Archiwa kategorii: Badania i rozwój

Dziadopalnik czyli automatyzacja starego Camino

Czy da się zbudować palnik retortowy prostszy, mniejszy i tańszy niż rynkowy standard? Z podajnika do paszy i silnika od wycieraczek? I zamontować to w kotle, gdzie żaden palnik nie pasuje? Tak, da się. Zbudowałem i używam już trzeci sezon. Po niezliczonej ilości błędów i porażek, albo inaczej mówiąc: zebraniu bezcennego doświadczenia.

Dlaczego nie nowy kocioł?

Gdybym chciał po prostu mieć sprawę z głowy, wstawiłbym nowy kocioł. Zrobiłem tak a nie inaczej:

  • dla nauki – chodziło przede wszystkim o doświadczenie.
  • dla taniości – bo jeśli pominę czas włożony w dłubanie to koszty działającego efektu końcowego są nikłe w porównaniu z wymianą kotła.
  • dla wygody – co automat, to automat. Obsługa kotłowni z codziennej stała się cotygodniowa.

Nieco sprawę komplikował też fakt, że we Wrocławiu od 2024 roku ma być zakaz węgla i przymus gazu (drewno/pellet tylko tam, gdzie gazu ani sieci ciepłowniczej nie ma). Zatem wymiana kotła na taki czy inny, który za kilka lat znów trzeba by wyrzucić, miała niewielki sens.

Palnik w Camino to problem

Instalacja palnika węglowego w Camino graniczy z cudem.

  • jest to kocioł żeliwny, więc nie można wyciąć otworu w bocznej ścianie pod montaż palnika,
  • przez frontowe drzwiczki nie zmieści się żaden palnik: ani retortowy, ani rynnowy, ani rurowy, bo otwór rusztu pionowego ma tylko 12cm wysokości
  • gdyby nawet cokolwiek się mieściło, instalacja czegokolwiek w drzwiczkach szalenie utrudni obsługę kotła, choćby wybieranie popiołu, już nie mówiąc, że gdzieś się musi podziać zasobnik paliwa

Jedyne, co można zmieścić w Camino, to palnik na pellet. Kocioł na pellet to zresztą jest najnowsze wcielenie Camino. Tylko ta cena powala.

Są tacy, co Camino modyfikują inwazyjnie. Na forum.info-ogrzewanie.pl można znaleźć relację z zabudowy palnika rynnowego w Camino dokonanej poprzez "poszerzenie uśmiechu" dolnych drzwiczek.

Autor powiększył otwór dolnych drzwiczek i umieścił tam palnik rynnowy. Następnie zablokował dopływ wody do pociętego przedniego członu (pospawanie pociętego żeliwa przy zachowaniu szczelności byłoby chyba niewykonalne) i zmontował całość po staremu. Aby palnik się zmieścił, musiał też wyciąć oryginalny ruszt wodny.

Śmiałe. Świeże. Działa(ło przynajmniej czas jakiś). Ale to rozwiązanie ma szereg wad: głównie kiepski dostęp do wnętrza kotła i niewygodną lokalizację zasobnika paliwa.

Nie chciałem pelletu, głównie ze względu na cenę. Nie chciałem tym bardziej ciąć kotła. Poszedłem w kierunku budowy palnika węglowego, który się do tego kotła zmieści.

Pierwsze udane podejście

Prób było kilka, początkowo naiwnych, ale dzięki nim dowiedziałem się, co na pewno nie zadziała. Skupię się na palniku, który jako pierwszy przepracował bez nienaprawialnych problemów większą część jednego sezonu grzewczego. A potem drugiego. A teraz właśnie kończy trzeci swój sezon.

Całokształt 2018/2019

Palenisko powstało na wzór palnika Batory 10kW, na podstawie dostępnych w internecie zdjęć i informacji o wymiarach.

Źródło: palnikbatory.pl

Zostało ulepione tak, jak mi warsztat pozwalał: z płaskownika stalowego grubości 5mm, w procesie przypominającym amatorskie kowalstwo artystyczne.

Początki klejenia paleniska.

Przymiarki paleniska w kotle.

Palenisko zmontowane z podajnikiem.

Pierwsze uruchomienie

Jednak przyda się deflektor.

Jedziemy.

  • W ferworze rzeźbienia paleniska zapomniałem, że musi się ono jakoś zmieścić do kotła. Fartem okazało się, że prawie się mieści. Trzeba było tylko nieco przypiłować ranty. W każdym razie jest to maksimum co można w tym kotle zmieścić.
  • Sposób montażu paleniska do podajnika jest zupełnie inny niż standard: jest przykręcone trzema śrubami, uszczelnione sznurem szklanym. Potrzebowałem rozwiązania pewnego i łatwo demontowalnego – i w zupełności się sprawdziło.
  • Palenisko jest maksymalnie cofnięte ku tyłowi kotła aby ściany kotła łapały cokolwiek ciepła (wylot spalin z paleniska w Camino jest z przodu). Wymiennik Camino jaki jest, każdy widzi, ale spaliny zawsze trzymają się w sensownych granicach 200 st.C. Znacznie wyższe potrafiły być przy standardowym paleniu, ponieważ wtedy rozwijana była większa moc. Ciągłe grzanie natomiast pozwala palić z mniejszą mocą.
  • Paliwo dostaje się na palnik rurą o średnicy 72mm. Taki wymiar podyktowany jest dostępnymi średnicami ślimaków (spiral) oraz dostępnym miejscem (wejście przez ruszt pionowy ma ~12cm wysokości a trzeba jeszcze gdzieś zmieścić kanał powietrzny). Podobne średnice rury podajnika stosuje się w najmniejszych komercyjnych palnikach.

Wygaszenie i demontaż na wiosnę 2018.

Zaraz pod palnikiem znajduje się ruszt. Wybieranie popiołu nie jest tak łatwe jak w "sklepowych" kotłach podajnikowych, ale też nie jest dramatem. Najpierw trzeba pogrzebaczem przegarnąć popiół przez ruszt oraz wolną połowę otworu rusztu pionowego, a następnie wybrać go z popielnika. Zapełnienie całego kotła popiołem trwa min. tydzień.

Niekonwencjonalny podajnik

Zaatakowałem dogmatyczną konstrukcję podajnika w palniku retortowym. Z jednej strony musiałem: bo oryginalne sprzęty były za duże i/lub bardzo drogie. Z drugiej strony chciałem: nieco zmienić filozofię pracy podajnika, w efekcie czego może on być prostszy i tańszy.

Ślimak bez trzpienia

Kto widział ślimak podajnika kotła na ekogroszek ten wie, jaki to jest solidny kawał żelastwa. Bo taki być musi w takich warunkach pracy, jakie ma (o tym później).

Ślimak do kotła 25kW. Średnica 85mm, trzpień 25mm, długość 83cm. Fot. domer.pl

A ja zrobiłem ślimak ze... spirali do paszy dla drobiu. Jest bardzo podobna jak spirala stosowana w podajnikach do pelletu, ale – co ciekawe – znacznie tańsza 🙂 Dwa odcinki spirali zespawane podwójnie świetnie spełniają swoją rolę.

Podobno ktoś gdzieś kiedyś już próbował zrobić ślimak bez trzpienia. I sromotnie poległ. To elementarne. Żeby taki ślimak miał szanse sukcesu, trzeba zmienić filozofię budowy całego podajnika.

Silnik podajnika

Napęd podajnika został poskładany z silnika od wycieraczek – ale nie z Żuka, lecz z ciężarowego MAN-a. To silnik na 24V. Możliwe, że i taki od Golfa dałby radę, ale gdy swego czasu takowy testowałem, to upadł mi na podłogę i złamał się na pół. Dlatego póki co pozostałem przy ciężarowych. Różnica w cenie nie jest wielka a różnica w solidności – zauważalna.

Silnik współpracuje z przekładnią jak na obrazku poniżej. Było ich kilka wersji o różnych parametrach. Po kolejnych ulepszeniach całości podajnika szybko okazywało się, że w zasadzie nie potrzeba aż takich przełożeń i dałoby radę coś o połowę mniejszego. Ale trudno nieustannie optymalizować sprzęt, który musi pracować i grzać chałupę non stop. Poprzestaje się na tym, co działa.

Przekładnia

Przekładania ta różni się od stosowanych normalnie w takich sprzętach. Jest znacznie mniejsza i tańsza. Może być taka, bo opory pracy tego podajnika zostały mocno zmniejszone (w końcu do tego dojdę).

Nie ma tutaj klasycznego zabezpieczenia przed przeciążeniem podajnika – zawleczki. Jest słaby punkt: płetwa łącząca wałek od przekładni ze spiralą podajnika. Jest z miękkiej stali, przyspawana aby-aby. Mam nadzieję, że w razie "w" pękła by szybciej niż przekładnia 😉 Nie przykładałem do tego dużej wagi. Przez trzy sezony grzewcze żadnych atrakcji nie odnotowałem. Co prawda na zdjęciu poniżej widać, że jest trochę spracowana, ale nigdy żadnych sytuacji z blokadą tej części podajnika nie było, ponieważ warunki pracy są tu mocno inne niż w klasycznych podajnikach.

Płetwa łącząca wałek od przekładni ze spiralą podajnika.

Osobny zasobnik

Dochodzimy wreszcie do sedna. Czas całościowo spojrzeć na filozofię podawania paliwa do dziadopalnika, która to filozofia pozwoliła użyć prostszych i tańszych części.

Oryginalnym rozwiązaniem jest układ podawania węgla z osobnego zbiornika – a nie jednym ślimakiem z zasobnika posadowionego wprost na rurze podajnika. Jest to układ typowo spotykany w kotłach z palnikiem pelletowym.

Poglądowy schemat układu podawania paliwa.

Jeżeli ktoś przyjrzy się budowie kotłów na ekogroszek i pellet, to zauważy istotne różnice w konstrukcji podajników:

  • silnik podajnika w kotle na pellet jest malutki, niczym silnik wycieraczek w Polonezie; z kolei silnik podajnika w kotle na ekogroszek bywa wielgachny prawie jak silnik od pralki a do niego dołożona jest solidna przekładnia.
    Po części wynika to z różnej charakterystyki tych paliw. Pellet jest dużo drobniejszy i miękki. Węgiel - gruboziarnisty i potencjalnie bardzo twardy. Podajnik węglowy musi być zdolny pokonać znacznie większe opory. Część z nich nie jest winą węgla jako takiego, lecz konstrukcji podajnika, bezpośrednio zamontowanego pod zasobnikiem paliwa.
  • zasobnik węgla prawie zawsze znajduje się wprost na rurze podajnika; zasobnik pelletu prawie zawsze stoi obok kotła a paliwo sypie się do palnika przez rurę z tworzywa sztucznego.
    Tu też nie ma przypadku. Pellet jest paliwem znacznie łatwiej palnym niż węgiel. Osobny zasobnik i odcinek rury nieodpornej na ogień stanowią formę zabezpieczenia przeciwpożarowego.

Klasyczny wzór podajnika paliwa w kotle węglowym jest prosty i oczywisty, ale jego konsekwencją jest konieczność pokonywania bardzo dużych oporów podawania. Dlatego ślimak, przekładnia i silnik muszą być fest solidne – czyli drogie.

Największe opory trzeba pokonać w momencie "wprasowywania" węgla z zasobnika do kanału podajnika. W tym momencie węgiel jest po części kruszony. Pół biedy gdy jest to węgiel, sam w sobie stosunkowo kruchy. Jednak podajnik musi być w stanie pokonać także różnego rodzaju kamienie, jakie potencjalnie w węglu mogą się znajdować.

Czy coś można z tym zrobić? Tak – węgiel na wsypie do ślimaka musi być dozowany: tak, aby ślimak nie był nim przepełniony. Wtedy zamiast być na siłę wciskany do kanału podajnika, po prostu wjeżdża do niego bezproblemowo, praktycznie bez kruszenia.

Wsyp paliwa do podajnika prowadzącego do palnika. Po prawej wystające białawe coś to pojemnościowy czujnik zbliżeniowy, który dba, aby poziom węgla nie przekroczył wysokości ślimaka.

Dwa sezony użytkowania takiego rozwiązania potwierdzają, że to świetnie działa. Zastosowany pojemnościowy czujnik zbliżeniowy jest niezawodny jeśli go właściwie umieścić (a początkowo miałem pewne obawy: czy węgiel go nie uszkodzi albo czy nie zarośnie pyłem i nie przestanie działać).

Taka organizacja układu podawania paliwa ma jeszcze tę zaletę, że jest cicho. Żadne hałasy nie niosą się po rurach. Owszem, pierwszy podajnik wyciągający paliwo z zasobnika niekiedy chrupie, ale jest oddzielony od kotła, więc słychać to tylko w kotłowni. Nad tym też jeszcze da się popracować.

Inny ciekawy podajnik

Przy okazji: inne interesujące rozwiązanie problemu możliwie niezawodnego podawania węgla. Poniżej film z amerykańskim kotłem na antracyt, gdzie zastosowano oryginalny podajnik węgla: obrotową rurę, w środku której na stałe wspawana jest spirala. Działanie tego podajnika jest nieintuicyjne: spirala kręcąca się razem z rurą zagarnia węgiel w górę rury, ale jednocześnie jego nadmiar ma możliwość spadać w dół środkiem spirali, na niższe zwoje.

Ilość paliwa w rurze jest ograniczona i sama się reguluje – nadmiar osypuje się środkiem. Opory podawania są niewielkie a podajnik jest niezawodny, bo w przeciwieństwie do klasycznych ślimaków, nie ma tu możliwości zakleszczenia.

Jest to konstrukcja z 1948 roku. Wymyślono ją po to, aby konkurować ze zdobywającym wtedy rynek ogrzewaniem olejowym, które wprawdzie było droższe, ale wygodniejsze od węgla.

Koszty części

Wygląda na to, że koszty materiałowo-sprzętowe budowy dziadopalnika nie przekroczyły 1000zł.

Orientacyjne koszty różnych części:

  • ślimak – spirala do paszy, ok. 40zł/mb
  • silnik wycieraczek z ciężarówki: ok. 100zł
  • przekładnia – 120-200zł
  • pojemnościowy czujnik zbliżeniowy – ok. 80zł
  • elektronika na sterownik – liczmy 200zł
  • wentylator – 60zł
  • zasilacz do LED 230V/24V 250W – 80zł

Mechanizm podajnika w wersji na sezon 2019/20. Powstał naprędce na jesieni, po tym jak pewna innowacja nie wypaliła. W wychodzącej z zasobnika rurze o średnicy 60mm znajduje się spirala o średnicy 37mm. To zmiana w stosunku do roku wcześniejszego gdy spirala pierwszego podajnika była taka sama jak drugiego (71mm) ale rura podajnika była kwadratowa. Obecne rozwiązanie jest nieco lepsze, ale nadal chrupie na większych kawałkach.

Większa przekładnia na zdjęciu powyżej pochodzi z 2017 roku. Wielkość mechaniczna 040, przełożenie 30 (ok. 200zł). Jest stanowczo za wielka. W zupełności wystarcza przekładnia mniejsza, o wielkości mechanicznej 025 i podobnym przełożeniu (ok. 120zł).

Sterowanie

Sterownik jest niemożliwie prosty: Arduino, parę przekaźników, moduł PWM do regulacji obrotów wentylatora.

Algorytm sterowania jest brutalnie naiwny. Kilka poziomów mocy (czyli parametry: nadmuch i podawanie) przełączanych zależnie od temperatur w domu. Nie chciało mi się wymyślać tutaj nie wiadomo czego, bo i po co, skoro wszystko działa? Na pewno nie optymalnie, ale dla mnie OK.

Nadmuch

Wentylator widać na zdjęciu poniżej: to niewielka dmuchawa, podobno z demobilu z wojskowego sprzętu komputerowego. Może wyglądać niepoważnie – a jednak w zupełności wystarcza. I dużo łatwiej tym sterować niż dmuchawami stricte kotłowymi.

Stan po dwóch sezonach

Tak wyglądał stan poszczególnych części na wiosnę 2019, zaraz po demontażu z kotłowni. W tej chwili sprzęt pracuje trzeci sezon.

Komplet w częściach

Wyjście z podajnika tuż pod paleniskiem.

Palenisko po dwóch sezonach użytkowania. Przybrudzone, ale stal nadal zdrowa. W tej chwili to samo palenisko pracuje już trzeci sezon.

Stan ślimaka po dwóch sezonach. Widoczne wżery korozji nabył głównie w pierwszym sezonie, gdy nie było jeszcze zamontowane dosuszanie paliwa w zasobniku.

Koszty ogrzewania

Zużycie opału przez palnik jest porównywalne do palenia ręcznego. Przy tym średnie roczne temperatury w domu wzrosły o 0,6-0,8 stopnia, ponieważ palnik pracuje non-stop i czasem w bardzo ciepłe dni nawet "najniższy bieg" to nieco za dużo.

Palnik karmiony był głównie następującymi ekogroszkami:

  • Sztygarem 26-28MJ z zielonego Obi
  • CARBON 24 MJ / CARBON R 26 MJ z niebieskiego Obi
  • marką własną zielonego Obi, 27MJ

Wszystkie były w cenie bliżej 800zł niż 1000zł, a więc podobnie do używanego przy ręcznym paleniu węgla orzecha.

Pierwszy i ostatni ekogroszek były pełne kamieni. Ale problemu z tym nie mam, podajnik nie narzeka a ilość popiołu się zgadza.

Popiół z sezonu 2019/2020. Szeroki wybór wapieni i jakichś dziwnych spęczniałych kulek przypominających keramzyt.

Efekt czyszczenia komina po sezonie 208/2019. Przy ręcznym paleniu byłoby wiaderko sadzy. Teraz jest 2/3 wiaderka sadzy, reszta to popiół z dna komina.

Czy warto było?

Dziadopalnik pracuje lepiej niż się spodziewałem. Niewielkim kosztem pieniężnym (oczywiście przy znacznym nakładzie pracy własnej, z której jednak wyniosłem doświadczenie) zmajstrowałem sprzęt, który grzeje dom w standardzie porównywalnym do fabrycznych kotłów podajnikowych. Takie w każdym razie mam odczucie skoro jedyne, co robię w kotłowni przez większość sezonu, to sypanie węgla, wybieranie popiołu i czyszczenie kotła.

Oczywiście standard wykonania żadną miarą nie jest porównywalny do wyrobów sklepowych. Oczywiście zdarzało się, że coś się zepsuło i wygasło w nocy. Taka natura eksperymentów.

Nikogo nie zachęcam do naśladownictwa i nie daję żadnej gwarancji, że te moje pomysły są bezpieczne i rozsądne.