Пеллетные котельные: перспективы для России
Первые пеллетные котлы в Европе начали выпускать в конце 1990-х годов − это были маломощные камины и котлы для частного сектора. А уже в начале XXI века котельные с пеллетными котлами мощностью от 50 до 100 кВт и выше появились в гостиницах, школах, на промышленных предприятиях, в фермерских хозяйствах.
Котельная Megacone MeC II 700 кВт, бункер для пеллет 90 м3, отапливает СПА-комплекс, топливо – кусковой торф, щепа
В 2002−2005 годах началось широкое использование пеллет в котельных мощностью от 0,5 до 2,5 мВт в для отопления целых жилых районов в европейских городах, особенно многоэтажной застройки (аналог российских квартальных котельных, тепловая мощность которых обычно 3−20 Гкал/ч). Процесс, как говорится, пошел. Вот лишь некоторые факты за прошлый год.
В начале 2010 года в Лондоне открылся новый отель Park Plaza Westminster Bridge London, который стал не только самым большим (здесь 1021 номер, конференц-залы общей площадью 2700 м2 и зал для боулинга 1200 м2), но и самым экологичным отелем в британской столице, так как отопление и горячее водоснабжение здесь осуществляется при помощи пеллетной котельной. Как рассказали в компании Park Plaza Hotels, почти 40 гостиниц которой расположены в Великобритании, европейских странах, на Ближнем Востоке и в Африке, здесь уделяют особое внимание технологиям, позволяющим сократить ущерб, наносимый окружающей среде.
Похоже, что после успеха пилотного проекта в Лондоне, некоторые отели сети Park Plaza тоже откажутся от углеводородного топлива для своих систем отопления.
Для отопления школы архитектуры и дизайна Lycees le Corbusier в Иллькирх-Граффенштаден во французском Эльзасе построена котельная с двумя пеллетными котлами по 1,1 мВт каждый (производитель − немецкая фирма MWT-Bioflamm). В качестве резервных здесь установлены два газовых котла. Годовое потребление пеллет в номинальном режиме − 2000 т. Эта самая большая в Эльзасе пеллетная котельная − не первый и не последний проект MWT-Bioflamm в этом регионе.
В Западной Европе, по данным европейских ассоциаций и союзов по биотопливу, в 2010 году эксплуатировалось около 1,5 млн пеллетных котлов различной мощности. Из них не менее 10% − это оборудование с мощностью от 50 кВт, то есть котлов, установленных в котельных и мини-котельных. К сожалению, точной статистики по таким котельным нет, к тому же в последние годы очень часто в мини-котельных стали практиковать каскадное включение котлов (пример: в составе котельной, совокупная мощность которой 100 кВт, четыре котла по 25 кВт каждый; котлы всегда работают в оптимальном режиме − в зависимости от необходимой нагрузки включают либо все, либо определенное количество котлов; такая конфигурация котельной позволяет рационально организовывать сервисные и ремонтные работы).
Пеллетные котельные в России
В Российской Федерации первые пеллетные котельные появились после 2005 года, сначала в Северо-Западном и Центральном регионах, вблизи первых отечественных заводов по производству древесных топливных гранул. Котлы в таких котельных первое время устанавливались импортные. Например, пеллетная котельная в пос. Усть-Славянка под Санкт-Петербургом запущена в феврале 2006 года. Проект, монтажные и пусконаладочные работы выполнены специалистами ООО «Энергобаланс». Котельная мощностью 100 кВт полностью автоматизирована и рассчитана на отопление и горячее водоснабжение административного здания площадью 800 м2 компании «Фиорд». В котельной установлены два котла Thermia Biomatic 50+ (Швеция), бункер для топливных гранул, бойлер. С марта 2006 года котельная поставлена на гарантийное обслуживание.
Назовем некоторых европейских производителей пеллетных котлов, оборудование которых эксплуатируется в российских котельных: Thermia Värme AВ (Швеция), Heizomat GmbH (Германия), Nolting Holzfeuerungstechnik GmbH (Германия), AO Komforts (Латвия), MegaKone (Финляндия), D’Alessandro (Италия), Grandeg (Латвия).
Не ошибусь, если скажу, что в Австрии одни из наиболее продвинутых в Европе технологий в области сжигания биомассы и авторы многих смелых разработок по использованию биомассы в тепло- и электроэнергетике. Среди компаний — производителей первых европейских пеллетных котлов фирмы из этого небольшого альпийского государства. Самый известный бренд австрийских производителей мощных пеллетных котлов − Binder (котлы типа PRF c ретортной топкой и мощностью до 2 мВт и котлы типа PSRF с топкой, имеющей переталкивающую решетку, мощностью до 20 мВт).
Вот краткое описание пеллетных котлов Binder (КПД до 92%):
- бесступенчатая компьютерная регулировка мощности от 25 до 100%;
- низкий расход электроэнергии благодаря использованию вентиляторов с регулируемым числом оборотов;
- специальная компьютерная программа с тремя взаимосвязанными системами автоматического регулирования, которые постоянно просчитывают фактическое потребление тепла, регулируют подачу топлива и обеспечивают бесступенчатую подачу необходимого количества воздуха;
- регулировка лямбды, что обеспечивает стабильный процесс сгорания топлива при отклонении системы подачи воздуха от заданных режимов без пиков эмиссий и его оптимизацию при сжигании пеллет с различными параметрами, компенсирует изменение объема подачи вторичного воздуха;
- рециркуляция дымовых газов: в зависимости от температуры камеры сгорания к воздуху для сжигания топлива добавляется дымовой газ. Таким образом удается избежать высоких температур в камере сгорания, уменьшается количество образовывающихся шлаков, повышается КПД за счет низкого остатка кислорода в выхлопных газах. Это позволяет использовать в качестве топлива помимо древесных гранул и агрогранулы с высокой теплотой сгорания и низкой точкой плавления золы.
Котлы оснащены трехходовым износоустойчивым трубчатым (толщина труб 5 мм) теплообменником, который почти не требует обслуживания (1−2 ручные чистки за год) благодаря автоматической высокоскоростной системе очистки в программируемых интервалах текущего рабочего процесса, что обеспечивает неизменно высокий КПД теплообменника и предотвращает отложения накипи и коррозию на его рабочей поверхности.
Камера сгорания полностью выложена шамотным кирпичом и охлаждается с помощью водяной «рубашки» котла. Решетки и реторта изготовлены из жаростойкого хром-чугунного материала и продуваются первичным воздухом, который подается дутьевым вентилятором снизу. У зон камеры сгорания оптимальное построение − по принципу продолжительности пребывания в них горючего газа: зона вращения, где происходит его оптимальное перемешивание; зона турбулентности − самая горячая в камере сгорания, где происходит полная оксидация СО в СО2; зона релаксации, где оседает основной объем золы. Все вышеперечисленное обеспечивает максимальный КПД во всех режимах нагрузки. Выгрузка золы происходит автоматически. Летучая зола и зола, образующаяся на решетке, автоматически выгружаются с помощью шнека или скребкового транспортера в специальный контейнер.
Эффективная очистка выхлопных газов обеспечивается с помощью моно- или мультициклона и электрофильтра.
Пеллетные котельные «сделано в России»
Котельная MeC 500+500 кВт производства MegaKone Oy, 2 бункера для топлива по 39 м3, отапливает теплицы, топливо – щепа и торфяные пеллеты
Как только в России стал формироваться спрос на пеллетные котельные, сразу же появились и предложения от отечественных производителей котлов.
В декабре 2006 года ООО «Союз» по заказу службы ЖКХ Юрьев-Польского района Владимирской области выполнило модернизацию угольной котельной в пос. Небылое с установкой двух пеллетных котлов суммарной мощностью 1 мВт. Оборудование старой угольной котельной износилось и было непригодно для дальнейшего использования. Новая котельная полностью автоматизирована. Автоматика управляет работой котлов и отслеживает показание датчиков по состоянию рабочих параметров. Оператор котельной может регулировать процесс выработки тепла со щита управления. В проекте этой котельной была принята двухконтурная схема с химической подготовкой теплоносителя, что существенно увеличивало срок безотказной работы котельной.
Производители и поставщики пеллет для котельной расположены рядом − в той же Владимирской области (г. Гусь-Хрустальный и Александров), что сокращает затраты на доставку биотоплива. Ковровский завод котельно-топочного и сушильного оборудования «Союз» серийно выпускает пеллетные котельные. Эти котельные спроектированы для автоматического режима работы. Управление работой котлов, поддержание режима заданной температуры, управление системой водоподготовки, работой насосов и прочее осуществляется автоматически. Для этого в каждой котельной, кроме обязательной котловой автоматики, имеется автоматика регулирования параметров котельной в комплекте с датчиками и контроллерами управления. Предусмотрено место для хранения оперативного запаса топлива. Топливные гранулы в биг-бэгах снимаются с автомобильного транспорта и подаются в котельную при помощи тельфера. Котельные имеют закрытую двухтрубную систему теплоснабжения. Теплоноситель − сетевая вода с расчетной температурой 95−70 0С либо 115−90 0С. Тепловая схема выбирается в зависимости от пожелания заказчика, то есть котельная может быть с одноконтурной (зависимой) или двухконтурной (независимой) схемой, в которой используются теплообменники. Вторая схема чаще всего применяется для котельных со старыми отопительными сетями или сетями, где имеются водопотери или водоразбор. Котловая вода нагревает сетевую воду через теплообменник, не смешиваясь с ней. Тем самым котлы защищены от загрязнения и накипи, что резко увеличивает срок их службы. Управление работой котлов, горелок, поддержание заданной температуры, управление системой водоподготовки, работой насосов осуществляется автоматически и при нормальной работе не требует вмешательства оператора. По желанию клиентов, сервисная служба выполняет монтажные и пусконаладочные работы и принимает котельные на гарантийное обслуживание.
Котельная MC 250 кВт производства MegaKone Oy, бункер для топлива 29 м3. В качестве топлива используются щепа и древесные пеллеты
Котельные на базе трех модификаций пеллетных котлов: для мощности 1,0−2,0, 0,63 и 0,25 мВт − предлагает ООО «Балткотломаш» (Санкт-Петербург).
У водогрейного котла марки «КВм» горизонтальная компоновка, он состоит из топки и конвективной части нагрева. Начальный участок колосникового поля горизонтальный, затем следует наклонный участок, конечный участок горизонтальный. В конвективной части имеется стальная перегородка, за счет которой организуются два хода газов. В газоходе установлен шибер для поддержания необходимого разрежения в котле. Механизм подачи топлива состоит из топливного бункера и двух шнековых транспортеров. Для предотвращения возгорания топлива в бункере в нем установлен коллектор подачи воды с электрическим клапаном и датчиком температуры. Топка представляет собой стальную сварную конструкцию. Под решеткой устроены две зоны подачи воздуха, расход в каждую зону регулируется при помощи шибера.
В верхней части переднего экрана топки имеются каналы подачи вторичного дутья, воздух на него отбирается от основного вентилятора и регулируется при помощи шибера. Топка оборудована механизмом золоудаления (шнековым транспортером). Зола, перемещаемая транспортером, попадает в емкость бункера золоудаления и затем вручную удаляется за пределы котла.
Автоматика котлоагрегата обеспечивает: автоматическое управление розжигом котлоагрегата; поддержание температуры прямой воды на выходе из котла по заданному температурному графику; поддержание разрежения в топке котла на заданном уровне; контроль параметров безопасности котлоагрегата на всех этапах его работы; аварийную остановку котлоагрегата при недопустимых отклонениях контролируемых параметров с отражением индикации на пульте управления причины остановки.
Таблица 3. Характеристики модульной котельной пеллетах фирмы «Поли-Ном» мощностью 50 кВт (с возможным расширением до 100 кВт – два котла по 50 кВт)
Таблица 4. Основные технические характеристики котлов «Экодрев» (г. Тверь) КВ
Таблица 5. Технические характеристики модульной пеллетной котельной в МДОУ «Колокольчик», пос. Высокий Мыс (Сургутский район ХМАО)
Модульные котельные малой мощности, работающие на древесных топливных гранулах, выпускаются ООО «Поли-НОМ» (Санкт-Петербург). Основой таких котельных являются пеллетные водогрейные автоматические котлоагрегаты непрерывной топки «Теплогран» различной тепловой мощности (от 20 до 50 кВт). В котельной используется автоматическая система управления пеллетным котлом на базе специализированного микроконтроллера (процессор С3000), который разработан и выпускается ООО «Бениш». Модульная котельная предназначена для отопления коттеджей, сельских домов, различных производственных и складских помещений, спортивных и рыболовно-охотничьих баз, магазинов, кафе, мотелей и других помещений общей площадью 1200−1500 м2 (объемом до 4000 м3), а также других зданий и сооружений не выше трех этажей, оборудованных закрытыми системами отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя и системами горячего водоснабжения (ГВС). Подача топлива в котел из отдельно стоящего бункера, розжиг, поддержание заданной температуры теплоносителя на выходе котельной и контроль исправности устройств системы управления котлом производятся по заданной программе в автоматическом режиме. Система автоматики котла и технологическая схема котельной обеспечивают круглосуточную пожаробезопасную эксплуатацию без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Мини-котельные (теплогенераторы) представляют собой металлический утепленный контейнер, полностью оснащенный всем необходимым оборудованием для теплоснабжения систем отопления производственных, административных, общественных, торговых, бытовых и жилых зданий общей площадью до 1000 м2, не выше трех этажей (объемом до 3000 м3). Электропроводка находится в коробах. Электрощит настенного исполнения. Освещение потолочное, энергосберегающее. В качестве дымовой трубы используются двустенные металлические трубы из высококачественной нержавеющей стали повышенной коррозионной стойкости. Выход трубы через крышу либо заднюю стенку контейнера или здания. В варианте теплогенератора мини-котельные комплектуются водяными теплообменниками (калориферами), обеспечивающими быстрый и равномерный разогрев воздуха промышленных помещений разного назначения. При размещении мини-котельной внутри промышленного помещения, котел устанавливается на металлическое основание без утепленного контейнера. Теплообменник и гидроарматура монтируются на каркасе, прикрепленном к полу или стене котельного помещения. Теплообменник может комплектоваться системой автоматики поддержания заданной температуры воздуха в помещении или программируемым контроллером температуры.
Компания «Экодрев» (г. Тверь) производит механизированные твердотопливные водогрейные котлы серии «КВД» модификации «МГ», которые предназначены для обеспечения отопления, горячего водоснабжения, а также для технологических нужд. Котлы состоят из топки, шнековой подачи топлива и водотрубного теплообменника. Топка механизированная, со шнековой подачей топлива, принудительным распределенным первичным и вторичным дутьем, предназначена для сжигания древесных топливных гранул. Конструкция топки позволяет использовать в качестве топлива технологичесие гранулы с повышенной зольностью и низкой прочностью на истирание. Золоудаление из топки производится без остановки котла. За счет тангенциального вторичного дутья достигается высокая полнота сгорания и, следовательно, высокий КПД топочного устройства. Теплообменник изготовлен из четырех концентрических змеевиков и верхней охлаждаемой крышки. Выход газов происходит в нижней части теплообменника, что позволяет монтировать дымосос без особых сложностей. Двухходовая (по газам) схема теплообменника дает минимальное осаждение золы на поверхностях теплообмена.
Топка котла предназначена для сжигания древесных топливных гранул диаметром от 6 до 20 мм. Основные требования к топливу: зольность не более 2%, влажность не более 20%. Котлы комплектуются оперативным механизированным топливным бункером объемом 2,3 м3, обеспечивающим их непрерывную работу в течение 3,5−12 чс номинальной мощностью.
Самый крупный производитель и экспортер пеллет в Западной Сибири − ООО «Сургутмебель» в 2010 году ввел в строй новую модульную пеллетную котельную для отопления детского сада в пос. Высокий Мыс (Сургутский район Ханты-Мансийского автономного округа). При продолжительности отопительного сезона 242 дня котельная потребляет 134 т пеллет в год и вырабатывает 581 Гкал тепла за сезон. Себестоимость 1 Гкал в прошлом году составляла 987,5 руб. без НДС (за счет низкой стоимости гранул, которые производит само предприятие; котельная находится на балансе ООО «Сургутмебель»). В ближайших планах компании «Сургутмебель» − запуск подобных мини-котельных и в других населенных пунктах региона.
Среди российских производителей котельного оборудования на пеллетах можно еще отметить Челябинский завод современных конструкций со своим котлом ROTEKS-100 на 100 кВт и «Альт-А» (г. Новосибирск) с котлами КП-100 и КП-200.
В России у котельных, использующих твердое биотопливо в виде гранул, брикетов, щепы, большое будущее. На гигантской российской территории без развития автономной малой энергетики на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в первую очередь биомассы, не обойтись.
Существует грандиозный план тотальной газификации Российской Федерации. Но сегодня по всей стране еще работают и будут работать вне зависимости от планов и деклараций правительства и Газпрома тысячи котельных на твердом и жидком топливе. И, что интересно, доля местных видов топлива в них очень мала. В Европейских странах наоборот − местные и нетрадиционные виды топлива применяются значительно шире.
В российских условиях использование в теплоэнергетике переработанных древесных отходов в виде гранул пока во многих случаях обходится дороже, чем использование газа, высококалорийных угля и щепы в пересчете на единицу теплоты сгорания.
Газ на внутреннем рынке неминуемо растет с каждым годом в цене, которая рано или поздно приблизится к среднеевропейской, да и всеобщая газификация − не более чем миф. Я не говорю уже о значительных расходах, необходимых для всевозможных согласований подключения и получения лимитов по газу. Кроме того, есть немало населенных пунктов, например в ХМАО, которые просто экономически нецелесообразно газифицировать. И это во втором (после Ямало-Ненецкого АО) регионе России по добыче газа! Что уж говорить о глубинке на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке. Да и в Центральной России есть множество подобных районов.
Теперь об угле: в традиционно угледобывающих регионах использовать высококалорийный уголь в твердотопливных котлах экономически выгоднее, чем твердое биотопливо. А в других регионах картина иная. Например, в Смоленской и Ростовской областях цена угля для частного сектора прошедшей зимой в некоторых районах перевалила за 7 тыс. руб. за тонну с доставкой. И это еще не предел. Монополия-с, господа!
Но ведь в России ежегодно образуются огромные объемы отходов лесопиления и деревообработки (даже деловой древесины во многих регионах заготавливается менее половины от расчетной лесосеки). Все это можно на месте перерабатывать в щепу и использовать как топливо в котельных, что уже давно и успешно делается; или налаживать производство топливных гранул, брикетов. Но в этом случае дополнительная стоимость предварительной подготовки сырья и самого производства, а также инвестиционные затраты на оборудование приводят к удорожанию стоимости одной гигакалории при сжигании такого вида топлива по сравнению с использованием щепы, опилок и дров. Вот живой пример: ООО «Ковровские котлы» (еще один известный производитель пеллетных котлов в г. Коврове Владимирской обл.) поставило котлы для котельных в пос. Ивантеевка Московской области (750 кВт) и в Нижегородскую область (300 кВт), которые первоначально предназначались для работы на древесных топливных гранулах, а сейчас работают на щепе. Владельцы этих котельных закупали пеллеты по 3700 руб. за тонну, а потом нашли стабильных поставщиков щепы по 500 руб. за кубометр!
Какие же все-таки котлы выгоднее устанавливать в котельной − на щепе или на пеллетах? В Европе один из ключевых моментов для принятия решения при ответе на этот вопрос − оценка возможности иметь при котельной вместительный топливный склад. Если такая возможность есть, то предпочтение отдается щепе. А если нет − то пеллетам.
Какие основные преимущества гранул? У этого вида древесного топлива высокая теплотворная способность (в основном за счет очень низкой влажности), стабильный процесс горения за счет гомогенности, высокий удельный погрузочный объем, в связи с чем не требуются огромные складские помещения (как для щепы). Кроме того, гранулы дают возможность транспортировать топливо на большие расстояния, а также обеспечить полную автоматизацию процессов подачи топлива и горения. Кстати, в последнее время за рубежом начали производить котлы для сжигания щепы, конструкция которых предусматривает полную автоматизацию подачи этого вида топлива. Но щепа должна строго соответствовать определенному стандарту по влажности, размерам фракции, отсутствию примесей и др.).
В дополнение к теме
Интересно отметить, что в энергетической программе, принятой в СССР в середине 1980-х годов, было предусмотрено коренное изменение структуры топливоснабжения потребителей. В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986−1990 годы и на период до 2000 года» было прописано, что на рубеже XX и XXI веков добыча газа достигнет максимального уровня и будет стабилизирована, а дальнейший прирост энергетических ресурсов должен обеспечиваться главным образом за счет ядерной энергии, добычи угля шахтным и открытым способом, а также использования возобновляемых источников энергии, в том числе и биомассы. Годовое производство энергоресурсов за счет этих источников к концу второго этапа программы, то есть к 2000 году, должно было составить 20−40 млн т условного топлива.
Так что еще 25 лет назад специалистами в области энергоснабжения все просчитывалось, и ничуть не хуже, чем на Западе. История, говорят, не имеет сослагательного наклонения, но вполне возможно, что при претворении этой программы в жизнь наша страна стала бы ведущей в мире по использованию биомассы в энергетике. А в советский период решения правящей партии не только декларировались, но и, как правило, полностью финансировались и выполнялись.
В Европе среди ВИЭ биомасса занимает далеко не первое место: на первых ролях ветровая и солнечная энергетика. А вот в России с учетом климатических и географических условий биомасса может стать лидером возобновляемых источников энергии.
Недавно в эфире русского вещания радиостанции «Немецкая волна» прозвучало: «...Дело вовсе не в том, что в России пока нет законодательной базы для развития альтернативной энергетики. Даже если бы она и была, без подлинной политической воли руководства страны ничего в этой области не произойдет, как ничего не происходит в сфере поддержки малого и среднего предпринимательства, хотя деклараций на этот счет масса. Газовой империи альтернативная энергетика не нужна − вот, наверное, та формула, к которой можно свести царящий в Москве политический настрой». И с этим трудно не согласиться.
Сергей ПЕРЕДЕРИЙ,
компания EKO Holz-und Pellethandel GmbH, Германия
