwerkzeug, plus ein Schweißgerät (und Schweißerkenntnisse entsprechend). Die Herstellung eines Pyrolysekessels in Eigenregie ist offensichtlich nicht allein zu bewältigen. Mindestens ein Helfer ist erforderlich.

Zunächst müssen gemäß dem gewählten Schema die Blechteile der Konstruktion vorbereitet werden. Es wird empfohlen, die Blechtafeln mit professionellem Präzisionsgerät auf Maß zu schneiden.

Die Verwendung eines handgeführten Werkzeugs wie einer „Flex“ erfordert ebenfalls einige Arbeitskenntnisse und Einhaltung der Sicherheitsvorschriften bei der Arbeit, gewährleistet jedoch keine Schnittgenauigkeit, was sich später auf die Schweißqualität auswirkt. Dieser Punkt sollte beachtet werden. Eine vernünftige Lösung für das Zuschneiden von Blechen ist die Bestellung in einer mechanischen Werkstatt.

Montage der Innenteile des Geräts

Aus einem Teil der Metallbleche muss die Brennkammer gefertigt werden. Dazu wird das Material, das den Schema-Parametern entspricht, verbunden und verschweißt. Es sollte eine zweikammerige Konstruktion entstehen, die mit Luftkanälen zu ergänzen ist.

Diese Elemente der Brennkammer werden aus Metall-U-Profilen oder aus Profilrohren hergestellt. Über die gesamte Fläche der Vorderseite des Luftkanals werden Löcher gebohrt.

Luftkanäle im Inneren der Brennkammer. Durch diese Kanäle wird mit einer Luftpumpe Luft zugeführt. Zur gleichmäßigen Verteilung des Luftstroms über die gesamte Kanallänge werden Löcher gebohrt.

Weiter unten, im Bereich der aktiven Brennkammer, wird in die quer zu den Luftkanälen liegende Wand ein Metallrohr (sekundäre Luftzufuhr) eingesetzt. Danach beginnt die Arbeit mit den Rohren, da nun die Montage des Rohrwärmetauschers an der Reihe ist.

Dieser Teil des Pyrolysesystems wird aus Metallrohren mit d=57 mm gefertigt:

1. Es werden zwei Metallbleche in der Größe der Zeichnung genommen und markiert.
2. Anhand der Markierung werden entsprechend der Rohranordnung Löcher mit d=60 mm in das Blech geschnitten.
3. Die Rohre mit d=57 mm werden auf die erforderliche Länge zugeschnitten.
4. Die Rohrenden werden in die Löcher eines Blechs gesteckt und verschweißt.
5. Der Vorgang wird mit dem anderen Blech wiederholt.

Am Ende sollte ein fertiger Wärmetauscher entstehen, der an der in der Abbildung gezeigten Stelle mit dem Kesselgehäuse verbunden wird.

Beispiel für die Herstellung eines Wärmetauschers aus zwei Stahlblechen und zurechtgeschnittenen Rohren. Hier ist eine hochwertige Schweißarbeit erforderlich, um spätere Probleme beim Betrieb des Kessels zu vermeiden.

Neben dem Wärmetauscher (auf der oberen Ebene) wird eine Drosselklappe installiert. Dieses Bauteil wird mit einem Handgriff ausgestattet und ebenfalls an die Konstruktion angeschweißt. Der stirnseitige Teil des Drosselgehäuses wird mit einem Blechstück verschlossen, das einen Stutzen für den Schornstein aufweist.

Danach muss nur noch die Frontplatte der Brennkammer mit den Türöffnungen für jede der beiden Sektionen und dem Modul für die Luftpumpe verschweißt werden.

Eingebauter Wärmetauscher und Teil der Drosselklappenkonstruktion. Variante eines Verstellmechanismus in Form eines Handhebels mit der Möglichkeit, die Klappe in jeder Position zu arretieren.

Bevor die Frontplatte angebracht wird, muss der innere Teil der Brennkammern mit Schamottesteinen verstärkt werden. Dieses Material wird auf Maß zugeschnitten, ein Teil auch schräg. Die Steine werden bearbeitet und an der Verlegestelle angepasst.

Beide Arbeitssektionen der Brennkammer des Kessels werden mit Schamottesteinen ausgekleidet. Dabei werden die Bereiche der Klappen der Abluft- (Zuluft-) Rohre sorgfältig verkleidet. Nach dem Auskleiden mit Steinen wird die Frontplatte montiert.

Beispiel für die Auskleidung des Innenbereichs der Brennkammer mit Schamottesteinen. Die Steinauskleidung schützt die Wände der Brennkammer des Pyrolysekessels vor möglichem Durchbrennen bei längerem Betrieb.

Im Grunde kann die Hauptmontage des Pyrolysekessels in dieser Phase als abgeschlossen betrachtet werden. Die zusammengebaute Konstruktion muss bearbeitet werden – Schweißzunder entfernen, Schweißnähte reinigen und ggf. kleine Unebenheiten ausgleichen.

Im nächsten Schritt wird die zusammengebaute Konstruktion in ein dichtes Gehäuse eingeschlossen. Dieser Teil des Aufbaus wird ebenfalls aus Metallblechen gefertigt. Zuvor ist jedoch eine Druckprüfung erforderlich.

Testen und endgültige Montage der Konstruktion

Die zusammengebaute Konstruktion muss getestet werden. Obligatorisch ist die Dichtheitsprüfung des Kesselbereichs, in dem das Wärmeträgermedium zirkulieren soll. Für die Druckprüfung des Wärmetauschers werden vorübergehend Blindstopfen an den Vor- und Rücklaufstutzen des Wärmeträgermediums angebracht.

Anschließend wird der Wärmetauscher mit Wasser befüllt. Es empfiehlt sich, heißes Wasser aus dem Heizungs- oder Warmwassernetz zu verwenden, um die Schweißnähte unter thermischer Ausdehnung des Metalls prüfen zu können.

Der vordere Teil der fast fertigen Konstruktion mit den herausgeführten Stutzen für die Luftzufuhr in die Arbeitskammern. Die Fenster der Brennkammersektionen sind vorerst ohne Türen. Diese Konstruktion wird mit Gehäuseblech verkleidet.

Wenn keine Undichtigkeiten an den Schweißnähten des Wärmetauschers vorhanden sind, wird das Wasser abgelassen und mit der Verkleidung der Pyrolysekesselkonstruktion mit externen Metallplatten begonnen. Ebenfalls werden in diesem Stadium die Türen der Fenster der Brennkammersektionen angefertigt und angebracht.

Die Türen der Pyrolyseanlage müssen unter Berücksichtigung der hohen Betriebstemperaturen ausgeführt werden. Daher werden diese Konstruktionselemente in der Regel aus Gusseisen gefertigt (oder als fertige Teile verwendet) und mit Schamottsteinen zusätzlich temperaturverstärkt.

Beispiel für die Türkonstruktion einer der Brennkammersektionen des Pyrolysekessels. Zur Verstärkung des Schutzes vor der hohen Temperatur des Verbrennungsprozesses wird zusätzlich zum Metall Schamottstein verwendet.

Die letzte Phase ist die Installation des Pyrolysekessels an seinem zukünftigen Einsatzort. Die Montage der Konstruktion erfolgt auf einem Fundament oder einer Betonplatte. Die Höhe des Fundaments (der Platte) über dem Boden sollte mindestens 100 mm betragen.

Nach der Installation und dem Nivellieren wird der untere Teil des Kessels am Fundament befestigt. Es bleibt noch, den Schornstein anzuschließen, die Luftpumpe zu installieren und die Vor- und Rücklaufleitungen des Wärmeträgers anzuschließen.

Der Pyrolysekessel ist vollständig in ein Metallgehäuse eingeschlossen und bereit für die Installation am Einsatzort. Als Stütz- und Befestigungselemente sind am Gehäuse Winkelfänger angeschweißt.

Die eigenständige Herstellung einer Pyrolysekesselkonstruktion ist eine Arbeit, die einen erheblichen Krafteinsatz erfordert. Natürlich kommt man auch ohne finanzielle Nebenkosten nicht aus.

Möglicherweise sind die Kosten für Materialeinkauf und Inanspruchnahme externer Dienstleistungen geringer als die Kosten für industriell gefertigte Geräte. Allerdings wird der Unterschied wahrscheinlich nicht so groß sein. Aber die Hauptfrage ist nicht das Geld.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Über die eigenständige Herstellung eines Pyrolysekessels:

Technisch gesehen ist die eigenständige Herstellung von Pyrolysekesseln ohne entsprechende Basis ein äußerst komplizierter Prozess. Außerdem sind professionelle Kenntnisse in der Metallbearbeitung, ein klares Verständnis von Ingenieurschemata und den technologischen Feinheiten der Herstellung von Kesselanlagen erforderlich. Ohne all dies sollte man die Arbeit nicht einmal in Angriff nehmen.

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