Партнеры журнала:

Биоэнергетика

Щепа как топливо для бытовых котлов

Бытовые котлы (диапазон мощности 15-50 кВт), работающие на щепе, сейчас на пике популярности на европейском рынке котельного оборудования. Их используют как в частных домах, так и в фермерских хозяйствах и на дачах; в основном вблизи лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий.

Котел на щепе HERZ Firematic / Biomatic мощностью 90-1000 кВт
Котел на щепе HERZ Firematic / Biomatic мощностью
90-1000 кВт

Щепа - ввиду невысокой цены - неплохая альтернатива пеллетам и брикетам. Использование щепы и опилок в качестве топлива позволяет решить проблему утилизации отходов деревообработки. А современные технологии и высокий уровень автоматизации котлов обеспечивают качественное, экологически чистое сжигание этих древесных отходов.

Перевозка щепы на большие расстояния экономически нецелесообразна - щепа теряет привлекательность как топливо и проигрывает другим видам топлива, например пеллетам, - за счет небольшого объемного веса по сравнению с древесными брикетами и в результате из-за более высоких транспортных издержек.

В связи с этим в ФРГ, Австрии и других европейских странах бытовые котлы, так же как и в коммунальных и индустриальных котельных устанавливают только в строениях, расположенных вблизи гарантированных источников сырья. Существуют всевозможные государственные и муниципальные программы, направленные на субсидирование предприятий, которые занимаются так называемым ландшафтным уходом, т. е. санитарной вырубкой деревьев и кустарников в парках, национальных заповедниках, вдоль автобанов и железнодорожных путей, очисткой завалов в лесах после ураганов. Топливная щепа, которую получают из этого сырья, за счет государственных дотаций характеризуется низкой ценой и потому используется не только в бытовых целях, но даже на региональных ТЭС.

Таблица 1. Классификация щепы в Европе по новым (EN 14961) и
старым (ÖNorm M 7133) стандартам

Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 1. Классификация щепы в Европе по новым (EN 14961) и старым (ÖNorm M 7133) стандартам

Таблица 2. Примеры бытовых котлов на щепе производства
Германии и Австрии

Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 2. Примеры бытовых котлов на щепе производства Германии и Австрии (характеристики – мощность, КПД, размеры, содержание, вид топлива; производитель и марка котла - A. P. Bioenergietechnik GmbH (Германия) Okotherm-Comp., Biokompakt Heiztechnik GmbH (Германия) ECO 50, Eta Heiztechnik GmbH AWK-10, Evotherm Heiztechnik Vertriebs GmbH HS25 Eco, Ferro Waermetechnik GmbH Lauffen (Германия) FRB 15, Heizomat GmbH HSK-RA 15, Hargassner GesmbH WTH 25, HDG Bavaria GmbH HDG Compakt 25, Herz Energietechnik GmbH Firematic 20, KWB Kraft&Waerme aus Biomasse GmbH Multifire USV15, Lindner & Sommerauer Biomasse-Heizanlagen SL-25T/2R, Nolting Holzfeuerungstechnik GmbH LCS-RU 45/60, Rennergy Systems AG WTH 31, Solarfocus GmbH Therminator II-40, Greentech Energiesysteme GmbH (Christof Group) Vario Power 25)

Еще один довольно перспективный путь получения топливной щепы - это увеличение площадей плантаций быстрорастущих растений, таких как мискантус, салекс, тополь и др. К 2020 году в Германии планируется засадить этими растениями полмиллиона гектаров. Чтобы понять масштабы этой программы, сравните: сегодня площадь таких плантаций всего около 3 тыс. га. О своем участии в программе заявили и энергетические концерны, к примеру RWE.

Для получения щепы высокого качества в соответствии с новыми европейскими нормами классификации на предприятии - изготовителе этого вида топлива необходимо сортировать поступающее сырье. Один из главных параметров щепы - влажность. Например, щепу влажностью до 30 % можно хранить на складе без риска биологического разложения и потери энергетической ценности. Поскольку влажность свежесрубленной древесины колеблется от 50 до 60 %, перед измельчением сырье необходимо высушить до 30 %. От влажности очень сильно зависит теплота сгорания (теплотворная способность) щепы.

Бытовые котлы, работающие на щепе, ни в чем не уступают пеллетным котлам. В Германии из общего количества установленных бытовых котлов мощностью до 50 кВт работающих на твердом биотопливе (по данным на сентябрь 2011 г. - 227,5 тыс. ед.), пока лишь 2,4 % составляют котлы, в которых в качестве топлива используется щепа. Но это число будет расти, т. к. в ФРГ стоимость одного киловатта тепловой энергии, выработанной при использовании пеллет, на 30 % ниже стоимости одного киловатта тепла, выработанного на печном топливе и природном газе, а стоимость одного киловатта, полученного при сжигании щепы, на 30 % ниже «пеллетного».

К щепе пока не предъявляются такие жесткие требования по сертификации, как к пеллетам. Щепа поставляется потребителям либо насыпью (в самосвале или щеповозе), либо упакованной в биг-бэги. Уже протестированы отгрузки специальным автотранспортом с пневматической выгрузкой шлангом в топливный склад (аналогично давно действующей и отработанной логистике на пеллетном рынке). Котлы оснащены современной электроникой, позволяющей управлять оборудованием на расстоянии через Интернет и изменять режим работы в зависимости от параметров поступающей в котел щепы.

В Европе в 65 % бытовых котлов, работающих на щепе, используется слоевая топка с простой колосниковой решеткой, в 25 % - с переталкивающей колосниковой решеткой и нижней подачей топлива. В остальных 10 % котлов применяются:

  • топки с опрокидывающимися, качающимися и вибрирующими колосниковыми решетками, благодаря которым происходит разрыхление горящего слоя и за счет этого более полное сгорание топлива в слое; в котлах с такими топками можно сжигать топливо с высокой зольностью и низкой температурой размягчения золы (начала шлакообразования), например солому, мискантус, древесную кору, щепу с различными примесями в виде коры, листьев и т. п.;
  • вихревые слоевые топки с регулируемым поддувом воздуха и подачей топлива; котлы с такими топками весьма нетребовательны к качеству топлива, что позволяет им эффективно работать на опилках, травянисто-древесных отходах и топливе влажностью до 80 % без предварительной сушки.

Бытовой котел со слоевой топкой, работающий на щепе, функционирует следующим образом. В камеру сгорания щепа подается шнеками из бункера и в зависимости от потребности дозируется контроллером автоматики котла в соответствии с заданным режимом работы и температурой воды в системах отопления и горячего водоснабжения. Розжиг котла при пуске выполняется в автоматическом режиме. Тепло, выделяющееся в камере сгорания, посредством водяного теплообменника нагревает теплоноситель (воду).

Если температура воды на выходе из котла стала на определенное число градусов ниже установленного значения, по сигналу терморегулятора на несколько секунд включается электродвигатель шнека и порция топлива подается в горелочное устройство, в котором постоянно поддерживается тлеющий заряд. Дутьевой вентилятор подает воздух в горелочное устройство, и после сгорания порции топлива температура воды в котле повышается. Как только она достигает верхнего предела, вентилятор автоматически отключается.

Нагретый теплоноситель подается в бойлер и далее в систему отопления помещений и систему горячего водоснабжения. В летнее время в зависимости от необходимости котел либо полностью останавливают, либо переводят в летний режим, при котором система отопления отключается, так что котел работает лишь на подогрев воды для бытовых и хозяйственных целей. На котлах устанавливается контроллер автоматики, который следит за поддержанием заданной температуры внутри топки, контролирует температуру воды в бойлере, останавливает котел в случае перегрева, выполняет сервисные функции (контролирует наличие топлива в бункере), обеспечивает работу котла в разных режимах.

Такое котловое оборудование работает почти бесшумно, не требует специальных условий для размещения и может быть установлено в подвальных помещениях или на первом этаже здания.

Для обеспечения бесперебойной работы в котлах, где сжигаются щепа и опилки, имеется бункер (топливный склад), дополнительно оснащенный ворошителем с отдельным приводом. Емкость накопителя может варьироваться в зависимости от необходимой продолжительности бесперебойной работы котла при одной загрузке. Продолжительность работы котла при одной загрузке топлива может составлять сутки и более - в зависимости от потребности.

На многих моделях котлов устанавливаются системы пожаробезопасности для защиты от проникновения огня по шнеку на топливную горелку котла. Вот как работает, например, двухступенчатая система защиты: при повышении температуры топливоподающего кожуха до установленного предела специальный термостат отключает дутьевой вентилятор и подачу топлива. А при достижении критической температуры специальная система заливает водой подающий шнек и горелочное устройство.

Несмотря на сыпучесть, щепа, в отличие от пеллет, часто «зависает» в устройстве подачи топлива, и топливо перестает поступать в топку. Поэтому топливный бункер необходимо оснащать ворошителем, хотя это и ведет к усложнению и удорожанию установки. Для того чтобы щепа могла использоваться в оборудовании с автоматической подачей, она должна соответствовать определенным стандартам. Больше всего для таких котлов подходит древесная щепа размером 5-50 мм. Топливные склады, как правило, оборудуют подвижным полом (т. н. «живое дно»), а для подачи щепы с топливного склада в котел используется шнек.

Нельзя не упомянуть газогенераторные (или пиролизные) котлы. В них используется принцип пиролизного горения. Неоспоримые достоинства таких котлов - высокие КПД и экологичность. Хотя в качестве топлива для газогенераторных котлов применяют в основном сухие дрова (влажностью до 20 %), в некоторых моделях используют и другие виды твердого биотоплива, в том числе сухую щепу.

Технологии газификации древесины известны давно и широко применяются в промышленных установках. В них топливо не разгорается пламенем, а лишь тлеет и процесс горения регулируется посредством изменения количества подаваемого воздуха. В газогенераторном котле в слой тлеющего топлива вентилятором подается первичный воздух.

В результате образуется горючий генераторный газ, состоящий в основном из СО. Газ проходит через форсунку, где смешивается с вторичным воздухом. Газовоздушная смесь воспламеняется в камере сгорания, соприкасаясь с катализатором, при этом сгорают и тяжелые соединения, и частицы сажи. В отличие от традиционных твердотопливных котлов, газогенераторные вырабатывают дымовые газы, которые почти не содержат токсичных и иных примесей. Если выбрано хорошее топливо, а также правильно рассчитан расход первичного и вторичного воздуха, генераторный газ горит пламенем почти белого цвета. При повышении влажности твердого топлива понижается теплотворная способность газа, образуется больше сажи и конденсата, снижается эффективность работы котла.

В России автоматизированных бытовых котлов, работающих на щепе, пока серийно не производят. Но как только на рынке будет спрос на такое оборудование, несомненно, основные российские производители в массовом порядке включат в свои линейки и автоматизированные бытовые котлы на щепе мощностью от 15 кВт. Первые ласточки уже есть.

Новосибирское научно-производственное экологическое объединение «Нероаэра» предлагает бытовые котлы мощностью от 10 кВт (бытовая серия «Эра»), характеризующиеся очень низкими требованиями к качеству топлива, что позволяет им эффективно работать на многих видах топлива, в том числе опилках и щепе высокой влажности, без его предварительной сушки. Котлы снабжены вихревой топочной камерой с регулируемым поддувом воздуха и бункером автоматической подачи топлива. Розжиг котлов автоматический. Котлы оснащаются контроллером автоматики для работы в разных режимах, для слежения за наличием топлива и т. п.

В РФ в отопительный сезон 2011-2012 гг. древесные топливные гранулы (пеллеты) на внутреннем розничном рынке предлагались по цене от 4 до 7 тыс. руб. за тонну, а в Подмосковье, например, спрос превышал предложение. Если учесть, что для получения топливной щепы в небольших объемах, например, для обеспечения поселковой котельной или бытовых котлов, нет необходимости устанавливать дорогостоящее оборудование, как для производства тех же пеллет или брикетов, а вполне достаточно мобильной дробилки, которая работает от вала отбора мощности трактора и т. п., то использование щепы в частном секторе (коттеджи, дачи) в недалеком будущем станет реальностью и в России.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ,
компания Eko Holz
und Pellethandel GmbH, Германия