Твердопаливные котлы: какое топливо выбрать?

Выбор твердотопливного котла и его характеристики в значительной степени зависит от того, какое топливо будет использоваться для его питания. Чтобы упростить процесс выбора мы подготовили подробную статью о распространенных видах топлива и их характеристиках.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА ДЛЯ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ КОТЛОВ

• Дрова
• Пеллеты
• Топливные брикеты
• Уголь

ДРОВА

Дрова - куски древесины, которые используют для сжигания в печах, топках, каминах и т.п. Влажность дров должна быть не выше 15 - 20 %. Стволы деревьев распиливают на куски длиной 25 - 30 см, раскалывают при необходимости на меньшие поленья.

Влажность древесины влияет на процесс горения. Сырые дрова плохо горят и их довольно трудно разжечь, поэтому перед использованием дрова нужно просушить в защищенном от осадков месте.

Породы деревьев значительно отличаются между собой по влажности. Больше всего влаги содержит ель, сосна, осина. Средневлажные породы - дуб и береза. А меньше всего влаги содержат твердые породы деревьев - ясень, акация, граб, дуб.

В качестве топлива для котлов можно использовать любые породы древесины. Но они отличаются между собой по теплотворной способности, длительности горения, количеству продуктов горения. Для питания твердотопливного котла нужно выбирать древесину, которая сгорает медленно, но выделяет достаточное количество теплоты. Этому соответствуют дрова из лиственных пород. Для топок твердотопливных котлов оптимальными являются дрова из дуба, березы, орешника, тиса, граба, ясеня.

ДРОВА РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД:  ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ

• Дрова из бука, ясеня или березы имеют низкую влажность, поэтому они хорошо горят даже в сыром виде. Но их довольно трудно разжечь.
• Меньше всего сажи образуется при горении ольхи и осины, дрова из этих пород даже выжигают остатки сажи в дымоходе.
• А вот березовые дрова при недостатке кислорода образуют много дыма и еще и деготь, который оседает на стенах дымоходов. Хотя теплотворная способность березовых дров достаточно велика и больше многих других пород древесины.
• В сосновых дровах выше содержание смол, поэтому они горят горячее еловых. Но во время горения образуется много сажи.
• Лучшую теплоотдачу показывают дрова из граба и дуба, но они плохо колются.
• Легко раскалываются дрова из пород средней твердости, например, яблони, груши, вишни. Также они хорошо горят и выделяют небольшое количество сажи. Много дыма образуется при горении дров из вишни.
• Менее пригодны для питания топок твердотопливных котлов дрова хвойных пород. Это связано с низкой теплотворной способностью таких дров и образованием отложений на стенках дымоходов. При горении они дымят и образуют искры.
• Быстро прогорают дрова из тополя, ольхи, осины,

Теплотворная способность дров разных пород значительно варьируется из-за уровня влажности, плотности и т.д.

Таблица 1. теплотворная способность дров различных пород

ПЕЛЕТЫ

В последнее время все в качестве топлива для твердотопливных котлов все больше используют топливные гранулы - пеллеты. Получают их путем прессования древесных отходов, обработанных паром, под высоким давлением. Изготавливаются они в форме стандартных цилиндрических гранул. Основным материалом для их производства служат остатки древесины (кора, опилки, щепа) и отходы сельского хозяйства, такие как шелуха подсолнечника, солома, стебли кукурузы. Иногда также добавляют вторичное сырье и макулатуру, картон.

В производстве пеллет не используют искусственные смолы и склеивающие вещества. Вместо них естественным связующим элементом выступает лигнин - органический полимер, содержащийся в клетках растений. Во время процесса прессования лигнин высвобождается и связывает измельченные частицы сырья, придавая им необходимую форму и прочность.

Процесс производства пеллет состоит из нескольких этапов: сначала сырье измельчают до порошкообразного состояния, затем тщательно высушивают и прессуют в гранулы стандартного размера с помощью специального оборудования. Во время прессования материал нагревается, что активирует лигнин, который обеспечивает плотное соединение частиц. Результатом этого процесса является легкое, экономичное и безопасное топливо, которое имеет ряд преимуществ перед традиционными видами топлива, такими как уголь, торф или дрова.

Типы пеллет зависят от сырья, из которого они изготавливаются:

• Древесные пеллеты: изготавливаются из отходов деревообработки;
• Пеллеты из соломы;
• Пеллеты из лузги подсолнечника;
• Пеллеты из кукурузы (початки и стебли);
• Торфяные пеллеты.

Пеллеты имеют ряд преимуществ, среди которых - экологичность, поскольку они изготавливаются из возобновляемых и безопасных для окружающей среды материалов. Они также являются экономически выгодными, имеют более низкую стоимость по сравнению с традиционным топливом, и их легко транспортировать и хранить. Пеллеты выделяют больше тепла, чем другие виды древесных отходов, что повышает эффективность отопительных систем.

Топливные гранулы нашли широкое применение во многих странах, таких как Европа, США и Канада, где они стали неотъемлемой частью программ по сохранению окружающей среды. Пеллеты обеспечивают в полтора раза больше тепла по сравнению с дровами, а также существенно снижают выбросы углекислого газа и количество золы, образующейся при их сгорании. Еще одним преимуществом пеллет является легкость транспортировки, производители фасуют пеллеты в полиэтиленовые мешки по 15 кг, или в биг-бэги по 1 тонне. 

Сравнение топлива:

Основные преимущества пеллет как биотоплива:

• Экономическая выгодность: Пеллеты значительно дешевле по сравнению с традиционными энергоносителями, такими как уголь или природный газ. Это делает их идеальным вариантом для отопления как частных домов, так и промышленных объектов. В отличие от горючего, цена пеллет не подлежит влиянию международных рыночных колебаний. В Украине пеллеты покупаются по внутренней цене, которая формируется на основе местного спроса и предложения.
• Высокие физико-химические свойства: Древесные пеллеты имеют высокую теплотворную способность, что позволяет эффективно отапливать помещения с меньшими затратами топлива. Во время горения пеллет образуется минимальное количество золы, что снижает потребность в частом обслуживании котлов.
• Эффективность горения: Благодаря структуре пеллет, состоящей из мелких частей, они обеспечивают эффективное горение. Пеллеты содержат достаточно воздуха для оптимального процесса горения, поэтому их не нужно дополнительно обрабатывать перед использованием. Они обеспечивают такую же эффективность, как и газ или уголь.
• Безграничный ресурс: Древесина и отходы деревообрабатывающей промышленности являются практически неисчерпаемыми ресурсами. В отличие от ограниченных запасов нефти и газа, эти материалы всегда доступны для производства пеллет.
• Экологичность: Пеллеты горят без выбросов вредных веществ и соответствуют самым строгим экологическим стандартам. Они являются экологически чистым решением, помогающим уменьшить выбросы углекислого газа и других загрязняющих газов.
• Удобство использования: Современные котлы, использующие пеллеты, оснащены высоким уровнем автоматизации. Используя питательные бункеры и бункерные пеллетные емкости можно автоматизировать систему отопления и только периодически добавлять топливо в емкость.
• Экономия на затратах: Для получения такого же количества тепла, как и от сжигания тонны мазута, нужно сжечь примерно 1,9 тонны пеллет. Стоимость пеллет на внутреннем рынке значительно ниже мазута, что позволяет экономить на расходах на отопление.

Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии:

В разных странах существуют разные стандарты качества пеллет. Например, в США действует стандарт PFI, который разделяет пеллеты на два сорта: "Премиум" и "Стандарт". Премиум пеллеты должны содержать не более 1% золы, в то время как Стандарт может содержать до 3% золы. В Европе также приняты различные стандарты, такие как DIN 51731 в Германии, ONORM M-7135 в Австрии, The British BioGen Code в Великобритании и другие.

Основные европейские стандарты качества пеллет:

БРИКЕТЫ

Еще одним распространенным видом топлива являются брикеты. Топливные брикеты - это достаточно распространенный вид топлива, который изготовлен прессованием отходов обработки дерева (щепа, опилки, стружка). Часто добавляют сельскохозяйственные отходы (например, солому, измельченные стебли кукурузы, шелуху подсолнечника) и торф. В Украине можно купить также и такой вид топлива как торфобрикеты, образованные прессованием торфа. Изготавливают брикеты путем прессования без добавления вредных химических веществ.

Брикеты во время горения не образуют искр, горят равномерно и длительное время, поэтому их используют в котлах с ручной загрузкой топлива, которые популярны в небольших домохозяйствах, сельской местности.

Основные преимущества топливных брикетов:

• Экологичность: брикеты из растительных отходов является безопасным и экологичным видом топлива. При сжигании образуется пепел в небольших количествах, а выбросы дыма минимальны и не содержат вредных веществ, в отличие от того же угля. Использование топливных брикетов также выполняет еще одну цель - утилизацию отходов с/х производства.
• Устойчивость к грибкам: термическая обработка в производстве брикетов повышает их устойчивость к воздействию грибков. Хотя все же хранить брикеты желательно в сухом помещении с низкой влажностью.
• Долговечность горения: топливные брикеты имеют большую плотность по сравнению с дровами, что обеспечивает также и более длительное горение. Поэтому добавлять топливо в котел нужно гораздо реже.
• Удобство хранения: Благодаря компактной форме, евродрова легко хранить и использовать. Производители изготавливают брикеты различной формы, упаковывая их в теплопленку, мешки и биг-беги.
• Высокая теплотворность: теплотворная способность брикетов составляет 20 - 22 МДж/кг и зависит от влажности. Поэтому брикеты по теплотворной способности почти вдвое превосходят дрова и приближаются к углю.
• Низкое содержание золы: После сгорания брикетов образуется всего 1 - 3% золы, что значительно меньше, чем при сжигании каменного угля или природных дров. Это уменьшает необходимость в обслуживании твердотопливных котлов, увеличивает время между их периодическими чистками.
• Безопасность использования: В процессе горения топливных брикетов не выделяются вредные вещества.

Экономия: Использование евродров позволяет снизить расходы на отопление.

Типы топливных брикетов:

• RUF-брикеты: изготавливают в форме кирпичиков размером 180х30х40 мм.
• NESTRO-брикеты: имеют форму цилиндра, иногда с отверстием внутри.
• Pini&Kay-брикеты: имеют форму призм. Как правило имеют 6 или 8 граней с отверстием внутри, что способствует лучшему доступу воздуха в топку твердотопливного котла во время горения.

УГОЛЬ

Уголь - это горючая осадочная горная порода, которая сформирована из остатков растительного происхождения. Основным компонентом является углерод, но в составе также присутствуют другие химические элементы. Уголь классифицируют по возрасту и процессам углефикации, влияющим на его состав и свойства. Самым молодым является бурый уголь, более старший - каменный, а самый старый - антрацит. С увеличением возраста происходит рост содержания углерода и уменьшение количества летучих составляющих, таких как влага. Например, влажность бурого угля достигает 30 - 40%, а летучие компоненты составляют более 50%. Для антрацита эти показатели значительно ниже - влажность составляет 5 - 7%, а летучие вещества - 5 - 7%. Каменный уголь имеет промежуточные характеристики: влажность - 12 - 16%, летучие компоненты - около 40%.

Зольность и вредные примеси

Кроме основных компонентов, которыми является углерод, уголь содержит негорючие примеси, которые формируют золу. Эти примеси в значительной степени уменьшают теплоту сгорания угля и являются причиной загрязнения окружающей среды, в процессе горения образуют золу и шлак на колосниках, что затрудняет процесс горения.

Содержание золы в угле зависит от сорта угля и условий его добычи. В среднем для угля содержание золы составляет около 15% (10 - 20%).

Еще одним опасным компонентом является сера, которая при горении образует оксиды. Оксиды серы реагируют с влагой в атмосфере и становятся причиной кислотных дождей.

Удельная теплота сгорания различных видов угля

• Бурый уголь: 14 700 кДж/кг
• Каменный уголь: 29 300 кДж/кг
• Антрацит: 31 000 кДж/кг

Это средние показатели, которые несколько отличаются от реальных значений. Усредненное значение теплотворной способности рядового угля составляют примерно 21 000 - 23 000 кДж/кг.

Виды и сорта угля

Уголь классифицируется по нескольким параметрам, но с точки зрения бытового использования важно знать маркировку и возможность применения в определенных условиях.

По степени углефикации различают три основных вида углей:

• Бурый уголь (Б)
• Каменный уголь:
• Длиннопламенный (Д)
• Газовый (Г)
• Жирный (Ж)
• Коксовый (К)
• Отшелушенно-испеченное (ОИ)
• Слабоспекающийся (СС)
• Тощий (Т)
• Антрацит (А)

Кроме основных марок, существуют промежуточные, такие как ДГ (длиннопламенно-газовый), ГЖ (газово-жирный), КЖ (коксово-жирный), ПА (полуантрацит).

Класс крупности

По размеру кусков (фракциям) сортовой каменный уголь делят на следующие классы:

• Плитный (П): свыше 100 мм
• Крупный (К): 50-100 мм
• Орех (О): 26-50 мм
• Мелкий (М): 13-25 мм
• Семечко (С): 6-13 мм
• Штыб (Ш): менее 6 мм
• Рядовой (Р): не ограничен размерами

Иногда продают также и угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.

Как горит уголь

Уголь состоит из двух основных горючих компонентов: летучих веществ и твердого коксового остатка.

Первый этап горения - это выделение горючих летучих веществ, которые быстро сгорают при наличии достаточного количества кислорода, но в процессе горения выделяется довольно малое количество теплоты. Далее сгорает коксовый остаток, который и дает основные количество теплоты. Температура горения коксового остатка как и интенсивность горения зависит от степени углефикации.

Особенности различных марок угля

Марки Б, Д, Г: отличаются высоким содержанием летучих веществ, что обеспечивает быстрое воспламенение и быстрое сгорание топлива. Этот уголь рекомендуется для большинства видов твердотопливных котлов, но требует дозированной подачи для полного сгорания.

Марки СС, Т, А: тяжело разгораются, но выделяют значительно большее количество теплоты. Их можно загружать большими партиями в топку, поскольку они содержат преимущественно коксовый остаток и не выделяют значительного количества летучих веществ. Такой уголь более пригоден к сжиганию в аквтоматизированных котлах, где есть регулируемая подача воздуха для эффективного горения.