Chaudière de pyrolyse à faire soi-même : conception, schémas, principe de fonctionnement

Le terme « pyrolyse » désigne un processus où a lieu une combustion lente du combustible solide avec production d'un milieu gazeux. Malgré l'appellation savante de l'installation, il est relativement simple pour vous de fabriquer une chaudière de pyrolyse vous-même, et les réalisations personnelles sont assez fréquentes dans la pratique.

L'explication est simple : une chaudière gazogène à bois est plus facile à entretenir, souvent plus efficace et plus économique que d'autres équipements similaires. Découvrons ensemble comment fonctionne cet appareil et ce qui sera nécessaire pour sa fabrication.

Principe de fonctionnement des chaudières à pyrolyse

Les chaudières des systèmes de chauffage utilisant des combustibles solides, en plus des modèles classiques, appartiennent également aux constructions à pyrolyse. On les appelle généralement chaudières gazogènes.

Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement d'une chaudière de pyrolyse domestique, il est logique d'examiner attentivement la con ception de cet appareil. Commençons par les caractérisiques du foyer en tant que partrie principle de la structure de chauffage. En substance, la zone de travail de la chambre de combustion des chaudières à pyrolise est divisée en deux chambres séparées.

Vue en coupe d'une chaudière à pyrolise : 1 – chambre de chargement (passive), où se déroule le procéssus de pyrolise (combustion incomplète) ; 2 – chambre de combustion du gaz (active), se formant lors du processus de pyrolyse.

L'une de ces chambres est chargée de combustble solide – bois, granulés, briquettes, etc. Là commence le procéssus primaire de combustion du combustble solide avec un apport d'air limité. Dans cet état, le combustble ne brûle pas mais couve. Les gaz dégagés lors de la combustion lente entrent dans une autre zone de la chambre – active, où, avec un apport d'air accru, ils brûlent intensément.

Techniquement, un tel processus de combustion se réalise de manière simple. Les sous-ensembles de la chambre commune sont simplement séparés par une grille et une buse. La partie supérieure de la chambre est le foyer passif, la partie inférieure est le foyer actif. Il faut tenir compte d'une caractéristique de construction : l'alimentation en air par le haut dans la chambre de combustible (tirage supérieur).

C'est précisément en cela que la construction de la chaudière gazogène diffère de la conception classique à une seule chambre, où l'alimentation en air par le bas est utilisée.

La conception classique d'une pompe à air (souvent appelée ventilateur, mais c'est un terme techniquement incorrect), utilisée dans le schéma d'une chaudière à pyrolyse. C'est une pièce importante garantissant l'efficacité du fonctionnement de l'équipement.

Technologiquement, pour la conception des chaudières à pyrolyse, l'organisation du tirage forcé est également un point caractéristique. La structure du foyer à deux étages présente une résistance aérodynamique élevée. Par conséquent, on ne peut pas se passer de l'installation d'une pompe à air.

Comment fonctionne la chaudière en pratique ?

L'application pratique de l'équipement peut être commodément examinée par un processus étape par étape :

1. Chargement du bois de chauffage – empilage sur la grille de la zone supérieure de la chambre.
2. Allumage du combustible et mise en marche de la pompe à fumée.
3. Formation de gaz de bois à une température de 250-850 °C.
4. Passage du gaz de bois dans la zone inférieure du foyer.
5. Combustion du gaz de bois avec une alimentation en air supplémentaire.

Ensuite, la chaleur obtenue dans la zone inférieure de la chambre de combustion est utilisée pour chauffer le caloporteur. Le caloporteur peut être un milieu aqueux ou aérien.

1 – chambre active ; 2 – entrée d'eau ; 3 – air secondaire ; 4 – conduit de fumée ; 5 – tubulure de sortie ; 6 – registre papillon ; 7 – sortie d'eau ; 8, 9 – capteurs ; 10 – thermostat ; 11 – porte de la chambre passive ; 12 – air primaire ; 13 – chambre passive ; 14 – pompe à air ; 15 – circuit de l'échangeur thermique ; 16 – buse ; 17 – porte de la chambre active

Si l'on regarde toutes les constructions existantes de chaudières domestiques fonctionnant au combustible solide, la principale alternative à la chaudière à pyrolyse est la structure de conception traditionnelle.

Il s'agit d'un type similaire de chaudière à bois, avec un seul foyer non divisé et un principe d'alimentation en air par le bas dans la chambre de combustion. Mais un tel système est considéré comme moins efficace et peu économique en raison de la combustion rapide du combustible.

La chaudière à pyrolyse est capable d'atteindre un rendement de 85 à 95 % à pleine charge (100 %). Cependant, le rendement chute brusquement si la charge est inférieure à 50 %. C'est pourquoi les fabricants de matériel de pyrolyse recommandent aux utilisateurs d'exploiter l'équipement à charge maximale.

Une approche similaire s'applique également aux constructions artisanales, à condition qu'elles soient pleinement conformes au schéma classique de pyrolyse et aux exigences d'exploitation.

Pour la « pyrolyse », les exigences d'exploitation sont, il faut le noter, assez strictes :

• équipement obligatoire avec une pompe à air ;
• humidité admissible du combustible ne dépassant pas 25-35 % ;
• charge de l'équipement non inférieure à 50 % ;
• température du caloporteur de retour non inférieure à 60 °C ;
• chargement uniquement avec des morceaux de combustible de grande taille.

Il convient également de noter le coût élevé des systèmes de pyrolyse de fabrication industrielle. C'est probablement pour cette raison que l'option “faites-le vous-même” jouit d'une grande popularité.

Chaudière de pyrolyse maison

En règle générale, lors de la fabrication de ce type d'équipement de chauffage fait maison, on prend comme base le schéma populaire de Béliaïev. On ne peut pas dire qu'il s'agisse d'une solution simple qui permette de fabriquer un chauffage sans difficulté. Mais c'est sans doute l'une des solutions qui peut réellement être réalisée.

Schéma tridimensionnel d'une chaudière de pyrolyse à fabriquer soi-même. C'est l'une des variantes de schéma simples que l'on peut réaliser soi-même dans des conditions domestiques.

Pour fabriquer l'équipement selon ce schéma, vous aurez besoin de :

• tuyau métallique (d = 32 ; 57 ; 159 mm) ;
• tube profilé (s = 60x30 ; 80x40 ; 20x20 mm) ;
• bande d'acier (20x4 ; 30x4 ; 80x5 mm) ;
• brique réfractaire ;
• tôle métallique ;
• pompe à air ;
• capteur de température.

Il est également nécessaire de disposer d'un ensemble complet d'outils de serrurier, plus d'un poste à souder (et de compétences de soudeur, par conséquent). Il est clair que le travail de fabrication d'une chaudière de pyrolyse ne peut pas être réalisé seul. Au minimum, un assistant est nécessaire.

En premier lieu, conformément au schéma choisi, il faut préparer les pièces en tôle de la structure. Il est recommandé de préparer les panneaux en tôle en les découpant aux dimensions à l'aide d'un équipement professionnel de précision.

L'utilisation d'un outil manuel type «meuleuse d'angle» pour la découpe nécessite également certaines compétences et le respect des règles de sécurité lors du travail, mais ne garantit pas la précision de coupe, ce qui affecte par la suite la qualité de la soudure. Ce point doit être pris en compte. Une solution raisonnable pour la découpe de tôles métalliques est de commander dans un atelier mécanique.

Assemblage des parties internes de l'équipement

À partir d'une partie des tôles métalliques, vous devez réaliser la chambre de combustion. Pour cela, le matériau, aux dimensions conformes aux paramètres du schéma, est assemblé et soudé. Vous devez obtenir une structure à deux chambres, qu'il convient de compléter par des conduits d'air.

Ces éléments de la chambre de combustion sont fabriqués en profilé métallique en U ou bien on utilise un tube profilé pour leur fabrication. Des trous sont percés sur toute la surface de la face avant du conduit d'air.

Canaux d'air à l'intérieur de la chambre de combustion. L'air est acheminé par ces canaux à l'aide d'une pompe à air. Des trous sont percés sur toute la longueur du canal pour une répartition uniforme du flux d'air.

Plus bas, dans la zone de la chambre de combustion active, sur la paroi située en travers des conduits d'air, on insère un tuyau métallique (arrivée d'air secondaire). Ensuite, on commence à travailler avec les tuyaux, car vient le tour de l'assemblage de l'échangeur de chaleur tubulaire.

Cette partie du système de pyrolyse est fabriquée à partir de tuyaux métalliques d=57 mm :

1. On prend deux tôles métalliques aux dimensions du plan et on fait le marquage.
2. En fonction du marquage pour l'emplacement des tuyaux, on découpe des trous de d=60 mm dans la tôle.
3. On coupe les tuyaux de d=57 mm à la longueur requise.
4. On insère les extrémités des tuyaux dans les trous d'une tôle et on les soude.
5. On répète l'opération avec l'autre tôle.

Vous devez obtenir un échangeur de chaleur prêt, qui est fixé au corps de la chaudière à l'endroit indiqué par le schéma.

Exemple de fabrication d'un échangeur de chaleur à partir de deux tôles d'acier et de tubes coupés sur mesure. Ici, une soudure de qualité est nécessaire pour éviter des problèmes lors de l'utilisation ultérieure de la chaudière.

À côté de l'échangeur de chaleur (au niveau supérieur) est installé un registre d'étranglement. Cette pièce est équipée d'une poignée et est également soudée à la structure. La partie d'extrémité du corps du registre est fermée par un morceau de tôle avec un raccord pour le conduit de fumée.

Il ne reste plus qu'à souder le panneau avant de la chambre de combustion avec les ouvertures pour les portes de chacune des deux sections et le module pour la pompe à air.

Échangeur de chaleur installé et partie de la structure du registre d'étranglement. Variante du mécanisme de réglage sous forme de levier manuel permettant de verrouiller le registre dans n'importe quelle position.

Avant de poser le panneau frontal, la partie intérieure des chambres de combustion doit être renforcée avec des briques réfractaires. Ce matériau est coupé sur mesure, une partie en biais. La brique est meulée et ajustée sur place.

Les deux sections de travail de la chambre de combustion de la chaudière sont recouvertes de briques réfractaires. Les zones des registres des tubes d'évacuation (d'amenée) d'air sont soigneusement habillées. Après la pose des briques, le panneau frontal est installé.

Exemple de pose de briques réfractaires à l'intérieur de la chambre de combustion. Le revêtement en briques protège les parois de la chambre de la chaudière à pyrolyse contre une éventuelle brûlure lors d'une utilisation à long terme.

En substance, l'assemblage principal de la chaudière à pyrolyse peut être considéré comme terminé à ce stade. La structure assemblée doit être traitée – enlever les scories de soudure, nettoyer les soudures, égaliser s'il y a de petites irrégularités.

À l'étape suivante – enfermer la structure assemblée dans un boîtier étanche. Cette partie de la structure est également réalisée à partir de tôles métalliques. Cependant, un test d'étanchéité est d'abord nécessaire.

Test et assemblage final de la construction

La structure assemblée doit être testée. Actions obligatoires – vérification de l'étanchéité de la zone de la chaudière où le fluide caloporteur doit circuler. Pour effectuer le test d'étanchéité de l'échangeur de chaleur, des bouchons sont temporairement installés sur les raccords d'alimentation et de retour du fluide caloporteur.

Ensuite, l'échangeur de chaleur est rempli d'eau. Il est préférable d'utiliser de l'eau chaude du réseau de chauffage ou d'eau chaude sanitaire afin de pouvoir vérifier les soudures dans des conditions de dilatation thermique du métal.

La partie avant de la structure presque terminée avec les tuyaux d'arrivée d'air à l'intérieur des chambres de travail. Les fenêtres des sections de la chambre de combustion sont encore sans portes. Cette structure sera recouverte de tôles de carrosserie.

En l'absence de fuites au niveau des soudures de l'échangeur de chaleur, l'eau est vidangée et l'on procède à l'habillage de la structure de la chaudière de pyrolyse avec des panneaux métalliques extérieurs. De plus, à cette étape, les portes des fenêtres des sections de la chambre de combustion sont fabriquées et installées.

Les portes de l'installation de pyrolyse doivent être conçues en tenant compte des conditions de fonctionnement à haute température. C'est pourquoi ces éléments structurels sont généralement fabriqués (ou utilisés déjà prêts) en fonte avec un renfort thermique supplémentaire en brique réfractaire.

Exemple de conception de porte d'une des sections de la chambre de combustion d'une chaudière de pyrolyse. Pour renforcer la protection contre les températures élevées du processus de combustion, de la brique réfractaire est utilisée en plus du métal.

L'étape finale – l'installation de la chaudière de pyrolyse à son emplacement futur de fonctionnement. Le montage de la structure s'effectue sur une fondation ou une dalle en béton. Il est recommandé de maintenir la hauteur de la fondation (dalle) par rapport au niveau du sol d'au moins 100 mm.

Après l'installation et la mise à niveau, la partie inférieure de la chaudière est fixée à la fondation. Il ne restera plus qu'à raccorder le conduit de fumée, installer la pompe à air et connecter les conduites d'alimentation et de sortie du fluide caloporteur.

Chaudière à pyrolyse complètement enfermée dans un boîtier métallique et prête à être installée sur le lieu de travail. Des crochets d'angle sont soudés sur le boîtier comme éléments de fixation de support.

La fabrication artisanale d'une chaudière de pyrolyse est un travail qui demande un investissement considérable en efforts. Bien sûr, il y a aussi des frais généraux en termes de moyens financiers.

Il est possible que les coûts d'achat des matériaux et de recours à des services externes soient inférieurs au prix d'un équipement fabriqué industriellement. Cependant, la différence ne sera probablement pas très significative. Mais la question principale n'est pas l'argent.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

À propos de la fabrication artisanale d'une chaudière de pyrolyse :

Techniquement, la production artisanale de chaudières de pyrolyse sans disposer de l'infrastructure appropriée est un processus extrêmement complexe. Des compétences professionnelles dans le travail du métal, une compréhension claire des schémas d'ingénierie et des subtilités technologiques de la fabrication d'équipements de chaudière sont également nécessaires. Sans tout cela, il ne vaut même pas la peine de se lancer dans le travail.

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