Основные виды топлива для твердотопливных котлов:
- Дрова
- Пеллеты (топливные гранулы)
- 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.
|
Дрова (естественная сушка) |
Теплотворная способность, кВт*ч/кг |
Теплотворная способность, мега Джоуль/кг |
Теплотворная способность, Мвт*ч/складометр |
Объемная плотность, кг/дм³ |
Плотность, кг/складометр |
|---|---|---|---|---|---|
|
Грабовые дрова |
4,2 |
15 |
2,1 |
0,72 |
495 |
|
Буковые дрова |
4,2 |
15 |
2,0 |
0,69 |
480 |
|
Ясеневые дрова |
4,2 |
15 |
2,0 |
0,69 |
480 |
|
Дубовые дрова |
4,2 |
15 |
2,0 |
0,67 |
470 |
|
Березовые дрова |
4,2 |
15 |
1,9 |
0.65 |
450 |
|
Дрова из лиственницы |
4,3 |
15,5 |
1,8 |
0,59 |
420 |
|
Сосновые дрова |
4,3 |
15,5 |
1,6 |
0,52 |
360 |
|
Еловые дрова |
4,3 |
15,5 |
1,4 |
0,47 |
330 |
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 |
1-3 |
10 - 35 |
60 |
|
Двигательное топливо |
42,5 |
0,2 |
1 |
78 |
|
Мазут |
42 |
1,2 |
1,5 |
78 |
|
Щепа древесная |
10 |
0 |
2 |
0 |
|
Гранулы древесные |
17,5 |
0,1 |
1 |
0 |
|
Гранулы торфяные |
10 |
0 |
20 |
70 |
|
Гранулы из соломы |
14,5 |
0,2 |
4 |
0 |
|
Природный газ |
35 - 38 МДж/м3 |
0 |
0 |
57 |
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.
- Измерение теплоты сгорания в Ккал/кг. 1 калория - это количество тепла необходимое для нагрева 1 г воды на 1оС. 4,500 Кал/кг ( 4,500 Кал/кг ) - теплота сгорания 1 кг топлива в Кал.
- Измерение теплоты сгорания в МДж/кг. Системная международная тепловая единица. 1 Калория = 4,19 Джоуля, 4,500 Ккал/кг * 4,19 Дж = 18,855 МДж/кг - теплота сгорания 1 кг топлива в Джоулях.
- Измерение теплоты сгорания в Квт*час. 5,238 Квт* час/ кг - теплота сгорания 1 кг топлива, измеренная в «электротехнических единицах». Количество энергии выделямое в секеунду (то есть тепловая мощность) = 18.855.000 Дж (см. пункт 2 ) /3600 сек = 5238 Дж/сек = 5,238 Квт*час.
Таблица 1. Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии
|
Вид топлива |
Тепловая способность, ккал/кг |
|---|---|
|
Пелетты |
4500 |
|
Дрова |
2500 |
|
Уголь древесный |
7500 |
|
Каменный уголь |
7400 |
|
Мазут |
9800 |
|
Дизельное топливо |
10200 |
|
Природный газ |
8300 |
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.
- в Германии : DIN 51731, в Австрии : ONORM M-7135, в Великобритания : The British BioGen Code of Practice for biofuel (pellets), в Швейцария : SN 166000, в Швеция :SS 187120.
Основные европейские стандарты качества топливных гранул
|
Параметр |
DIN 51 731 |
O-Norm M-7135 |
DINplus |
SS187120 |
|---|---|---|---|---|
|
Германия |
Австрия |
Германия |
Швеция |
|
|
Диаметр (мм) |
4-10 |
4-10 |
||
|
Длина (мм) |
< 50 |
< 5*d |
< 5*d |
< 5*d |
|
Плотность (кг/дм3) |
> 1,0-1,4 |
> 1,12 |
> 1,12 |
Нет |
|
Влажность (%) |
< 12 |
< 10 |
< 10 |
< 10 |
|
Насыпная масса (кг/м3) |
650 |
650 |
650 |
650 |
|
Брикетная пыль (%) |
Нет |
< 2,3 |
< 2,3 |
Нет |
|
Зольность (%) |
< 1,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 1,5 |
|
Теплота сгорания (МДж/кг) |
17,5-19,5 |
> 18 |
> 18 |
> 18 |
|
Содержание серы (%) |
< 0,08 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,08 |
|
Содержание азота (%) |
< 0,3 |
< 0,3 |
< 0,3 |
нет |
|
Содержание хлора (%) |
< 0,03 |
< 0,02 |
< 0,02 |
< 0,03 |
|
Мышьяк (мг/кг) |
< 0,8 |
Нет |
< 0,8 |
Нет |
|
Свинец (мг/кг) |
< 10 |
Нет |
< 10 |
Нет |
|
Кадмий (мг/кг) |
< 0,5 |
Нет |
< 0,5 |
Нет |
|
Хром (мг/кг) |
< 8 |
Нет |
< 8 |
Нет |
|
Медь(мг/кг) |
< 5 |
Нет |
< 5 |
Нет |
|
Ртуть(мг/кг) |
< 1,5 |
Нет |
< 1,5 |
Нет |
|
Цинк(мг/кг) |
< 100 |
Нет |
< 100 |
Нет |
|
Закрепитель, связующие материалы (%) |
Нет |
< 2 |
< 2 |
* «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 |
|
Кроме основных марок, есть промежуточные марки каменного угля: ДГ (длиннопламенно-газовые), ГЖ (газовые жирные), КЖ (коксовые жирные), ПА (полуантрациты), бурые угли также делятся по группам.
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.
| Вид топлива | Ед. изм. | Удельная теплота сгорания | Эквивалент | ||||
| кКал | кВт | МДж | Природный газ, м3 | Диз. топливо, л | Мазут, л | ||
| Электроэнергия | 1 кВт/ч | 864 | 1,0 | 3,62 | 0,108 | 0,084 | 0,089 |
| Дизельное топливо (солярка) | 1 л | 10300 | 11,9 | 43,12 | 1,288 | - | 1,062 |
| Мазут | 1 л | 9700 | 11,2 | 40,61 | 1,213 | 0,942 | - |
| Керосин | 1 л | 10400 | 12,0 | 43,50 | 1,300 | 1,010 | 1,072 |
| Нефть | 1 л | 10500 | 12,2 | 44,00 | 1,313 | 1,019 | 1,082 |
| Бензин | 1 л | 10500 | 12,2 | 44,00 | 1,313 | 1,019 | 1,082 |
| Газ природный | 1 м3 | 8000 | 9,3 | 33,50 | - | 0,777 | 0,825 |
| Газ сжиженный | 1 кг | 10800 | 12,5 | 45,20 | 1,350 | 1,049 | 1,113 |
| Метан | 1 м3 | 11950 | 13,8 | 50,03 | 1,494 | 1,160 | 1,232 |
| Пропан | 1 м3 | 10885 | 12,6 | 45,57 | 1,361 | 1,057 | 1,122 |
| Этилен | 1 м3 | 11470 | 13,3 | 48,02 | 1,434 | 1,114 | 1,182 |
| Водород | 1 м3 | 28700 | 33,2 | 120,00 | 3,588 | 2,786 | 2,959 |
| Уголь каменный (W=10%) | 1 кг | 6450 | 7,5 | 27,00 | 0,806 | 0,626 | 0,665 |
| Уголь бурый (W=30…40%) | 1 кг | 3100 | 3,6 | 12,98 | 0,388 | 0,301 | 0,320 |
| Уголь-антрацит | 1 кг | 6700 | 7,8 | 28,05 | 0,838 | 0,650 | 0,691 |
| Уголь древесный | 1 кг | 6510 | 7,5 | 27,26 | 0,814 | 0,632 | 0,671 |
| Торф (W=40%) | 1 кг | 2900 | 3,6 | 12,10 | 0,363 | 0,282 | 0,299 |
| Торф брикеты (W=15%) | 1 кг | 4200 | 4,9 | 17,58 | 0,525 | 0,408 | 0,433 |
| Торф крошка | 1 кг | 2590 | 3,0 | 10,84 | 0,324 | 0,251 | 0,267 |
| Пеллета древесная | 1 кг | 4100 | 4,7 | 17,17 | 0,513 | 0,398 | 0,423 |
| Пеллета из соломы | 1 кг | 3465 | 4,0 | 14,51 | 0,433 | 0,336 | 0,357 |
| Пеллета из лузги подсолнуха | 1 кг | 4320 | 5,0 | 18,09 | 0,540 | 0,419 | 0,445 |
| Свежесрубленная древесина (W=50...60%) | 1 кг | 1940 | 2,2 | 8,12 | 0,243 | 0,188 | 0,200 |
| Высушенная древесина (W=20%) | 1 кг | 3400 | 3,9 | 14,24 | 0,425 | 0,330 | 0,351 |
| Щепа | 1 кг | 2610 | 3,0 | 10,93 | 0,326 | 0,253 | 0,269 |
| Опилки | 1 кг | 2000 | 2,3 | 8,37 | 0,250 | 0,194 | 0,206 |
| Бумага | 1 кг | 3970 | 4,6 | 16,62 | 0,496 | 0,385 | 0,409 |
| Лузга подсолнуха, сои | 1 кг | 4060 | 4,7 | 17,00 | 0,508 | 0,394 | 0,419 |
| Лузга рисовая | 1 кг | 3180 | 3,7 | 13,31 | 0,398 | 0,309 | 0,328 |
| Костра льняная | 1 кг | 3805 | 4,4 | 15,93 | 0,477 | 0,369 | 0,392 |
| Кукуруза-початок (W>10%) | 1 кг | 3500 | 4,0 | 14,65 | 0,438 | 0,340 | 0,361 |
| Солома | 1 кг | 3750 | 4,3 | 15,70 | 0,469 | 0,364 | 0,387 |
| Хлопчатник-стебли | 1 кг | 3470 | 4,0 | 14,53 | 0,434 | 0,337 | 0,358 |
| Виноградная лоза (W=20%) | 1 кг | 3345 | 3,9 | 14,00 | 0,418 | 0,325 | 0,345 |
