Эффективность и критерии выбора пиролизных твердотопливных котлов

Расходы на отопление и ГВС, основанные на потреблении таких энергоносителей как газ и электричество растут ежегодно. Если жители мегаполисов в многоквартирных домах мало могут влиять на выбор топлива, то люди, проживающие в малоэтажном или частном жилье, могут поискать более приемлемые варианты для себя из доступных и традиционных энергоносителей.

Еще недавно использование угля, торфа и тем более дров казалось архаикой и возвратом к печному примитиву из-за сложности автоматизации и управления горением твердого топлива. Прогресс на месте не стоит, появилось большое количество современных твердотопливных котлоагрегатов, оснащенных совершенной автоматикой, интересным дизайном, высокими технологическими и экономическими показателями. Пиролизные твердотопливные котлы – яркий пример такого прогресса.

Что собой представляют твердотопливные пиролизные котлы

Прежде всего, это в большинстве своем одноконтурные энергозависимые котлы. Главным и практически единственным отличием пиролизных котлоагрегатов от классических твердотопливных является наличие дополнительной камеры сжигания газов. Процесс выделения, а затем сжигания высокоэнергетического газа из твердого топлива позволяет получить более дешевую (в пересчете на стоимость 1 кВт) тепловую энергию. И все это при высоком КПД, более длительном горении и надежном контроле без участия человека.

Устройство и принцип работы

Процесс длительного распада органических соединений под действием высокой температуры (до 800°С), при недостатке кислорода для сгорания, приводит к выделению древесного газа и созданию древесного угля, каждый из которых является высокоэнергетическим топливом. Агрегат, предназначенный для выделения этих продуктов с последующим их сжиганием и получением горячей воды, называется пиролизным твердотопливным котлом.

Основной принцип работы газогенераторного котла – разделить твердое топливо на две фракции (уголь и газ) с целью выжать из их сгорания все на что они способны. Различное их устройство имеет общие черты:

• камера сгорания твердого топлива в режиме наибольшего выделения газов;
• камера сжигания газа;
• принудительное управление подачей воздуха (вентиляторами или механически).

В камере сгорания загруженное топливо горит в обычном режиме, подаваемый в зону горения воздух доводит температуру в ней до обильного выделения газа и не более. Топливо горит постепенно, превращаясь в золу, греет водяную рубашку котла и выделяет газ в режиме ограниченной подачи кислорода.

Газ, за счет разности давлений (тяги), перемещается в камеру дожигания, где интенсивно сгорает при обильном поступлении кислорода, перемещаясь по дымовому тракту. Высокая температура горения прогревает трубы теплообменника и теплоноситель.

Тяга в агрегате создается за счет механического регулятора тяги, управляющего дверкой поддувала и высоким дымоходом при автономной работе. В современных котлах с высоким уровнем автоматизации для управления подачей кислорода в зону горения используется вентилятор поддува, а тягой горящего газа через теплообменник управляет вентилятор-дымосос.

Пиролизные котлы длительного горения

Отдельно стоит отметить категорию долгоиграющих котлов. После ускоренного нагрева теплоносителя до заданной температуры, пиролизный котел переходит в режим ее поддержания. Поступление кислорода в камеру сгорания практически прекращается и топливо в режиме тления прогорает постепенно, слой за слоем. Длительность прогорания одной закладки зависит от качества и количества загруженного топлива.

Одна закладка дерева в обычном пиролизном котле может прогорать до 6-10 часов, угля – в среднем 8-15 часов, когда в обычном твердотопливном котле дозагрузка необходима через 3-6 часов. Высокотехнологичные пиролизные котлы длительного горения отличаются более вместительной топкой и качеством управления горения, что позволяет им работать с одной загрузкой до 48 часов и даже более.

Насколько технология пиролиза эффективнее прямого сжигания

В котлах прямого горения КПД редко выше 75-80%, и это в идеальных условиях сгорания качественного топлива. К примеру, 1 кг древесины с влажностью 20% может выдать 3,9*0,75 = 2,925 кВт тепловой энергии (удельная теплотворность древесины – 3,9 кВт/кг). Каменный уголь с влажностью 10% выдает 7,5*0,75 = 5,625 кВт (удельная теплотворность каменного угля – 7,5 кВт/кг).

При пиролизной технологии горения КПД сегодня часто достигает 92% и из того же топлива агрегат выдаст:

• 1 кг древесины – 3,9*0,92 = 3,588 кВт (+22,7%);
• 1 кг каменного угля – 7,5*0,92 = 6,9 кВт (+22,7%).

Существенная разница показывает, сколько тепла недополучено при выбросе, а не сжигании сопутствующих газов (соответственно, при различной разнице в КПД результаты будут другими).

Использование эффективного управления горением при пиролизе позволяет значительно увеличить время работы котла в режиме поддержания температуры теплоносителя, что еще более усиливает аккумулирование тепловой энергии. Температура горения пиролизных газов выше, чем при классическом способе, поэтому выход на заданный режим происходит гораздо быстрее.

Отзывы о бытовых газогенераторных котлах: преимущества и недостатки

Озабоченность мирового сообщества проблемой загрязнения окружающей среды укрепила позиции пиролизных котлов на рынке агрегатов долгого горения для отопления. Согласно практике эксплуатации и отзывам владельцев, при правильном функционировании данного типа котлов, в атмосферу попадает малое количество углекислого газа и пара. Сжигая любое органическое топливо, из дымохода такой агрегат выдает минимум не догоревших веществ без гари, без дыма, запаха и цвета. Результат проявляется и в выбросах в помещение котельной, например, при дозагрузке топлива, а особенно – в загрязнении самого котла и частоте его очистки.

Как выбрать пиролизный котел

Выбор конкретной модели и бренда при окончательном выборе газогенераторного агрегата зависит от предпочтений и выделенного бюджета на приобретение пользователем. Но при первичных прикидках следует оценить характеристики, описанные далее.

Расположение камеры дожига

Расположение камеры сжигания пиролизных газов не меняет принципа работы, но конструкция агрегата приобретает свои особенности.

Верхняя камера дожига, расположенная над камерой загрузки и сгорания топлива, может обойтись без принудительной вентиляции. Котлы с такой компоновкой больше пригодны для автономной работы без электричества и вентиляторов. Газ поднимается в камеру сжигания за счет естественного перепада давления. Однако часть горящих газов с несгоревшими остатками топлива уходит в атмосферу. КПД таких котлов несколько ниже, однако зола, которая осыпалась в загрузочную камеру может без проблем быть убрана при следующей загрузке.

Большая часть высокотехнологичных твердотопливных пиролизных котлов выпускается с нижней камерой дожига. Горящие пиролизные газы принудительной тягой прогоняются через весь сложный путь теплообменника и отдают всю тепловую энергию, на которую способны. КПД таких котлов достигает 92%, а в некоторых конструкциях знаменитых брендов и больше. Неудобством является отходы горения из камеры загрузки и сгорания топлива, осыпающиеся в нижнюю камеру. Это усложняет процесс обслуживания.

Топливо

Выбор топлива для твердотопливного агрегата определяется наиболее распространённым видом в регионе. Это даст приемлемую цену и бесперебойность поставки. Для пиролизных котлов длительного горения важна такая характеристика сырья, как продолжительность горения. Предпочтительнее для них топливо, время тления которого составляет:

• каменный уголь – до 15 часов;
• бурый уголь – до 11 часов;
• дрова – до 10 часов.

Однако важно смотреть на информацию касательно видов топлива, с которыми способен работать котел, ведь не все модели предназначены для сжигания угля. Остальные виды твердого топлива (опилки, щепа, торф) также могут не предполагаться производителем в качестве топлива, но они и прогорают быстрее, требуют частой дозагрузки.

Пиролиз как процесс очень критичен к влажности сырья, если она выше 20%, значительная часть энергии уйдет на просушку, КПД будет низким и окупать существенные затраты на приобретение оборудования будет проблематично. Лучшим вариантом топлива большинства котлов являются дрова твердых пород с влажностью 10%.

Естественная или принудительная тяга

Управление процессом горения в пиролизном котле требует регулировки потока кислорода в загрузочной камере или нижней камере сгорания пиролизных газов, а также продвижения горящего газа через несколько колен современного теплообменника. Для организации такой тяги высота дымохода становится нереальной. Поэтому высокотехнологичные котлы оснащаются вентиляторами поддува, дымососами и множеством датчиков обратной связи для анализа процесса компьютером, управляющим всей системой обогрева. Эта автоматика делает оборудование энергозависимым и дорогим. Стоимость такого агрегата высока, но высокий КПД, экономическая эффективность и комфорт потребителя требует таких трат.

Энергонезависимым пиролизный котел может быть с верхней камерой сгорания газа. Механический регулятор тяги, регулирующий поступление кислорода управляет заслонкой поддувала, тем самым продлевая тление топлива в камере загрузки. Пиролизный газ поступает в верхнюю камеру самостоятельно, за счет перепада давления дымохода и топки. В ней он, смешавшись с кислородом вторичного воздуха (второй заслонки), догорает. Большая часть тепла идет на нагрев теплоносителя, часть через дымоход в атмосферу. Процесс настройки пиролизного горения требует очень скрупулезного исполнения предписаний производителя, но можно обрести реальную энергетическую независимость.

КПД

Заявленный в документах на пиролизный твердотопливный котел КПД, чем выше, тем лучше. Это означает что эксплуатационные расходы позволят быстрее окупить стоимость оборудования. Однако, паспортный КПД определен производителем для идеальных условий, с определённым топливом, дымоходом и т.д. Согласно моему опыту и инструкциям по эксплуатации пиролизных котлов необходимо выполнить следующие условия:

• точно выполнить необходимые настройки котла для эффективной работы;
• качество топлива по влажности и зольности должны соответствовать;
• загрузка топливной камеры должна выполняться на 100% объема;
• укладка топлива в топку тоже должна производиться в соответствии с рекомендациями.

В целом, чтобы реальный КПД не отличался от заявленного нужно выполнить много условий, но похожая ситуация и с классическими твердотопливными котлами. Тем не менее, говоря о заявленном КПД, при выборе я рекомендую отталкиваться от показателя 88% и выше. КПД ниже 86-87% говорит о несовершенстве конструкции и часто не оправдывает повышенную стоимость.

Минимально необходимая мощность

Точный расчет минимальной мощности при выборе конкретного котла производится теплотехником на основании нормативов и коэффициентов СНиП 2.04.01-85.

На практике же в бытовых условиях часто пользуются правилом 1 кВт на 10 м² отапливаемой площади и добавляют для одноконтурных котлов + 20% запаса.

Например, для отопления помещения со стандартными потолками (2,7 м) с легким или достаточным утеплением в 180 м², минимальная мощность котла будет (180/10)*1,2 = 21,6 кВт. Нужно выбирать агрегат с ближайшей большей номинальной мощностью.

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Рынок газогенераторных котлов насыщен множеством видов оборудования импортного и российского производства. Традиционными лидерами по созданию высокотехнологичных отопительных систем на основе пиролизных агрегатов являются производители Германии. Их оборудование соответствует самым высоким экологическим требованиям, наибольшим КПД и экономической эффективностью. Но и цены на немецкие котлоагрегаты соответствующие.

Заметно присутствие чешских и итальянских компаний, выпускающих аналогичную продукцию высокого качества и занимающие средний ценовой сегмент предложений на рынке газогенераторных котлов.

Российское производство котельного оборудования в последние годы значительно продвинулось к выпуску достойного качества газогенераторных агрегатов для отопления при существенно меньшей (в 2-3 раза) цене за близкую к импортным по характеристикам и исполнению продукцию. Учитывая, что она лучше адаптирована к существующему топливу и реалиям эксплуатации, приобретение ее интересно не только для ограниченного бюджета.

Буржуй-К «Модерн-12»

Эта серия, соединяющая в себе энергетическую независимость и доступную цену, является одной из лучших среди пиролизных котлов для отопления частного дома. Промежуток между закладками дров 12 часов, а угля 15 часов. Котел эффективен до 50% влажности топлива, хоть и с незначительным снижением КПД. КПД при соответствующем требованиям топливе достигает 92%, что очень достойный показатель, особенно для уровня отечественных производителей.

Котел работает на любом твердом топливе, для естественной тяги нуждаются в дымоходе высотой минимум 7 м (довольно много, но реально). Конструкция пожаробезопасна, обшита стальными листами с базальтовым покрытием и не требует разрешительных документов надзирающих органов, вес – 220 кг. Согласно практике эксплуатации считается абсолютно беспроблемным, что вполне объяснимо, ведь конструкция максимально простая, энергонезависимая.

Траян ТБ-10-2КТ

Газогенераторный двухконтурный котел номинальной мощностью 10 кВт, диапазон регулирования допускает снижение до 40% от номинала. Энергонезависимый, с механическим управлением. КПД в зависимости от регулировок и топлива – 82-85%. Главной особенностью, помимо контура ГВС, являются крайне компактные габариты – 450x890x730 мм (ШхВхГ). Комплектуется термометром, манометром и механическим регулятором заслонки Honeywell для подачи воздуха.

Прост и безопасен в эксплуатации, период между загрузками сухого топлива при правильно регулировании работы котла достигает 10 часов. Для поддержания температуры теплоносителя при малой нагрузке может подключаться ТЭН до 3 кВт (опция), также опционально доступен полный комплект энергозависимой автоматики. Вес котла 190 кг.

Стоимость: 43 000-53 000 руб.

Buderus Logano S171-22W

Входит в рейтинг как один из самых высокотехнологичных котлов с нижней камерой дожигания пиролизных газов немецкого производства. Основное топливо – древесина с длиной полена до целых 58 см, что крайне практично. КПД достигает 89%, оснащен самыми современными системами автоматики: регулируемые двигатели вентилятора поддува и дымососа; управление насосами отопительной системы; датчиками температуры в помещениях; управление от мобильного телефона и ПК.

Качество управления системой отопления позволяет экономить топливо и обеспечить высокую экологическую безопасность. Большая загрузочная камера обеспечивает продолжительность горения 3-4 часа и расход дров в среднем 6,2 кг/ час. Обеспечение высочайшего уровня комфорта для пользователя при сохранении интуитивно понятного предполагает и высокие требования к сервисному обслуживанию. Габаритные размеры агрегата 1136х620х1019 мм, вес 362 кг. Единсственные недостатки – предназначение для сжигания исключительно древесины, большой вес за счет теплообменника из 5 мм стали, а также высокая цена.

Стоимость: 179 000-198 000 руб.

Atmos DC 18S

Чешский газогенераторный одноконтурный котел длительного горения с встроенным вентилятором-дымососом. У модели на 20 кВт камера загрузки составляет всего 65 дм³, но длительность сгорания одной закладки дров может достичь 12 часов. Лучшее топливо для него – поленья длиной до 33 см и диаметром до 15 см, что, конечно, не столь практично. Но хорошо отлаженный котел позволяет за сезон сэкономить до 40% топлива, расход дров 3,8 кг/час, КПД может достичь 90%. Управление частично механическое, но за счет вентилятора и автоматики котел требует подключения к электросети. Теплообменник изготовлен из легированной стали 6 мм.

Важной особенностью таких котлов является встроенный дымосос, он избавляет от дыма при дозагрузке дров, способствует быстрому прогреву дымохода и избавляет от запахов. Пиролизные агрегаты данного типа могут дооснащаться специальными пеллетными горелками. Габаритные размеры 590x1180x845 мм, вес 269 кг.

«Суворов-М» К-10

Отечественный пиролизный одноконтурный котел длительного горения с открытой топкой (воздушный поток принудительно не нагнетают) номинальной мощностью 10 кВт, диапазон регулирования ее от 2,2 кВт до 12 кВт. Большая загрузочная топка, одна закладка поленьев горит 10-14 часов, а топливных брикетов до 36 часов. Использование древесины твердых пород увеличивает время горения на 20-30%, при опилочных брикетах хорошего качества продолжительность тления увеличивается в разы. Длина поленьев может быть до 45 см, полная загрузка сухих дров 14 кг, расход их 2,9 кг/час.

Котел использует любое твердое топливо. Влажность сырья не должна превышать 25% для достижения КПД 92%. Энергонезависимый, имеется возможность подключения контура ГВС и установки ТЭНов. Габаритные размеры 990х535х780 мм, вес 185 кг.

Стоимость: 62 000-64 000 руб.

«Суворов Ультра» К-15У

Шахтный газогенераторный котел длительного горения номинальной мощностью 15 кВт, диапазон ее регулирования от 1,7 кВт до 20 кВт. Время горения дров – до целых 65 часов, топливных брикетов – до 120 часов. Топка объемом 140 л вмещает поленья до 40 см (не столь практично, но достаточно), вес загрузки 46 кг. Влажность дров, при которой достижим максимальный КПД 94%-95,7%, не должна превышать 25%. Высота дымохода, замеряя от колосников, должна составлять не менее 6 м – вполне стандартное требование.

Шахтная компоновка котла с нижним горением топлива, инновационные инженерные решения, связанные с увеличением длины специального трехоборотного газового тракта, позволила увеличить продолжительность горения дров, а значит выжать из них максимум возможного. Габаритные размеры котла 1210х560х875 мм, вес 295 кг.

Стоимость: 93 000-96 000 руб.

Цены: итоговая таблица

 

Технология преобразования твердого топлива в тепло и ГВС серьезно ушла вперед от печного отопления. По экономичности использования, насыщенностью инновационными решениями, экологической безопасности и доступному комфорту пиролизные котлы вполне конкурентоспособны на фоне газовых и электрических аппаратов, а рынок предоставляет выбор на любой вкус и кошелек.