Твердое топливо

Что такое пеллеты?

Пеллеты – это гранулы из органического материала, полученные прессованием. Изготавливаются из отходов древесины или сельхозсырья. При прессовании из растительной органики выделяется естественное склеивающее вещество – лингин. Гранулы имеют цилиндрическую форму и размеры от 5 до 50 мм при диаметре от 4 до 10 мм, поэтому идеально подходят для твердотопливных котлов с подавателями.

По сырью различают пеллеты:

• белые – из чистой и сухой древесины, теплота сгорания до 17-20 МДж/кг;
• индустриальные – из горбыля и коры, из-за чего они серого или коричневого цвета;
• агропеллеты из отходов сельского хозяйства и агропрома: шелухи семечек и гречки, ботвы кукурузы, соломы и т. п.;
• торфяные с теплотворной способностью от 14 МДж/кг.

Характеристики пеллет

В виду особенности производства, пеллеты – это очень сухое топливо, с влажностью не более 10%, поэтому они также хороши для пиролизных котлов (до 80% теплообразования при сгорании газов). Однако это накладывает и повышенные требования к хранению – гигроскопичные древесные гранулы легко отсыревают, отчего крошатся, а их свойства как топлива существенно ухудшаются.

Для бытового использования лучше всего белые пеллеты с зольностью 0,5-1%. У индустриальных этот показатель колеблется от 0,7% до 3-4%, ещё больше золы от агропеллет – до 8%, и самые зольные торфяные со значением до 20%. Кроме того, пеллеты из шелухи содержат масла, которые преобразовываются в креозот и оседают в дымоходе, а в соломе содержится хлор, разъедающий металл.

Отгрузка и хранение пеллет

Потребительская упаковка – полиэтиленовые мешки до 20 кг, удобные для засыпки в бункер подавателя. Для промышленных котлов пеллеты отгружаются в биг-бэгах – специальных прямоугольных мешках вместимостью 500-1200 кг с петлями для переноски манипулятором или краном. Иногда пеллеты отгружают насыпом, но во всех случаях, как уже было сказано, необходимо сухое закрытое помещение или бункер для хранения. Допускается открытое складирование под навесом для пеллет в полиэтиленовой упаковке.

Брикеты

Брикеты получают прессованием в формы при повышенной температуре. При этом удаляется влага, увеличивается плотность, улучается эстетический вид.

Характеристики топливных брикетов

Древесные брикеты (евродрова): теплота сгорания до 4-5 кВтч/кг (до 18 МДж/кг), зольность до 1%, влажность до 8%.

Евродрова – пожалуй, самое удобное топливо: высокая теплотворная способность, щадящие показатели влажности и зольности, к тому же, не требуют никаких заготовительных операций.

• Качество торфяных брикетов зависит от сырья: у верхового торфа зольность 1-6%, а у низинного до 18%, а то и до 40%. Соответственно, различается и теплотворная способность – от 14-20 МДж/кг при влажности до 8% до сырых, с 35% влаги и едва 10 МДж/кг.
• Угольные брикеты из шлама с добавлением 5-10% посторонних связующих веществ (каменноугольного дёгтя или мелассы). Для бытовых котлов используются брикеты на органических связующих. Теплота сгорания колеблется от 20 до 28 МДж/кг (5,5-7,7 кВтч/кг) при зольности до 10% и влажности в диапазоне 2-15%.

Как выбрать топливо для котла?

Прежде всего, оцените внешний вид и влажность. Оговорите способ отгрузки, чтобы было взаимопонимание с продавцом по складометрам, кубометрам и другой таре.

Не сжигайте в котле бытовой мусор или строительный, содержащий пластик, краску и другие посторонние вещества и предметы, которые при сгорании могут выделять токсичные или химически активные соединения.

Используйте сухое топливо, рекомендованное в документации на котёл, для продления его срока службы и наиболее эффективной эксплуатации.

Виды твердотопливных котлов

Самые популярные твердотопливные котлы — чугунные (рис. 4.10). Менее распространены стальные. Первые удобны за счет своей низкой стоимости и длительности эксплуатации (они, как правило, служат до 20 лет, в то время как стальные — на 5-10 лет короче). Недостатком таких устройств является малая конвективная площадь для теплообмена, что позволяет отходящим газам сохранять высокую температуру. Это негативно отражается на КПД. Но подобную проблему можно частично устранить, если подсоединять котел не напрямую к дымоходу, а через специальный щиток либо отопительную стенку.

Рис. 4.10. Твердотопливный чугунный котел

Твердотопливные котлы с каждым годом расширяют свое количество на рынке. Но основная масса моделей имеет один недостаток — они пригодны только для одного конкретного топлива. Чугунный котел, как правило, работает при высоких температурах воды — в районе 90-950 С. Недостатки его — трудность в монтаже котла, а также большой вес. Стальные твердотопливные котлы такой проблемы не имеют, так как их стенки достаточно тонкие.

В частных домах, как правило, основной источник энергии — дрова, которые обладают малой калорийностью. Поэтому их сожжение проводят в шахтной топке, куда кладут достаточно много дерева, чтобы оно горело длительное время (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Твердотопливные котлы длительного горения

Стальные виды твердотопливных котлов имеют меньшую инерционность, более быстро разогреваются до требуемой температуры, точно поддерживают ее на заданном уровне. Но они более требовательны к самому топливу. Так, некоторые котлы непригодны для использования угля. Чтобы они работали с этим сырьем, их модифицируют, добавляя чугунные колосники. Также для подогрева воды в них вставляют специальный змеевик либо тэн мощностью 6-12 кВт.

Принцип работы твердотопливных котлов

В зависимости от процесса горения летучих газов различают котел прямого действия и газогенератор (пиролизный котел).

Котел прямого действия имеет следующие преимущества:

• упрощенная конструкция;
• полная автономность;
• дешевое оборудование.

Недостатки:

• низкие значения КПД;
• требуется постоянный уход за агрегатом.

Принцип работы твердотопливных котлов газогенераторного типа заключается в пропускании первичного воздуха через колосник, чтобы обеспечить сжигание твердого топлива, и вторичного — для сжигания летучих газов в отдельном отсеке. Чтобы вторичный воздух попал в камеру, его подают через фурмы, имеющие регулируемое сечение. Благодаря регулировке потока вторичного воздуха изменяется мощность котла к требуемой величине.

Пиролизные котлы (рис

4.13) лишены самой важной составляющей классического твердотопливного котла — полной энергонезависимости. Второй их недостаток — достаточно большая стоимость

Но такие агрегаты позволяют максимально полностью извлечь энергетическую пользу из сжигания топлива, при этом получается довольно мало золы и сажи. При работе котла можно регулировать интенсивность его работы в пределах 40-100%.

Рис. 4.13. Пиролизный котел

Не менее важное преимущество пиролизных котлов — их высокий КПД, который в отдельных случаях достигает значения 85-90%. Пиролизное горение весьма широко применяется в промышленности

Принцип его заключается в следующем: первичный воздух подается на тлеющие угли, которые находятся в отсеке для топлива. Это ведет к образованию так называемого генераторного газа (как правило, CO). Газ пропускается через керамическую форсунку, смешиваясь там со вторичным воздухом. Эта смесь возгорается в специальной камере, где имеется катализатор, позволяющий максимально уничтожить еще и сажу, и тяжелые соединения. В результате процесса в трубу выходит только дымовой газ, в котором нет никаких вредных и токсичных примесей.

Пеллеты

Рисунок 6. Прессованные пеллеты для печей

Пеллеты – это небольшие топливные гранулы, которые тоже производят прессованием отходов деревообрабатывающей промышленности и других видов хозяйственной деятельности. Сперва исходники превращают в древесную пыль, затем тщательно просушивают и гранулируют в спецформах. Гранулы, в основном, используются в печах, которые рассчитаны именно на этот вид топлива.

В зависимости от сырья, пеллеты делят на такие виды:

• древесные – из отходов деревообработки;
• соломенные;
• гранулы, которые делают из шелухи подсолнухов;
• торфяные.

Рисунок 7. Горящие пеллеты

Достоинства топливных гранул аналогичны преимуществам евробрикетов. Но у пеллет есть и оригинальный плюс – мелкие габариты позволяют использовать их в котлах с автозагрузкой топлива.

Минус в том, что в большинстве случаев гранулы подходят только для оборудования, которое изначально рассчитано на гранулы. Хотя применение прессованных миниблоков возможно и в обычных печах. Но для этого требуется определённая модернизация агрегатов.

Основные разновидности

Тип оборудования для обогрева определяет его эксплуатационные свойства, параметры, требования к техобслуживанию. От конструктивного исполнения зависят габариты, область применения техники.

Классический дровяной для отопления частного дома

Наиболее распространенный вариант, отличающийся простотой конструкции, энергонезависимостью, способностью работать со всеми видами горючего. Для терморегуляции задействуются механический привод и заслонка.

Классический дровяной котел отличается простотой конструкции.

С дополнительной тягой

Для более полного сгорания топлива предусматривается принудительная подача воздуха в топку или оснащение агрегата дымососом (вытяжкой для продуктов сгорания, усиливающей тягу). Это увеличивает производительность, снижает расход горючего.

Пиролизный

Газогенераторные модели имеют 2 камеры сгорания: для твердого топлива и выделяемого на первом этапе горючего газа. Такое исполнение обеспечивает экологичность, энергоэффективность установки, повышает ее КПД до 95%. Можно использовать топливо любой фракции при условии контроля его влажности.

Пиролизный котел имеет 2 камеры сгорания.

Длительного горения

Оборудование оснащено колосниками с водяным охлаждением, системой удаления дыма с конвекционными каналами, блоком управления и вентилятором для подачи воздуха. Котлы отличаются 90‑95%-ным КПД, временем автономной работы до 48 часов, отсутствием сложной электроники, что повышает надежность агрегатов.

Автоматический

Подача топлива автоматизирована, выполняется при помощи шнекового конвейера или пневматического транспортера из внешнего бункера, в котором оно хранится в большом объеме. Применяется сложная электроника, контролирующая температуру теплоносителя. Доступна функция дистанционного управления.

Автоматический котел — один из самых удобных агрегатов в использовании.

Газообразное топливо

Тепло вырабатывается сжиганием природного газа в специальных камерах газовых котлов, конвекторов, излучателей.

Достоинства природного газа:

• главным достоинством является его низкая стоимость в большинстве регионов бывшего СССР по сравнению с другими видами топлива;
• большой выбор теплоисточников в разных диапазонах цен и мощностей;
• не требует мероприятий по заготовке и складированию;
• полная автоматизация отопительного процесса, не требующего постоянного контроля;
• независимость от электросети в случае систем отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, конвекторов или излучателей;
• высокий КПД применяемых теплоисточников;
• низкая инертность системы, возможность точной регулировки температуры воздуха в помещении, что значительно повышает комфортность проживания в отопительный период;
• при установке коаксиальной системы дымоудаления исключается опасность попадания угарного газа в помещение;
• для установки теплоисточников не требуется специально оборудованного помещения (котельной);

Недостатки газообразного топлива:

• необходимость подключения к магистральному газопроводу и вытекающие из этого высокие материальные затраты на документальное оформление и монтажные работы;
• ограниченный срок эксплуатации газового отопительного оборудования;
• обязательное наличие дымохода с конденсатоотводчиком или коаксиальной системы дымоудаления;
• зависимость от электросети для систем с принудительной циркуляцией теплоносителя;
• высокая стоимость монтажа отопительного оборудования;
• дорогостоящий ремонт;
• ежегодные затраты на облуживание (чистка, тестирование) оборудования специалистами;
• высокая пожаро- и взрывоопастность.

Правила эксплуатации

Для эффективной работы отопления важно правильно выбирать топливо, учитывая его плотность, влажность, фракцию, и придерживаться рекомендаций по хранению материалов. Необходимо регулярное техобслуживание оборудования, контроль его работы, соблюдение требований к теплоносителю (его коэффициенту жесткости, химическому составу)

Профилактика перегрева

Превышение допустимых значений температуры нагрева теплоносителя и котельного агрегата в течение длительного времени снижает эксплуатационные сроки котельной установки, увеличивает вероятность аварийной ситуации. Контроль параметра нужен для создания комфортных условий в доме, оптимизации расхода топлива. Перегрев предотвращают установкой клапанов безопасности, с помощью дополнительного встроенного теплообменника или аварийного контура.

Превышение температуры нагрева снижает эксплуатационные сроки котельной установки.

Вывод отработанных газов

Соблюдение правил отвода дыма — основное требование безопасной эксплуатации котла. Для этого выбирают трубу круглого сечения с ровной внутренней поверхностью из нержавеющей стали, асбеста.

Как выбрать евродрова

При выборе топливных брикетов берут во внимание теплотворную способность сырья, его зольность и процент балластных веществ. Твердое топливо из рисовой шелухи обладает не только минимальной удельной теплотой сгорания, но и высокой зольностью — порядка 20 %

При покупке также стоит обратить внимание на размер брикетов. Твердое топливо высокого качества, произведенное на современном оборудовании, обладает длиной 250-350 мм и толщиной 60-80 мм

Дешевое сырье тоньше и короче, что обусловлено более рыхлой структурой: поленья больших габаритов будут разваливаться под собственным весом. Естественно, это сказывается на теплотворной способности топлива.

Процесс розжига твёрдотопливного котла отопления

Технология розжига твердотопливного котла ничем не отличается от процесса розжига котла дровами. Просто здесь имеются свои нюансы. Первый нюанс состоит в том, что в нижней части топки должна быть установлена специальная решетка для угольного топлива. Назначение этой решетки заключается в том, что она позволяет во время горения осуществлять перемешивание углей. Она изготавливается в виде массивной чугунной отливки с расстоянием между колосниками 1,5-2 см. Эта решетка устанавливается в нижней части топки вертикально, при этом закрывается дверкой подувала с шибером, регулирующим подачу кислорода.

В нижнюю часть закладывается бумага, поверх которой укладывается щепа. Следующим слоем идут лучины и мелкие поленья для розжига активного пламени. Сверху закладывается 4-5 крупных поленьев. Верхний слой укладывается так, чтобы на него можно было засыпать уголь, и при этом, топливо не просыпалось в подувало.  

Для растопки берется щепа из хвойных пород, она быстро вспыхивает, поддерживая горение, создавая достаточную температуру для того, чтобы следом разожглись поленья из твердых пород дерева. В качестве дров используются дрова твердых пород – дуб, береза, граб, они создают необходимую температуру для того чтобы разжечь уголь.

Для первой закладки используется уголь мелкой фракции – диаметром 3-4 см, идеальным вариантом здесь может служить газовый уголь или горючка.

Важно помнить, что для розжига используется сухие дрова. Ни в коем случае нельзя использовать горючие смеси и жидкое топливо

Если в топку влить бензин, биотопливо или дизель велика вероятность того, что оно прольется в подувало и даже вытечет на пол. В таком случае пожара не избежать. Лучше положить на дно больше смятой бумаги, чем подлить хотя бы каплю бензина.

Зажечь огонь можно спичкой, или зажигалкой, разницы нет, главное чтобы огонь как можно быстрее охватил щепу и верхние поленья.

Жидкое топливо для отопления

Котел на жидком топливе

Основным видом жидкого топлива является солярка. Гораздо реже в бытовых условиях применяются мазут, отработанные масла, маслосодержащие отходы производств. По стоимости дизтопливо является одним из самых дорогостоящих энергоносителей, по затратам практически равно с электроэнергией. Величина затрат на период работы отопления превосходит затраты на природный газ в 6 – 7 раз. Комплекс обогрева в случае использования жидкотопливного котла всегда сооружается по принципу водяного отопления.

Жидкотопливные котлы обладают следующими достоинствами:

1. Полная автоматизация работы;
2. Высокая энергоэффективность;
3. Продолжительный срок эксплуатации;
4. На установку оборудования не требуется разрешение.

Наряду с этим имеется и масса недостатков:

1. Зависимость от наличия электроэнергии;
2. Необходимость строительства хранилища топлива;
3. Высокая пожароопасность;
4. Постоянное наличие запаха нефтепродуктов;
5. Обязательно выделение отдельного помещения, шум при работе агрегата;
6. Дороговизна топлива;
7. Затраты на строительство дымовой трубы;
8. Высокая стоимость оборудования.

Жидкотопливные котлы, в основном из-за дороговизны топлива и оборудования, применяются на территории бывшего СССР довольно редко. Технические показатели устройств довольно высоки – но величина затрат и особенности эксплуатации сделали их малопопулярными.

Дрова.

Деревянные куски, предназначенные для получения тепла путём сжигания в котлах для отопление на твердом топливе, топках предусмотренных для дров. Для удобства длина поленьев чаще всего 25-30 см. Для наиболее эффективного использования необходим максимально низкий уровень влаги. Для отопления необходимо как можно более медленное сгорание. Также помимо отопления, дрова могут использоваться например в бойлерах для твёрдого топлива. Лучше всего по этим параметрам подходят лиственные породы: дуб, ясень, лещина, боярышник, берёза.Хуже — хвойные дрова, так как способствуют отложению смолы и имеют низкую теплотворность, при этом быстро прогорают.

Сравнительная таблица теплотворной способности различных видов древесины, горение твердого топлива:

Дрова (естественная сушка)	Теплотворная способность кВт.ч/кг	Теплотворная способность мега Джоуль/кг
Грабовые дрова	4,2	15
Буковые дрова	4,2	15
Ясеневые дрова	4,2	15
Дубовые дрова	4,2	15
Берёзовые дрова	4,2	15
Дрова из лиственницы	4,3	15,5
Сосновые дрова	4,3	15,5
Еловые дрова	4,3	15,5

Важно понимать, что показатель теплотворности очень приблизителен, так как колеблется в зависимости от плотности древесины. Дрова представлены двумя видами:

Дрова представлены двумя видами:

Щепа и опилки

Опилки и щепа — не просто сырье, но и один из видов твердого топлива длительного горения. Отходы деревообрабатывающей промышленности решают актуальную для многих отопительных приборов проблемы длительного горения.

Поддержание постоянного давления в жидкотопливных и газовых котлах решает проблему непрерывной подачи горючего. Эксплуатация твердотопливных моделей требует от владельца постоянной подачи топлива ввиду фиксированного размера топки. После сгорания одной порции горючего требуется закладка новой. Бункер котлов, питаемых опилками, обеспечивает непрерывную работу в течение 10-12 часов.

Пеллетные и угольные котлы обладают аналогично конструкцией, при этом проблема длительного горения в них решается использованием отходов деревообрабатывающей промышленности с максимальной экономической выгодой: щепа и опилки закупаются на лесопилках за бесценок.

Брикетное топливо

Брикетное топливо – это еще одно назначение каменноугольных брикетов. Брикетирование происходит путем спекания угольных или торфяных частиц, под действием температуры и давления, в брикеты правильной формы. Для лучшей спекаемости угольных частиц в угольные брикеты при их производстве добавляют связующие.

Торфяные брикеты – это готовый к сжиганию продукт, изготавливаемый из сырого торфа с добавлением связующих веществ или без них, последующей сушкой и обработкой высоким давлением.

Рис. 14. Торфяные топливные брикеты

Буроугольные брикеты – изготавливают из бурого угля и лигнита. Их спекание производят под высоким давлением без добавления связующих веществ после предварительного дробления и сушки с образованием брикетов правильной формы.

Жидкое топливо

Тепло в этом случае получается сжиганием жидкого топлива (солярка, сжиженный газ) в камере сгорания специального жидкотопливного котла.

Достоинства жидкого топлива:

• высокий КПД котлов;
• максимально возможная автоматизация отопительного процесса, система отопления работает без вмешательства человека;
• возможность простого с низкой стоимостью перевода на работу на газообразном топливе;
• длительный срок эксплуатации теплоисточников;

Недостатки жидкого топлива для отопления дома:

• очень высокая стоимость топлива;
• зависимость от электросети;
• жидкотопливные котлы требуют оборудования специльного помещения (котельной);
• требуется хорошая звукоизоляция котельной, т.к. жидкотопливные котлы очень шумные;
• высокая стоимость оборудования и его монтажа. Помимо самой системы отопления потребуется установить подземный резервуар для хранения топлива и транспортную систему для его транспортировки к теплоисточнику;
• ежегодные затраты на техническое обслуживание оборудования;
• обязательное наличие дымохода с конденсатоотводчиком;
• дорогостоящий ремонт;
• высокая пожаро- и взрывоопастность.

Кокс

Кокс – это твердый остаток, получаемый путем сухой перегонки каменного угля или лигнита при полном отсутствии доступа воздуха (карбонизация).

Различают каменноугольный, буроугольный и газовый кокс.

6.1 Кокс каменноугольный

Кокс каменноугольный (от нем. Koks и англ. coke) – это твѐрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путѐм коксования каменного угля при температурах 950-1100 °С без доступа воздуха. Кокс содержит 96-98 % С, остальное Н, S, N, O. Пористость 49-53 %, истинная плотность 1,80-1,95 г/см³, кажущаяся плотность ≈ 1 г/см³, насыпная масса 400-500 кг/м³, зольность 9-12 %, выход летучих веществ 1 %. Влажность при тушении водой и инертным газом соответственно 2-4 % и не более 0,5 %. Предел прочности при сжатии 15-25 МПа, при срезе (характеризует устойчивость к истиранию) 6-12 МПа, теплота сгорания 29-30 МДж/кг.

Рис. 15. Кокс каменноугольный

Для выплавки чугуна в основном применяют каменноугольный кокс как высококачественное бездымное топливо или по-другому доменный кокс, также его применяют как восстановитель железной руды и разрыхлитель шихтовых материалов. Также каменноугольный кокс используют как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).

Доменный кокс выпускают с размером кусков не менее 25- 40 мм, наличие мелочи должно составлять не более 3% (куски до 25 мм и не более 2-3 % для кусков больше 80 мм.

Литейный кокс, если рассматривать его по размерам кусков, то окажется что он крупнее доменного. Он также более пригоден как продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм. Главное чем отличается литейный кокс от доменного является то, что в нем содержится очень мало серы, менее 1 % против 2 % в доменном коксе.

При производстве ферросплавов активно применяют кокс мелких фракций порядка 10-25 мм. Применяемые коксы обладают высокой степенью реакционной способности. Если говорить о прочности кокса то эти требования менее строгие, чем, например, к доменному или литейному коксу.

Рис. 16. Доменный процесс

Наиболее лучшим коксом для любого типа производства является прочный, малозольный кокс с низким содержанием серы и малым количеством мелких фракций.

В современном мире производство каменноугольного кокса составляет около 550-650 млн. т/год. Больше половины от этого объема производится в КНР (60-70 % мирового производства).

6.2 Газовый кокс

Газовый кокс – это побочный продукт переработки угля, используемого для производства искусственного газа на газовых заводах, и печной кокс, к которому относятся все другие виды кокса, получаемые из каменного угля.

6.3 Буроугольный кокс

Буроугольный кокс – это твердый продукт, получаемый путем карбонизации буроугольных брикетов.

Рис. 17. Частицы угля в буроугольном коксе

Сегодня основными потребителями буроугольных коксов являются черная и цветная металлургия. Здесь его используют в качестве восстановителя или технологического топлива для агломерации, и изготовления ферросплавов, в качестве отощающей добавки в производстве металлургического кокса и основного наполнителя при изготовлении коксобрикетов. Изготовленные коксоугольные брикеты применяют как бытовое топливо. Основные наполнители такого кокса это тяжелая или суммарная смола и полукокс. Полукоксы активно используются и для их газификации с получением горючего газа и в некоторых химических производствах.