Наиболее экономичный вариант топлива для домашних котлов — это магистральный газ. Электрические котлы выделяются высокой надежностью и безопасностью, однако газовые сети не охватывают все населенные пункты, а эксплуатация электрических котлов может быть дорогостоящей и ограниченной в доступности необходимой электрической мощности.
Таким образом, многие собственники частных домов и дач склоняются к выбору между котлами, которые функционируют на жидком или твердом топливе. Рассмотрим более детально плюсы и минусы различных типов твердого топлива для котлов.
Краткое содержание статьи
Что представляет собой твердое топливо и его разновидности
В отличие от газа и обыкновенной солярки, которое является фактически дизельным топливом, твердое топливо в своем составе представляется в виде плит, блоков, брусков или других форм, которые не расплываются и не испаряются. Все виды топлива объединяет одно общее свойство: основным его компонентом является углерод. Он образуется благодаря солнечному свету и фотосинтезу в зеленых частях растений, в результате чего формируются сложные углеродные органические соединения, которые потом становятся топливом — горючим вещественным источником.
Физика процесса горения
Ключевая характеристика любого топлива — его теплотворная способность, также известная как удельная теплота сгорания. Это физический параметр, который показывает, сколько тепла выделяется при полном сгорании определенной единицы топлива. Обычно для этого используют массу (1 кг) или объем (1 м³).
Процесс горения
Чем выше значение удельной теплоты сгорания, тем меньшего объема топлива требуется, а эффективность сжигающего устройства возрастает. Это означает для владельцев котлов, что отопление станет более экономичным.
Химическая природа горения
Теплотворная способность различных видов топлива зависит от их химического состава, в частности от содержания углерода и других примесей (кислорода, азота, серы и водорода). Углерод и водород — это главные источники энергии, которые при сгорании превращаются в тепло. Азот и кислород в процессе горения не участвуют и выступают в качестве балласта, уменьшая процентное содержание углерода и водорода.
Кислород образует соединения с углеродом и водородом, тем самым удаляя некоторую их часть из процесса горения. Сера, содержащаяся в твердом топливе, бывает двух видов: летучая сера, которая участвует в горении, и негорючие сульфаты, остающиеся в золе — неогорючих минеральных остатках.
Зола — негорючие минеральные остатки, не подлежащие сжиганию
Чем больше в топливе негорючих (минеральных) веществ, тем больше образуется золы, тем ниже эффективность топлива, так как его горючие компоненты заменяются балластом. Параметр зольность — это вторичная важная характеристика топлива.
Наличие серы в топливе ухудшает качество продуктов сгорания, выделяя токсичный сернистый газ (сернистый ангидрид), который при взаимодействии с кислородом превращается в серный анхидрид, а с водой — в серную кислоту, способную корродировать металлические детали котельного оборудования. Выбрасываясь в атмосферу, эта кислота выпадает в виде кислотных дождей.
На самом деле для сложного физико-химического процесса горения может использоваться что угодно: главное, чтобы процесс шел, и выделялось тепло. Например, в регионах, где доступ к другим видам топлива (таким как древесина или уголь) ограничен, активно используют кизяки — высушенный навоз коров, смешанный с соломой.
В некоторых северных индийских деревнях брикеты из высушенного коровьего и овечьего навоза также применяют на ТЭЦ для выработки электроэнергии. По характеристикам (удельной теплоте сгорания) коровьи брикеты сравнимы с углем.
Коровьи лепешки, предназначенные для отопления, высушиваются на улице
Однако современного владельца загородного дома трудно представить, раскладывающим кизяки для сушки. Да и с коровьими лепешками во многих местах тоже сложно. Поэтому давайте не будем углубляться в детали оптимальных пропорций навоза и соломы или способов сушки кизяков.
Лучше обратим внимание на преимущества и недостатки наиболее распространенных типов твердого топлива: древесины, угля, торфа. Для бытовых котлов эти виды топлива наиболее часто применяются, тогда как на промышленных масштабах также используются горючие сланцы и кокс. Специалисты делят твердое топливо на ископаемое (образовавшееся в результате метаморфизма органических остатков многие миллионы лет назад под воздействием давления и температуры) и неископаемое — к которому относится древесина и её технические производные.
Дрова
Дрова являются самым простым в получении типом топлива, не требующим сложных геологических изысканий. Каждый из нас хотя бы раз в жизни наслаждался жаром костра, наблюдая за танцем пламени.
Дровяное отопление в нашей стране — один из наиболее распространенных и традиционных способов обогрева. В нынешних условиях дрова доступны на значительной части территории, а их цена в сравнении с другими источниками тепла остаётся вполне разумной. На рынке обширный ассортимент котлов, специально разработанных для отопления дровами.
Например, в ассортименте Viessmann представлено четыре модели котлов, на которых можно сжигать дрова и топливные брикеты: от компактного Vitoligno 100-S мощностью до 20 кВт до Vitoligno 250-S, который способен принимать поленья длиной до одного метра. Этот котел, рассчитанный на объем топки до 500 литров, может обеспечить мощность от 40 до 170 кВт.
В отличие от Европы, в нашей стране леса все еще в достатке, в том числе для отопления. Попробуем провести некоторые расчеты. Социальная норма дров на отопление, которая положена сельским жителям с печным отоплением, составляет 15 м³. Этого объема достаточно для обогрева среднего дома в течение всего отопительного сезона. Эта норма осталась с советских времен и по сей день не отменена. Это соответствует вырубке примерно 70 деревьев диаметром 200 мм и высотой 6 м, то есть целой рощи вырубается на каждый дом с печным отоплением каждые зимы.
Одна роща на отопление одного дома каждую зиму.
- довольно высокая теплоемкость. Древесина содержит от 50 до 58% углерода, с удельной теплотой сгорания до 15 МДж/кг;
- при сжигании образуется сравнительно небольшое количество золы;
- древесина свободна от серы;
- сжигание дров не причиняет значительного вреда окружающей среде.
Однако у дров есть и недостатки: их нужно предварительно обрабатывать: пилить, колоть, укладывать в поленницу. Можно приобрести уже колотые дрова, но их стоимость возрастает. Еще один важный аспект заключается в том, что высокая теплотворная способность дров напрямую зависит от их влажности. Следовательно, место хранения должно быть достаточно просторным и защищенным от атмосферных осадков.
Топливные брикеты — европейские дрова
Существует вариант, способный заменить привычные поленья — это так называемые евродрова. Это прессованные в форме брусков отходы деревообрабатывающей, пищевой или сельскохозяйственной отраслей. При производстве топливных брикетов не используется никакие клеящие вещества: сырье распаривается и прессуется, причем гранулы соединяются между собой исключительно за счет природного полимера — лигнина. Топливные котлы, предназначенные для обычных дров, также могут использовать евродрова.
Твердотопливный котел для эксплуатации дров или топливных брикетов
- пини-кей (pini-kay);
Топливные брикеты пини-кей
Темный оттенок пини-кей обеспечивается термообработкой, что повышает их влагостойкость. Процесс термообработки — это нагрев до +200°С в отсутствие кислорода — также улучшает характеристики горения.
- нестро (nestro), также известный как нельсон;
- руф (RUF);
Топливные брикеты руф
Топливные брикеты обладают такой же теплотоварной способностью, что и обычные дрова, поскольку сырьё для их изготовления — такая же древесина. Однако благодаря большей плотности и меньшему содержанию влаги (4-6%) у брикетов имеется более высокая удельная теплота сгорания. Так, пини-кей выделяют 4538 ккал/час (для сравнения: древесина берёзы — 3538 ккал/час).
На теплотворную способность топливных брикетов, кроме технологии их изготовления, оказывает влияние качество и виды исходного сырья. Есть брикеты, сделанные из хвойных и лиственных пород деревьев, а также смешанные и с добавками другого растительного сырья. Наиболее «тёплые» — брикеты, содержащие шелуху подсолнечника. Они образуют мало золы, и дополнительным плюсом являются масла, которые имеют более высокую удельную теплоту сгорания, чем древесина. Однако брикеты с добавлением шелухи семечек могут активно загрязнять дымоход сажей из-за присутствия масла.
Если есть сажа — значит, работа для трубочиста
На втором месте по уровню теплотворной способности находятся брикеты, изготовленные из древесных опилок: по количеству выделяемого тепла они сопоставимы с натуральной древесиной. В то же время, наименьшую теплоотдачу демонстрируют искусственные дрова, созданные из рисовой шелухи.
При выборе евродров важно учитывать не только их теплотворную способность, но также и уровень зольности — процент инертных веществ в сырье. Брикеты из рисовой шелухи имеют низкий коэффициент теплотворной способности, а также высокую зольность, составляющую около 20%, в то время как при сжигании обычной древесины, неважно, в виде традиционного полена или евроверсии, этот показатель составляет всего 2,5%.
Ещё один важный фактор, который следует учесть при покупке — это размер брикетов. Наиболее высококачественные, произведенные из однородного сырья с применением современного оборудования, имеют толщину от 60 до 80 мм и длину от 250 до 350 мм. Более дешевые варианты имеют меньшие размеры: диаметр 40–60 мм и длину от 50 до 150 мм. Это связано с большей рыхлостью структуры: крупные брикеты могут разрушаться под собственным весом, что, в свою очередь, негативно сказывается на их теплоотдаче.
Для тех, кто заботится об экологии, топливные брикеты — предпочтительное решение. В их производстве используются отходы, такие как опилки, рисовая шелуха, шелуха гречки или подсолнуха, стебли кукурузы, сено и прочие материалы, а не целые деревья.
Лузга подсолнечника
Топливные брикеты удобнее и компактнее в использовании по сравнению с традиционными дровами: ровные цилиндры с отверстиями можно укладывать в камине более плотно, чем кривые и сучковатые дрова. Однако у них есть и существенные недостатки.
Высокая цена евродров по сравнению с обычными дровами.
В интернете можно найти материалы с расчетами, показывающими экономическую выгоду от применения топливных брикетов. Утверждается, что, несмотря на более высокую начальную цену за тонну, вы получите почти вдвое больше киловатт при сжигании европолена, чем с обычными дровами.
Тем не менее, при более подробном анализе становится ясно: действительно, от европолена выделяется больше тепла, чем от привычного березового, но не в два раза, как заявляется, а примерно на 26%, то есть около трети. Однако за этот дополнительный киловатт-час придется заплатить на 55% больше. При этом в расчетах использовалась стоимость уже колотых дров, которые стоят дороже.
К тому же стоит учитывать, что цена за дрова включает не только саму древесину, но и стоимость доставки, а вот топливные брикеты нужно еще привозить, и не везде они доступны для покупки. Поэтому выбор становится более очевидным для многих. В своих расчетах я основывалась на стоимости брикетов пини-кей, которые являются самыми дорогими, но наиболее эффективными по теплоотдаче.
Правильное хранение топливных брикетов
Технологии производства брикетов из опилок требуют соблюдения низкой влажности при их хранении. Это означает, что если вы планируете хранить их так же, как обычные дрова (под навесом на улице), то вскоре у вас может оказаться не ровные европолешки, а просто куча опилок.
Пеллеты — топливные гранулы
Помимо евродров, из аналогичного сырья (опилок, соломы, шелухи, куриного помёта) также производятся топливные гранулы. В европейских странах их начали изготавливать ещё в середине XX века. Сегодня пеллетные котлы — одно из самых распространенных отопительных устройств в Америке и Европе, на их долю приходится до 80% всех котлов.
Сырье дробится дробилками в муку и затем подается в пресс-гранулятор, который формирует его в гранулы диаметром 6-8 мм и длиной около 50 мм. В разных странах действуют различные стандарты, касающиеся размеров гранул. Как и топливные брикеты, гранулы имеют большую плотность и меньшую влажность по сравнению с обычными дровами.
Топливные пеллеты
Их теплотворная способность аналогична древесине — 3,5 кВт/час. В продаже можно встретить не только светлые, но и тёмные гранулы. Это термообработанные пеллеты, известные как био-уголь. Процесс торрефикации значительно увеличивает их теплотворную способность, приравнивая термообработанные гранулы к древесному углю.
- Стандарт — тёмные гранулы, изготовленные не только из опилок, но и из лузги подсолнуха и шелухи гречки. Максимально допустимая зольность для этого сорта составляет 3%. Этот вид пеллет является самым популярным благодаря своим хорошим показателям теплоотдачи при низкой стоимости.
- Премиум — гранулы белого или светло-серого цвета, обеспечивающие высокие показатели теплотворной способности и низкую зольность — 0,4%.
- Индустриальный — предназначены для использования в промышленных котлах. Эти гранулы грязно-серого цвета изготавливаются из древесных отходов с корой и имеют самую низкую цену.
Опилки и щепа
Опилки и щепа применяются не только как сырьё для производства гранул и брикетов, но и выступают в качестве самостоятельного вида твердого топлива. Использование отходов деревообработки помогает решить ключевую проблему, стоящую перед большинством твердотопливных котлов: обеспечение длительного горения.
В газовых и жидкотопливных котлах вопрос постоянной подачи горючего решается поддержанием давления, которое автоматизирует система котла и давлением топлива в магистрали. В твердотопливных моделях владельцу приходится заниматься этим самому: топка имеет фиксированные размеры, и после сгорания загруженной порции топлива необходимо добавлять новую. Котлы, которые рассчитаны на опилки, имеют специальные бункеры, позволяющие обеспечить непрерывную подачу топлива и работать равномерно в течение 10-12 часов. Таким образом, это устройства для длительного горения.
Опилки для топки котла
Аналогичные устройства (с бункерами для автоматического снабжения топливом) также имеются в моделях, предназначенных для угля и пеллет. Применение древесных отходов для решения задачи длительного горения оборачивается выгодой: на лесопилках щепа и опилки зачастую стоят недорого или даже бесплатно. Это — одно из главных достоинств котлов, работающих на опилках. В тех местах, где есть лесопилки, стоимость отходов может быть нулевой, и при самовывозе топливо для вашего котла обойдется абсолютно бесплатно, за исключением транспортных расходов.
В этой статье вы познакомились с различными типами неископаемого твердого топлива: древесиной и ее производными (топливными брикетами и гранулами), а также опилками и щепой. В следующей публикации «Плюсы и минусы различных видов твердого топлива для котлов: уголь и торф» будут рассмотрены типы ископаемого твердого топлива, включая разные виды угля, торфа и их производные.
- Как одним камином отопить двухэтажный дом
- Как правильно топить котел дровами
- Тёплый пол как способ отопления: практика
- Как правильно установить твердотопливный котел в деревянном доме
- Жидкотопливные котлы: преимущества и недостатки
