Статья ООО "Тэсто Рус", опубликованная в сентябрьском номере журнала "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ"
Многие предприятия и частные лица в связи с трудностями при подключении к магистрали природного газа, сталкиваются с проблемой выбора альтернативного энергоносителя наименее затратного по стоимости и обеспечивающего наибольший комфорт при его использовании. Безусловно, на сегодняшний день в России самым доступным по цене топливом является природный газ. Вторым наиболее выгодным и удобным в использовании видом топлива являются деревянные пеллеты( от англ. pellets) . Пеллеты или, как их по-другому называют, топливные гранулы представляют собой спрессованные опилки цилиндрической формы. При производстве пеллет используются отходы лесопильных, деревообрабатывающих, мебельных и сельскохозяйственных производств, такие как, солома, лузга подсолнечника, вишнёвые и оливковые косточки и т. д. Гранулы формируются под давлением 300 атм и высокой температуры, этого достаточно для фиксации их формы без добавления клея. В качестве связующего элемента при гранулировании выступает природный полимер лигнин, входящий в состав древесины. Некоторые недобросовестные производители для лучшего спекания гранул добавляют в сырьё крахмал, муку злаков и, даже, костную муку, что может привести к разрушению топливосжигающей системы при сгорании подобного топлива. Длина пеллет в среднем составляет от 10 до 30 мм в длину и от 6 до 10 мм в диаметре.
В зависимости от качества материала, используемого для изготовления топливных гранул, и технологического процесса их производства происходит разделение пеллет на три группы.
Белые пеллеты, относящиеся к топливу премиум - класса, изготавливаются из отходов древесного происхождения и предназначены для использования в топливосжигающих установках соответствующего уровня. Такой сорт получается при удалении коры деревьев перед гранулированием и отсутствии технологических нарушений в процессе сушки.
Тёмные или индустриальные пеллеты также являются деревянными, но уступают первой группе по качеству, так как в сырье при процессе дробления присутствуют кора и несгораемые земляные остатки.
Агропеллеты, как правило, изготавливаются из отходов шелушения различных семян, имеют самый тёмный цвет и являются дешевым топливом стандартного качества для больших промышленных котлов, выпускаемых производителями специально для этого вида твердого топлива.
Белые и индустриальные пеллеты имеют одинаковую теплотворную способность равную 17,2 Мдж/кг. У агропеллет теплотворная способность ниже и составляет 15 МДж/кг. Основным конкурентным преимуществом белых пеллет является низкая зольность (ниже 0,5%) и низкие концентрации СО, NO и SO2 в процессе сгорания в дымовых газах. Благодаря этому очистку бытовых котлов можно производить один раз в месяц. Зольность индустриальных пеллет начинается от 0,7%, а агропеллет – от 3%.
Деревянные пеллеты используются для сжигания в пеллетных котлах, и принадлежат к экологически чистому виду топлива, так как при их сжигании образуется столько же углекислого газа (СО2), сколько образовалось бы при разложении древесины в естественных условиях.
Основой автоматизированной котельной, работающей на пеллетах, является котёл с твёрдотопливной горелкой и загрузочным бункером для последующей автоматизированной подачи пеллет в котёл по мере необходимости. Отопление на пеллетах только двумя этими элементами, безусловно, не ограничивается. Как и в случае с другими системами отопления необходимы коллекторы, конвекторы, разнообразная запорная арматура, группы безопасности и т.п. Автоматизированная пеллетная котельная в зависимости от конструктивных особенностей может работать без участия человека от одного дня до нескольких месяцев.
На современных пеллетных котлах устанавливаются горелки двух типов: ретортные и факельные. Ретортная горелка или горелка объёмного типа представляет собой чашу, изготовленную из чугуна или жаропрочной стали. На ее поверхности и происходит горение. Розжиг пеллетных котлов с ретортными горелками может осуществляться, как с помощью тепловентилятора (вентилятора с электронагревательным элементом), так и вручную. Древесные гранулы подаются снизу, сквозь центр реторты, либо насыпаются сверху с помощью механизма подачи, оборудованного шнеком. Под зону горения подается первичный воздух, который продувает слой горящих пеллет, не позволяя поверхности реторты перегреваться. Через специальные отверстия в горелке или через воздушные отверстия в конструкции котла подводится вторичный воздух. Зола, которая образуется в процессе горения, сбрасывается с поверхности горелки поступающим новым топливом. По своей конструкции ретортные горелки подразделяются на подвижные и неподвижные. Подвижная реторта способна легко и эффективно сжигать топливо с высокой концентрацией золы и пыли, так как предотвращает образование «коржей»- продуктов спекания некачественного топлива. Неподвижные ретортные горелки подходят только для сжигания качественного сухого подготовленного топлива. Ретортные горелки имеют две ступени мощности. Загрузочный пелетный бункер выполнен в едином блоке с котлом и горелкой, поэтому его размеры невелики и часто для увеличения срока автономной работы котлах требуется дозагрузочное оборудование.
Факельные пелетные горелки являются наиболее современными устройствами. По внешнему виду и принципу действия они похожи на газовые и дизельные вентиляторные горелки, благодаря этому они могут быть установлены на любые котлы, приспособленные под установку навесных вентиляторных горелок. Таким образом, котёл, работающий, например, на дизельном топливе, легко может быть переведён на работу с пеллетами. В факельных горелках горение пеллет происходит в камере сгорания на специальной решётке с отверстиями (колоснике), которые могут подаваться собственным устройством для подачи пеллет в зону горения. Розжиг гранул осуществляется тепловентилятором, как и в ретортных горелках. Основной вентилятор, дующий снизу решётки, где происходит сгорание, пеллет обеспечивает подачу необходимого количества первичного воздуха в соответствии с фактическим уровнем мощности горелки. Дополнительный вентилятор подаёт вторичный воздух через заднюю стенку камеры сгорания и поддерживает качество горения соответствующее оптимальному содержанию дымовых газов для горения. Факельные горелки могут быть оснащены пневматической или механической системой самоочистки, управляемой контроллером горелки. Большим преимуществом факельной горелки по сравнению с ретортной является наличие у неё шести ступеней мощности, позволяющих ей намного реже работать в режиме «старт-стоп», что дает возможность продлить срок жизни топливосжигающего оборудования. Факельная горелка удобна в ремонте и при сервисном обслуживании. Например, достаточно открутить четыре винта, чтобы снять факельную горелку и заменить её новой, что не так легко сделать с ретортной горелкой. Новейшие факельные горелки могут быть оборудованы GSM- модемом, который не только посылает различные SMS-сообщения пользователю, но и позволяет управлять работой котла при помощи специального программного обеспечения, устанавливаемого на смартфоне. Помимо этого через GSM-модем горелка отправляет техническую информацию о своей работе на специальный сервер и сервисные инженеры, имея доступ к этой информации, могут корректировать его работу, не затрачивая время на поездку к месту установки твёрдотопливного котла.
Современные пеллетные котлы являются дорогостоящим и сложным техническим оборудованием, которое нуждается в настройке и периодическом сервисном обслуживании. Для того чтобы оборудование оставалось в рабочем состоянии долгие годы, а количество потребляемого топлива при этом было минимальным, необходимо производить настройку качества горения в твёрдотопливных котлах с помощью газоанализатора. Настройка с помощью газоанализатора проводиться после всех предварительных настроек, указанных в инструкции, и определения веса гранул (определение производительности шнека), которое вводится в память контроллера котла. Для достижения показаний в выбросах дымовых газов, указанных в инструкциях, на каждой ступени мощности горелки осуществляются измерения газоанализатором, на основании которых регулируется подача количества первичного и вторичного воздуха, идущего на горение.
В данном случае регулировка первичного воздуха – это грубая настройка, а вторичного – тонкая. Для осуществления контроля над выбросами дымовых газов в твёрдотопливных котлах, работающих на белых пеллетах, лучше всего подойдёт анализатор дымовых газов testo 330-2 LL. Он оснащён тремя сенсорами O2 (0…21%), CO(0…8 000 ppm) и NO(0…3 000ppm). При настройке качества горения на пеллетных котлах, значения концентрации угарного газа за считанные секунды могут превысить показание в 10 000 ppm, которое перекрывает рабочий диапазон сенсора, что резко сокращает срок его эксплуатации и может привести к выходу из строя. Благодаря функции автоматического расширения диапазона измерений по каналу СО до 30 000 ppm, которая позволяет проводить замеры вне диапазона измерения сенсора, защищая его от выхода из строя при избыточных концентрациях, в работе с testo 330-2 LL высокие концентрации СО не становятся проблемой. При осуществлении измерений лучше воспользоваться специальным комплектом адаптера для измерения твердого топлива, который надёжно защитит тракт дымовых газов анализатора от пыли и сажи. Комплект адаптера состоит из трубки-зонда с предварительным фильтром и шлангом со встроенным конденсатосборником, имеющим собственные фильтры.
Настройка и обслуживание промышленных твёрдотопливных котлов, работающих на индустриальных и агропеллетах, будет наиболее удобна с анализатором testo 340. В данном случае в процессе регулировки в дымовых газах будет присутствовать SO2, разрушающий топливосжигающую систему изнутри, и диапазон концентрации СО может превышать 30 000 ppm. На этот случай testo 340 оснащен четырьмя сенсорами O2 (0…21%), CO(0…10 000 ppm), NO(0…3 000ppm) и SO2(0…5 000ppm). Функции автоматического расширения диапазона измерений по каналу СО до 50 000 ppm позволит избежать выхода из строя сенсора. К testo 340 можно также подключить комплект адаптера для измерения твёрдого топлива для дополнительной защиты газоанализатора от пыли и сажи во время настройки топливосжигающей системы. Дополнительное удобство работы с газоанализатором testo 340 обеспечивает бесплатное ПО TestoDroid, устанавливаемое на смартфон или планшет на операционной системе Android, которое позволяет настраивать оборудование одному пользователю, даже, когда органы управления горелки и точка забора пробы анализатора находятся на значительном расстоянии друг от друга. TestoDroid обеспечивает возможность получения данных измерений и управления газоанализатором на расстоянии до 10 м по каналу Bluetooth.
Оптимизация процессов горения в твёрдотопливных котлах при помощи газоанализатора является одним из обязательных условий для продления срока эксплуатации топливосжигающего оборудования и экономии расходов на топливо.