Применение пеллетных котлов, расход пеллет

Пеллетные котлы – это твердотопливные котлы, работающие на древесных гранулах. Они широко используются для отапливания как жилых частных домов, так и промышленных помещений. Особенно удобно и эффективно устанавливать их в тех случаях, когда возможность подведения электроэнергии или природного газа отсутствует или обходится очень дорого.

Рисунок 1. Схема ретортной горелки.

По комфорту использования пеллетные котлы ничем не уступают традиционным источникам тепла, по своей сути ничем не отличаясь от мазутных и газовых.

Такая система отопления гарантирует полную взрыво- и пожаробезопасность. В настоящее время на территории Европы эксплуатируется около 1 миллиона подобных нагревательных приборов, что свидетельствует о высокой популярности такого вида обогрева. Пеллетные котлы могут быть 2-х видов: водогрейные и воздухогрейные. Их можно использовать для нагрева воды, а современная автоматика дает возможность задавать определенную температуру в зависимости от сезона, времени дня и постоянно поддерживать ее на комфортном уровне.

Есть разные типы котлов на пеллетах, но все они объединены несколькими общими принципами:

Рисунок 2. Схема колосниковой решетки.

подача топлива из бункера происходит автоматически по мере необходимости;
температура постоянно поддерживается на заданном уровне;
высокий КПД: 85-95%;
мощность бытового котла составляет 10-100 кВт, промышленного – до 1500 кВт;
специальное обслуживание не требуется;
если котел не оснащен автоматической системой очистки, удаление золы производится 1 раз в 2-3 дня;
в случае отсутствия автоматической чистки газоходов, их очистка производится 1 раз в месяц.

Что такое пеллеты?

Пеллеты – это топливные древесные гранулы цилиндрической формы, диаметром 6-8 мм и длиной до 50 мм, спрессованные на специальном грануляторе. Они являются одним из видов альтернативных источников энергии, биотопливом, обладающим высокими теплотворными характеристиками. Между ископаемыми видами топлива и пеллетами существуют важные отличия. Древесное биотопливо является экологичным, углеродно-нейтральным и возобновляемым. Его делают из отходов древесины, что значительно удешевляет весь процесс отапливания. Плотная структура пеллет (0,6 т/м³) позволяет легко и удобно их транспортировать и хранить. Зольный остаток от сгоревшего объема очень мал – всего 3%. Его часто используют в качестве удобрения.

Первые гранулы из древесных отходов были произведены в США более 20 лет назад баварцем Руди Гуннерманом. Он использовал это изобретение для уменьшения количества отходов своего производства и экономии средств на транспортировке. Позже этот продукт нашел свое применение в отоплении. В Европе первопроходцем в использовании процесса гранулирования отходов древесины и их применение в отоплении является Швеция. Затем производство древесных гранул в промышленных масштабах появилось в Австрии, Дании, Финляндии, Голландии, Норвегии, Германии, Италии, Франции, Канаде. В начале 21 века в России и на Украине тоже началось производство пеллет.

Котел на пеллетах: принцип работы

Рисунок 3. Сравнительная таблица расхода топлива разных видов.

Пеллетное отопление – это наиболее безопасная, экологически чистая технология хай-тэк, которая позволяет автоматизировать работу котельной полностью, в отличие от использования угля и дров. Котел на пеллетах состоит из 3-х механизмов, которые объединены в единое функциональное устройство: как правило, это котел со специальной горелкой, в котором сжигается топливо, бункер, в котором хранится запас гранул, и механизм, подающий пеллеты в камеру сгорания.

Основой системы отопления данного вида является котел для сжигания пеллет. Котел на пеллетах имеет следующий принцип работы: древесные гранулы засыпаются в бункер и оттуда подаются по мере необходимости в топку котла при помощи специального шнека, управляемого автоматикой. Чем больше нам нужно тепла, тем больше расход гранул. Когда температура воздуха в помещении достигает требуемого уровня, шнек останавливается и гранулы перестают попадать в печь, экономя расход топлива. Вместимость бункера может быть разной. Есть бункеры, которые можно загрузить гранулами на целый год, сезон, месяц, неделю или просто на несколько дней. Использовать котел на пеллетах желательно в паре с дополнительным, резервным котлом.

Виды пеллетных горелок

Пеллетные горелки бывают нескольких видов:

ретортная горелка;
колосниковая решетка.

Реторная горелка представляет собой чашу, изготовленную из чугуна или жаропрочной стали. На ее поверхности и происходит горение. Древесные гранулы подаются снизу, сквозь центр реторты. Под зону горения подается первичный воздух, который продувает слой горящих пеллет, не позволяя поверхности реторты перегреваться.

Схема ретортной прокалочной печи.

Через специальные отверстия в горелке или через воздушные отверстия в конструкции котла подводится вторичный воздух. Зола, которая образуется в процессе горения, сбрасывается с поверхности горелки поступающим новым топливом. По своей конструкции ретортные горелки подразделяются на подвижные и неподвижные. Подвижная (оборотная) реторта позволяет легко и эффективно сжигать топливо с высокой концентрацией золы и пыли. Неподвижные ретортные горелки подходят для сжигания качественного сухого подготовленного (гомогенизированного) топлива (Рис.1. Реторная горелка.).

При использовании колосниковой решетки топливо подается в определенный желоб шнековым транспортером. Оттуда под собственным весом оно осыпается на колосники. Колосники представляют собой традиционную колосниковую решетку или реторту. Под колосниковую решетку подводится первичный воздух, выполняющий функцию продува слоя горящего топлива и охладителя поверхности колосников. Вторичный воздух поступает через отверстия в горелке или через специально предусмотренные воздушные отверстия в котле. Зола, образующаяся в процессе горения, высыпается через отверстия колосниковой решетки, а в отдельных моделях котлов удаляется при помощи механизма опрокидывающихся колосников. Бывают подвижные и неподвижные колосники. Горелки с подвижными колосниками эффективно сжигают топливо с высокой влажностью и зольностью (щепки, опилки, агропеллеты). Горелки с неподвижными колосниками больше подходят для качественного топлива (высококачественные пеллеты из твердых пород древесины) (Рис.2. Колосниковая решетка.).

Как удалить золу из котла?

Схема пеллетного котла.

Пеллетные котлы имеют специальные зольные контейнеры, в которых скапливается зола. В простых моделях используется ручной метод удаление золы. По мере ее накопления нужно останавливать котел, вынимать контейнер, опустошать его и устанавливать обратно. Частота данной процедуры зависит от настроек котла и качества топлива. Так, удалять золу необходимо:

каждые 5-7 дней при топке качественными пеллетами;
каждые 2-3 дня при использовании агропеллетов;
каждый день при топке углем.

В автоматические пеллетные котлы оснащены оборудованием автоматического удаления золы. Зола транспортируется в объемный наружный зольный контейнер при помощи шнекового транспортера. При этом в процессе перемещения зола уплотняется, что ведет к уменьшению ее объема. Привод этого механизма работает или от контроллера котла, или от автономной автоматики. Наличие топливного склада, автоматическое золоудаление и очистка газоходов позволяют сделать обслуживание системы пеллетного котла минимальным.

Пеллетные котлы: недостатки

Основное неудобство пеллетных котлов состоит в том, что древесные пеллеты поставляются, как правило, в мешках, и их нужно периодически загружать в бункер или организовывать большой топливный склад и автоматическую подачу пеллет в котел. Для обеспечения лучшей эффективности большинство таких котлов требуют очистки теплообменника каждые 1-2 недели на протяжении отопительного сезона.

Схема барабанной вращающейся печи.

Эта процедура проводится с помощью ершика, который поставляется вместе с котлом. Золу в золосборнике тоже нужно периодически удалять. При хранении пеллетов нужно избавить их от контакта с водой, так как от воды и повышенной влажности они рассыпаются, становятся непригодными. К недостаткам котла на пеллетах можно отнести его дороговизну, хотя они все равно стоят дешевле, чем газовые или электрические отопительные агрегаты. Кроме того, хоть строительства дымохода и не требуется, для выхода воздуха все равно нужно отверстие в потолке или стене. Если электричество в доме пропадает, то вентилятор останавливается и небольшое количество дыма попадает в дом.

Расход топлива, расчет эффективности

Для оценки теплопотерь дома существует множество различных методик, позволяющих вычислить расход топлива на его отапливание. Но дело все в том, что эти методики базируются на применении СНиП и других регламентов, однако на практике дело обстоит иначе. Если взять за основу жилое помещение площадью 100 м², имеющее утепление согласно нормам СНиПа, то его энергопотери в условиях минимальной наружной температуры обычно не превышают 100 Вт на 1 м² в час. Таким образом, для компенсации энергопотерь нам нужен источник тепла, выдающий 10 кВт тепловой энергии. Этот показатель зависит не от системы отопления, а исключительно от конструкции здания. Предположим, что отопительный сезон продолжается в течение 5 месяцев (150 дней).

Во время отопительного сезона случаются перепады температуры, бывают как холодные, так и теплые периоды. Поэтому учтем еще одно условие: средние энергопотери помещения за отопительный сезон составят половину от максимальных – 5 кВт/ч. Следовательно, на одни сутки понадобится 5*24 = 120 кВт. Таким образом, за отопительный сезон нашему помещению необходимо: Q = 24*5*150 = 18000 кВт. Сжигание 1 кг пеллет отдает 5 кВт. Расход топлива на одни сутки составит: 120/5 = 24 кг пеллет. Эта цифра меняется в зависимости от погодных условий, утепления дома, и т.д.

В среднем для котла 25 кВт расход пеллет может быть таким:

при внешней температуре -30°С – около 60 кг;
при -20°С – около 40-50 кг;
при -5°С – около 30 кг;
при 0°С – около 22 кг;
при +5°С – около 18 кг.

Однако для получения ответа на вопрос об эффективности и удешевлении отопительного процесса лучше сравнить расход топлива различных видов. Имея информацию о необходимом тепле, можно использовать для получения необходимых данных простую таблицу. (Рис.3. Сравнительная таблица расхода топлива разных видов.).

При расчете была взята высота помещения 3 м, теплопотери – 80 Вт/м², температура 22°С. Считается, что при переходе с дизельного отопления на пеллетное котел окупится более чем за 1 год.

Проверить, эффективно ли работает пеллетный котел, можно, измерив температуру газов на выходе. Нормальной считается температура в диапазоне 120-150°С.