Характеристики топлива для отопительных котлов довольно значительно различаются. Правильный выбор топлива помогает экономить средства и сохранить оборудование работоспособным.
Основные виды топлива для твердотопливных котлов:
— Дрова
— Пеллеты (топливные гранулы)
— Топливные брикеты
— Уголь
Дрова
Дрова — пиленые или колотые куски дерева, предназначенные для сжигания в печах, каминах и др для получения тепла, жара и света.
Содержание влаги должно быть как можно меньшим.
Каминные дрова имеют длину около 25 — 33 см.
Приоритетная характеристика дрова для каминов и печей — их теплотворная способность, длительность горения и комфорт при использовании (картина пламени, запах).
Для отопительных целей важно, чтобы тепловыделение происходило медленнее, но более продолжительное время.
Для отопительных целей лучше всего подходят все дрова из лиственных пород, в тч дуб, ясень, береза, лещина, тис, боярышник.
Особенности горения дров разных пород древесины:
— дрова из бука, березы, ясеня, лещины трудно растапливать, но они могут гореть сырыми, потому что имеют небольшую влажность, причем дрова из всех этих пород деревьев, кроме бука, легко раскалываются;
— ольха и осина сгорают без образования сажи и даже выжигают ее из дымохода;
— березовые дрова хороши для тепла, но при недостатке воздуха в топке, горят дымно и образуют деготь (березовую смолу), который оседает на стенках трубы;
— сосновые дрова горят жарче еловых из-за большего содержания смолы, с искрением при резком повышении температуры;
— дуб и граб обладают лучшей теплоотдачей при горении, но плохо раскалываются;
— дрова из груши и яблони легко раскалываются и хорошо горят;
— дрова из пород средней твердости, легко колоть;
— кедр дает долго тлеющие угли;
— дрова из вишни и вяза при горении дымят;
— дрова из платана легко растапливаются, но тяжело колются;
— дрова хвойных пород имеют низкую теплотворную способность, дымят и искрят, способствуя образованию смолистых отложений в трубе, но легко колются и растапливаются;
— тополь и липа хорошо горят, сильно искрят и очень быстро прогорают.
Показатель теплотворной способности дров разных пород древесины сильно изменяется, что влечет колебания плотности древесины и колебания в пересчетных коэффициентах кубометр => складометр.
Таблица со средними значениями теплотворной способности на 1 складометр дров.
1 складометр сухой древесины лиственных деревьев заменяет 200 — 210 л жидкого топлива или 200 — 210 м³ природного газа.
Пеллеты
Пеллеты (топливные гранулы) — это прессованное под высоким давлением натуральное сырье растительного происхождения в форме цилиндрических гранул стандартного размера.
Сырьем для их производства является кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, и отходы сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома, некондиционный лен и др), а также органические упаковочные материалы, картонная тара и тд.
Процесс производства пеллет состоит из этапов: дробления, сушки и грануляции.
Сырье измельчается до состояния муки, затем тщательно высушивается и сжимается в гранулы стандартного размера при помощи специального оборудования — гранулятора.
Во время грануляции, сопровождающейся повышением температуры материала, содержащийся в нем полимер лигнин, содержащийся в клетках растительного сырья, плотно склеивает измельченные частицы. Химические связующие примеси не используются.
На выходе получается легкое, недорогое, удобное в хранении и абсолютно безопасное топливо, альтернативное традиционным видам топлива (уголь, торф, дрова, природный газ).
Гранулятор пресса придает пеллетам форму.
Пеллеты — современный универсальный вид биотоплива, по эффективности применения равноценный каменному углю.
Виды пеллет:
— полученные путем переработки кругляка твердых и мягких пород деревьев;
— полученные путем переработки соломы;
— полученные переработки подсолнечниковой шелухи;
— полученные путем переработки початков и стебля кукурузы;
— торфяные.
Преимущество пеллет:
— экологически чистое , соответствующее зеленой технологии топливо, произведенное из безвредных для человека и окружающей среды материалов, подлежащих утилизации: в 10-50 раз ниже эмиссия углекислого газа (СО2) в окружающую среду, в 15-20 раз меньше образование золы, чем при сжигании угля;
— неограниченное производств, в тч из древесины низкого качества,
— меньшая стоимость, в сравнении с ценой угля, жидкого топлива или дров,
— удобство транспортировки, как в фасованных пакетах, так и россыпью, и разгрузки через рукава с возможностью автоматизации процесса;
— не требуют больших складских площадей и могут храниться на открытом воздухе, не разбухая, без гниения,
— при хранении не самовоспламеняются,
— не требуют дополнительной обработки перед применением, не хуже газа или угля.
— большая теплотворная способность, чем опилки и щепа, в 1,5 раз больше, чем у дров,
— при сжигании 1,9 т пеллет выделяется примерно такое же количество тепла, что при сжигании 1 т мазута, при стоимости пеллет на внутреннем рынке в 3 раза дешевле, то есть обогрев пеллетами на 40% дешевле мазута;
— почти полное сгорание с минимальным количеством шлаков, что снижает частоту чистки котла можно производить намного реже,
— возможна автоматизация загрузки пеллет в топку в промышленных условиях,
— регулировка бытовых нагревательных устройств, работающих на пеллетах, регулируются в автоматическом режиме,
— малая волатильность цены, тк цена внутренняя,
— котлы на пеллетах работают дольше, нуждаются в меньшем обслуживании и более экономичны,
Применение пеллет:
— для отопления жилых домов путем сжигания в печах, каминах и котлах,
— для обеспечения теплом и электроэнергией промышленных объектов и небольших населенных пунктов (с использованием крупных гранул с высоким содержанием древесной коры.
Спрос на это альтернативное топливо и на оборудование для его производства и сжигания постоянно возрастает.
Сравнительные характеристики видов топлива
|
Вид топлива |
Теплота сгорания МДж/кг |
% серы |
% золы |
Углекислый газ |
|---|---|---|---|---|
|
Каменный уголь |
15 — 25 |
10 — 35 |
||
|
Двигательное топливо |
42,5 |
0,2 |
||
|
Мазут |
1,2 |
1,5 |
||
|
Щепа древесная |
||||
|
Гранулы древесные |
17,5 |
0,1 |
||
|
Гранулы торфяные |
||||
|
Гранулы из соломы |
14,5 |
0,2 |
||
|
Природный газ |
35 — 38 МДж/м3 |
Примечание:
«0» означает, что при сжигании продукта количество выделяемого СО2 не превышает объема, который образуется при естественном разложении, а количество других вредных выбросов ничтожно мало.
Таблица 1. Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии
|
Вид топлива |
Тепловая способность, ккал/кг |
|---|---|
|
Пелетты |
|
|
Дрова |
|
|
Уголь древесный |
|
|
Каменный уголь |
|
|
Мазут |
|
|
Дизельное топливо |
|
|
Природный газ |
Стандарты производства пеллет:
— в США: Standard Regulations & Standards for Pellets in the US: The PFI (pellet), которым разрешено производство пеллет сортов Премиум и Стандарт. Премиум, который составляет около 95% производимых в США пеллет, — не более 1 % золы, а Стандарт- не более 3 %. Премиум может применяться для отопления любых зданий. Сорт Стандарт содержит больший объем коры или сельскохозяйственных отходов. Стандарты определяют также плотность, размеры пеллет, влажность, содержание пыли и других веществ.
Основные европейские стандарты качества топливных гранул
* «нет» — не означает величины, это может быть, нет сведений, не определено, нет точной величины и т.д.
Топливные брикеты.
Топливные брикеты — это спрессованные отходы деревообработки (стружка, щепа), отходы сельского хозяйства (солома, шелуха семечки подсолнуха, гречихи), а также торфа.
Связующее вещество — натуральный полимер лигнин. Химические связующие примеси не используются.
Топливные брикеты активно используются для отопления частных домов в различных типах топок (печах), дровяных котлах, каминах, при приготовлении еды на гриле.
Преимущества топливных брикетов:
— экологически чистый продукт, материалом которого в полном объеме является природное сырье, а
— не поддаются воздействию грибков,
— горят дольше, чем дрова в 2-4 раза,
— удобно хранить и использовать.
— высокая сопоставимая с каменным углем теплотворность, в среднем в 2 раза больше, в сравнении с обычными дровами,
— постоянная температура на каждом этапе горения за счет ровного пламени,
— содержание золы после сгорания — 1-3%. Для сравнения: содержание золы после сгорания каменного угля — 30-40%, дров- 8 -16%, щепы- 11-18%,
— современные твердотопливные котлы на брикетах можно чистить не чаще 1 раз в год,
— золу можно использовать, как экологически чистое удобрение,
— угарный газ не выделяется и другие вредные вещества не образуются,
— затраты на отопления ниже, чем в случае использования каменного угля или дров.
Типа топливных брикетов:
— RUF-брикеты — в форме набольшего кирпичика прямоугольной формы,
— NESTRO-брикеты — брикет цилиндрической формы, иногда с радиальным отверстием внутри,
— Pini&Kay-брикеты — брикет, имеющий 4, 6 или 8 граней с продольным радиальным отверстием внутри.
Уголь
Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.
Состав угля зависит от возраста и условий углефикации:
— бурый уголь — самый молодой,
— каменный уголь,
— антрацит — самый возрастной.
По мере старения происходила концентрация углерода и снижение содержания летучих составляющих, в частности, влаги.
Бурый уголь имеет влажность 30-40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита эти 2 показателя составляют 5-7%.
Влажность каменного угля- 12-16%, количество летучих компонентов — около 40%.
Уголь также содержит различные негорючие золообразующие добавки, «породу».
Зола загрязняет окружающую среду и спекается в шлак на колосниках, что затрудняет горение угля.
Наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля.
В зависимости от сорта и условий добычи количество минеральных веществ различается очень сильно, зольность каменного угля около 15% (10-20%).
Вредным компонентом угля также является сера, в процессе сгорания которой образуются окислы, которые в воздухе превращаются в серную кислоту.
Удельная теплота сгорания (угольного концентрата)
|
Вид угля |
Удельная теплота сгорания угля |
|
|---|---|---|
|
кДж/кг |
ккал/кг |
|
|
Бурый |
14 700 |
3 500 |
|
Каменный |
29 300 |
7 000 |
|
Антрацит |
31 000 |
7 400 |
Реальные цифры могут существенно отличаться.
Кузбасский каменный уголь — 5000-5500 ккал/кг. .
Плотность угля 1 — 1,7 (каменный уголь — 1,3-1,4) г/см3 в зависимости от вида и содержания минеральных веществ.
Используется показатель «насыпная плотность», который составляет около 800-1 000 кг/м3.
Виды и сорта угля
Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но с «бытовой» точки зрения достаточно знать маркировку и возможности использования.
Используется следующая система обозначений угля: Сорт = (марка) + (класс крупности).
|
Бурые |
Б |
|
|---|---|---|
|
Каменные |
Длиннопламенные |
Д |
|
Газовые |
Г |
|
|
Жирные |
Ж |
|
|
Коксовые |
К |
|
|
Отощенно-спекающиеся |
ОС |
|
|
Слабоспекающийся |
СС |
|
|
Тощие |
Т |
|
|
Антрациты |
А |
|
Коксующиеся марки угля (Г, кокс, Ж, К, ОС) в теплоэнергетике практически не используются, так как они являются дефицитным сырьем для коксохимической промышленности.
По классу крупности (размеру кусков, фракции) сортовой каменный уголь подразделяется на:
|
П |
Плитный |
более 100 мм |
|---|---|---|
|
К |
Крупный |
50-100 мм |
|
О |
Орех |
26-50 мм |
|
М |
Мелкий |
13-25 мм |
|
С |
Семечко |
6-13 мм |
|
Ш |
Штыб |
менее 6 мм |
|
Р |
Рядовой |
не ограниченный размерами |
Кроме сортового угля в продаже присутствуют совмещенные фракции и отсевы (ПК, КО, ОМ, МС, СШ, МСШ, ОМСШ).
Размер угля определяют исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанных в названии марки угля.
Например, фракция ОМ (М — 13-25, О — 25-50) составляет 13-50 мм.
Кроме указанных сортов угля в продаже можно встретить угольные брикеты, которые прессуют из низкообогащенного угольного шлама.
Процесс горения угля.
Уголь состоит из 2х горючих компонентов: летучие вещества и твердый (коксовый) остаток
На 1м этапе горения выделяются летучие вещества; при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла.
На 2м этапе выгорает коксовый остаток; интенсивность его горения и температура воспламенения зависит от степени углефикации, то есть, от вида угля (бурый, каменный, антрацит).
Чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.
Уголь марок Б, Д, Г
Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает.
Уголь этих марок доступен и пригоден практически для всех видов котлов, однако для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха.
Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и черный дым
Для эффективного сжигания такого угля процесс должен постоянно контролироваться.
Уголь марок СС, Т, А
Разжечь его труднее, зато он горит долго и выделяет намного больше тепла.
Уголь можно загружать большими партиями, так как в них горит преимущественно коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ.
Очень важен режим поддува, так как при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно его прекращение, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к уносу тепла и прогоранию котла.
Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива
Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объемом 1 м³ (1 л).
Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л).
Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход.
Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:
— от его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.);
— от его влажности и зольности.
Статья из белорусской республиканской газеты «Звязда» в переводе на русский язык.
Николай Николаевич Иванов из деревни Зеленец Кореличского района — давний поклонник «Звязды». Издание читает, по его собственному признанию, более 20 лет. И именно в нашей газете заявителю несколько лет назад на глаза попалась информация о том, сколько тепла дает при сжигании древесина различных пород.
— За «точку отсчета» был принят дуб. Так вот, чтобы получить столько же тепла, сколько при сжигании в печи одного кубометра дуба, нужно было взять 1,8 кубометра ели, 1,6 кубометра сосны, 1,2 кубометра березы или ольхи, 2 кубометра осины, — рассказал читатель. — А как с плодовыми деревьями? У меня старый сад, который собираюсь обновлять, конечно, спиленные яблони, груши, вишни пойдут на дрова. А сколько же от них можно получить тепла? А еще от граба?
У заявителя дом общей площадью 49 квадратных метров (бывший колхозный, приватизированный). По словам Николая Николаевича, довольно холодный. Отапливается жилье печкой.
Чтобы дать компетентный ответ на запрос Николая Николаевича, мы вынуждены были обратиться за помощью в Министерство лесного хозяйства. Нам очень помогла главный специалист отдела промышленного производства Галина Рахимбердина, которая оперативно подготовила обстоятельный ответ.
— Дрова из разных пород древесины отдают при сжигании разное количество тепла. Древесина твердолиственных пород обладает наиболее высокой теплоотдачей. К таким породам относятся дуб, бук, граб, ясень, клен. Из них наибольшую теплотворную способность имеет древесина граба. Она выше, чем у дуба. Удельная теплотворная способность при влажности 20% у дуба — 1 538 ккал, у граба — 1 654 ккал. С понижением влажности увеличивается теплотворная способность, а с увеличением — снижается, — рассказала Галина Николаевна. — Дрова из твердолиственных пород обеспечивают стабильную рабочую температуру в топке и высокую удельную теплотворную способность.
Как напомнила далее собеседница, дубовые дрова и дрова из граба трудно колоть, растапливать, но зато они дают древесный уголь, который долго тлеет. Древесина плодовых деревьев (яблонь, груш и других) обладает теплотворной способностью, близкой к древесине твердолиственных пород. Дрова из яблони и груши легко колоть, они хорошо горят, дают много устойчивого жара, приятно пахнут. Лучшими дровами из плодовых деревьев считаются яблоневые, которые известны своим особенно жарким и бездымным горением. Редко встречаются, поскольку рубят обычно только поваленные или предназначенные к вырубке при расчистке территорий деревья.
Вишня относится к породам средней твердости древесины. Вишневые дрова легко колоть, но трудно разжигать, при горении они немного дымят. Дрова из мягколиственных пород (береза, ольха, липа, осина, тополь и другие) из-за невысокой их плотности быстро сгорают, не образуя углей, обладают низкой удельной теплотворной способностью.
— Ваш читатель приводит пример, что для получения определенного количества тепла требуется 1 кубический метр дуба, а для получения такого же количества тепла от елки требуется 1,8 кубометра, 1,6 кубометра — от сосны, 1,2 кубометра — от березы или ольхи , 2 кубометра — от осины. Береза и ольха отнесены к одной группе по теплотворной способности. Это неправильно. При одинаковой влажности древесины в 20% объемный вес в килограммах березы — 670, ольхи — 540; условное топливо в килограммах у березы — 324, ольхи — 261 (другими словами, в одном и том же объеме может быть разный вес, например, литровая банка воды и меда будут весить по-разному). Кроме того, завышены показатели по другим видам древесины, — рассказала далее главный специалист отдела промышленного производства Министерства лесного хозяйства Галина Рахимбердина. — Отвечая на вопрос читателя, сообщаю, что для получения определенного количества тепла требуется 1 кубический метр дуба, а для получения такого же количества тепла от граба — примерно 0,89 кубического метра, от яблони — 1,04 кубического метра, от груши — 1,06 кубического метра, от вишни — 1,07 кубического метра, от березы — 1,1 кубического метра, от ольхи — 1,34 кубического метра, от сосны — 1,35 кубического метра, от осины — 1,44 кубического метра, от ели — 1,5 кубического метра.
Далее специалист напомнила, что теплоотдача дров, кроме плотности древесины, зависит от влажности. Лучшими при сжигании считаются дрова с влажностью 20-25%. Дрова из свежесрубленных деревьев имеют влажность не менее 50%. Чтобы высушить дрова, их надо в течение года держать на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении. Их нужно складывать в кладку дров. Если она находится не под навесом, ее надо прикрыть, например, рубероидом или полиэтиленом. При этом боковые поверхности должны быть открытыми для просушки.
При сравнении затрат на отопление будем исходить из условия что котел находится в работе примерно 50% общего времени, а отопительный сезон длится 7 месяцев.
Ориентировочно, для отопления 10 кв. м (до 30 куб. м) утепленного помещения требуется примерно 1 кВт мощности.
Следовательно, для площади 1000 кв. м потребуется котел мощностью примерно 100 кВт.
Если бы котел работал непрерывно, то в месяц понадобилось бы:
100 кВт х 24 часа х 30 дней = 72 000 кВт/час.
Принимая во внимание, что котел будет работать примерно 50% всего времени (или на половину максимальной мощности), делим 72 000 кВт/час на 2 и получаем 36 000 кВт/час.
Это затраты в среднестатический месяц отопительного сезона.
Умножаем на 7 месяцев отопительного сезона, и получаем 252 000 кВт/час.
В зависимости от различных факторов (наружная температура, утепление стен и т.п.) эта цифра может изменяться как в большую, так и в меньшую сторону.
При этом важно, чтобы в расчетах (по стоимости отопления) использовались одинаковые принципы, независимо от вида топлива, что позволяет произвести корректное сравнение затрат на отопление при использовании различных видов топлива.
Пеллетные котлы
Эксплуатационные затраты на отопление.
Теплотворная способность пеллет равна 5 кВт/час на 1 кг (4500 Ккал/кг). Стоимость 1 кг гранул 6,0 руб. Для получения 1 кВт/час тепловой энергии потребляется примерно 0,2кг. (в зависимости от КПД котла и т.д.). Таким образом стоимость получения 1 кВт/час тепловой энергии при сжигании гранул равна 1,2 руб. Теперь умножаем затраты энергии за сезон (252 000 кВт/час) на стоимость 1 кВт/час при использовании гранул (1,2 руб.) и получаем затраты на отопление за весь отопительный сезон 302 400 руб.
Котлы, работающие на угле.
Эксплуатационные затраты (затраты на уголь). Стоимость угля для отопления (вторая категория) составляет примерно 5 руб. за 1 кг. Для получения 1 кВт/час тепловой энергии расходуется примерно 0,25 кг/час угля (вторая категория). Таким образом стоимость получения 1 кВт/час тепловой энергии при сжигании угля равна 1,25 руб. Умножаем (252 000 кВт/час) на стоимость 1 кВт/час (1,25 руб.) =315 000 руб./сезон.
Котлы, работающие на дровах.
Эксплуатационные затраты (затраты на дрова). Назвать точную стоимость «дров» практически невозможно. Существует масса факторов, влияющих на этот параметр, среди которых, порода дерева, влажность, колотые дрова или нет и т.д. Средняя стоимость колотых дров составляет 2 000 руб. за 1 кубометр. Масса 1 кубометра дров равна примерно 650 кг. Т.е., 1 кг дров в среднем стоит около 3 руб. Для получения 1 кВт/час тепловой энергии расходуется примерно 0,4 кг/час дров. Таким образом стоимость получения 1 кВт/час тепловой энергии при сжигании дров равна примерно 1,2 руб. Умножаем полученную стоимость киловатта (1,20 руб.) на затраты энергии за сезон (252 000 кВт/час) и получаем результат: 302 400 руб.
Котлы на газе пропан-бутан.
Эксплуатационные затраты на отопление. Для производства тепловой энергии в 1 кВт/час потребляется 0,0843 кг сжиженного газа (не учитывая КПД установки). КПД котельной установки – 92%. Таким образом, для производства тепловой энергии в 1 кВт/час потребляется примерно 0,1 кг сжиженного газа. Стоимость 1 кг сжиженного газа равна примерно 18 руб (стоимость 1 л. – 9 руб х Плотность – 0,517кг/л). Т.е. 1 кВт/час в этом случае стоит 1,8 руб. Теперь умножаем затраты энергии за сезон (252 000 кВт/час) на стоимость 1 кВт/час при использовании сжиженного газа (1,8 руб.) и получаем затраты на отопление за весь отопительный сезон 453 600 руб.
Жидкотопливные котлы (котлы на солярке, дизтопливе).
Эксплуатационные затраты на отопление. Стоимость 1 литра солярки для котлов примерно 18 руб. (зависит от объема закупки, причем незначительно, а от предлагаемой «технической» солярки по 15руб./л. вылетают дорогостоящие горелки за 3 месяца). Для получения 1 кВт/час тепловой энергии потребляется примерно 0,1 литр солярки (в зависимости от КПД котла и т.д.). Т.е. 1 кВт/час стоит примерно 1,8 руб. Теперь умножаем затраты энергии за сезон (252 000 кВт/час) на стоимость 1 кВт/час при использовании солярки (1,8 руб.) и получаем затраты на отопление за весь отопительный сезон 453 600 руб.
Электрические котлы.
Эксплуатационные затраты на отопление. Для получения тепловой энергии в 1 кВт /час потребляется примерно 1,03 кВт/часа электроэнергии.
Стоимость 1 кВт/час электроэнергии для: а) частных лиц 2,66 руб., если потребление превышает 50кВт на человека в месяц, б) организаций 3,30 (при превышении лимита стоимость за кВт возрастает). Таким образом, стоимость получения 1 кВт/часа тепловой энергии при электроотоплении равна:
а) 2,74 руб.,
б) 3,40 руб. Теперь умножаем затраты энергии за сезон (252 000 кВт/час) на стоимость 1 кВт/час при использовании электрического котла (а) 2,74 руб., б) 3,40 руб.) и получаем затраты на отопление за весь отопительный сезон:
а) для частных лиц – 690 480 руб.,
б) для организаций – 856 800 руб.