Как работают пеллетные котлы

Отопительное оборудование и инженерные системы | №3 (53) '2011

Генераторы тепла, использующие древесное топливо, способные работать в автоматическом режиме, обладающие КПД свыше 90% и требующие очистки зольника не чаще двух раз в год, — возможно ли такое? Вполне. И речь в данном случае идет о пеллетных котлах, успевших завоевать довольно широкую популярность в западных странах, а вот в России появившихся сравнительно недавно.

Все начиналось в 80-е годы XX века, когда в Европе стали предъявлять строгие требования к отопительным котлам по снижению количества вредных веществ, содержащихся в дымовых газах. Ряд непрерывных усовершенствований, внедряемых в последующие годы при неуклонной законодательной и финансовой поддержке правительств европейских государств, принес впечатляющие плоды. Наиболее сильно и всесторонне эти достижения проявились в котельной технике, работающей на твердом топливе. Производительность и, как следствие, экологичность данного типа генераторов тепла возросла почти вдвое: их КПД повысился с 40–50 до 85–95%, а содержание угарного газа (CO), выбрасываемого в атмосферу через дымоход, за тот же период снизилось примерно в тысячу раз. Всего этого удалось добиться как благодаря совершенствованию процесса горения в топках (на рынке в большом ко-личестве появились пиролизные котлы), так и за счет усовершенствования самого горючего: была разработана технология производства специальных гранул из древесных отходов — пеллет.

Опилки по стандарту

Пеллеты (от англ. pellet — «гранула») представляют собой древесные гранулы, которые изготавливаются из мелких опилок. Это стандартизированный продукт с малым (менее 10%) содержанием влаги, характеризующийся высокой теплотой сгорания (не менее 18 МДж/кг) и низкой (не более 1%) зольностью. Для потребителя это означает, что примерно 2 кг данного топлива заменяют 1 л его жидкого аналога марки EL (по стандарту DIN), а очистка зольника может потребоваться пеллетному котлу не чаще 2–6 раз в год в зависимости от характеристик используемого оборудования, тепловой нагрузки и продолжительности отопительного сезона. Подобный эффект достигается благодаря технологии изготовления пеллет: производимые по особой методике из мелких опилок, то есть, по сути, древесной пыли, они содержат значительное количество воздуха, что обеспечивает их быстрое и полное сгорание в топке генератора тепла.

Рассматриваемые гранулы хорошо хранятся, не впитывая влагу. Для этих целей устанавливают специальную емкость, которую рекомендуется размещать на некотором отдалении (9–20 м в зависимости от модели и производителя) от котла. Например, в железобетонный бункер объемом 12 м³ производства компании Mall (Германия) можно засыпать 7800 кг пеллет (пополнять их запасы требуется, как правило, всего один раз в год), что по энергетическому потенциалу соответствует 3900 л жидкого топлива. Отсюда гранулированное топливо автоматически транспортируется прямо в топку по специально организованным каналам.

Прощание с кочегаром

Одним из существенных недостатков котлов, работающих на твердом топливе, считалась невозможность автоматизации подачи горючего в топку. Однако в пеллетных генераторах тепла эта проблема была успешно и полностью решена: гранулы поступают из хранилища к агрегату за счет транспортера со шнековым механизмом или по специальному трубопроводу, движение в котором организуется посредством сжатого воздуха. Сжигание пеллет производится в горелке — объемной (ее решетка расположена внутри корпуса котла) или факельной (устанавливается с внешней стороны его корпуса). В бункер (его называют оперативным), где происходит сгорание, рассматриваемое топливо обычно подается шнековым механизмом, работой которого управляет встроенный фотоэлемент. После наполнения емкости внешний шнек отключается, а внутренний транспортирует гранулы на решетку горения, где они поджигаются при помощи электрической спирали или другого запального механизма. Сжигание пеллет сопровождается принудительным наддувом воздуха, который подается вентилятором.

За исключением очистки зольника и изначальной загрузки топливного бункера, практически весь процесс работы пеллетного котла автоматизирован и контролируется при помощи пульта управления. С него осуществляется необходимая настройка, включая установку требуемой температуры и суточной программы функционирования генератора тепла, а также времени его включения и отключения. Исполнительным устройством системы безопасности здесь выступает автоматический клапан, при перегреве стенок агрегата разрывающий электрическую цепь и прекращающий тем самым подачу топлива к горелке.

Качество требует аккуратности

Древесные гранулы поставляются потребителям автоцистернами с пневмозагрузкой. Данный процесс также должен протекать в соответствии с разработанными стандартами, и это одно из уязвимых звеньев в цепочке организации отопления на пеллетах. Слишком высокое давление воздуха при погрузке и разгрузке автомобилей для транспортировки горючего может превратить гранулы в пыль. Кроме того, далеко не всякие отходы дерево-обработки годятся для производства рассматриваемого топлива: частицы грязи, металла и краски могут привести к зашлаковыванию котлов и выводу их из строя. Этот факт наряду с относительно высокой стоимостью самих агрегатов задерживает распространение таких систем отопления в России, где в ресурсном отношении имеются самые благоприятные условия для их широкого внедрения.

Выгода и преимущества

Котлы на древесных гранулах в наибольшей степени распространены в США и ряде стран Европы, где лидерами в производстве и использовании пеллетных агрегатов выступают Германия, Швеция и Австрия. Впервые появившись на рынке котельного оборудования в 1994 году в Австрии, эта разновидность твердотопливных генераторов тепла стремительно заняла его значительную часть во всех европейских государствах. За один только 2003 год, то есть уже через 9 лет, в той же Австрии было реализовано более 5,2 тыс. единиц таких устройств. Параллельно росту их популярности наблюдался и процесс повсеместного возникновения заводов по производству пеллет. В том же 2003 году в Швеции, где котлы данного типа пользовались огромным спросом, причем как в частном секторе, так и на промышленных предприятиях, было произведено более 1,1 млн тонн гранулированного топлива. Использующие его агрегаты экономичны, обладают высокой производительностью и демонстрируют столь же завидные показатели с экологической точки зрения. При их работе практически не выделяется угарный газ, а углерод, образующийся в процессе сжигания пеллет, пребывает в виде двуокиси (CO2).

К дополнительным, но немаловажным для потребителя преимуществам пеллетных котлов следует отнести их высокую пожаробезопасность, отсутствие неприятного запаха при хранении и сжигании горючего, а также независимость от поставщиков газа или производителей жидкого топлива. Установка и подключение этих агрегатов не требуют разрешений и согласований — правда, как уже говорилось, данное оборудование и стоит заметно дороже своих аналогов любого другого типа. Однако изначальные расходы отчасти окупаются за счет государственных субсидий, выделяемых в ряде стран на приобретение рассматриваемых устройств, а также низких затрат на эксплуатацию таких систем. В Европе себестоимость тепловой энергии, полученной от сжигания древесных гранул, примерно в 1,5 раза ниже, чем при использовании жидкого горючего.

Формула экономии выглядит так: чем мощнее пеллетный котел, тем выгоднее его применять. Так, устройство на 100 кВт, работающее на древесных гранулах, помогает уменьшить расходы на закупку топлива до такой степени, что оказывается вполне конкурентоспособным по сравнению с любыми газовыми и прочими аналогами той же мощности. Правительства ряда европейских стран при замене старых агрегатов, рассчитанных на газ, солярку и т.п., на оборудование, использующее пеллеты, выдают домовладельцам 1,5–2 тыс. евро, причем местные власти тоже активно поддерживают идею применения древесных отходов в качестве топлива. В Швеции, стране-рекордсменке по производству рассматриваемых гранул, последние уверенно вытеснили традиционный уголь из городских котельных, отапливающих целые районы. Ну а в Дании и Нидерландах пеллеты наряду с другим топливом сжигаются на крупных электростанциях. Добавим, что постоянно растущая стоимость нефти и, соответственно, всех продуктов ее перегонки, обеспечивает все более уверенный рост популярности гранулированного древесного топлива.

Мощность большинства пеллетных котлов бытовых серий охватывает интервал от 10 до 300 кВт, их более крупные полупромышленные и промышленные аналоги способны выдавать до 1,5 МВт (например, итальянский Biomaster).

Нет предела совершенству

Сегодня на российском рынке можно найти множество моделей импортных котлов, работающих на гранулированном древесном топливе. В список их производителей входят Viessmann и Buderus (Германия), а также компании, традиционно специализирующиеся именно на твердотопливных агрегатах: Atmos, Benekov и CATfire (Чехия), Biomaster и FACI (Италия), Eko-Vimar Orlanski Sp. (Польша), Grandeg (Латвия) и др. Технологическая гонка заставляет изготовителей оборудования предлагать генераторы тепла, демонстрирующие все более высокий уровень автоматизации: управление процессом горения совершенствуется за счет применения частотно-регулируемых дутьевых вентиляторов, дымососов и механизмов подачи горючего. Это позволяет модулировать мощность устройства (у современных пеллетных котлов она варьируется от 30 до 100%), точно поддерживать заданную температуру, а также настраивать различные режимы работы отопления. Автоматизируются розжиг горелки, удаление золы (она сбрасывается в съемный легкотранспортируемый бокс) и очистка теплообменников (как правило, за счет применения подвижных турбулизаторов, размещенных в дымогарных трубах). А благодаря встроенной электронике можно интегрировать пеллетные агрегаты в системы удаленного управления и диспетчеризации. Оборудование для хранения и подачи топлива тоже активно эволюционирует: появившиеся компактные пластиковые и тканевые емкости существенно облегчили решение задачи по складированию гранулированного топлива. Таким образом, с точки зрения технологических возможностей на сегодняшний день пеллетные агрегаты практически не уступают своим газовым и жидкотопливным аналогам.

Ряд моделей подобного оборудования от разных производителей (например, Grandeg GD-BIO, Viessmann Vitoligno и Atmos DC) являются комбинированными, то есть могут работать не только на пеллетах, но и на древесном топливе других видов. Так, котел Vitoligno 300-H, который появится на российском рынке в сентябре 2011 года, обеспечивает полноценное сжигание гранул и стружки, что достигается за счет комбинации червячного механизма подачи с подвижной колосниковой решеткой, куда горючее поступает по шнековому транспортеру. Особенность подобной конструкции состоит в том, что она позволяет выбрать максимально эффективные режимы сушки и возгонки (первичного сгорания) в зависимости от размера фракций топлива и его влажности.

Пеллетные генераторы тепла способны работать по пиролизному принципу, когда при высоких температурах и недостатке кислорода дерево разлагается на твердый остаток (древесный уголь) и смесь окиси углерода (CO) с водородом (это и есть пиролизный газ). В качестве примера таких агрегатов можно упомянуть комбинированные модели серии DC от Atmos, внутри которых имеются три камеры, расположенные вертикально друг над другом. В объеме верхних двух из них происходит дожиг упомянутого газа с выделением большого количества теплоты, используемой, в частности, для подсушивания топлива и предварительного подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания. Нижняя же камера выложена огнеупорной керамикой и оснащена горелкой (твердо- или жидкотопливной либо газовой), устанавливаемой на дверце котла, причем общий КПД последнего достигает 92,3%.

Отечественные предприятия также приступили к выпуску пеллетных устройств, таких, как водогрейный безнакипный агрегат «Богатырь-К» (ПО «Уралтехмонтаж») мощностью 0,34–1,6 МВт, работающий на твердом топливе. Оборудование для изготовления пеллет широко демонстрируется на проводящихся в России выставках, посвященных деревообрабатывающей промышленности, а в Вологодской области, Петрозаводске, Иркутске и некоторых других регионах открылись заводы, специализирующиеся именно на производстве древесных гранул.

Принцип работы пеллетного котла

При помощи шнекового механизма пеллеты доставляются из бункера к горелке, где сжигаются на колосниковой решетке с нижним поддувом. Часть продуктов сгорания подвергается дожигу, а остальные дымовые газы удаляются через дымоход.

Текст: Александр Преображенский

Смотрите также

Отопительное оборудование и инженерные системы | №2 (52) '2011 Управляемый прогноз
Погода в доме формируется за счет температуры, влажности воздуха и отчасти его давления. Для поддержания этих параметров на комфортном уровне обычно применяется целый комплекс устройств, при стандартном подходе включающий вентиляционное и кондиционирующее оборудование, как вариант — наделенное некоторыми дополнительными функциями...
Отопительное оборудование и инженерные системы | №2 (52) '2011 Газовые проточные водонагреватели
Газовые проточные водонагреватели, иначе называемые газовыми колонками, относятся к одной из старейших разновидностей бытового оборудования, работающего на природном газе. Принцип их действия ничуть не изменился еще с 1894–95 годов, когда Роберт Вайллант и Хуго Юнкерс изобрели и начали производить эти весьма полезные и до сих пор довольно широко распространенные устройства...
Отопительное оборудование и инженерные системы | №1 (51) '2011 Преимущества воздушных систем отопления
Обогрев помещений за счет подачи в них теплого воздуха называется воздушным отоплением. Подобные системы обладают высокой эффективностью, что обуславливает значительную экономическую выгоду при их использовании, выражающуюся в заметном снижении эксплуатационных расходов, в том числе по оплате счетов за электроэнергию...