Основні види палива для твердопаливних котлів

Вибір твердопаливного котла та його технічні характеристики значною мірою залежать від того, яке паливо буде використовуватися в процесі його експлуатації. Щоб спростити процес вибору ми підготували детальну статтю про найбільш поширені види палива та їх параметри.

ОСНОВНІ ВИДИ ПАЛИВА ДЛЯ ТВЕРДОПАЛИВНИХ КОТЛІВ

• Дрова
• Пелети
• Брикети
• Вугілля

ДРОВА

Дрова – шматки деревини, які використовують для спалювання в печах, топках, камінах і т.п. Вологість дров має бути не вище 15 – 20 %. Стовбури дерев розпилюють на шматки довжиною 25 – 30 см, розколюють за потреби на менші поліна.

Вологість деревини впливає на процес горіння. Сирі дрова погано горять та їх доволі важко розпалити, тому перед використанням дрова потрібно просушити в захищеному від опадів місці.

Породи дерев значно відрізняються між собою за вологістю. Найбільше вологи містить ялина, сосна, осика. Середньовологі породи – дуб та береза. А найменше вологи містять тверді породи дерев – ясен, акація, граб, дуб.

У якості палива для котлів можна використовувати будь-які породи деревини. Але вони відрізняються між собою за теплотворною здатністю, тривалістю горіння, кількістю продуктів горіння. Для опалення потрібно вибирати деревину, яка згоряє повільно, але виділяє достатню кількість теплоти. Цьому відповідають дрова із листяних порід. Для топок твердопаливних котлів оптимальними є дрова із дуба, берези, ліщини, тиса, граба, ясена.

ДРОВА РІЗНИХ ПОРІД:  ОСОБЛИВОСТІ ГОРІННЯ

• Дрова із бука, ясени чи берези мають низьку вологість, тому вони добре горять навіть у сирому вигляді. Але їх доволі важко розпалити.
• Найменше сажі утворюється під час горіння вільхи та осики, дрова із цих порід навіть випалюють залишки сажі у димоході.
• А от березові дрова при недостачі кисню утворюють багато диму та ще й дьоготь, який осідає на стінах димоходів. Хоча теплотворна здатність березових дров досить велика і більша від багатьох інших порід деревини.
• У соснових дровах вищий вміст смол, тому вони горять гарячіше ялинових. Але під час горіння утворюється багато сажі.
• Найкращу тепловіддачу мають дрова із граба та дуба, але вони погано коляться.
• Легко розколюються дрова із порід середньої твердості, наприклад, яблуні, груші, вишні. Також вони добре горять та виділяють невелику кількість сажі. Багато диму утворюється при горіння дров із вишні.
• Менш придатні для живлення топок твердопаливних котлів дрова хвойних порід. Це повязано із низькою теплотворною здатністю таких дров та утворенням відкладів на стінках димоходів. При горінні вони димлять та утворюють іскри.
• Швидко прогорають дрова із тополі, вільхи, осики,
• Теплотворна здатність дров різних порід значно варіюється із-за рівня вологості, густини, тощо.

Таблиця 1. Теплотворна здатність дров різних порід

ПЕЛЕТИ

Останнім часом все у якості палива для побутових та промислових твердопаливних котлів все частіше використовують паливні гранули – пелети. Отримують їх шляхом пресування деревних відходів, оброблених парою, під високим тиском. Виготовляються вони у формі стандартних циліндричних гранул. Основним матеріалом для їх виробництва слугують залишки деревини (кора, тирса, щепа) та відходи сільського господарства, такі як лушпиння соняшника, солома, стебла кукурудзи. Іноді також додають вторинну сировину та макулатуру, картон.

У виробництві пелет не використовують штучні смоли та склеюючі речовини. Замість них природним звязуючим елементом виступає лігнін – органічний полімер, що міститься в клітинах рослин. Під час процесу пресування лігнін вивільняється та зв'язує подрібнені частинки сировини, надаючи їм необхідну форму та міцність.

Процес виробництва пелет складається з кількох етапів: спочатку сировину подрібнюють до порошкоподібного стану, потім ретельно висушують і пресують у гранули стандартного розміру за допомогою спеціального обладнання. Під час пресування матеріал нагрівається, що активує лігнін, який забезпечує щільне з'єднання частинок. Результатом цього процесу є легке, економічне та безпечне паливо, яке має низку переваг перед традиційними видами палива, такими як вугілля, торф або дрова.

Типи пелет залежать від сировини, з якої вони виготовляються:

• Деревні пелети: виготовляються з відходів деревообробки;
• Пелети з соломи;
• Пелети з лушпиння соняшника;
• Пелети з кукурудзи (качани та стебла);

Пелети мають низку переваг, серед яких – екологічність, оскільки вони виготовляються з відновлюваних і безпечних для довкілля матеріалів. Вони також є економічно вигідними, мають нижчу вартість у порівнянні з традиційним паливом, і їх легко транспортувати та зберігати. Пелети виділяють більше тепла, ніж інші види деревних відходів, що підвищує ефективність опалювальних систем.

Паливні гранули знайшли широке застосування у багатьох країнах, таких як Європа, США та Канада, де вони стали невід'ємною частиною програм зі збереження навколишнього середовища. Пелети забезпечують у півтора рази більше тепла порівняно з дровами, а також суттєво знижують викиди вуглекислого газу та кількість золи, що утворюється під час їх згоряння. Ще одною перевагою пелет є легкість транспортування, виробники фасують пелети в поліетиленові мішки по 15 кг, або в біг-беги по 1 тоні. 

Порівняння палива:

Основні переваги пелет як біопалива:

1. Економічна вигідність: Пелети значно дешевші в порівнянні з традиційними енергоносіями, такими як вугілля або природний газ. Це робить їх ідеальним варіантом для опалення як приватних будинків, так і промислових об'єктів. На відміну від пального, ціна пелет не підлягає впливу міжнародних ринкових коливань. В Україні пелети купуються за внутрішньою ціною, яка формується на основі місцевого попиту та пропозиції.
2. Високі фізико-хімічні властивості: Деревні пелети мають високу теплотворну здатність, що дозволяє ефективно опалювати приміщення з меншими витратами пального. Під час горіння пелет утворюється мінімальна кількість золи, що знижує потребу в частому обслуговуванні котлів.
3. Ефективність горіння: Завдяки структурі пелет, що складається з дрібних частин, вони забезпечують ефективне горіння. Пелети містять достатньо повітря для оптимального процесу горіння, тому їх не потрібно додатково обробляти перед використанням. Вони забезпечують таку ж ефективність, як і газ або вугілля.
4. Безмежний ресурс: Деревина та відходи деревообробної промисловості є практично невичерпними ресурсами. На відміну від обмежених запасів нафти і газу, ці матеріали завжди доступні для виробництва пелет.
5. Екологічність: Пелети горять без викидів шкідливих речовин і відповідають найсуворішим екологічним стандартам. Вони є екологічно чистим рішенням, що допомагає зменшити викиди вуглекислого газу та інших забруднюючих газів.
6. Зручність використання: Сучасні котли, що використовують пелети, оснащені високим рівнем автоматизації. Використовуючи живильні бункери та бункерні пелетні ємності можна автоматизувати систему опалення та лише періодично додавати паливо в ємність.
7. Економія на витратах: Для отримання такої ж кількості тепла, як і від спалювання тонни мазуту, потрібно спалити приблизно 1,9 тонни пелет. Вартість пелет на внутрішньому ринку значно нижча за мазут, що дозволяє заощаджувати на витратах на опалення.

Тепловіддача пелет та альтернативних джерел енергії:

У різних країнах існують різні стандарти якості пелет. Наприклад, у США діє стандарт PFI, який поділяє пелети на два сорти: "Преміум" та "Стандарт". Преміум пелети повинні містити не більше 1% золи, в той час як Стандарт може містити до 3% золи. В Європі також прийняті різні стандарти, такі як DIN 51731 у Німеччині, ONORM M-7135 в Австрії, The British BioGen Code у Великій Британії та інші.

Основні європейські стандарти якості пелет:

БРИКЕТИ

Ще одним поширеним видом палива є брикети. Паливні брикети – це досить поширений вид палива, який виготовлений пресуванням відходів обробки дерева ( щепа, тирса, стружка). Часто додають сільськогосподарські відходи (наприклад, солому, подрібнені стебла кукурудзи, лушпиння соняшника) та торф. В Україні можна купити також і такий вид палива як торфобрикети, утворені пресуванням торфу. Виготовляють брикети шляхом пресування без додавання шкідливих хімічних речовин.

Брикети під час горіння не утворюють іскр, горять рівномірно і тривалий час, тому їх використовують у котлах із ручним завантаженням палива, які популярні в невеликих домогосподарствах, сільській місцевості.

Основні переваги паливних брикетів:

• Екологічність: брикети із рослинних відходів є безпечним та екологічним видом палива. При спалюванні утворюється попіл у невеликих кількостіх, а викиди диму мінімальні та не містять шкідливих речовин, на відміну від того ж вугілля. Використання паливних брикетів також виконує ще одну мету – утилізацію відходів с/г виробництва.
• Стійкість до грибків: термічна обробка в виробництві брикетів підвищує їх стійкість до впливу грибків. Хоча все ж зберігати брикети бажано в сухому приміщенні із низькою вологістю.
• Довговічність горіння: паливні брикети мають більшу густину у порівнянні із дровами, що забезпечує також і більш тривале горіння. Тому додавати паливо в котел потрібно набагато рідше.
• Зручність зберігання: Завдяки компактній формі, євродрова легко зберігати та використовувати. Виробники виготовляють брикети різної форми, упаковуючи їх у тепмоплівку, мішки та біг-беги.
• Висока теплотворність: теплотворна здатність брикетів складає 20 – 22 МДж/кг та залежить від вологості. Тому брикети по теплотворній здатності майже вдвічі переважають дрова та наближаються до вугілля.
• Низький вміст золи: Після згоряння брикетів утворюється всього 1 – 3% золи, що значно менше, ніж при спалюванні кам'яного вугілля або природних дров. Це зменшує необхідність в обслуговуванні твердопаливних котлів, збільшує час між їх періодичними чистками.
• Безпека використання: В процесі горіння паливних брикетів не виділяються шкідливі речовини.
• Економія: Використання євродров дозволяє знизити витрати на опалення.

Типи паливних брикетів:

1. RUF-брикети: виготовляють у формі цеглинок розміром 180х30х40 мм.
2. NESTRO-брикети: мають форму циліндра, іноді з отвором всередині.
3. Pini&Kay-брикети: мають форму призм. Як правило мають 6 або 8 граней із отвором всередині, що сприяє кращому доступу повітря під час горіння.

ВУГІЛЛЯ

Вугілля – це горюча осадова гірська порода, яка сформована з залишків рослинного походження. Основним компонентом є вуглець, але в складі також присутні інші хімічні елементи. Вугілля класифікують за віком і процесами вуглефікації, що впливають на його склад і властивості. Наймолодшим є буре вугілля, більш старше – кам'яне, а найстаріше – антрацит. Зі збільшенням віку відбувається зростання вмісту вуглецю і зменшення кількості летких складових, таких як волога. Наприклад, вологість бурого вугілля досягає 30 – 40%, а леткі компоненти складають понад 50%. Для антрациту ці показники значно нижчі – вологість становить 5 – 7%, а леткі речовини – 5 – 7%. Кам'яне вугілля має проміжні характеристики: вологість – 12 – 16%, леткі компоненти – близько 40%.

Зольність і шкідливі домішки

Окрім основних компонентів, якими є вуглець, вугілля містить негорючі домішки, які формують золу. Ці домішки значною мірою зменшують теплоту згоряння вугілля та є причиною забруднення навколишнього середовища, в процесі горіння утворюють золу та шлак на колосниках, що ускладнює процес горіння.

Вміст золи у вугіллі залежить від сорту вугілля та умов його видобутку. В середньому для вугілля вміст золи складає близько 15% (10 – 20%).

Ще одним небезпечним компонентом є сірка, яка під час горіння утворює оксиди. Оксиди сірки реагують із вологою в атмосфері і стають причиною кислотних дощів.

Питома теплота згоряння різних видів вугілля

• Буре вугілля: 14 700 кДж/кг
• Кам'яне вугілля: 29 300 кДж/кг
• Антрацит: 31 000 кДж/кг

Це середні показники, які дещо відрізняються від реальних значень. Усереднене значення теплотворної здатності рядового вугілля складають приблизно 21 000 – 23 000 кДж/кг.

Види та сорти вугілля

Вугілля класифікується за кількома параметрами, але з точки зору побутового використання важливо знати маркування та можливість застосування в певних умовах.

За ступенем вуглефікації розрізняють три основні види вугілля:

• Буре вугілля (Б)
• Кам'яне вугілля:
• Довгополуменеве (Д)
• Газове (Г)
• Жирне (Ж)
• Коксове (К)
• Відлущено-спечене (ОС)
• Слабоспікаюче (СС)
• Худе (Т)
• Антрацит (А)

Окрім основних марок, існують проміжні, такі як ДГ (довгополуменеве-газове), ГЖ (газове-жирне), КЖ (коксове-жирне), ПА (напівантрацити).

Клас крупності

За розміром шматків (фракціями) сортове кам'яне вугілля ділять на такі класи:

• Плитний (П): понад 100 мм
• Великий (К): 50-100 мм
• Горіх (О): 26-50 мм
• Дрібний (М): 13-25 мм
• Насіннячко (С): 6-13 мм
• Штиб (Ш): менше 6 мм
• Рядовий (Р): не обмежений розмірами

Іноді продають також і вугільні брикети, які пресують із низькозбагаченого вугільного шламу.

Як горить вугілля

Вугілля складається з двох основних горючих компонентів: летких речовин і твердого коксового залишку.

Перший етап горіння – це виділення горючих летких речовин, які швидко згоряють за наявності достатньої кількості кисню, але в процесі горіння виділяється доволі мала кількість теплоти. Далі згоряє коксовий залишок, який і дає основні кількість теплоти. Температура горіння коксового залишку як і інтенсивність горіння залежить від ступеня вуглефікації.

Особливості різних марок вугілля

• Марки Б, Д, Г: вирізняються високим вмістом летких речовин, що забезпечує швидке займання та швидке згоряння палива. Це вугілля рекомендується для більшості видів твердопаливних котлів, але потребує дозованої подачі для повного згоряння.
• Марки СС, Т, А: важко розгоряються, але виділяють значно більшу кількість теплоти. Їх можна завантажувати більшими партіями в топку, оскільки вони містять переважно коксовий залишок і не виділяють значної кількості летких речовин. Таке вугілля більш придатне до спалювання в автоматизованих котлах, де є регульована подача повітря для ефективного горіння.

23.08.2024