Котлы на древесной щепе

Начало эксплуатации отопительных котлов, для которых в качестве топлива использовалась древесная щепа и другие вторичные остатки деревообрабатывающей индустрии, началась ещё во времена Советского союза. Но, основные задачи по усовершенствованию полезного использования биологического топлива удалось решить уже западным, а если точнее, североевропейским специалистам. На севере Европы природные климатические условия почти такие же суровые, как и в России, поэтому вопрос эффективного и недорогого отопления жилья стоит не менее остро, чем у нас.

Взяв отечественные технологические разработки, европейцы усовершенствовали их. Нужно сказать, что в Европе хорошо развито промышленное производство отопительных котлов. Например, только в небольшой по территории Австрии, работает добрый десяток фабрик, выпускающих отопительные котлы различных марок и комплектаций, и их продукция пользуется спросом во всём мире. Ассортимент отопительных котлов, работающих на биологической массе постоянно растёт, поскольку это решает ещё вопрос эффективного использования отходов от переработки древесины. К тому же, такие котлы отлично зарекомендовали себя в качестве альтернативы центральному отоплению, особенно в частных домовладениях, куда провести инфраструктуру теплоснабжения бывает довольно сложно и очень дорого. Установка котла, работающего на древесной щепе, позволит решить эту проблему, к тому же в дальнейшем времени, потребитель ощутит выгоду и на своём кошельке, поскольку экономия финансовых средств по коммунальной оплате будет существенной.

Технология горения древесной биологической массы

Сжигание биологической массы происходит более сложное технологическое действие по сравнению со сжиганием топлива из полезных ископаемых. Это связанно с тем, у большей части ископаемых, используемых в виде топлива, качество намного выше, чем у твёрдых видов биологического топлива.

Существует три основных вида твёрдого биологического топлива.

1. Щепки (естественные отходы деревообработки)
2. Опилки (искусственные отходы деревообработки)
3. Большие необрабатываемые куски древесины.

Они разделяются на два вида, в зависимости от содержащейся влаги: Сухое (влажность 30 процентов) и влажное (50-65 процентов).

Кроме процента влажности, большую роль в эффективности сжигания играет диаметр гранул биологического топлива. Топливо, имеющее мелкую фракционность (отходы от процесса шлифования, маленькая стружка) сжигается в суспензионном виде. Сжигание большего по кусковым объёмам топлива, например, древесной щепы, или размельчённых блоковых отходов, требует более длительных сроков. Как правило, сжигание такого топлива проводят в топке со слоевым устройством.

К каждому отдельному виду биологического топлива существуют свои технологические подходы и методы сжигания. Отопительные котлы, используемые для работы с сухим топливом, не рекомендуется применять при сжигании влажного биологического топлива, так как при этом эффективность резко снижается.

В отопительных котлах, работающих на твёрдом биологическом топливе (в нашей стране это обычно отходы деревообработки, реже, агропромышленные отходы) применяются несколько способов сжигания.

Слоевое сжигание древесной биологической массы

В топках со слоевым устройством топливный материал подвергается температурной обработке, располагаясь на огнеупорном полу, либо на колосниковом поддоне. В активную зону горения, при помощи поддувочного механизма, постоянно закачиваются воздушные потоки. Зона активного горения разделяется на так называемый кислородный отсек, в него происходит закачивание воздушных потоков, и там, в ходе взаимопроникновения кислородных и углеродных соединений, формируется горючий газ, на восстановительный отсек, где происходит увеличение содержащихся в углероде окисей при соприкосновении с разогретым топливом, и на отсек просушки, расположенный над двумя первыми. В отсек просушки нагнетаются вторичные воздушные потоки для дожига составляющих частиц газовых остатков. Регулирование вышеописанных слоёв помогает оптимизации процесса топливного сжигания, зависящего от содержания влаги и температуры сжигания.

Топки со слоевым строением делятся на два вида:

1. Топки, сжигание топлива в которых происходит большими пластами, и подача топливных материалов проводится из предварительной топки на специальный поддон при помощи автоматических устройств и подающего механизма. Подобные топки используют для сжигания топливной массы с высоким содержанием влажности и при любом фракционном составе. Но, такое оборудование не блещет эффективностью, всего 50-60 процентов. Существуют топки, в которых влажное топливо подаётся в слоевое основание при помощи гидравлического цилиндра, это позволят достигнуть медленного и полного сгорания топливных остатков. Если топка оборудована не одной, а несколькими камерами отсеками для топливного сжигания, то появляется возможность удаления золы из одного отсека, пока в остальных производится сожжение топливных остатков.
2. Топки с малыми пластами предусмотрены для топливных материалов с низким содержанием влаги. В подобных топках топливо распределятся по поддону небольшим слоем. Есть поддоны с наклоном, поддоны, оборудованные маленькими отверстиями и множество других разновидностей, позволяющих топливной массе передвигаться по поддону в отсек сжигания, а первичные воздушные потоки имеют доступ к пластам снизу, сквозь поддон.

В топках больших размеров, чтобы обеспечить распределительную равномерность измельчённых топливных материалов или маленьких гранул в высокотемпературной области отсека горения применяется механическое и пневматическое распределение. Это приводит к тому, мелкие частицы сгорают, не достигая поддона, а большие падают и сгорают непосредственно на поддоне.

Конструкция слоевой топки позволяет выделить несколько вариантов сжигания.

1. Вертикальное.
2. Горизонтальное.
3. Зажатое.
4. Кучевое.

Смотря на относительное расположение топливных материалов и поддонов, и их формы, выделяют несколько топок.

1. Топка с закреплением пласта и закреплённым поддоном.
2. Топка с относительной подвижностью топливных материалов по закреплённому поддону и вертикальной подвижностью перемещающихся пластов.
3. Топка с равномерным перераспределением топливного материала по закреплённому горизонтальному поддону.
4. Топка с незакреплённым поддоном, снабжённым колосниковым механизмом разнонаправленного движения.

На сегодняшний день при сожжении древесной щепы эксплуатируются топки со слоевым устройством.

Факельное сожжение древесной биологической массы

Топки с использованием факельного способа сожжения подразделяются на топку с пылевой горелкой и топку с вихревым механизмом. Они применяются при совместном сожжении твёрдых видов биологической массы и угля, и для сожжения мелких частиц твёрдых компонентов биологического топлива (древесные опилки, щепка, шлифовальная пыль). В целях обеспечения безопасности, топку с пылевой горелкой для начала предварительно разогревают до 900 градусов, сжигая куски древесины, газ, либо мазут. Главным отрицательным свойством такого способа сожжения мелкофракционных видов биологического топлива называют возникновение на обеспечивающей теплообмен поверхности плотного шлакового сплава.

Чтобы нивелировать эти недостатки сожжения твёрдых топливных компонентов, был изобретён метод взвешенного сгорания, или вихревой метод. В настоящее время для этого метода применяются топки с циклонным – вертикальным или горизонтальным – действием, состоящие из циклонных предварительных потоков и охлаждающего отсека. Главный способ функционирования подобных топок – сожжение мелких частиц топливного материала методом активного смешивания воздушных потоков, горючих газов и топливных частиц. Получается своеобразный огненный вихрь, давший наименование методу.

В топках вихревого типа вводимое топливо подвергается действием потоков воздушных масс, скорость которых превышает скорость передвижения топливных частиц. Это даёт постоянное обдувание рабочим топливным элементам, что обеспечивает стойкое и интенсивное горение. Однако, с повышением температуры топливные частицы теряют в массе и их скорость сравнивается со скоростью вихревых потоков. Чтобы устранить механический недожог применяется распределённая по разным высотам разнонаправленная подача воздушных потоков. Топка циклонного типа является усовершенствованной моделью вихревой топки. Здесь два газовых потока - внешний и внутренний – образуют циклонический воздушный поток. Но, чтобы сохранить структурную эффективность встречных потоков, нужны определённые объёмы пространства, и из-за этого циклонные топки не находят широкого применения.

Котлы, работающие на щепе и древесных отходах

Котлы, использующие в качестве топлива щепу, или отходы деревообрабатывающей промышленности подразделяются на два вида.

1. Паровые. Они вырабатывают пар для турбинных установок производящих электроэнергию и для системного отопления.
2. Водогрейные. Они используются для снабжения горячей водой, отопительного режима и поддержания требуемой температуры воды на теплоэлектростанциях

Котлы водогрейного принципа работы разделяются по тепловой производительности, температурным параметрам и водному давлению. Котлы с паровым принципом работы, по производительности пара, паровому давлению, температурным показателям производимого пара и питающей его воды.

Помимо того, существует разделение котлов по материалам, из которых их изготовили (стальные, чугунные) и типовым показателям (с водными и жароводными трубами). В котлах с разной модификацией существует различная система водной циркуляции:

1. Естественная.
2. Принудительная.
3. Комбинированная.
4. Прямоточная

Котлы, функционирующие на топливе из естественных материалов, предусматривают ручное обслуживание. При этом нужно подготовить ёмкость для накопления аккумулированной энергии от топливной загрузки. Котлы с автоматизированным режимом, использующие щепу и другие виды топлива с мелкой фракцией, оборудуются ёмкостью для топлива.

Экономичность, простота в технологическом обслуживании, доступность топливного материала, делает котлы на деревянной щепке привлекательным товаром на рынке обогревательных технологий. Всё больше потребителей делает свой выбор в пользу отопления с помощью котлов использующих естественные виды топлива.