Chaudières de pyrolyse pour le chauffage : principe de fonctionnement et types de chaudières à combustion longue

Les années passent, la science et la technologie avancent, mais les combustibles solides restent toujours demandés. Brûler du bois dans un poêle traditionnel ou dans un poêle de type « bourjouïka » n'est pas très efficace, mais la situation a changé avec les chaudières de pyrolyse – ces appareils se caractérisent par un rendement élevé et une utilisation relativement simple.

Avouez que ce sont des arguments assez significatifs pour l'installation d'un chauffage autonome. Si vous cherchez une chaudière efficace pour votre maison, il vaut la peine de regarder de plus près les chaudières de pyrolyse.

Nous allons vous expliquer comment sont conçues et fonctionnent les chaudières à combustion longue, quelles sont leurs caractéristiques techniques et opérationnelles, et nous vous présenterons un aperçu des modèles les mieux notés des fabricants nationaux et étrangers.

Qu'est-ce que la pyrolyse

Le bois – c'est probablement le tout premier combustible de l'histoire humaine. Presque tout le monde sait à quel point il brûle rapidement à l'air libre et que la chaleur dégagée n'est pas très importante. Mais la situation change radicalement si l'on crée des conditions différentes pour le processus de combustion.

La combustion dite par pyrolyse se produit dans des chambres fermées. On y charge du bois ou un autre combustible solide de ce type : granulés, sciure, déchets de production de bois, etc.

On enflamme le combustible, puis on réduit la quantité d'air entrant dans la chambre.

Comme on le sait, lors de la combustion, des processus d'oxydation se produisent, dont l'un des principaux participants est l'oxygène contenu dans l'air. Si l'oxygène est insuffisant, la réaction ralentit et le bois brûle lentement, en fait, dans ces conditions, il se consume simplement. Cela dégage une certaine quantité d'énergie thermique, des cendres et du gaz combustible.

Le processus de pyrolyse ne s'arrête pas là. Le gaz obtenu lors de la combustion du combustible primaire se mélange aux masses d'air et brûle également. Au final, il libère beaucoup plus d'énergie thermique que les générateurs de chaleur standards.

C'est pourquoi les chaudières de pyrolyse affichent un très bon rendement par rapport à leurs homologues purement à combustible solide, et offrent également souvent la possibilité de réaliser des économies notables sur le chauffage.

L'avantage des appareils de chauffage de ce type réside dans le fait que leur principe de fonctionnement et leur construction sont relativement simples. La quantité d'air entrant dans les chambres de combustion est régulée par un clapet mécanique ordinaire. Une conception simple assure la fiabilité de l'appareil ; les pannes sont rares pour les chaudières à pyrolyse.

Ce schéma illustre clairement toutes les étapes du processus de combustion par pyrolyse. La température à l'intérieur de l'appareil peut atteindre 1200°C (+)

Un autre « plus » des chaudières à pyrolyse est la longue durée de combustion. Un chargement complet de l'appareil en combustible permet de ne pas intervenir dans le processus pendant plusieurs heures, parfois même plus d'une journée, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter constamment du bois dans le foyer comme c'est le cas avec une combustion ouverte.

Bien sûr, cela ne signifie pas que la chaudière à pyrolyse peut être laissée sans surveillance. Comme pour les autres appareils de chauffage, des règles de sécurité strictes s'appliquent.

Il faut garder à l'esprit que la chaudière à pyrolyse n'est pas omnivore : l'humidité du combustible doit être faible. Sinon, une partie de la précieuse énergie thermique sera utilisée non pas pour chauffer le fluide caloporteur, mais pour sécher le combustible.

Les chaudières à combustion par pyrolyse, notamment celles en fonte, ont un poids physique important, c'est pourquoi elles sont toujours présentées uniquement en modèles au sol.

Lors de la mise en œuvre de la combustion par pyrolyse, le combustible brûle presque entièrement, vous devrez nettoyer l'appareil beaucoup moins souvent qu'avec une chaudière à combustible solide traditionnelle. Les cendres fines obtenues après le nettoyage sont utilisées comme engrais. La combustion du combustible dans ces chaudières s'effectue de haut en bas.

Par conséquent, les possibilités de circulation naturelle de l'air dans le foyer sont nettement limitées. L'utilisation d'une injection d'air forcée à l'aide d'un ventilateur améliore considérablement l'efficacité de l'appareil, mais rend la chaudière dépendante de l'énergie, car le ventilateur nécessite de l'électricité pour fonctionner.

Conception et fonctionnement d'une chaudière de pyrolyse

Le foyer de la chaudière à pyrolyse est divisé en deux compartiments. Dans le premier, le bois brûle, et dans le second, la combustion secondaire du mélange de gaz de pyrolyse et d'air a lieu. La grille, sur laquelle on place le combustible, sépare la première chambre de la seconde.

L'air est généralement injecté de manière forcée à l'aide d'un petit ventilateur. Cependant, dans les petits modèles, on utilise parfois un extracteur de fumée pour créer un tirage.

Ce schéma présente la structure d'une chaudière à pyrolyse à combustion inférieure. Le bois brûle lentement avec une faible quantité d'oxygène et dégage un gaz combustible (+)

La présence d'une ventilation forcée peut être considérée comme la principale différence entre une chaudière à pyrolyse et un modèle classique à combustible solide. Le corps de l'appareil est constitué de deux parties emboîtées l'une dans l'autre. L'espace entre les parois est rempli d'un fluide caloporteur, dont le rôle est traditionnellement joué par l'eau.

Tout d'abord, on charge le combustible dans le premier compartiment du foyer de la chaudière à pyrolyse, puis on allume le ventilateur et on enflamme le combustible. Les gaz combustibles ainsi produits se déplacent vers le deuxième compartiment, se mélangent à l'air et brûlent.

La température de combustion peut atteindre 1200°C. L'eau contenue dans l'échangeur de chaleur externe se réchauffe et circule dans le système de chauffage de la maison. Les résidus de combustion sont évacués par la cheminée.

On peut reprocher aux appareils utilisant le principe de combustion par pyrolyse leur prix relativement élevé. Une chaudière à combustible solide ordinaire coûte beaucoup moins cher. Mais dans les chaudières à combustion longue, le bois brûle presque complètement, ce qui n'est pas le cas des chaudières classiques.

Le bois destiné à une chaudière à pyrolyse est soumis à certaines exigences de taille et d'humidité. Vous trouverez des informations détaillées dans les instructions du fabricant.

Lors du choix d'une chaudière de pyrolyse, il faut garder à l'esprit que les modèles peu coûteux de faible puissance sont généralement conçus uniquement pour le bois. Les versions plus chères peuvent fonctionner avec différents types de combustible.

De plus, vous devrez charger le combustible dans l'appareil au maximum ; la réduction de la charge entraîne une formation accrue de cendres et de suie, et affecte également négativement le fonctionnement de l'ensemble de l'unité.

Chaudières à combustion par le haut

L'une des variantes du dispositif de pyrolyse – la chaudière à combustion supérieure. Le principe de fonctionnement de ces deux appareils est très similaire.

De même, on charge une grande quantité de combustible solide à faible humidité dans le foyer, l'air est insufflé forcément et on assure la combustion lente du combustible avec une quantité réduite d'oxygène. Le registre qui régule le flux d'oxygène est réglé dans la position souhaitée.

Schéma du dispositif de la chaudière à combustion supérieure. Le foyer d'une telle chaudière a un fond aveugle ; les particules des produits de combustion sont évacuées par la cheminée (+)

Mais les chaudières à combustion longue n'ont ni cendrier ni grille. Le fond est une plaque métallique pleine. Ces chaudières sont conçues pour que le bois brûle complètement et que la petite quantité de cendres restant dans le foyer soit soufflée par l'air.

Ces dispositifs se caractérisent par un rendement élevé et fonctionnent également à des températures supérieures à 1000°C.

La principale caractéristique de ces dispositifs – ils assurent vraiment une longue durée de fonctionnement à pleine charge. La chambre à combustible de ces dispositifs est généralement réalisée sous forme de cylindre.

On charge le combustible par le haut, et par le haut, au centre, on insuffle l'air nécessaire à la combustion.

Dans les chaudières à combustion supérieure, le dispositif d'insufflation d'air est un élément mobile qui descend à mesure que le bois brûle.

Ainsi, la combustion lente de la couche supérieure de combustible est réalisée. Le combustible brûle progressivement, son niveau dans le foyer diminue. En même temps, la position du dispositif d'alimentation en air dans le foyer change ; cet élément dans ces modèles est mobile et repose pratiquement sur la couche supérieure de bois.

La deuxième étape de la combustion a lieu dans la partie supérieure du foyer, qui est séparée du compartiment inférieur par un épais disque métallique. Les gaz chauds de pyrolyse formés par la combustion du combustible en bas se dilatent et se déplacent vers le haut.

Ici, ils se mélangent à l'air et brûlent, transférant en plus une portion substantielle d'énergie thermique à l'échangeur de chaleur.

La poutre qui maintient le disque divisant la chambre de combustion en deux parties, ainsi que le disque lui-même, sont constamment soumis à une température élevée pendant le fonctionnement de la chaudière à combustion supérieure. Avec le temps, ces éléments brûlent et devront être remplacés périodiquement.

À la sortie de la deuxième partie de la chambre de combustion, un régulateur de tirage est généralement installé. Il s'agit d'un appareil automatique qui détermine la température du caloporteur et, en fonction des données obtenues, régule l'intensité du mouvement du gaz combustible. Il protège l'appareil contre une éventuelle surchauffe.

Il convient de noter que l'échangeur de chaleur externe de ces chaudières réagit aux changements de vitesse de circulation du fluide dans l'échangeur, c'est-à-dire aux fluctuations de température. Une couche de condensat se forme immédiatement à la surface de l'appareil, ce qui provoque de la corrosion, surtout dans le cas des chaudières en acier.

Il est préférable de choisir un appareil en fonte, qui résiste beaucoup mieux à ce type de contrainte.

Bien que le combustible dans les chaudières à pyrolyse à combustion longue doive brûler sans résidu, ce n'est pas toujours le cas dans la pratique. Parfois, les cendres se frittent, formant des particules difficiles à éliminer avec un flux d'air.

Si une grande quantité de ces résidus s'accumule dans le foyer, on peut observer une diminution notable du rendement thermique de l'appareil. Par conséquent, il convient de nettoyer périodiquement la chaudière à combustion supérieure.

La particularité des appareils de ce type est que, au fur et à mesure que le combustible brûle, on peut en rajouter sans attendre la combustion complète de la charge. Ceci est pratique lorsqu'il faut se débarrasser des déchets ménagers combustibles.

Il existe également des variétés de chaudières à combustion supérieure qui fonctionnent non seulement avec du bois, mais aussi avec du charbon. Les unités de commande automatique complexes sont absentes dans les chaudières à pyrolyse de ce type, c'est pourquoi les pannes graves sont extrêmement rares.

La conception de la chaudière à combustion supérieure permet de ne charger le foyer que partiellement, si nécessaire. Cependant, dans ce cas, l'allumage de la couche supérieure de combustible peut ne pas être simple. Le combustible lui-même doit être sec ; le bois provenant d'un bûcher ouvert ne convient pas pour une telle chaudière.

Le combustible de grosses fractions ne doit pas non plus être utilisé pour ce type d'équipement, c'est-à-dire que le bois devra obligatoirement être fendu en petits morceaux.

Caractéristiques d'utilisation des chaudières gazogènes

L'efficacité d'une chaudière à pyrolyse dépend en grande partie du type et de la qualité du combustible. Techniquement, on peut charger dans le foyer non seulement du bois, mais aussi du charbon, et même de la tourbe. La plupart des modèles modernes de chaudières sont conçus pour utiliser plusieurs types de combustible.

Le bois brûle en environ 5 à 6 heures, selon l'essence. Plus le bois est dur, plus il brûle longtemps.

Les modèles modernes de chaudières à combustion par pyrolyse peuvent fonctionner avec différents types de combustibles ligneux : bois de chauffage, briquettes, granulés, charbon, tourbe, etc.

Il faut environ dix heures pour brûler du charbon noir, et la même quantité de charbon brun brûlera lentement pendant huit heures. Dans la pratique, la technique de pyrolyse montre le meilleur rendement thermique lorsqu'elle est chargée avec du bois sec. Le bois de chauffage optimal est considéré comme ayant une humidité ne dépassant pas 20 % et une longueur d'environ 45 à 65 cm.

Si l'on n'a pas accès à ce combustible, on peut utiliser du charbon ou d'autres combustibles organiques : des briquettes de sciure et des granulés de bois spéciaux, des déchets issus du travail du bois, de la tourbe, des matériaux cellulosiques, etc.

Avant de commencer à utiliser la chaudière, vous devez étudier attentivement les recommandations du fabricant concernant le combustible.

Dans les chaudières de pyrolyse, l'arrivée d'air est régulée par des vannes mécaniques ordinaires. L'absence d'électronique complexe garantit une grande fiabilité de l'appareil.

Un combustible trop humide n'est pas admissible dans ces appareils. Lors de sa combustion dans le foyer, des vapeurs d'eau supplémentaires se forment, favorisant l'apparition de sous-produits tels que le goudron et la suie.

Les parois de la chaudière s'encrassent, le transfert de chaleur diminue, et avec le temps, la chaudière peut même cesser de fonctionner et s'éteindre.

Si vous utilisez du bois trop humide dans une chaudière de pyrolyse, des conditions propices à la formation de goudron se créeront à l'intérieur de l'appareil, ce qui réduira le transfert de chaleur et pourrait entraîner des pannes.

Si le foyer est chargé de combustible sec et que la chaudière est correctement réglée, le gaz de pyrolyse produit par l'appareil donnera une flamme de couleur jaune-blanc. Cette combustion s'accompagne d'un dégagement négligeable de sous-produits de combustion.

Si la couleur de la flamme est différente, il est conseillé de vérifier la qualité du combustible ainsi que les réglages de l'appareil.

Les gaz de pyrolyse, mélangés à l'air, brûlent avec une flamme uniforme jaune-blanc. Si la couleur de la flamme change, il peut être nécessaire de vérifier les réglages de la chaudière ou la qualité du combustible.

Contrairement aux appareils à combustible solide classiques, avant de charger le bois dans les chaudières de pyrolyse à combustible solide, le foyer doit être préchauffé.

Pour ce faire, procédez comme suit :

1. Placez au fond du foyer un petit allume-feu sec (papier, copeaux, etc.)
2. Allumez-le à l'aide d'une torche constituée de matériaux similaires.
3. Fermez la porte de la chambre de combustion.
4. Laissez la porte de la chambre de chargement légèrement entrouverte.
5. Ajoutez des portions d'allume-feu à mesure qu'il brûle.
6. Répétez le processus jusqu'à ce qu'une couche de braises incandescentes se forme au fond.

À ce stade, le foyer est déjà chauffé à environ 500-800°C, créant les conditions pour le chargement du combustible principal. N'utilisez pas d'essence, de kérosène ou tout autre liquide similaire pour allumer le feu. Avant de préchauffer le foyer de la chaudière à combustion longue, assurez-vous que l'appareil est prêt à être utilisé.

La particularité des chaudières à pyrolyse – faible quantité de cendres et de suie, ce qui facilite le nettoyage et l’entretien de l’appareil.

Pour cela, on vérifie la présence de tirage, l'étanchéité des portes, le bon fonctionnement des mécanismes de verrouillage et des appareils de réglage, la présence de fluide caloporteur dans le système de chauffage, etc.

Ensuite, on allume le thermostat pour vérifier que l’appareil est sous tension. Après cela, on ouvre le registre de tirage direct et on ventile la chaudière pendant 5 à 10 minutes.

Aperçu des modèles populaires

Il faut comprendre que toute chaudière de pyrolyse – est un appareil assez lourd, qui n'est pas destiné à être suspendu au mur. Ces dispositifs peuvent être utilisés aussi bien pour le chauffage d'une petite maison que pour celui de vastes cottages. Comme les autres appareils de chauffage, les chaudières à combustion longue diffèrent par leur puissance.

Lors du choix d’une chaudière à pyrolyse, il faut tenir compte de paramètres tels que la puissance thermique de l’appareil, les dimensions de la chambre de chargement, la présence d’un deuxième circuit, etc.

C’est généralement sur ce paramètre que les acheteurs se basent.

Parmi les modèles populaires de ce type d’équipement, il faut mentionner :

• Atmos (Ukraine) – propose des appareils pouvant fonctionner aussi bien au bois qu’au charbon, la puissance varie de 14 à 75 kilowatts.
• Attack (Slovaquie) – sont capables de chauffer des surfaces jusqu’à 950 m², certains modèles peuvent continuer à fonctionner même en cas de coupure de courant.
• Bosch (Allemagne) – produits de haute qualité de la marque renommée, la puissance varie de 21 à 38 kilowatts.
• Buderus (Allemagne) est représenté par les gammes Elektromet et Logano, la première est bien connue en Europe comme une version classique de chaudière à pyrolyse, la seconde – des versions plus modernes destinées aux maisons individuelles.
• Gefest (Ukraine) – des appareils de haute puissance avec un rendement jusqu’à 95%.
• KT-2E (Russie) spécialement conçu pour les grands espaces résidentiels, la puissance de l’appareil est de 95 kilowatts.
• Opop (République tchèque) – des chaudières relativement peu coûteuses, fiables et durables, puissance de 25 à 45 kilowatts.
• Stropuva (fabriquée en Lituanie ou en Ukraine) propose des modèles avec une puissance à partir de 7 kilowatts qui conviennent parfaitement pour une petite maison, mais la gamme comprend également des appareils plus puissants.
• Viessmann (Allemagne) – un choix idéal pour les maisons individuelles, la puissance commence à 12 kilowatts, l’utilisation de technologies modernes permet d’économiser du combustible.
• “Bourane” (Ukraine) avec une puissance allant jusqu’à 40 kilowatts est une autre option populaire pour les propriétaires de grands cottages.
• «Logika» (Pologne) des appareils haute puissance de 20 kilowatts chauffent facilement des surfaces allant jusqu'à 2 000 m². Il s'agit plutôt d'une chaudière pour des besoins industriels : chauffage d'ateliers, de bureaux, de serres, etc.

En choisissant une chaudière à pyrolyse pour une maison individuelle, il convient de prêter attention aux modèles à double circuit, afin non seulement de chauffer le logement, mais aussi de lui fournir une alimentation en eau chaude autonome.

L'échangeur de chaleur pour l'eau chaude sanitaire peut être de type accumulateur ou instantané. Pour la dernière option, on utilise des modèles de chaudières à puissance thermique plus élevée.

Si l'on souhaite économiser de l'argent, on peut essayer de fabriquer une chaudière de pyrolyse de ses propres mains. La technologie de son assemblage est décrite dans cet article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Cette vidéo illustre clairement le principe de fonctionnement d'une chaudière à pyrolyse :

Vous pouvez consulter ici un examen détaillé du fonctionnement d'une chaudière à combustion par le haut :

Les chaudières à pyrolyse ne sont pas bon marché, mais elles justifient pleinement l'investissement consenti pour leur achat. Avec une installation et un entretien appropriés, ces appareils fourniront à la maison une chaleur stable et peu coûteuse.

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