Пеллетный – газовый котел
Опубликовано: 14 апреля 2016 г.
1031
В последнее время во всем мире наблюдается рост интереса к возобновляемым источникам энергии. Новые технологии предварительной подготовки биотоплива позволяют эффективно использовать отходы лесотехнической промышленности и сельхозпроизводства в бытовых теплогенерирующих установках.
Пеллетные котлы, продажи которых быстро растут практически во всех странах, выгодно объединяют в себе работу на возобновляемом источнике энергии и широкие возможности автоматизации и регулирования, сближающие их с газовыми и жидкотопливными теплогенераторами. Теплотворная способность пеллет (около 18 МДж/кг) примерно такая же, как у бурого угля, а содержание серы в золе гранул значительно меньше, чем в угольном шлаке, который нельзя использовать в качестве удобрения для сада. Пеллетные котлы экологичнее и дешевле в эксплуатации по сравнению с жидкотопливными, а КПД доходит до 97 %, завися от используемой технологии сжигания пеллет.
При этом одни типы пеллетных котлов могут быть сравнительно легко переоборудованы для использования природного газа (метана) или пропан-бутановой смеси, а другие – нет. Зато последние часто «всеядны» в отношении различных типов твердого биотоплива. К числу пеллетных котлов первого типа относятся приборы, изначально рассчитанные на применение факельных и ретортных горелок.
Причем часто производители уже на этапе проекта предусматривают возможность адаптирования котлов для использования природного газа. Однако для многих современных автоматизированных моделей пеллетных котлов одной заменой горелок ограничиваться оказывается невозможно: требуется переналадка или даже замена автоматики регулирования, безопасности и розжига.
Рис. 1. Схема движения газов в котле Wirbel Bio HiQ
Так, в пеллетных котлах Wirbel Bio HiQ мощностью 10–60 кВт (рис. 1) установлены опрокидывающаяся колосниковая решетка, облегчающая очистку, вентилятор-дымосос, устройство для защиты от обратного возгорания. Очевидно, что переналадка его на газовое топливо будет сложной. А стальные твердотопливные котлы Wirbel EKO EL мощностью 16–80 кВт (бурый уголь) и 14–80 кВт (пеллеты при дооборудовании комплектом pellet-set) «всеядны»: в них можно использовать дрова, торфяные брикеты, пеллеты, а также жидкое топливо и газ – нижняя дверца имеет отверстие для установки соответствующих наддувных горелок.
Горелки
Если в конструкции классического твердотопливного котла обязательно присутствует топка, в которой при подводе кислорода воздуха происходит реакция окисления углерода на колосниковой решетке, то в собственно пеллетных котлах могут быть установлены горелки различных типов.
В горелке объемного горения (ретортной) подающий пеллеты шнек создает их вертикальный слой, через который снизу проходит необходимый для начала реакции горения объем воздуха, другая его часть подводится отдельно, к зоне пламени.
Рис. 2. Горелка объемного горения
Горелка объемного типа – это емкость из жаропрочной стали или чугуна, установленная в топке котла (рис. 2). Во время работы пеллеты из бункера подаются в горелку с помощью механизма подачи, оборудованного шнеком. В зависимости от компоновки, механизм подачи либо насыпает гранулы в горелку сверху, либо подает их через отверстие в ее днище. Розжиг пеллетных котлов с горелками объемного типа может осуществляться двумя способами: за счет электрического тепловентилятора, который создает струю раскаленного воздуха, направленную на находящиеся в горелке гранулы, и вручную, когда на гранулы наливают жидкость для розжига и поджигают спичками.
Для подачи воздуха к находящимся в горелке пеллетам используется небольшой центробежный вентилятор. Когда котел выходит на расчетный режим, температура в ее центральной части достигает 1000–1200 °С. Сквозь отверстия на внутренней поверхности в толщу гранул с помощью вентилятора подается свежий воздух. Достигнув рабочей температуры, котел останавливается: с помощью воздушной заслонки перекрывается подача воздуха, выключается привод подающего гранулы шнека. В таком режиме некоторые модели могут находиться несколько (до десяти) часов. По сигналу датчика температуры автоматика котла активирует рабочий режим. КПД пеллетных котлов с горелками объемного типа – до 95 %.
Рис. 3. Факельная горелка
Сжигание пеллет в горелке факельного типа происходит в воздушном потоке, создаваемом вентилятором горелки (рис. 3). Поступающие в зону горения пеллеты быстро превращаются в пылающие угли и сгорают, образуя факел пламени, температура которого достигает 1200 °С. У пеллетных котлов с горелками факельного типа КПД несколько ниже, чем у теплогенераторов с горелками объемного типа, он не превышает 90 %.
Факельная горелка первоначально предназначалась для сжигания зерен. Основное преимущество – компактные размеры, позволяющие устанавливать ее во многие модели твердотопливных котлов с небольшими топочными камерами. Она имеет сравнительно простую конструкцию и надежна в эксплуатации, факел создается поступающим через перфорацию воздухом. К ее недостаткам относится меньшая, по сравнению с объемными горелками, мощность, а также наличие факела, из-за которого возможен локальный перегрев топки. В качестве примера можно привести горелку Agroline, имеющую трубчатую конструкцию, в которой пеллеты подаются в зону реакции Архимедовым винтом.
«Каминные» горелки часто устанавливаются в каминах. Горение происходит в чашеобразной емкости, пеллеты подаются сверху, а воздух – снизу. Такие конструкции используются в бытовых котлах небольшой мощности из-за ограничений размеров и трудностей с настройкой, но иногда применяются и в некоторых пиролизных котлах.
Газогенераторные котлы на пеллетном топливе производит компания Solarfocus (Австрия). Например, это модели Pellet top (мощность 4,5–14,9 кВт), КПД до 97 %. Бункер для хранения пеллет встроен непосредственно в корпус котла. В нижней части бункера расположен наклонный шнек, который поднимает пеллеты к отсекателю-барабану, из него они поступают в камеру газификации на керамическую решетку-реактор (температура – 1200 °С), где, нагреваясь, разлагаются на водяной пар, смолы и масла. Дальнейшая реакция между углеродом и кислородом воздуха обеспечивает температуру, достаточную для образования оксида углерода II (угарного газа). Смолы и масла в пеллетах разлагаются на газы, содержащие водород.
За счет разрежения, создаваемого дымососом, из камеры газификации горючий газ следует в камеру сгорания, расположенную под реактором. Здесь генераторный газ доокисляется до оксида углерода IV, а раскаленные продукты сгорания перемещаются в теплообменную часть, после чего удаляются дымососом.
Из пеллетного – в газовый
Как только в составе теплогенератора появляется горелка, сразу же возникает вопрос о возможности использования в нем другого вида топлива. И действительно, в ряде случаев такие замены возможны. Именно пеллетные котлы, формально твердотопливные, допускают применение газового или жидкого топлива. Например, конструкция пеллетной горелки Pelltech позволяет устанавливать ее практически в любой пеллетный, дизельный или твердотопливный котел. Посадочное место стандартизовано с газовыми и дизельными горелками, и следовательно, позволяет заменять дизельную горелку на пеллетную или ее на газовую без переделки котла.
На выставке Aqua-Therm 2016 компания Sunsystem экспонировала, в частности, комбинированный котел BURNiT CombiBurn DC (мощностью 35 кВт), сконструированный в соответствии со стандартом EN 303-5. Благодаря универсальной горелке DC, в нем могут использоваться как топливо уголь, древесные и агропеллеты. Ее применение в принципе предполагает возможность замены на газовую горелку (рис. 4). Однако в этом случае потребуется также коррекция автоматики систем розжига и безопасности. Помимо изменений, вносимых в работу датчиков, необходима также адаптация автоматики.
Рис. 4. Комбинированный котел BURNiT CombiBurn DC
А факельные горелки BURNiT Pell могут генерировать тепловые мощности от 5 до 150 кВт. Встроенный контроллер обеспечивает автоматизированное зажигание и подачу пеллет, самоочистку, управление работами циркуляционных насосов отопления и ГВС, имеет опции для управления комнатным термостатом и снабжен таймером. Воспламенение топлива обеспечивается за счет пьезорозжига, фотодатчик контролирует мощность пламени, а подача воздуха осуществляется вентилятором, регулируемый шаг которого 0–100 %.
Допускают в принципе также переоборудование для использования газового топлива котлов, в которых установлены ретортные горелки, в компаниях «Белкомин» и «Завод Конорд».
Автоматика
В котлах последней компании применяется финская пеллетная горелка. Она имеет автоматическую систему управления, минимальное количество настроек и функцию поддержки установленной пользователем температуры, обеспечивающие стабильное горение в широком диапазоне мощности. Сигнал с фотодатчика обрабатывается по алгоритму, формирующему сигнал управления вентилятором.
После отключения питания и его возобновления горелка автоматически переходит в режим очистки топочной камеры, а затем производит розжиг и выход на установленный до отключения питания режим.
Используемая в пеллетных котлах автоматика, частично совпадая с применяемой в других типах котлов, имеет и свои особенности. Датчик пламени предназначен для определения наличия пламени в топочной камере, наполнения внутреннего бункера – служит для остановки/начала подачи пеллет внешним шнеком, наполнения внешнего бункера горелки для остановки/начала подачи пеллет внешним шнеком. При использовании внутреннего и внешнего шнеков разных диаметров необходима синхронизации их работы. Предохраняет от возникновения обратного огня аварийный датчик температуры в системе подачи. Обычно он подает сигнал при температуре 75 ˚С, при включении обеспечивает остановку внешнего шнека и запуск внутреннего. Внешний датчик рабочей температуры используется для контроля температуры теплоносителя и управления работой котла.
А внутренний датчик рабочей температуры устанавливается внутри котла. Для оптимизации работы горелки применяются датчики давления и температуры дымовых газов, кислорода (лямбда-зонд). Для дистанционного включения котла служит датчик внешнего включения, он же применяется при подключении GSM модема.
Статья из журнала "Аква-Терм", март-апрель, №2 (91), рубрика "отопление и ГВС".
