Аква терм
баннер выставки HEAT&POWER 2017
HP17conf

Автоматизированные твердотопливные котлы

Существенным недостатком твердотопливных котлов остается сложность их полной автоматизации. Появление на рынке пеллетных теплогенераторов позволило в значительной степени решить эту проблему.

Для того чтобы практически исключить управление котлом в «ручном режиме», необходима автоматизация горения, подачи топлива, окислителя и функционирования систем безопасности. Причем полная автоматизация работы невозможна без соответствующей автоматизации процесса горения вообще и подачи топлива, в частности. Очевидно, что без фракционной однородности решить эту задачу затруднительно и при современном уровне развития электроники нерационально с экономической точки зрения.

Для хранения пеллет используется бункер, который должен находиться на некотором расстоянии от котла в целях обеспечения пожарной безопасности (рис. 1). В бункер объемом 12 м3 можно засыпать примерно 8000 кг пеллет (по энергетическому потенциалу  соответствует 3,9 м3 жидкого топлива).  Загрузка в хранилище осуществляется по пневмотрубопроводу в автоматическом режиме под давлением сжатого воздуха или вручную.  Кроме загрузки хранилища и удаления золы, эксплуатация пеллетного котла может быть полностью автоматизирована.  Но это обязательно подразумевает зависимость от электропитания.

Рис. 1. Схема установки автоматизированного пеллетного котла с вакуумной подачей топлива в промежуточный бункер

Схема установки автоматизированного пеллетного котла с вакуумной подачей топлива в промежуточный бункер

Из хранилища пеллетное топливо поступает к встроенному загрузочному бункеру котла. Для этого используется шнековый механизм или  трубопровод с пневматической или вакуумной подачей. К горелке топливо подается либо шнековым механизмом (рис. 2), либо под собственной тяжестью в зависимости от конструктивных особенностей топки и применяемой горелки.

Рис. 2. Схема подачи топлива шнековым механизмом

Схема подачи топлива шнековым механизмом

Горелки

В горелке объемного горения или ретортной горизонтальный шнек создает вертикальный слой пеллет, через который снизу проходит небольшой, необходимый для начала реакции горения объем воздуха, дополнительно в зону горения он подается принудительно с помощью вентилятора (рис. 3). Ретортные горелки бывают неподвижные и подвижные.

Рис. 3. Горелка с вертикальным слоем топлива

Горелка с вертикальным слоем топлива

Неподвижные – предназначены только для сжигания качественного сухого подготовленного топлива. На подвижной реторте можно эффективно сжигать пеллетное топливо с высокой концентрацией золы и пыли. Подвижная реторта препятствует образованию «коржей» – продуктов спекания некачественного топлива.

Факельная горелка компактна, что позволяет устанавливать ее во многие модели твердотопливных котлов с небольшими топочными камерами. Факел создается поступающим через перфорацию воздухом (рис. 4). В целом ее мощность меньше, чем у горелок объемного горения, а наличие факела может приводить к локальному перегреву топки.

Рис. 4. Схема работы факельной горелки

Схема работы факельной горелкиФакельные горелки – навесное оборудование, и, благодаря этому, на некоторых моделях котлов они могут заменяться на газовые или жидкотопливные. Такие пеллетные горелки устанавливаются и в других типах котлов. Например, горелки эстонской компании Pelltech можно использовать в жидкотопливных и газовых теплогенераторах без их переделки благодаря стандартизированному посадочному месту.

«Каминная» горелка часто применяется в каминах, но устанавливается и в пиролизных котлах. Горение происходит в емкости чашеобразной или прямоугольной формы, пеллеты подаются сверху, а воздух – снизу. Такие конструкции устанавливаются в бытовых котлах небольшой мощности из-за ограничений размеров и трудностей с настройкой.

Пеллеты и стандарты

В зависимости от качества материала для изготовления топливных гранул и технологического процесса их производства выделяют три группы пеллет.

Белые – изготавливаются из отходов древесного происхождения и предназначены для использования в топливосжигающих установках соответствующего уровня. Такой сорт получается при удалении коры деревьев перед гранулированием и отсутствии технологических нарушений в процессе сушки.

Индустриальные пеллеты уступают первой группе по качеству, так как в сырье при  дроблении присутствуют кора и несгораемые земляные остатки. У этих пеллет зольность может превышать 0,7 %. Агропеллеты изготавливаются из отходов шелушения различных семян, имеют темный цвет. Это дешевое топливо для промышленных  котлов.

Белые и индустриальные пеллеты характеризуются одинаковой теплотой сгорания, но для бытовых моделей большинства пеллетных котлов рекомендуется использовать белые пеллеты. У агропеллет теплота сгорания ниже  –  15 МДж/кг,  а зольность еще выше, чем у индустриальных – от 3 % и более.

Многотопливные биотопливные котлы подразумевают возможность сжигания не только пеллет, но и другого твердого топлива – щепы, древесных отходов, щелухи подсолнечника, а также смесей из разного вида твердого топлива и даже каменного угля. Сжигание брикетов, дров или крупных фракций угля в многотопливных котлах обычно производится в топках с колосниковыми решетками, а пеллеты сжигаются в навесных факельных горелках.

Так, компания «Бош Термотехника» реализует на российском рынке твердотопливные котлы Buderus Logano G221 A мощностью 25 и 30 кВт с автоматической подачей топлива – угля  или пеллет. Котел оснащен универсальной горелкой и в зависимости от типа топлива и режима может работать 3–7 суток на одной загрузке.

Котел «Пересвет» производства ООО «Общемаш» может использовать любые пеллеты, в том числе из лузги подсолнечника. При ручном  режиме загрузки – дрова или брикеты. Многие современные модели многотопливных котлов оборудуются  GSM-модулем и Wi-Fi  для дистанционного  контроля и управления. Например, в отопительной системе ETA Heiztechnik (Австрия) управление осуществляется посредством смартфона.

Но даже при использовании универсальных горелок полной автоматизации подачи твердого топлива не в форме пеллет добиться сложно. В частности, накладываются ограничения на его геометрические размеры, например, крупность кусков угля. Так, в упомянутом выше Logano G221 A допускается сжигать каменный или бурый уголь мелкой фракции диаметром 10–30 мм.

Некоторые котлы, в которых используется пеллетное топливо, могут работать и по пиролизному принципу (например, комбинированные модели DC производства Atmos).

Пеллетный котел VarioWIN с мини-горелкой был разработан компанией Windhager (Австрия). Его диапазон мощности – 1,6–6,0 кВт, что соответствует требованиям «пассивного» дома. При этом содержание вредных веществ в отходящих газах  ниже предусмотренных европейскими нормативными документами. В отопительной системе Easyfire компании Kraft und Wärme aus Biomasse  с низким расходом электроэнергии благодаря форме воздушных сопел температура в камере сгорания достигает 1000 °С. Это обеспечивает высокий КПД и минимальные выбросы вредных веществ. 

Пеллетные котлы Р 14-21-25 компании Atmos (Чехия) оборудованы горелкой, которая может быть смонтирована слева или справа на корпусе. Пеллеты подаются из бака шнековым питателем длиной 1,5, 2 или 2,5 м прямо в горелку. Производительность котла и работа горелки управляются электронной системой. Горелка предназначена для сжигания только качественных пеллет диаметром 6–8 мм и длиной 10–25 мм.

Котел можно оснастить устройством автоматического удаления золы во внешний зольник. Модуль Octoplus компании Solarfocus (Австрия) объединяет гелиотермическую установку и автоматический пеллетный котел. Оснащенная сенсорным дисплеем панель управления координирует работу гелиоконтура, пеллетной горелки, систем отопления и ГВС. Розжиг котла производится с помощью цельнокерамического стержня и автомата мощностью 260 Вт. Пеллеты из хранилища подаются в промежуточную емкость котла, из которой загрузочным шнеком через лопастный затвор падают сверху на тарелку сжигания с многочисленными отверстиями, не смешиваясь с пеплом и тлеющими углями. Это гарантирует высокий КПД теплогенератора. Образующиеся при горении газы вытягиваются в топочную камеру (температура в ней составляет 1200 °С), где полностью дожигаются. Скорость сгорания регулируется изменением числа оборотов дымососа. Процесс контролируется с помощью лямбда-зонда,  КПД установки  достигает 96,5 %.

В котлах серии К 10–26 фирмы HDG Bavaria Kessel- und Apparatebau (Германия) используются системы подачи пеллет из хранилища к котлу на основе вакуумного или шнекового транспортера. Загрузка может осуществляться также и вручную. Важная особенность котла – наличие промежуточной емкости, рассчитанной на хранение 150 кг пеллет. Это позволяет отказаться от большого бункера и использовать расфасованные пеллеты. Полное сгорание  обеспечивается дозирующим шнеком, работающим в тактовом режиме в комбинации с плавно регулируемым вентилятором для подачи воздуха и датчиком температуры горения. Мощность котла модулируется в диапазоне от 30 до 100 %.

Пеллетные котельные

Современные модульные котельные обычно функционируют в автоматическом режиме (рис. 5). Примерно 10 лет назад такие системы мощностью 0,5–2,5 МВт стали широко применяться для отопления целых жилых районов в странах ЕС. Среди производителей первых европейских пеллетных котлов был ряд австрийских фирм. Например, бренд Binder (котлы серии PRF c ретортной топкой, мощность до 2 МВт и котлы серии PSRF с топкой, оснащенной переталкивающей решеткой, мощностью 20 мВт), КПД до 92 %. В России пеллетные котельные появились сначала в Северо-Западном и Центральном регионах. А в автоматизированной пеллетной котельной (мощность 100 кВт, отопление и ГВС административного здания площадью 800 м2 ) в пос. Усть-Славянка (Ленинградская обл.), введенной в эксплуатацию в 2006 г., были установлены два котла Thermia Biomatic 50+ (Швеция). В российских котельных, в частности, эксплуатируется оборудование компаний: Heizomat и Nolting Holzfeuerungstechnik (Германия), D’Alessandro (Италия), Grandeg и Komforts (Латвия), MegaKone (Финляндия), Thermia Värme (Швеция) и др.

Рис. 5. Смонтированные блоки модульной котельной

Смонтированные блоки модульной котельнойВ РФ Ковровский завод котельно-топочного и сушильного оборудования «Союз» серийно выпускает пеллетные котельные, спроектированные для автоматического режима работы – поддержания заданной температуры теплоносителя, управления системой водоподготовки, работой насосов. Для этого в каждой котельной, кроме обязательной котловой автоматики, имеется автоматика регулирования параметров котельной в комплекте с датчиками и контроллерами управления. Предусмотрено место для хранения оперативного запаса топлива. Топливные гранулы в упаковках  (биг-бэгах) доставлятся автомобильным транспортом и подаются в котельную с помощью тельфера.

Котельные на базе модификаций пеллетных котлов предлагает «Балткотломаш» (Санкт-Петербург). Механизм подачи топлива состоит из двух шнековых транспортеров. В верхней части переднего экрана топки имеются каналы подачи вторичного дутья, воздух на него отбирается от основного вентилятора и регулируется с помощью шибера. Топка оборудована механизмом золоудаления (шнековым транспортером). Зола, перемещаемая транспортером, попадает в емкость бункера золоудаления и затем вручную удаляется за пределы котла.

Автоматика обеспечивает автоматическое управление розжигом; поддержание температуры прямой воды на выходе из котла по заданному температурному графику; разрежения в топке котла на заданном уровне; контроль параметров безопасности; аварийную остановку при недопустимых отклонениях контролируемых параметров с отражением индикации на пульте управления причины остановки.

В котлах серии «КВД» модификации «МГ» компании «Экодрев» (г. Тверь) топка механизированная со шнековой подачей пеллет,  с принудительным распределенным первичным и вторичным дутьем. Пеллеты могут иметь диаметр 6–20 мм и влажность до 20 %.

Конструкция топки позволяет использовать в качестве топлива технологические гранулы с повышенной зольностью и низкой прочностью на истирание. Золоудаление производится без остановки котла. За счет тангенциального вторичного дутья достигается высокая полнота сгорания и, следовательно, высокий КПД топочного устройства. Котлы комплектуются оперативным механизированным топливным бункером объемом 2,3 м3, обеспечивающим их непрерывную работу в течение 3,5−12 ч.

Компания «Грин Хит» (г. Челябинск) более четырех лет назад смонтировала две модульные котельные на базе теплогенераторов Faci (Италия) мощностью 200 кВт. При проектировании основное затруднение составила технология поступления в оперативный бункер котла пеллет. Их складирование в отдельном здании требовало дополнительных расходов для обеспечения сохранности. Поэтому склад с гранулами было решено разместить над пеллетным котлом. Такое решение способствовало не только сокращению непроизводительных расходов, но и обеспечению беспрепятственного поступления пеллет в оперативный бункер котла.

Модульные пеллетные котельные небольшой мощности выпускает ООО «Поли-НОМ» (г. Санкт-Петербург). Их основой являются пеллетные водогрейные автоматические котлы непрерывной топки «Теплогран» мощностью 20–50 кВт. В котельной используется автоматическая система управления пеллетным котлом на базе микроконтроллера (процессор С3000) компании «Бениш».

Подача пеллет в котел производится из отдельно стоящего бункера, розжиг, поддержание заданной температуры теплоносителя на выходе котельной и контроль исправности устройств системы управления котлом осуществляются в автоматическом режиме. Теплообменник может комплектоваться системой автоматики поддержания заданной температуры воздуха в помещении или программируемым контроллером температуры.

А компания «БиоТерм» (Москва) разработала модульные котельные для отопления АЗС. Модуль включает собственно пеллетный котел, дымоход, автоматику управления, пожарную сигнализацию и монтируется в течение двух дней.

Статья из журнала "Аква-Терм " №2/2017




Опубликовано: 11 мая 2017 г.

вернуться назад

gekon
шидель новый
viessman