Гранулированное тепло (пеллетные котельные)

Автоматизи-рованные котлы на пеллетах от WOLF


Котел Logano с пеллетной горелкой каминного типа от BUDERUS 


© GUNTAMATIC
При наличии в коттедже большого запаса топлива современный пеллетный котел может работать без вмешательства человека в течение нескольких месяцев





© GRANDEG
Контактируя с водой, пеллеты набухают и рассыпаются на мелкие части. поэтому хранят их "в сухости" - в бункерах, пластиковых мешках и т. п.


© GRANDEG
Сырьем для производства древесных топливных гранул служат отходы деревообраба-тывающего производства. Чаще всего это опилки деревьев хвойных пород - сосны и ели


Работа котла может обеспечиваться с помощью шнековой и/или пневма-тической системы подачи гранул из бункера к горелке


От добротности пеллетного топлива во многом зависит надежность работы и долговечность котла. Качественные пеллеты (а), в отличие от некачественных (б), не содержат посторонних включений типа коры и т. п.


В Logano SP 251 от BUDERUS использована горелка объемного типа


Для очистки дымогарных каналов пеллетного котла от сажи в них устанавливают турбулизаторы-очистители, управляемые автоматикой


В горелке объемного типа интенсивность процесса сгорания пеллет регулируется с помощью вентилятора, подающего через стенки горелки в толщу пеллет свежий воздух


Пеллетный котел марки Vitolig 300 от VIESSMANN


Biostar HX производства компании GUNTAMATIC


В автоматизи-рованных газогенераторных котлах пеллеты сперва разлагаются на генераторный газ и негорючие компоненты в камере газификации, после чего газ подается в камеру сгорания


В горелке факельного типа пеллеты выталкиваются механизмом подачи в зону сгорания, обдуваемую вентилятором горелки, где быстро превращаются в пылающие угли и сгорают























Розжиг котла (GRANDEG) с горелкой объемного типа осуществляется вручную, после подачи электропитания. Механизм подачи выталкивает порцию пеллет в чашу горелки (а, б, в), на гранулы наливают жидкость для розжига (г). Поджигают спичками (д). Когда топливо разгорится (е), чашу накрывают колоколом (ж, з)


Для автоматизации процесса розжига пеллетные котлы оборудуют специальным тепловентилятором (типа промышленного фена)


© GILLES
Для защиты от локального перегрева топки пеллетных котлов защищают массивными керамическими вставками


© KWB
Бункер из пластикового материала на 5-11 м3 пеллет размещают рядом с котлом или в смежном помещении


© HDG BAVARIA



© HDG BAVARIA
Емкость такого склада вполне может превышать 30 м3 пеллет (б)


Пеллеты поступают в котел через отсекатель


© GRANDEG
Дымоход пеллетного котла в нижней его части необходимо оборудовать трубкой для отвода конденсата


Элементы простейшей системы автоматики

Эволюция обыкновенного полена

Дерево в качестве топлива для обогрева жилища человек использует испокон веков. Еще на заре формирования общества люди жгли сухие ветви в специально сложенных открытых каменных очагах. Со временем были придуманы камины, различного рода печи и другие устройства, позволяющие использовать получаемое от сжигания поленьев тепло для обогрева помещений с большей эффективностью. И по сей день дровяное отопление популярно, особенно в удаленных от цивилизации уголках планеты. Однако лидирующие позиции дровяные печи, как и другие типы "древоядных" теплогенераторов, утратили - в новых домах их ставят в основном в дополнение к энергозависимым котлам на газе, жидком топливе, угле. Ведь, согласно сегодняшним представлениям о комфорте, система отопления должна быть автоматизированной, то есть работать без оператора или кочегара - у современного человека вряд ли найдется время, чтобы заглядывать в котельную чаще, чем раз в неделю. А традиционные теплогенераторы - типа русских печей и буржуек - требуют к себе ежедневного (если не сказать - ежечасного) внимания: надо загружать топливо, выгребать золу и т. д.

Возможно, Леонардо да Винчи, будь перед ним поставлена такая задача, и смог бы разработать проект бытовой автоматизированной дровяной печи, функционирующей без участия человека (механизм, время от времени подбрасывающий в топку поленья, выгребающий золу и т. д.). Однако Леонардо давно умер, а никто другой - вплоть до наших дней - решить эту задачу не смог. Разработка и массовое изготовление автоматизированных установок на древесном топливе, предназначенных для отопления и ГВС коттеджей, начались лишь после того, как в конце прошлого века в Германии был создан новый вид твердого топлива - древесные топливные гранулы.

По внешнему виду древесные топливные гранулы представляют собой небольшие цилиндры (они похожи на коротенькие обломки карандаша), спрессованные из мелких стружек и опилок хвойных пород дерева - от этого "добра" в России не знают как избавиться многие цеха в деревообрабатывающем и мебельном производствах и т. п. Прессуются опилки под давлением около 300 атм, без каких-либо добавок и клея. Длина древесных гранул составляет в среднем 20-50 мм, диаметр - 4-10 мм. У этого продукта очень много названий. Из иностранных распространены два: Wood pellets и Holz-Pellets, или Holzpellets. Из русских - "биогранулы", "топливные гранулы", "биомасса", "опилочные гранулы". Но наиболее правильное название - "древесные топливные гранулы" или просто "пеллеты". С конца прошлого века древесные гранулы - стандартизированный вид топлива: существует, например, немецкий стандарт DIN 51731 и стандарт Австрии OENORMM7135.

Автоматизированные котельные на древесных гранулах сегодня получили широкое распространение в Европе. Стимулирование использования оборудования на экологически без-опасных возобновляемых видах топлива осуществляется во многих странах ЕС на государственном уровне. К примеру, если в Германии семья установит котел на топливных гранулах, государство выплачивает ей дотацию в размере € 2500 плюс € 50 за каждый киловатт мощности котла (около € 3000). В Северном Рейн-Вестфалии (Германия) до 2006 г. правительство планирует заменить 500 тыс. устаревших котлов на оборудование, использующее пеллеты и другие виды биоорганического топлива. По прогнозам Института энергетики и охраны окружающей среды ФРГ, к 2007 г. в Германии будет работать более 1 млн котлов и печей на топливных гранулах. Ежегодный расход пеллет составит 4 млн т. В Швеции потребление топливных гранул ежегодно растет на 30%. Правительственной программой Швеции предусмотрено увеличение потребления пеллет до 7 млн т в год уже к 2010 г.

В России запасы сырья для производства древесных топливных гранул огромны, исчисляются они миллиардами кубометров. Используя пеллеты, получаемые из отходов лесной промышленности, Россия могла бы экономить в год 15-20% традиционного топлива. Но...

Смелее, господа!

К сожалению, сегодня российский рынок пеллетного топлива развивается крайне медленно. Нет, производителей пеллет только в европейской части России больше двух десятков, однако почти все выпускаемое в нашей стране топливо (по некоторым оценкам - до 95%) уходит на запад, где качественные пеллеты по сходной цене в большом дефиците. Не более 0,1-2% гранул из тех, что остаются в России, продаются под видом наполнителя для кошачьих туалетов (пеллеты хотя и не боятся атмосферной влажности, но при непосредственном контакте с влагой охотно ее впитывают). И лишь 2-3% от общего объема производства древесных топливных гранул используются в виде топлива, в частности в коттеджах.

Переориентировать российских производителей древесных топливных гранул на обслуживание внутреннего рынка несложно - главное, чтобы люди оценили достоинства автоматизированных котлов, их использующих, и начали, наконец, эти котлы покупать.

Минимальные объемы продаж котлов на пеллетах (судя по всему в настоящее время в коттеджах наших сограждан установлено и работает не более десятка пеллетных теплогенераторов) - следствие недостаточной информированности потенциальных покупателей, а также дороговизны импортного оборудования. Аппарат без особых технических "наворотов" тепловой мощностью около 30 кВт стоит € 3000-4500, а устройства суперкласса - до € 8000. В России подобная техника пока не выпускается. Хотя импортное оборудование достаточно надежно, потенциальных покупателей всерьез пугает отсутствие у многих поставщиков на территории России сервисных центров и складов запасных частей для котлов. Кроме того, пеллеты по приемлемым ценам (около $ 80-200 за тонну) пока есть далеко не везде. Заводы, их выпускающие, по большей части сконцентрированы вблизи границы со странами Евросоюза - в Карелии, Санкт-Петербурге и его окрестностях. Также выпускают пеллеты на заводах, расположенных в Москве, Муроме, Мурманске, Перми, Тюмени, Кулунде (Алтайский край), Казани, Вологде.

И все же, если в вашем регионе есть поставщик котлов, способный оперативно реагировать на возможные проблемы с техникой (скажем, гарантирует, что сумеет отремонтировать или заменить пеллетный котел в течение суток), а также при возможности закупать и доставлять в ваш загородный дом по разумным ценам качественные топливные гранулы, отдать предпочтение котлу на пеллетах можно. Ведь по своим характеристикам такие котлы способны оказаться приобретением весьма выгодным, причем не только с экологической, но и с экономической точки зрения. Особенно в долгосрочной перспективе.

Начнем с того, что в России создавать систему отопления коттеджа круглогодичного проживания на базе электрических котлов, конвекторов и других устройств, подключаемых к сети электроснабжения, рискнет не каждый. Перебои (и зачастую длительные) с поставками энергии в отдаленные районы являются фатальной неизбежностью. Более того, на каждый коттедж обычно отмерена весьма ограниченная электрическая мощность, которой едва хватает для осветительных приборов, холодильников, телевизоров и т. п. Именно поэтому автоматизированные системы отопления индивидуальных усадеб чаще оборудуют теплогенераторами на ископаемых видах топлива. Причем электроснабжение "подстраховывается" небольшой дизельной или бензиновой электростанцией, запускаемой в автоматическом режиме при отключении питания. Поэтому автоматизированные пеллетные теплогенераторы логично сравнить с оборудованием, работающим на природном газе, солярке и угле, оценивая затраты на закупку и содержание отопительной системы, степень воздействия техники на экологию прилегающего к дому участка и т. п.

С точки зрения экологии отопление на пеллетах и на магистральном газе практически не наносит вреда окружающей среде. К примеру, уровень СО в продуктах сгорания пеллет такой же, как у природного газа. А вот экономически газовое отопление в России намного выгоднее пеллетного. Но, увы, газопроводы протянуты далеко не ко всем коттеджным и дачным поселкам нашей страны (скажем, уровень газификации Сибири, по некоторым оценкам, составляет всего 2% от уровня газификации европейской части России). И новые ветки прокладываются лишь в те места, где есть крупные потребители, способные принести газораспределительным организациям существенную прибыль. В старых же газораспределительных сетях (построенных еще в эпоху СССР) из-за большого количества потребителей "лишнего" газа может не найтись. Да и процедура получения разрешения на подключение газового котла к магистральному газопроводу - занятие не для слабонервных. А вот для установки котла на древесных гранулах согласования не требуется - для его монтажа в простейшем случае нужно всего лишь одно помещение, оборудованное в соответствии с требованиями к котельным на твердом топливе.

По затратам на покупку топлива выгоднее, чем гранулами, топить коттедж сортированным бурым углем, благо топливо это продается почти везде, да и автоматизированное оборудование для его сжигания в России сегодня уже имеется. Причем стоит оно (например, котлы Carborobot от PONT-GB-GANZ, Венгрия) в 1,5-2 раза дешевле, чем пеллетные теплогенераторы. Теплотворная способность гранул не уступает бурому углю (около 18 МДж/кг), но стоимость тонны ископаемого топлива составляет всего 700-800 руб. (то есть оно в 3-6 раз дешевле, чем гранулы). Однако, в отличие от продуктов сгорания газа и древесных топливных гранул, продукты сгорания угля совсем не безобидны в плане экологии. Содержание серы в золе гранул меньше в 20 раз, чем в угольном шлаке, которого к тому же образуется в 20 раз больше, чем золы. Шлак, в отличие от золы, нельзя использовать в качестве удобрения для сада, его надо с участка вывозить куда подальше. А это лишняя головная боль для владельца коттеджа.

По сравнению с жидкотопливными гранульные котлы, судя по всему, оборудование более экологичное и дешевое в эксплуатации. Солярка, продаваемая в России, зачастую содержит в себе едва ли не все элементы таблицы Менделеева. При сжигании этого топлива на участке рядом с домом остается огромное количество вредных для организма человека веществ (в том числе канцерогенов), которые вместе с овощами с грядок нередко попадают на стол.

Затраты на приобретение жидкотопливного оборудования в 2-3 раза ниже, чем на покупку пеллетного. Зато ежемесячные расходы на солярку при прочих равных оказываются примерно в 2 раза большими, чем на топливные гранулы. А это значит, что через 3-5 лет эксплуатации суммарные затраты на жидкотопливный и пеллетный котлы сравняются, после чего пеллетный котел станет оборудованием более выгодным.

Произведем простейший расчет. Теплотворная способность топливных древесных гранул составляет, в зависимости от породы древесины, удельного веса и влажности, от 4,5 до 5,04 мВт • ч/т. По тепловыделяющей способности 1000 кг дизельного топлива соответствует примерно 2140 кг (3,9 м3) пеллет. Возьмем дом, отапливаемый котлом мощностью 25-30 кВт, который за отопительный сезон в Подмосковье "съедает" около 4000 кг дизельного топлива. Для выработки такого же количества тепловой энергии потребуется примерно 8700 кг (около 15,6 м3) древесных топливных гранул. (КПД у наиболее современных пеллетных и жидкотопливных котлов примерно одинаков, для наглядности примем его равным 100%.) Стоимость топливных гранул (при цене для конечного потребителя $ 100 за тонну) составит 8,7 • 100 = $ 870. А такого же количества тепла при использовании дизтоплива - будет равна примерно $ 1824 (4 • 456), где $ 456 - стоимость тонны солярки приемлемого качества ($ 1 = 28,5 руб.). Экономия в топливной составляющей в себестоимости выработки одинакового количества тепла при использовании пеллетного котла: 1824 - 870 = $ 954 за каждый отопительный сезон!

Минимальный комплект оборудования автоматизированной котельной коттеджа, работающей на древесных топливных гранулах, включает в себя котел, оборудованный горелкой для сжигания пеллет и бункером. После подключения к системам отопления и электроснабжения и загрузки бункера топливом (пеллетами) такая котельная сможет в течение длительного времени работать без участия человека (в зависимости от конструкции, от одного дня до нескольких месяцев).

КПД специализированных котлов на пеллетах составляет 85-97%, что соответствует уровню газовых и жидкотопливных котлов и во многом зависит от используемой технологии сжигания пеллет. КПД пеллетных котлов с горелками объемного типа - до 95%. Среди поставляемых в Россию моделей непременно надо отметить Vitolig 300 от VIESSMANN (Германия), GD-WB от GRANDEG (Латвия), Biomatic от THERMIA (Швеция), Benekov ling и Pelling 27 от BENEKOV (Чехия). В Европе популярны такие модели, как Pelletskessel USP от KWB (Австрия), Logano SP251 от BUDERUS и Pro solar от PRO SOLAR ENERGIETECHNIK (обе - Германия) и др.

Горелка объемного типа напоминает кастрюльку из жаропрочной стали или чугуна, установленную в топке котла. Во время работы пеллеты из бункера подаются в горелку объемного типа с помощью механизма подачи, оборудованного шнеком (как в мясорубке). В зависимости от компоновки, механизм подачи либо насыпает гранулы в горелку сверху, либо подает их через отверстие в ее днище (при этом со стороны кажется, как будто в горелке поднимается тесто).

Розжиг пеллетных котлов с горелками объемного типа может осуществляться двумя способами:

1. За счет электрического тепловентилятора, который создает струю раскаленного воздуха, направленную на находящиеся в горелке гранулы. В этот момент из электросети котлом потребляется около 1,2 кВт (в другое время - не более 0,1-0,3 кВт).

2. Вручную (у простых моделей котлов): в горелку, прямо на гранулы, наливают жидкость для розжига, содержащую легкие парафины, и поджигают спичками.

Дымоход для пеллетных котлов выполняется из нержавеющей стали, в нижней его части в обязательном порядке предусматривается отводящий патрубок для удаления конденсата. При правильном монтаже дымохода и точной настройке котла конденсата скапливается около 4-5 л в неделю, при ошибках в монтаже - до ведра в день. Зола из горелки (1% от первоначального объема пеллет) ссыпается в зольник, откуда, как правило, автоматически, с помощью расположенного в нижней части котла шнека, удаляется в ящик для золы. Время от времени, для повышения эффективности работы, каналы дымовых газов очищаются от сажи. "Навороченная" техника проводит эту операцию самостоятельно, перемещая установленные в каналах турбулизаторы-очистители. Делается это по сигналу от автоматики (верный признак наступления критического момента - увеличение температуры отходящих газов). Модели попроще обрабатывают вручную, раз в неделю, с помощью входящего в комплект ершика для чистки дымогарных каналов.

У пеллетных котлов с горелками факельного типа КПД несколько ниже, чем у теплогенераторов с горелками объемного типа, - по имеющимся у нас данным, он не превышает 90,1%. В этом сегменте рынка непременно следует отметить такие котлы, как Gilles от компании GILLES (Австрия), Logano SP131 от фирмы BUDERUS и др.

Сжигание пеллет в горелке факельного типа происходит в воздушном потоке, создаваемом вентилятором горелки. Поступающие в зону горения пеллеты быстро превращаются в пылающие угли и сгорают, образуя факел пламени, температура которого достигает 1200°С. Поток горячих газов направляется в конвективную часть котла, к дымогарным трубам, отдает свое тепло теплоносителю системы отопления, после чего уходит в дымоход. Зола, оставшаяся от древесных топливных гранул, из зоны сгорания осыпается в зольник, откуда, как и в случае с горелкой объемного типа, автоматически (с помощью шнека с электроприводом) или с помощью входящего в комплект обслуживания котла совочка вручную эвакуируется в емкость для хранения пепла.

Автоматизированные газогенераторные котлы на пеллетном топливе - оборудование новое, производство подобной техники освоено компанией SOLARFOCUS (Австрия) - модель Pellet top (4,5-14,9 кВт). КПД этих установок доходит до 96,8%! Бункер для хранения пеллет встроен непосредственно в корпус котла. В нижней части бункера расположен наклонный шнек, который поднимает пеллеты к отсекателю- барабану, из которого они порциями высыпаются в камеру газификации, на керамическую колосниковую решетку-реактор. Топливо на раскаленном реакторе нагревается (температура решетки - 1200°С) и разлагается на водяной пар, смолы и масла. Дальнейшая реакция между углеродом и кислородом воздуха обеспечивает температуру, достаточную для образования окиси углерода - главного компонента вырабатываемого газа. Смолы и масла в пеллетах разлагаются на газы, содержащие водород.

За счет разрежения, создаваемого вентилятором-дымососом котла, из камеры газификации горючий газ следует в камеру сгорания, расположенную "этажом ниже" - под реактором. Здесь генераторный газ сгорает, а раскаленные продукты сгорания перемещаются в теплообменную часть, оборудованную турбулизаторами- очистителями, где охлаждаются, после чего выбрасываются дымососом в дымоход. Минимальное количество золы и несгорающие компоненты пеллет (обычно это неорганические включения, попавшие в гранулы при производстве) остаются внутри камеры сгорания. Их надо регулярно (в зависимости от качества гранул) удалять из нее с помощью специального инструмента.

Для обеспечения бесперебойной работы пеллетного котла необходим запас топлива. Оно может доставляться в коттедж в полиэтиленовых мешках массой до 25 кг или в упаковках "биг-бэг" по 600 - 900 кг. Удобнее заказывать доставку гранул в специальных автоцистернах (типа тех, в которых возят молоко или воду). Из такой цистерны пеллеты, будучи сыпучим топливом, закачиваются в дом по гибким шлангам с помощью установленной на автомобиле воздушной пневмосистемы. Так пеллеты доставляются в коттеджи практически во всех цивилизованных странах. Однако в России подобный сервис только начинает развиваться.

Хранят гранулы чаще всего непосредственно в коттедже - в мешках или в штатном бункере котла. Штатный бункер, как правило, заполняется вручную (пеллеты либо засыпают в него прямо из пакета, либо загружают с помощью лопаты - один раз в 24-72 ч). Но можно приобрести бункер и побольше. Размещают его рядом с котлом - или в отдельном помещении, или в пристройке к основному зданию. Из большого бункера древесные гранулы подаются к горелке (или в штатный бункер) котла по металлическому или гибкому пластиковому каналу, оборудованному шнеком. Другой способ транспортировки - с помощью установленной на бункере пневмосистемы. Использование бункера больших размеров позволяет существенно увеличить промежуток времени между загрузками древесных топливных гранул (до 1 года!). Но чтобы обустроить его, придется расстаться с кругленькой суммой - до € 15 000. Эти затраты - дополнительные по отношению к затратам на пеллетный котел с горелкой и штатным бункером.

В России продаются в основном бункеры увеличенных размеров из стали. Они долговечны, но, как правило, достаточно массивны и недешевы. В комплекте с котлами GRANDEG поставляются бункеры емкостью до 1,1 м3 гранул; совместно с теплогенераторами BENEKOV - объемом до 1 м3. Более дешевый, но менее долговечный вариант, также получивший распространение в России, - подвесная система "биг-бэг", которая вмещает в себя до 1,5 м3 пеллет. Она представляет собой подвешенный на стойках рядом с котлом пластиковый мешок гранулированного топлива.

В Европе для хранения пеллет в коттеджах часто применяют бункеры, которые собираются из металлических стоек и оболочки из пластикового материала. Объем таких хранилищ составляет от 5 до 11 м3. Если топочная имеет достаточно большие размеры, можно установить бункер рядом с котлом, в противном случае придется отдать под него отдельное помещение. Матерчатые бункеры предлагают, например, GEOPLAST, SOLARFOCUS, KWB.

Склад древесных топливных гранул любого объема можно обустроить в хорошо гидроизолированном помещении коттеджа и без использования готовых конструкций. При этом необходимо учитывать рекомендации производителя устанавливаемого пеллетного котла. Пол у склада может быть горизонтальным, однако чаще его делают наклонным, под углом в 50° к основанию (скос в одну сторону или с двух сторон к центру помещения). На самом полу, чаще всего в нижней части ската, устраивается открытый паз со встроенным шнеком. Через этот паз пеллеты "проталкиваются" шнеком в круглый канал, сообщающийся с механизмом подачи горелки котла. На полу склада твердого топлива может устанавливаться специальное устройство - ворошитель (который похож на мощный двухлопастный пропеллер самолета). Его задача - время от времени (по сигналу, поступающему от автоматики котельной) ворошить массу пеллет в зоне шнека, чтобы она не слеживалась и питание котла топливом происходило равномерно. Ворошитель приводится в действие мотором с редуктором, управляемым системой автоматики котла.

Ради справедливости надо отметить, что обустройство склада для хранения гранул в доме, особенно ниже уровня земли, требует серьезных работ по гидроизоляции помещения. В подвале современного коттеджа не всегда удается найти комнату под такой склад - пространство, знаете ли, в дефиците.

Можно хранить пеллеты и вне дома, в специальной пластиковой емкости. Подобное оборудование предлагают, например, такие компании, как GEOPLAST, KWB и др. Объем пластиковой емкости может доходить до 11 м3. Она напоминает сосуд для жидкого топлива или воды. Не нуждается в гидроизоляции. на участке ее закапывают или присыпают землей, на небольшом расстоянии от дома. Загрузка пеллет в емкость осуществляется из автоцистерны, а в бункер котла - по гибким шлангам с помощью установленной в бункере пневмосистемы.

Из материалов журнала "Идеи вашего дома".

Редакция благодарит компании GRANDEG и "ЭКОЛОГИКА" за предоставленные фотоматериалы и технические консультации