«Светлобор ЭКО» — адиабатный котёл средней и большой мощности на пеллетах и сухой щепе. «Светлобор ЭКО» — экономика и экология

Типоразмерный ряд

Компоновка котла «Светлобор Эко» с вертикальной цилиндрической топкой, реверсом пламени в топке и расположенными по линейно-прямоугольной сетке дымогарными трубами позволяет создавать адиабатные котлы средней и большой мощности от 150 до 1000 квт. При этом снимается основное противоречие масштабирования котла — когда мощность топки растёт пропорционально квадрату диаметра топки, а мощность теплообменника — пропорционально количеству труб. Добавление к этому керамической топки создаёт качественно новый тип пеллетного котла, что нашло своё отражение в патентах.

Экономика

Себестоимость тепла. Для чего нужны пеллетные котлы? Ответ в стоимости тепла. Самое дешёвое отопление в России — от природного трубопроводного газа. Отопление пеллетами в 1,5 раза дороже, если не считать стоимость подключения к трубе.

Если цена подключения коттеджа более 300 000 рублей, то дешевле пеллеты. Для большой мощности стоимость подключения называют в миллион и более. Себестоимость тепла на пеллетах в Германии (Германия в настоящий момент экспортёр пеллет) в 1,5 раза ниже отопления газом. Тенденция очевидна.

Пеллеты, в свою очередь, в два раза дешевле сжиженного газа, в четыре раза дешевле электроэнергии и солярки. Если у вас нет газовой трубы и нужно автономное теплоснабжение, альтернативы пеллетам нет.

Качественное горение. Пару лет назад на выставке в разговоре со специалистом по газовым горелкам меня заинтересовал его грамотный разбор нескольких типов газовых горелок. На вопрос, в порядке вежливости, чем я занимаюсь, ответил — пеллетными котлами. Его реакция меня поразила: «Не люблю пеллетные котлы, они потеют и обрастают сажей». В тот момент я вышел из неловкой ситуации, повторив старый анекдот про кошек: «Может, вы просто не умеете их готовить?» Вместе посмеялись. Но вопрос на самом деле очень актуален.

Учитывая часто бытующую неосведомлённость классических теплотехников (специалистов по жидкому, газообразному топливу и углю) по пеллетным котлам, постараюсь прояснить некоторые моменты процесса сжигания древесного топлива.

Особенностью сжигания древесины в виде щепы или пеллет является двухэтапность процесса — так называемый пиролиз. На первом этапе — нагрев и горение древесины с подводом первичного воздуха, и выходом летучих газов до 85% по весу и до 70% по теплоте сгорания.

На втором этапе — сжигание летучих при подводе вторичного воздуха. В число летучих входят и смолы в парообразном состоянии. При снижении температуры в камере сгорания ниже 700 °С последние не сгорают, а осаждаются на стенках камеры сгорания и теплообменника. Исторически таким способом производили дёготь и многие другие смолянистые продукты.

При сжигании жидкого, газообразного топлива и угля на первом этапе выделяется более 80% теплоты сгорания. Поэтому второго этапа как бы и нет. Соответственно, конструкция котла на древесном топливе существенно отличается от вышеперечисленных котлов.

Даже объединять котлы на пеллетах и угле в твердотопливные — существенная ошибка. В угле есть сера и фосфор, на выходе из котла при конденсации получается серная и фосфорная кислота, которая разъедает котёл. Поэтому температура дымовых газов должна быть выше температуры конденсации этих кислот 180 °С. В древесине серы и фосфора нет, следовательно, температура дымовых газов может быть и 120, и 80 °С. Определяющим фактором является условие незамерзания дымовой трубы. Соответственно, КПД котлов на угле 80%, на пеллетах 92%.

Задача эффективного сжигания пеллет — это обеспечить при любых режимах температуру в камере сгорания в диапазоне 800–1100 °С. Для этого у камеры сгорания котла должны быть горячие теплоизолированные стенки, в итоге получается так называемый адиабатный котёл. У современного адиабатного котла, оптимизированного для сжигания древесины, КПД составляет более 92%.

Главная ошибка новодельных отечественных котлов на пеллетах — выбрали не тот аналог для копирования. Выбрали не австрийские, а итальянские и польские аналоги как более простые. В результате — отсутствие подачи вторичного воздуха, холодные водоохлаждаемые стенки без какого-либо экранирования. Так что вышеприведенное высказывание часто бывает справедливо: «Не люблю пеллетные котлы, они потеют и обрастают сажей».

Как исторически мы шли к адиабатному котлу. В топке австрийского аналога котла существует реверс газов, газы поднимаются, реверсируются, опускаются и уходят в дымогарные трубы. Соответственно, камера сгорания (дожигатель) внутри топки горячая и изолирована от стенок топки нисходящим потоком газа.

Сначала, в повторение австрийского аналога, поставили в центре топки цилиндрический металлический дожигатель из нержавейки с подводом вторичного воздуха. Затем его дополнительно экранировали металлическим экраном, в итоге снизили потери тепла из камеры сгорания за счёт излучения в 4 раза.

Температура в камере сгорания возросла до 800–1100 °С на режимах разной мощности. Заменили нержавейку жаростойкой сталью. Следующим шагом был переход к дожигателю из керамики. В итоге получилась вечная горячая камера сгорания. Мы используем карбид кремния — SIC, имеющий рабочую температуру до 1500 °С.

Другой случай с пеллетными горелками. В лучших вариантах есть и подвод вторичного воздуха, и экранирование, и механическая очистка горелки от золы и шлака. Но горение древесины отличается так называемым длинным пламенем из-за большого количества летучих. Поэтому горение не заканчивается в пределах горелки, а продолжается в топке не приспособленного для этого котла. Поэтому и потение, и осаждение сажи имеет место не в самой горелке, а на внутренней поверхности топки, а разве от этого лучше? Для полного сгорания длина горелки должна быть значительно больше метра.

Указание КПД горелки в 90% и более процентов вообще не имеет технического смысла, поскольку КПД можно сосчитать по дымовым газам уже после котла, когда они отдадут тепло в теплообменнике воде. Следовательно, КПД горелки без учёта типа котла, площади теплосъёма, наличия у котла систем очистки или их отсутствия не о чем.

В котлах «Светлобор» для борьбы с длинным пламенем используется огневой затвор. Скоростные пересекающиеся струи вторичного воздуха (как наиболее энергетически значимая по аэродинамике составляющая процесса) зажимают пламя сверху и снизу. Появляется турбулентность и огневые смерчи. Длинное пламя укорачивается и заканчивается в топке, до дымогарных труб.

Только при качественном горении пеллет в адиабатной топке можно добиться полного сгорания древесного топлива, без так называемого химического недожога.

Промышленные пеллеты и щепа. Котёл «Светлобор Эко» имеет систему очистки горелки от шлаков и в результате может сжигать низкосортные серые древесные пеллеты из горбыля и пеллеты из лузги подсолнечника.

Керамические стенки горячей камеры сгорания отражают тепловое инфракрасное излучение и направляют его на поступающее топливо, что позволяет эффективно сжигать мелкую сухую щепу влажностью до 35%. Для этого на внутреннем диаметре камеры сгорания имеются многочисленные уступы. Их задача — не зажимать поток газов, а отражать инфракрасное излучение вниз. Керамическая камера сгорания — отличный вариант для сжигания отходов мебельного, столярного производства.

Мы сознательно ограничиваем влажность щепы в 35%, поскольку считаем это пределом экономически эффективного сжигания. Более влажную щепу надо предварительно подсушивать и только потом сжигать в печи. Объяснение этому простое: стоимость квадратного метра колосниковой решётки печи на порядок выше стоимости квадратного метра конвейерной сушилки. Обогрев сушилки может осуществляться непосредственно дымовыми газами от печи.

При сжигании пеллет из лузги и сухой щепы себестоимость тепловой энергии становится ниже, чем при сжигании природного газа.

Очистка дымогарных труб. Часто можно видеть указание КПД пеллетного котла в 92%, но при этом котёл не имеет системы автоматической очистки теплообменника. В итоге через час работы котла КПД падает на несколько процентов, а через неделю до следующей очистки в лучшем случае составит 70%. Средний КПД получается около 80%.

В котле «Светлобор» очистка дымогарных труб производится автоматически с периодичностью раз в час, стенки дымогарных труб всегда чистые и КПД каждый час, т. е. всегда, 92% и более.

Экономический эффект самоочистки — снижение расхода топлива. Например, котёл мощностью в 200 кВт с КПД в 92% за сезон сожжёт 95 тонн пеллет, а при среднем КПД 80% — 105 тонн. Разница составит 80 тысяч рублей в год, а за срок работы котла в 15 лет в два раза превысит стоимость всего котла.

Внешний склад пеллет. Использование котлов большой мощности эффективно только при наличии внешнего склада пеллет. За счёт склада можно обеспечить работу котла в течение недели, чтобы перекрыть праздники. В противоположном случае требуется ежедневное участие грузчика, а иногда и в три смены. «Светлобор Эко» изначально разрабатывался для работы с внешним складом.

Экономический эффект внешнего склада — сокращение как минимум одного рабочего места грузчика, что составит более 120 000 рублей за сезон.

Экология

Рециркуляция. Известна формула: наши недостатки — продолжение наших достоинств. Высокая температура камеры сгорания — залог качественного горения и отсутствия химического недожога. Но в то же время превышение температуры в камере сгорания выше 1100 °С приводит к образованию разнообразных окислов азота. В России это не нормируется, но в Европе существуют жёсткие ограничения, именно поэтому в выхлопные газы дизелей впрыскивают мочевину.

Котёл «Светлобор Эко» борется со слишком высокими температурами с помощью рециркуляции. При этом часть газов на выходе из топки возвращается в камеру сгорания (дожигатель) и повторно проходит через высокотемпературную зону камеры сгорания, снижая температуру газов, выходящих из неё.

Технический смысл этого процесса следующий: тепло из камеры сгорания выводится не малым количеством сверхвысоко нагретого газа, а большим количеством высоко нагретого газа. Соответственно, температура в камере сгорания опускается до 1100 °С, и никаких окислов азота не образуется.

Мультициклон. Эпиграф в начале статьи обращает внимание на повышенную пожароопасность использования котлов большой мощности на древесине без применения специальных средств борьбы с искрами — шутка со 100% долей правды. Искры — несгоревшие, летучие, парусообразные частицы твёрдого топлива — представляют серьёзную опасность для соседних строений. В России это пока не регламентируется, но готовиться к борьбе с этим надо уже сейчас. Тем более если сгорит соседний деревянный дом, мало не покажется.

Котёл «Светлобор Эко» имеет встроенный циклон, в котором выходящие дымовые газы проходят через спиралеобразное направляющее устройство (розочку), сильно закручиваются и расслаиваются. Твёрдые частицы выносятся на периферию, замедляются о стенки циклона и выпадают в осадок.

Мультициклон — потому что с увеличением диаметра эффективность циклона падает, и при большой мощности используются несколько циклонов. Степень очистки от крупных летучих частиц более 90%. Для борьбы с мелкими частицами наиболее подходит электростатический фильтр, но это в будущем, как в России, так и в Европе.

Более подробная информация на сайте www.svetlobor.com
и в патентах RU 188648, RU189922, DE212015000109, DE212018000044.

---

Текст: Олег Шаров

На правах рекламы

---

ООО «Светлобор», Нижний Новгород,
тел. : +7 (831) 220-50-47
svetlobor.com