Промышленный котел на щепе

Идея использовать в качестве топлива отходы и обрезки строевой и промышленной древесины давно реализована в многочисленных конструкциях пеллетных котлов. Но пеллеты обходятся в производстве достаточно дорого, не менее 7-8 долл. за тонну, поэтому на сегодня более актуальными становятся котлы на щепе и опилках. В этом случае расходы на топливо снижаются примерно на 40-50%.

Как устроен котлоагрегат для сжигания щепы

Большая часть узлов и деталей котла на щепе унифицирована с пеллетными и дровяными агрегатами. Тем не менее, в устройстве котлов, работающих на щепном топливе, есть свои особенности:

• Топка или камера сгорания выполняется из листовой легированной стали, обладающей повышенной стойкостью к образованию окалины и воздействию водяных паров;
• Размеры жаровой части топки увеличены почти вдвое против камер сгорания на твердом или газожидкостном топливе;
• Отопительные котлы, работающие на чистой щепе, оборудуются надувочным вентилятором и специальной системой подачи топлива в зону горения;
• В котельных агрегатах промышленного производства обязательно устанавливается регенерационный теплообменник подогрева воздуха дымовыми газами.

Например, немецкие и шведские котлы на щепе, кроме наддува, оборудуются датчиками оценки влажности топлива, встроенной в систему розжига, и даже устройством автоматической очистки колосниковой чашки от накопившейся золы. Благодаря надежной подаче котел способен работать в автоматическом режиме месяцами.

Варианты устройства котельных агрегатов на щепе

Котел промышленного изготовления после установки и введения в эксплуатацию потребует первоначальных настроек и регулировок подачи щепы своими руками или с помощью специалистов, и далее, если не меняется состав и влажность щепы, агрегат способен работать в течение двух-трех месяцев практически в автономном режиме.

Топки котлов на щепе обычно изготавливают в нескольких модификациях:

Камеры горения пиролизного типа;

Топочные камеры прямого сжигания щепы в потоке воздуха;

Конструкции для смешанного горения, в которых щепа может сжигаться параллельно с трудно воспламеняемыми видами топлива.

По оценкам специалистов, через 10-15 лет парк котлов на щепе для дома увеличится на 70%, и половину из них будут составлять агрегаты с многотопливными камерами горения и независимой подачей топлива.

Принцип работы основного узла котла

Центральным элементом котла является его топка и система теплообменников.

Для пиролизных типов устройство камеры сгорания рассчитано на сжигание щепы самого низкого качества, поэтому большая часть топлива подается шнеками в нижнюю часть топки, где рубленая древесина первоначально подсушивается, после чего подвергается пиролизу, или процессу разложения с выделением большого количества горючих газов, паров смолы, дегтя и воды.

Меньшая часть щепы подается на колосники, где, собственно, и сгорает в потоке пиролизных газов. Такая схема позволяет эффективно сжигать даже сильно переувлажненную щепу.

Использование подсветки пиролизными газами позволяет достичь высоких температур по фронту горения, уменьшается количество ядовитых веществ.

Новые модификации котлов могут оборудоваться двумя бункерами для различных видов топлива. Один из контейнеров заполняется сухой рубленой древесиной, другие могут использоваться под сырую стружку, обрезки веток и даже отходы гидролизного производства. В этом случае стоимость одной гигакаллории тепла уменьшается на 40-50%.

Второй тип топочной камеры котла известен давно, и ранее применялся для отопления английских каминов угольной пылью и крупкой. Устройство камеры соответствует обычному печному топочному своду с колосниками. Преимуществом такой камеры является простота конструкции.

Система подачи топлива в камеру

Независимо от особенностей конструкции камеры сгорания, все котлоагрегаты на щепе оборудуются бункером промежуточного хранения рубленой древесины и устройством подачи топлива в котел.

Так как щепа, особенно с повышенным содержанием влаги, способна слеживаться и уплотняться, в топливном бункере обычно устанавливают пневматические или механические разрыхлители.

Подача щепы в камеру сгорания может осуществляться тремя способами:

• С помощью аэролифта или воздушного потока;
• Шнековыми винтами;
• Осыпанием щепы под собственным весом.

Первые два способа применяются преимущественно для пиролизных камер горения и топок на смешанном топливе. Такое устройство позволяет точно дозировать подачу топливной щепы в камеру, обеспечивая эффективное горение при любой температуре и влажности воздуха. Шнековая подача не зависит от состояния топлива, влажности щепы, степени ее лежалости. К недостаткам относят зависимость шнекового привода котла от наличия электропитания.

Самые простые схемы подачи топлива могут иметь воздушный лифт, при котором часть воздушного потока используется для захвата и заброса стружки на колосники. Труба для подвода топлива устанавливается в верхней части камеры сгорания котла, заброшенная воздухом щепа падает на раскаленные угли под собственным весом.

Наиболее простой способ подачи топлива использует осыпание части стружки под собственным весом. В этом случае топливный подвод выполняется в боковой стене камеры в непосредственной близости к колосникам. По мере прогорания нижних слоев топлива свод стружки проседает и обрушивается на колосники. Примерно раз в две-три недели зольник и решетку требуется очищать от скопившейся золы своими руками.

Как сделать котел на щепе своими руками

Несмотря внешнюю простоту, схема подачи топлива самоосыпанием позволяет построить своими руками свою версию котла на щепе. Для корпуса котлоагрегата можно использовать отрезок водопроводной трубы высокого давления, диаметром 30-40 см. В нижней части устанавливают колосники от обычной угольной печки или сваренные из арматурного прутка.

В боковой стенке на высоте 20-25 см вырезают окно размером 100-120 мм, к которому с внешней стороны приваривают колено с подающим конусообразным бункером стружки. Чтобы сделать процесс осыпания более управляемым, в бункер вмонтируют маломощный электродвигатель с приваренным к валу отрезком арматуры. При вращении вала стержень подбивает стружку к входному отверстию и увеличивает количество осыпавшейся щепы на колосниках. Для нормальной работы самодельного котла потребуется сделать вытяжную трубу, высотой не менее трех метров.

Заключение

Котлы на щепе используют, прежде всего, из-за низкой стоимости топлива. Такой котлоагрегат можно устанавливать, если имеется неистощимый ресурс для пополнения запасов щепы, или отопительный агрегат планируется установить в помещении, где нет газа, а использование угля невозможно по экологическим соображениям. В других случаях переход на использование отходов лесопильного производства в качестве топлива особой выгоды не дает.

Промышленные водогрейные котлы на опилках, щепе и прочих отходах древесины

опилки, щепа, прочие отходы деревообработки и сельского хозяйства

Водогрейные котлы серии КТУ выпускаются с мощностью от 300 до 2500 кВт.

Устройство водогрейного котла КТУ:

Водогрейный котел КТУ представляет собой модульную конструкцию в едином корпусе.
Водогрейные котлы состоят из следующих основных узлов:

1. Теплообменник
2. Прочистной люк теплообменника
3. Топочная дверь
4. Топка
5. Колосниковая решетка
6. Механизм подачи топлива

Теплообменник водогрейного котла

Теплообменник — агрегат для передачи тепловой энергии от нагретого теплоносителя — топочных газов — другому — более холодному — воде.

Технически теплообменник представляет из себя стальную бочку пронизанную дымогарными трубами, от фронта котла к тыльной стороне с поворотом газов на 180° по двухходовой схеме.

Корпус теплообменника облицован листовой сталью.

Жаротрубная конструкция теплообменника котла снижает требования по химводоподготовке (ХВП) и позволяет проводить техническое обслуживание теплообменника непосредственно в режиме эксплуатации котла.

Принцип работы водогрейного котла КТУ:

• Дымовые газы, проходя по трубам, прогревают теплоноситель — воду, циркулирующую внутри теплообменника и омывающую трубы снаружи.
• Скорость потока дымовых газов определяется уровнем разрежения в топочной камере и регулируется дымососом.
• Скорость движения воды в теплообменнике автоматически регулируется системой управления котла.
• На входе теплообменника применена термоизоляционная защита обшивки от высоких температур.
• Применены антивзрывные клапаны по дымовым газам и клапаны группы безопасности по теплоносителю — воде.
• На коллекторах установлены датчики температуры теплоносителя.
  Данные от датчиков поступают на пульт управления, позволяя регулировать подачу топлива в топку, обеспечивая, тем самым, требуемые параметры теплоносителя.
• На каждом такте горения организована дозированная подача окислителя (атмосферного воздуха) соразмерно подаче топлива.
  Процесс осуществляется несколькими вентиляторами (дутьевыми и дожиговыми).
• После полного сжигания остаточного углерода зола падает через решетку колосника в зольник, откуда удаляется через прочистной люк непосредственно в режиме работы котла..

Порядок работы водогрейного котла КТУ:

Из оперативного бункера-дозатора с помощью механизма подачи топлива — 6 (шнековый транспортер или гидравлический толкатель) топливо поступает в топку котла на опилках — 4. Сжигание топлива происходит на наклонной колосниковой решетке — 5, на которой происходит горение как сыпучей (опилки, стружка, щепа, торф, отходы растениеводства), так и кусковой древесины. При сжигании в топочной камере топливо проходит три этапа (три такта сжигания):

Особенности горение топлива в водогрейном котле КТУ:

• Первый этап — подсушивание топлива.
  Чаще всего топливом для котлов являются отходы древесины — щепа и опилки — высокой влажности, полученные после распиловки свежего пиловочника.
  На фанерных заводах древесину перед обработкой предварительно пропаривают в технологических бассейнах, в этом случае топливо имеет повышенную влажность.
  На первом этапе движения топлива в топке котла, опилки и щепа из топливного лотка выдавливается непосредственно в топку, где распределяются по ширине топочного фронта, на наклонных колосниках.
  Испарение влаги происходит от термического воздействия раскаленной футеровки топки и лучистой энергии горения, отраженной от сводового экрана топки.

Второй этап – первичное окисление и выделение СО.
Слоевое горение протекает при относительно невысоких температурах 700-750 0 С на наклонных и горизонтальных колосниках с принудительным раздельным поддувом.

Третий этап — дожиг СО в факеле топки котла.
Дожигание топливных газов происходит непосредственно в топке котла, в зоне поддува воздуха (активатора окисления) при наиболее оптимальной температуре 900-950 0 С.
Забор воздуха производится из воздушной прослойки между футеровкой и наружной облицовкой котла.
Это способствует снижению теплопотерь и увеличению КПД.

Топливо для водогрейных котлов

• Фрезерный торф.
• Опилки (опил)
• Стружка
• Щепа
• Кора
• Дробленка
• Дрова
• Отходы сельскохозяйственных производств — шелуха подсолнечника и т.п.

Влажность топлива может достигать 55%, при этом котел позволяет использовать твердое топливо без предварительного подсушивания.
При автоматической подаче фракция топлива не должна превышать 50х50х5 мм, максимальный размер дров, при ручной подаче до 1 м.

Система управления водогрейных котлов КТУ

Установка на водогрейные котлы системы автоматического управления повышает безопасность и обеспечивает бесперебойную работу котла в круглосуточном режиме.
Для обеспечения автономного питания топливом и автоматизации топливоподачи водогрейные котлы комплектуются топливными накопителями различной емкости, в зависимости от мощности котла и требуемого уровня автономности.

Преимущества применения воды в водогрейных котлах КТУ

Применение в качестве теплоносителя воды позволяет использовать водогрейные котлы на опилках для передачи тепловой энергии на существенные расстояния, а так же при использовании для обогрева сушильных камера. Так же вода жает возможность создать котельную на щепе и опилках, с многоконтурной системой теплоснабжения, и распределить потоки от одной котельной к различным потребителям.

Применяемая многоконтурная гидравлическая схема значительно увеличивает сроки службы водогрейных котлов.

Человек, видевший, как вывозят на свалку обрезки деревьев после облагораживания сада или улицы, невольно задумывается: как можно использовать то, что считается мусором?

Ведь это древесина, которую покупают в качестве топлива!

Люди, умеющие считать свои деньги, замечают, что топливные котлы на щепе и других органических отходах пользуются все большим спросом в западных странах.

Особенности использования щепы в качестве топлива

Щепа, как топливо, очень хорошо подходит в местностях, где ведется переработка древесины. Чем большее расстояние между производителем и потребителем щепы, тем дороже себестоимость кДж вырабатываемого тепла. Так как она обладает небольшим весом относительно объема, и по кубатуре ее требуется намного больше, чем тех же пеллет.

В Германии правительство старается использовать отопление щепой исходя из экономической привлекательности именно местного производства топлива. Например, компании, занимающиеся уборкой деревьев после штормов, санитарной вырубкой и т. д. побуждают обеспечивать себя теплом самостоятельно.

Однако, щепу, как условно бесплатное топливо, отличает отсутствие стандартизации размера фракций и влажности.

1. Разные частицы неправильной формы могут застревать при транспортировке шнековой установкой.
2. Высокая влажность сырья, при слеживании в хранилище, вызывает нагрев и «горение», а это пожароопасно. Кроме того снижается КПД топлива при сжигании.
3. Еще большую опасность вызывает немалый объем хранящегося в одном месте легковоспламеняющегося материала.

Щепа даёт возможность организовать своими руками такой обогрев частного дома, при котором от владельца потребуется подходить к котлу всего пару раз в сутки, а стоимость отопительного года будет в два раза дешевле среднего.

Если топливо низкого качества (разной влажности и размера), то самый подходящий вид камеры сгорания: пиролизная, шахтного типа, с верхней ручной загрузкой.

Характеристики отопительных агрегатов на щепе

Котлы, работающие на сыпучих материалах, обладают высоким КПД (близок к 100%), благодаря пиролизному сжиганию. Другие модели оборудованы камерами сгорания, в которых осуществляется подача воздуха под давлением, и горение происходит в благоприятных условиях.

Котел на щепе LIKA КВТ-2500М

Приборы мощностью от 15 до 50 кВт считаются бытовыми, и обладают привычными для твердотопливных котлов размерами (около 1,5 м в высоту). А вот бункер для хранения топлива занимает намного больше места, что стоит учитывать при проектировании котельной.

Принцип работы

Котлы для сгорания измельченной древесины отличаются способом подачи топлива в камеру сгорания, и методом его сжигания. От этого в большой степени зависит и принцип работы котла.

Энергозависимые установки оборудованы шнеками, для непрерывной подачи щепы со склада до бункера, а из него непосредственно в камеру сгорания котла. Автоматически регулируется скорость подачи топлива и воздуха, в зависимости от выставленной на терморегуляторе температуры. Тлеющий заряд позволяет разгораться новой порции щепы, и когда температура теплоносителя достигает установленного значения, отключается дутье воздуха для горения и подача топлива.

Желательно, чтобы подобные установки были оснащены системами пожаробезопасности, так как по шнеку огонь может добраться до склада топлива. В одних конструкциях безопасность достигается тем, что топливо по шнеку движется снизу вверх, а в камеру сгорания попадает через промежуточный бункер и в ограниченном количестве. В других, устанавливаются датчики, которые, при необходимости, перекрывают подачу воздуха, а затем включают воду для тушения.

В энергозависимых котлах способ сжигания щепы может быть осуществлен в камере сгорания:

• пиролизного типа;
• прямого сгорания в потоке воздуха;
• смешанного типа (для щепы и других видов топлива).

Энергонезависимые котлы могут быть только пиролизного типа. Работают они на ручной загрузке порции топлива в бункер. Медленная и эффективная работа агрегата достигается тем, что в подобных котлах используется послойное горение снизу, где сыпучее топливо постепенно опускается. Та щепа, что располагается над зоной горения, нагревается, подсушивается, выделяет пиролизные газы, которые вступают в реакцию в камере дожига, а сухое топливо постепенно сгорает. КПД таких установок ничуть не хуже сложных автоматических моделей.

Популярные модели

• «Светлобор» — отечественный производитель, который предлагает полностью автономные установки. Они могут работать без участия человека в течение месяцев, ограничиваясь лишь объемом запасенного топлива. Однако за автоматическую работу нужно будет немало заплатить. Так, котел 25 кВт стоит около 400 000 рублей.
• «Froling» – австрийская фирма предлагает котлы, работающие на щепе, пеллетах и стружке. Контроль над работой можно осуществлять, находясь в другом городе, через СМС или интернет. Стоимость котла «Т4» 15 кВт будет более 800 000 рублей.
• «FACI FSS» – итальянско-российское производство. Заказать установку можно с выбранным набором функций автоматики. Например, котел мощностью до 115 кВт без дополнительной автоматики стоит 400 000 рублей. Если же присутствует автоочистка теплообменника, золоудаление, GSM-Модуль (удалённое управление) – 600 000 рублей.
• «TERMAL» (Македония). Серия «SF» – указывает на наличие механизма для автоматической подачи топлива. Бытовой агрегат мощностью до 28 кВт стоит чуть более 200 000 рублей. Прибор может быть оборудован горелкой для сжигания отработки или дизельного топлива.

Котел на щепе своими руками

Своими силами можно изготовить котел для удобного сжигания измельченной древесины: щепы опилок, стружки и т. д. Рассмотрим изготовление шахтного котла с водяным контуром для отопления частного дома на примере котла Холмова.

Для изготовления агрегата мощностью 19 кВт потребуется 7м2 листового металла толщиной 4-6 мм. Его габариты будут:

• высота — 1200 мм;
• ширина — 460 мм;
• толщина (глубина) — 660 мм.

Патрубок для соединения с дымовой трубой диаметром 150 — 180 мм. Сама труба высотой 5 — 7 метров.

Котел своими руками

Модель имеет две рабочие камеры:

Стенки котла двойные, образуются водяной рубашкой. Во второй камере (догорания), устанавливаются два – три пластинчатых теплообменника, образующих дымоход. Они будут отбирать жар раскаленных газов, поэтому температура дымовой трубы здесь минимальная!

Подробная схема и чертежи помогут не допустить ошибок при раскрое металла и соединении деталей между собой. Сборка и прихватывание сваркой элементов начинается с изготовления теплообменника и соединения их с внутренними стенками котла. Вырезается отверстие, к которому в дальнейшем будет привариваться труба.

Можно установить заслонку, которая будет направлять горячие газы либо напрямую в трубу, либо через все каналы дымохода. Это позволит регулировать мощность прибора, а также избежать образования конденсата.

Если заготовка прошла тест на герметичность, довариваются элементы, не касающиеся теплоносителя, это:

• дно котла;
• опоры под колосники;
• шарниры дверок и т. д.

Для улучшения внешнего вида и продления срока службы, прибор рекомендуется окрасить. Подобрать краску не так сложно, поскольку тело котла не нагревается больше 100 °C.

Аналитики пророчат котлам на щепе увеличение популярности в ближайшем будущем. Топливо для них доступнее и дешевле других видов, а неоспоримым плюсом является его экологическая обоснованность.