Твердотопливные котлы верхнего горения принцып работы, достоинства и недостатки

Твердотопливный котел длительного горения плюсы и минусы

В отсутствии газовой магистрали, альтернатив соорудить систему отопления не много. Можно установить газгольдер, при условии, что поставки газа налажены в регионе. Можно использовать экологически чистую, но дорогую электроэнергию, подключив электрокотел. Но что делать, если подобные варианты не по карману? Или ресурсы газа и электричества ограничены или вовсе отсутствуют?

Твердотопливный котел длительного горения не потребует от владельца значительных затрат по установке и обеспечит разумную замену перечисленных способов обогрева.

Достоинства:

Простая эксплуатация. Традиционная работа на дровах, пеллетах или угле не потребует специальных навыков. Очистка от золы занимает времени не более часа в неделю.

Долговечность. Сроки службы превышают 10 – летний период. Котел длительного горения – техника неприхотливая.

Простая конструкция, при бережной эксплуатации, может исправно служить несколько десятков лет.

Экологически чистый. Камера дожига обеспечивает почти полное сгорание топлива. Выбросы вредных веществ естественный продукт сгорания – перерабатываются в результате фотосинтеза.

Высокий КПД. На рынке представлены модели с значением до 90 – 95 %. Обеспечены минимальные тепловые потери. Инженерные решения оптимизируют процесс дожига пиролизных газов. Конструкция теплообменника спроектирована с максимальной теплоотдачей теплоносителю.

Эффективность и экономичность. Современное оборудование мало уступает газовым аналогам. Результативность длительного горения достигает семи и более суток.

Приемлемая стоимость топлива. Порой и единственная возможная. Освобождает от зависимости дорогостоящего газового оборудования.

Отсутствует разрешительная документация на установку котла. Не требуется заключение договоров с газовыми службами на обслуживание.

Твердотопливный котел длительного горения позволяет обеспечить домовладение горячей водой, в случае наличия второго контура. Кроме того, расширить функциональность поможет бойлер косвенного нагрева.

Недостатки:

Постоянное участие владельца. Несмотря на продолжительный процесс горения с одной загрузки, рано или поздно приходится возвращаться к пополнению загрузочного отделения топливом.

Регулярная чистка. Наверное самый не популярный процесс в обслуживании, требует постоянной очистки от золы. Остается только позавидовать чистому газовому оборудованию или электрическим аппаратам.

Отдельное помещение. Придется выделять отдельное помещение с хорошей вентиляцией и дымоходом. Твердотопливный котел длительного горения для частного дома, как правило имеет значительные габариты, возможно потребуется подготовить специальное установочное место с усиленным фундаментом.

Содержание складских запасов топлива. Пополнение и сохранение топливных остатков потребует дополнительных финансовых вложений Соблюдение мер безопасности и поддержание определенной влажности продукта, также добавляют проблем в решении вопросов по складированию.

Особенности эксплуатации древесных котлов с длительным горением

Длительность горения одной закладки дров, составляет от 8 до 24 часов. Период автономной работы зависит от нескольких факторов:

1. Тип котла.
2. Качество топлива.
3. Правильная эксплуатация.

Научиться правильно топить котел, намного легче, чем может показаться на первый взгляд. Во время растопки и дальнейшей эксплуатации, придерживаются требований, указанных производителем в технической документации. После нескольких топок, процесс становится привычным.

Как добиться длительного горения дров

Добиться длительного горения дров можно, тщательно соблюдая рекомендации производителя:

• Дрова разжигают при полностью открытой заслонке.
• В режим длительного горения, котел переводят только после достижения температуры 600°С.
• Влажность дров не должна превышать 20%. Топить хвойными породами дерева не рекомендуется.

Нарушения правил эксплуатации приводит к тому, что от дров в котле образуется смола. Чаще всего, не соблюдают следующие условия:

• Минимальная температура теплоносителя на выходе не должна опускаться ниже 65°С.
• Правильно топить котел дровами твердых пород: осиной, буком, акацией, дубом и т.д.
• Высокая влажность дров приводит к обильному выделению смолы.

Правильная эксплуатация котлов длительного горения, продлевает срок службы техники и увеличивает теплоотдачу.

Как правильно загружать дрова

Розжиг выполняют исключительно сухими лучинками. Использовать бензин или керосин, для растопки дров, запрещается. Время от времени, рекомендуется использовать специальные химические брикеты, удаляющие смолянистые отложения на стенках.

Сколько надо дров на зимний сезон

Устройство котла длительного горения, позволяет экономить на топливе, приблизительно 15-30%, в зависимости от выбранной модели. Примерный расход дров высчитывается следующим образом:

• Принято считать, что для обогрева каждых 100 м², потребуется 3 Гкал/мес.
• При сжигании килограмма дров, выделяется 3200 ккал.
• Чтобы получить 1 Гкал, котлы длительного горения сжигают 312 кг дров.
• Для получения 3 Гкал, потребуется приблизительно тонна древесины.

В течение отопительного сезона, для обогрева дома на 100 м², нужно 7-8 тонн дров.

Правила и нормы установки дровяного котла продолжительного горения

Установка котла длительного горения проводится с соблюдением норм, распространяющихся на все котлы, работающие на дровах. Во время проведения монтажных работ, учитывают существующие требования ППБ и СНиП:

• Монтаж выполняют на прочном негорючем основании. Стены и пол облицовывают негорючими строительными материалами.
• Дымоход проводят с соблюдением противопожарных разделок. В месте примыкания к стене из горючего материала, прокладывают огнестойкий утеплитель. Материал облицовывают стальным листом.

Водяное отопление от котла на дровах длительного горения, подключают к специальным отводам, находящимся на корпусе котла. В инструкции подробно указывается, какой патрубок идет на подачу и обратку водяного контура.

Котел с производительностью более 40 кВт, устанавливается в отдельной комнате.
Энергозависимые котлы подключают к электроснабжению через стабилизатор и источник бесперебойного питания. Обязательно используют автоматы. Подключение выполняют напрямую от щитовой.

В помещении, используемой под котельную, обязательно наличие приточно-вытяжной вентиляции и естественного освещения. При необходимости, допускается размещение котла в подвале.

Принцип работы дровяного котла отопления, длительного горения

Устройство и принцип работы дровяного котла длительной работы от одной загрузки, направлено на воссоздание подобных условий, в ограниченном пространстве топочной камеры. Дрова не горят в полном смысле этого слова, а тлеют. Увеличивается время работы, а недостаток в тепле, компенсируется за счет дожига выделяемых газов.

В конструкцию котлов длительного горения входят следующие узлы:

1. Топочная камера – в устройстве предусмотрено сразу две камеры сгорания. Первая топка (с вертикальной или горизонтальной загрузкой), предназначена для сжигания древесины.Вторая камера, используется для дожига вырабатываемого углекислого газа. Чтобы обеспечить полное сжигание газа, топка сделана из шамотного кирпича, что предотвращает потери тепла и способствует поддержанию температуры около 800°С.

Особенности конструкции и принцип работ

Внутренняя часть используется как топка. Она устроена так, что горение происходит сверху вниз. Помогает этому специальная подача воздуха непосредственно в зону горения. Процесс напоминает скорее тление с выработкой газов из углеродосодержащего топлива. В большей степени эти газы являются горючими. За счет их догорания в верхней части топки происходит максимальное использование тепловой энергии, что позволяет увеличить теплоотдачу и уменьшить расход топлива.

Камера котла разделена на две части распределителем воздуха. Он имеет форму трубы, к которой с одного конца прикреплена площадка с лопастями, а другой конец служит для подачи кислорода.

Котлы с верхним горением отличаются цикличностью работы, и пока не сгорит первая закладка добавление второй партии топлива не понадобится.

Котлы верхнего горения для отопления помещений

Эти аппараты на твердом топливе позволяют исключить проблему постоянного контроля за режимом их работы. Котлы верхнего горения удобны и практичны.

Котлы верхнего горения на твердом топливе

В них используется специальная технология сжигания дров или угля. Аппарат такой конструкции избавляет владельца от проблемы постоянного контроля за режимом его работы.

Что такое котлы верхнего горения

Они относятся к аппаратам длительного горения. Здесь одна закладка топлива обеспечивает отопление дома от десятка часов до нескольких суток.

Как это работает

Основное отличие от традиционных котлов состоит в способе розжига и процессе горения твердого топлива. Цикличность загрузки является второй особенностью. Это означает, что пока не будет использовано все ранее загруженное содержимое топки, новое добавлять нельзя.

Процесс сжигания топлива

В таком котле, загруженное в топочную камеру топливо, разжигается и горит не снизу, а сверху. Выгорание происходит небольшим слоем высотой 12 – 15 сантиметров пока не достигнет дна. Это называется — верхнее горение.

Работа котла верхнего горения

Для его поддержания необходим кислород воздуха. Он подается сверху по специальной трубе с распылителем непосредственно в зону горения. Сжигаемый слой дров или угля постепенно перемещается вниз. Вслед за ним движется и труба, подающая воздух.

Такое горения является замедленным, близким к тлению. При этом выделяется некоторое количество пиролизного газа. Котлы верхнего горения дожигают его в той части топки, которая расположена сразу над распылителем воздуха.

Образуется дополнительное количество тепла.

Эта технология позволяет использовать в полной мере возможности дров или угля по тепловыделению. Сам процесс сжигания получается более длительным и не требующим частой добавки горючего материала.

Пополнение топлива

После его сгорания котлы верхнего горения загружаются снова на полный объем, и процесс повторяется. Иногда нужно добавить топлива до того, как прогорела его основная закладка. В такой ситуации возникает несколько проблем.

Процесс сжигания топлива

Во-первых, образуется большое количество дыма. Во-вторых, на стенках камеры сгорания выделяется конденсат. В-третьих, произойдет снижение температуры в топке, и на некоторое время понизится теплоотдача.

Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температура в котле не стабилизируется. Если же догружаемые дрова будут сырыми, то возможно даже затухание котла и его повторный розжиг.

Такие аппараты на одной зарядке дров могут работать до 30 часов. При использовании угля — до трех-пяти суток в зависимости от его марки.

Котлы верхнего горения — особенности конструкции

Они просты по устройству, что значительно снижает риски поломок. Регулировка мощности в зависимости от потребностей осуществляется элементарной автоматикой. Существуют модели, оснащенные более сложным управлением, контролирующим процесс нагрева системы отопления жилища.

Корпус котла

Он представляет собой цилиндрическую конструкцию диаметром около 500 мм и высотой от 1900 до 2100 мм. Она выполнена по принципу «труба в трубе». Полость между ними заполняется теплоносителем (водяная рубашка), поэтому теплообменником является корпус котла.

Котлы верхнего горения — корпус в разрезе

Он разделяется на две основные части. Одна из них — топка, занимающая нижнюю (большую) часть котла. Ее дополняет камера для подогрева воздуха, расположенная в верхней части отопительного прибора.

Топка оснащена двумя или тремя дверцами. Первая размещается в верхней части для загрузки топлива и чистки стенок. Вторая — в средней части для загрузки, чистки и шуровки (в некоторых конструкциях не предусматривается).

Третья устроена в нижней части для очистки от золы. Другим ее назначением является регулировка подачи воздуха снизу в колосниковую зону. Это необходимо в случае использования в качестве топлива угля.

Котлы верхнего горения имеют толщину стенки топки, равную 5 мм. На их корпусе предусмотрены два резьбовых патрубка. Их размеры от 1 до 1,25 дюйма в зависимости от модели. Служат для подключения подачи теплоносителя (в верхней части) и «обратки» (в нижней части котла).

Патрубок для присоединения дымохода расположен в верхней области аппарата. Он имеет размеры от 150 мм и более в зависимости от производительности.

Камера подогрева воздуха

Она имеет очень простую конструкцию. Представляет собой обособленную полость цилиндрической формы внутри верхней части топки котла. Дымовые газы, образующиеся при сгорании топлива и имеющие высокую температуру, нагревают ее стенки.

От них нагревается воздух, находящийся в камере подогрева и поступает непосредственно в зону горения. Это ускоряет процесс его взаимодействия с топливом. В результате котлы верхнего горения повышают теплотехнические качества.

Система подачи воздуха

Для обеспечения процесса горения первоначально свежий воздух берется из помещения, где установлен котел. Потом через специальный короб с шибером он поступает в камеру подогрева.

Далее в нагретом состоянии воздух подается по специальной телескопической трубе в распылитель. Он присоединен к нижней части трубы и обеспечивает равномерное распределение потока подаваемого воздуха по площади горения топлива.

Котлы верхнего горения — место контакта распределителя воздуха с топливом

Телескопическая труба подвижно закреплена в верхней части конструкции. Перед началом процесса горения она находится в верхнем положении, опираясь на слой топлива. Сгорая, его уровень уменьшается.

Труба с распылителем под своим весом перемещаются вниз вслед за ним до полного выгорания топлива. При этом подача воздуха осуществляется непрерывно. Возврат в первоначальное верхнее положение воздухоподающей трубы осуществляется вручную.

Для этого котлы верхнего горения оснащены специальным тросом, входящим в их конструкцию. По положению троса можно определить остаток топлива в камере сгорания.

С целью обеспечения необходимых прочностных характеристик распылитель изготавливается из жаропрочного чугуна, толщиной 10 мм.

Регулировка количества подаваемого воздуха, а, следовательно, и интенсивности горения производится через клапан, расположенный на входе в камеру подогрева. Он управляется битепловым регулятором тяги.

Его работа основана на принципе биметаллической пластины. При нагревании стенок котла расширение передается через опорный стержень на клапан с помощью рычага. Это приводит к уменьшению количества подаваемого воздуха и интенсивность горения уменьшается.

При остывании корпуса все происходит наоборот. Клапан приоткрывается, подача воздуха увеличивается, и тепловыделение возрастает до требуемой величины.

Котлы верхнего горения имеют конструкции, как с естественной подачей воздуха, так и с принудительной. Во втором случае для этого используется нагнетатель.

При использовании в качестве топлива угля в нижней части котла предусмотрена заслонка. Она регулирует требуемое количество воздуха, подаваемого в нижнюю колосниковую зону для лучшего сгорания сыпучего топлива.

Читайте также: Газовые конденсационные котлы для отопления и горячей воды

Контроль работы котла и топливо

Контроль работы котла осуществляется при помощи трех элементов. Это битепловой регулятор тяги, термометр, указывающий температуру нагрева теплоносителя и предохранительный клапан с давлением 1,5 бар.

В качестве топлива для таких отопительных приборов используются дрова, продукты деревообработки, уголь, торф, всевозможные брикеты. Важно, чтобы древесина была достаточно сухой. В противном случае мощность котла будет снижаться.

Преимущества и недостатки

Котлы верхнего горения имеют ряд существенных преимуществ. К их числу следует отнести, во-первых, простоту конструкции и низкую вероятность поломок. Во-вторых, достаточно продолжительный период непрерывной работы от одной закладки топлива.

В-третьих, энергонезависимость, если отопительный котел не оборудован автоматикой, которая контролирует работу системы отопления дома. Наконец, безопасность по сравнению с котлами, работающими на газе или жидком топливе.

Недостатки

Они тоже имеются. Например, топка сразу загружается на полный объем. Если этого не сделать, при недостаточном количестве топлива возникает проблема его розжига.

Невозможно в процессе горения добавить топлива, пока ранее загруженное его количество не сгорит до конца. Если это пытаться делать, то добавляемые поленья дров или порции угля будут находиться выше распределителя воздуха. Значит, нормальный процесс сжигания нарушится.

Недостатком является повышенная чувствительность к изменениям температуры теплообменника. Это приводит к выпадению конденсата на его стенках и повышенной коррозии.

Зона горения в процессе выгорания топлива интенсивно засоряется золой и сажей. Для того чтобы поддерживать характеристики котла по теплоотдаче, необходимо своевременно очищать стенки камеры сгорания.

Котлы верхнего горения имеют значительный вес. Он образуется за счет большой толщины стенок камеры сгорания и конструкции в целом. Это предполагает только напольное размещение таких агрегатов.

Читайте также: Пеллеты для отопительных котлов на твердом топливе

Некоторые производители и характеристики их котлов

Приводим примеры современных аппаратов литовского, украинского и польского производства.

Литовские котлы «Stropuva»

Их выпускают в трех модификациях. Первая из них — Stropuva S7, S10, S20, S40. Это аппараты для работы на дровах, отходах деревообработки и топливных брикетах. Продолжительность непрерывного горения достигает тридцати часов.

Отапливаемая площадь составляет от 20 – 80 м² для котла мощностью 7 кВт (Stropuva S7). Котел Stropuva S40, мощность которого составляет 40 кВт, обогреет до 200 – 400 м².

Котел «Stropuva»

Вторая модель — Stropuva S10U, S20U, S40U (универсал). Это аппараты, работающие как на угле, так и на дровах, отходах деревообработки и топливных брикетах. Такие котлы верхнего горения смогут отапливать помещения площадью от 50 – 100 м².

Такую возможность имеет Stropuva S10U мощностью 10 кВт. Stropuva S40U универсал обеспечит теплом до 200 – 400 м² площади. Время работы составляет до пяти суток.

Третий вариант – котлы Stropuva S20 – I IDEAL, S40 – I IDEAL. Они в дополнение к предыдущим видам топлива могут работать и на пеллетах. В конструкции изделий предусмотрен микропроцессорный регулятор температуры (программатор) и центробежный вентилятор.

Особенности работы

Программатор управляет работой вентилятора наддува и циркуляционного насоса системы отопления. Он имеет четыре режима работы: ожидание, розжиг, работа, поддержка. Это позволяет потребителю выставить желаемую температуру.

Больше отвлекаться на контроль работы не нужно до следующей загрузки топлива. Программатор оснащен аварийным индикатором, который сигнализирует пользователю об отклонениях от нормального режима работы.

Украинские «Буран»

Для бытовых нужд выпускаются одноконтурные и двухконтурные котлы верхнего горения. Одноконтурные предназначены только для отопления помещений дровами и их отходами.

Мощность таких устройств равна 12, 20, 40 кВт (пример маркировки — «Буран 40»). Универсальные варианты (с маркировкой, например, «Буран 40У») такой же мощности могут использовать кроме дров еще и уголь.

Котел «Буран»

Двухконтурные агрегаты применяются для отопления помещений и приготовления горячей воды. Их мощность может быть 12, 20, 40 кВт. Эти котлы имеют встроенный змеевик, сделанный из медной трубки.

Коэффициент полезного действия таких котлов достигает 86%. Одной загрузки дров хватает на 12-24 часа работы. Это зависит от плотности их укладки и конкретных условий работы, а угля – до пяти суток. Отапливаемая площадь для всех аппаратов составляет от 100 до 450 м² в зависимости от мощности.

Польские котлы Rakoczy Porter G/GS

Эти котлы верхнего горения используют дрова, отходы деревопереработки и каменный уголь. В зависимости от модели в их топку могут загружаться поленья длиной до 60 сантиметров.

Угольное топливо должно представлять собой смесь угля с коксом (80% каменного угля и 20% кокса). Коэффициент полезного действия котлов Porter G/GS равен 85%.

Котел «Rakoszy Porter»

Отапливаемая площадь составляет до 100 м² для аппарата мощностью 10 кВт. До 300 м² сможет отопить котел на 30кВт. Устройства мощностью 48 кВт нагреют помещение до 480 м².

Модель Porter GS оснащается электронным контроллером (ST – 72) с LED дисплеем. Он корректирует работу насосов и вентилятора, контролирует температуру жидкости в системе отопления, а также продуктов горения.

Предусмотрена звуковая индикация, указывающая на окончание процесса сжигания топлива и превышение допустимой температуры теплоносителя.

Модель Porter G более простая, так как не комплектуется электронным контроллером и вентилятором наддува. Здесь тяга в котле регулируется вручную. Такие котлы верхнего горения являются энергонезависимыми. Это дает им преимущество в использовании на территориях, где имеют место частые перебои в электроснабжении.

Автор: Сергей Морозов.

Внимание! Эта статья защищается законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещается любое копирование без моего разрешения.

принцип работы и особенности эксплуатации

Спецпредложение! Отопительное оборудование со скидками до 50%.
Есть в наличии весь модельный ряд Vaillant, Viessmann, Baxi, Bosch, ACV, Protherm, РУСНИТ, Buderus, Kermi и другие.
Грамотное проектирование и установка систем под ключ.
Звоните: +7 (499) 110-02-51 (Москва и область).
E-mail: [email protected]

На сегодняшний день существуют отопительные котлы длительного горения, работающие на твердом топливе. Данное оборудование характеризуется продолжительной работой при одной закладке топлива. Stropuva, котел одного из ведущих производителей, сертифицированный в 2003 году, может проработать около 31 часа на мощности 5-6 киловатт после одной закладки 50 килограмм топлива.

Твердотопливные котлы верхнего горения

Благодаря чему достигается подобная автономность?

• Отсутствует колосник и зольник. Снизу расположен глухой поддон. В самой нижней части заложенного топлива горение не допускается.
• Топка обладает цилиндрической формой. Воздух подается по центру — в результате чего обеспечивается горение верхнего слоя заложенного топлива.
• Распределитель воздуха топки подвижен, во время сгорания заложенного топлива он упирается в горючее и опускается по мере снижения его количества. Благодаря этому насыщенный кислородом воздух постоянно подается в место горение топлива.
• В месте, куда подается свежий воздух, осуществляется только частичное окисление углеводородов. Все продукты, образовавшиеся при сгорании топлива, удаляются через верхнюю часть топки. Массивный диск из металла отделяет продукты сгорания от области горения и выводит их.
• После этого пиролизный газ смешивается с атмосферным воздухом, а затем летучие продукты горение догорают, отдавая остатки тепловой энергии теплообменнику.

Устройство твердотопливного котла верхнего горения

При входе в камеру, где догорают летучие компоненты топлива, устанавливается автоматический регулятор тяги, представляющий собой довольно несложное устройство, благодаря использованию которому определяется температура теплоносителя по тепловому расширению корпуса и подстраивается скорость движения печных газов. В качестве теплообменника выступает корпус котла. Циркуляция воды осуществляется сверху вниз.

Основная трудность работы данного оборудования – это необходимость удаления золы потоком воздуха, чтобы она не мешала горению топлива.

Стоит обратить внимание: после того, как котел был введен в рабочий режим, можно догружать в него топливо в сравнительно небольших количествах, таким образом, к примеру, можно сжигать бытовые отходы.

Достоинства

Плюсы данного решения очевидны: 

• Период работы без необходимости дозакладки топлива определяется лишь размером топливника.
• Перед нами, фактически, еще одна разновидность пиролизного котла. Соответственно все его достоинства, том числе и высокий КПД, остались. Закладываемое топливо сгорает без остатка.
• Оборудование очень отказоустойчиво. Никакой сложной автоматики он не имеет.
• В 2007 году в Литве начали производить универсальные котлы, которые могут сжигать не только древесину и продукты деревообрабатывающей промышленности, но и уголь. Позже производить подобное оборудование стали производить и в России.

Недостатки

Однако подобные котлы имеют некоторые минусы:

Устройства более чувствительны к изменениям температуры теплообменника, нежели традиционные твердотопливные котлы. Незначительные повышения выше допустимого скорости циркуляции означает выпадение конденсата в системе теплообменника, а также ускорение коррозии.

Однако: чугунные котлы длительного горения, работающие на твердом топливе, боятся конденсата гораздо меньше, чем стальные, поскольку чугун в меньшей степени подвержен воздействию коррозии.

Не во всех случаях наддув может справиться со спекающим пеплом. Слишком большее количество пепла способно вызвать снижение теплоотдачи котла. Находящиеся непосредственно в пламени диск и опорная балка, которые отсекают зону горения топлива, достаточно быстро сгорают.

Лучше всего не загружать в топку крупнофракционное топливо, например, не колотые дрова, поскольку горение топлива будет не только сверху. Также не стоит загружать в котел топливо недостаточно просушенное (влажное).

К тому же габариты топки значительно затрудняют ее розжиг в случае неполной загрузки.

Отличительные особенности

Твердотопливные котлы верхнего горения, бывают исключительно напольными, поскольку они обладают слишком большой массой для настенного монтажа.

По всем остальным показателям они являются самыми обычными котлами, работающими на твердом топливе.  (См. также: твердотопливные котлы для отопления частного дома.)

Мощность

Данный показатель – мощность котлов, варьируется в зависимости от назначения.

• Котлы литовского производства Stropuva имеют минимальную тепловую мощность в 7КВт. Младшие модели подобных котлов предназначены для сравнительно небольших частных домов.
• Мощность украинских Буранов достигает 40 киловатт.
• Котлы русского производства, предназначенные для отопительной системы частных домов, имеют мощность 95 КВт.
• Котлы польского производства Логика могут иметь тепловую мощность 200 киловатт, благодаря чему способны отапливать дом площадью 2000 м2. Однако чаще всего их используют для отопления офисов и теплиц.

Теплообменник и корпус могут быть изготовлены из чугуна или стали.

Чугунный теплообменник более долговечный. Однако стоит сказать, что чугунный котел весит горазда больше стального, что создает определенные трудности при его монтаже.

Если говорить о стальных теплообменниках, то стоит сказать, что для их производства может использоваться сталь самого различного качества от низкосортной до высококачественной, которая обладает устойчивостью к воздействию высоких температур. Помимо этого стальные котлы часто имеют защиту из шамотного кирпича.

Топка подобных котлов гораздо больше, нежели у других устройств, предназначенных для отопительной системы. Помимо того, что данное оборудование может отапливать дом, он также может снабжать его горячей водой. При этом теплообменник, использующийся для нагрева воды, должен быть проточным или же иметь специальную накопительную емкость. Если теплообменник проточный, то данный отопительный котел должен обладать довольно высокой эффективной тепловой мощностью и водяной контур длительного горения.

Очумелые ручки

Возможно ли изготовление котла данного типа самостоятельно?

Это возможно, однако только в том случае, если в вашем распоряжении имеется сварка и другой необходимый инструмент для его изготовления.

Твердотопливный котел верхнего горения своими руками можно изготовить на основе обычной стальной бочки, однако лучше всего для этого цели подойдет отрезок магистральной трубы, поскольку она обладает более предпочтительной толщиной стенок. Несмотря на то, что у фабричных котлов отсутствует зольник, лучше всего сделать его.

Зольник представляет собой дверку, предназначенную для удаления из котла продуктов сгорания топлива.

Монтаж

Как необходимо устанавливать котлы верхнего горения?

Данное оборудование вполне можно установить самостоятельно, поскольку это не газовое оборудование, для осуществление монтажа которого необходимо вызывать представителя газовой службы.

Инструкция по установке котла определяется двумя основными особенностями подобных изделий:

Наружные стенки котла могут заметно нагреваться даже если это изделие, имеющее водяную рубашку вокруг топки, о сделанных самостоятельно изделиях, имеющих одинарные стенки,  говорить нечего. В том случае, если котел монтируется на расстоянии не менее полуметра от самой ближайшей стены, если стены возведена из горячего материала, например из дерева, их необходимо дополнительно защитить, обшив листами оцинковки с асбестовой прокладкой или используя кирпичную кладку.

Просвет между дымоходом и стеной или перегородкой из дерева должна превышать двадцать пять сантиметров. Данный просвет необходимо заполнить утепляющими материалом, базальтовой ватой, после чего делается прокладка из асбестового листа и это место обшивается оцинковкой.

Помимо соблюдения дистанции между котлом и стеной необходимо сделать для котла основание (ставить котел на деревянное перекрытие противоречит всем пожарным нормам), представляющее собой полметра армированного с бутом или же со щебнем.

Внимание! Котлы данного типа, обладающие сравнительно малой мощностью также имеют очень внушительную массу, которая увеличиться еще, как минимум, на пятьдесят килограмм после закладки в котел топлива, ведь котлы потому и работают долго, что в них загружено сразу много топлива.

Видео по теме

Заключение

Все о чем вы прочли в данной статье – это еще не полная информация о котлах, более детальную информацию и разновидностях котлов можно узнать из видео в данном материале.

Тепла зимой Вам!

---

Загрузка…

---

Лучший выбор отечественных и импортных котлов прямого горения.

Суровый климат заставляет жителей нашей страны внимательно относиться к выбору отопительного оборудования, особенно если оно устанавливается за городом, где нет централизованных сетей подачи отопления и газа. Рынок сегодня предлагает множество моделей теплогенерирующих агрегатов, но для загородных домов интерес представляют лишь те из них, которые используют доступное и недорогое твёрдое топливо. Простые твердотопливные котлы надёжны, неприхотливы, а главное – продаются по доступной подавляющему большинству потребителей стоимости.

 

Конструкция обычного котла

Классические отопительные установки, работающие на твёрдом топливе, чрезвычайно просты по конструкции. В топке происходит процесс горения, результатом которого является тепловая энергия, нагревающая теплоноситель в трубах обменника. Воздух поступает естественным путём снизу через поддувало и решётку колосников. В усовершенствованных моделях используется закрытая топка и принудительный поддув нагнетающим вентилятором с вытяжкой продуктов сгорания дымососом. Прогоревшие остатки ссыпаются под собственным весом в зольный ящик. Топливо необходимо подкладывать в камеру каждые 3-4 часа, регулировка прогрева практически отсутствует.

 

Достоинства агрегатов прямого горения

КПД установки невелик: производители в сопровождающей документации указывают 70-75%, однако на практике этот показатель не превышает 55-65%. Впрочем, котёл прямого горения обладает рядом достоинств, в числе которых:

• высокая надёжность: благодаря простой конструкции, неисправности возникают чрезвычайно редко;
• неприхотливость: для отопления используется любое твёрдое топливо, в том числе очень низкого качества, но котёл функционирует одинаково успешно;
• минимальная стоимость эксплуатации: владелец может использовать для отопления отходы сельскохозяйственной деятельности, сухостой и другое органическое топливо, которое обходится ему практически бесплатно;
• энергонезависимость: благодаря отсутствию средств автоматизации, внезапное исчезновение электроэнергии никак не скажется на работоспособности агрегата;
• минимальная стоимость: устройства прямого горения остаются самыми дешёвыми моделями отопительной техники, доступными каждому потребителю.

Совокупность этих преимуществ определяет сферу использования: простые твердотопливные котлы применяются для отопления дачных домов в посёлках, отдалённых от коммуникаций, теплиц, животноводческих ферм, небольших производственных помещений и других аналогичных объектов.

 

Сталь или чугун

Топки и теплообменники котлоагрегатов изготавливают из специальной котловой стали либо из чугуна. И тот, и другой материал обладают собственным набором преимуществ и негативных качеств. К преимуществам чугуна относятся стойкость к коррозионным воздействиям и высоким температурам, долговечность и долгий период остывания. Основные недостатки – возможность появления трещин при резком перепаде температуры или в результате сильного удара, большой вес, а также высокая стоимость изделий с чугунными элементами.

 

Стальные установки намного легче чугунных, быстрее нагреваются и столь же быстро остывают. Их стоимость невелика, эти изделия располагаются в нижнем ценовом сегменте. Зато они чрезвычайно неприхотливы, и большинство ошибок, допущенных пользователями во время эксплуатации, остаются без последствий. К сожалению, сталь намного быстрее чугуна разрушается под действием высокой температуры, поэтому время от времени стальную топку приходится ремонтировать, заменяя стенки, колосники и трубы теплообменника.

 

Возможность автоматизации

Как правило, котлы обычного горения нельзя автоматизировать, т.е. добиться их функционирования без вмешательства человека. Однако даже самая простая конструкция при желании может быть усовершенствована при помощи:

• устройства автоподжига, которое устанавливается в топку и избавляет владельца от необходимости разжигать её по старинке, с помощью бумаги, коры и щепы;
• дымососа, гарантирующего выведение продуктов горения в трубу, что повышает безопасность эксплуатации агрегата;
• циркуляционного насоса, который обеспечивает перекачку теплоносителя в системе;
• температурного датчика, который при остывании теплоносителя ниже определённой температуры подаёт сигнал о необходимости загрузки новой порции топлива;
• блока ТЭНов, обеспечивающих подогрев теплоносителя при остывании топки.

Эти и другие усовершенствования облегчают эксплуатацию котла прямого горения, поэтому многие производители предлагают модели отопительных агрегатов, в которых уже присутствуют вышеперечисленные узлы и датчики.

Котлы длительного горения: пиролизые, верхнего горения

Вопрос о том, как безопасно и экономно  отапливать свой дом, дачу или производственные площади — один из самых насущных  в нашей стране, где отопление работает большую часть года. Современные производители предлагают использовать для этих целей котлы длительного горения. В этой категории могут быть агрегаты, построенных по разным принципам, но их объединяет одно – высокая эффективность и более полное использование тепловой энергии горения. 

На каком топливе работают

Самым распространенным является котел, предназначенный для работы на дровах. Есть также большое количество модификаций на угле. Часто такое оборудование почти всеядно:  может работать на иных видах твердого топлива (торфяных, древесных и угольных брикетах, отходах переработки древесины и т.д.).

Чтобы продлить работу котла на одной закладке дров, топку делают большого объема: чем больше за один раз удастся заложить дров, тем дольше они будут гореть. Потому, выбирая котел длительного горения на дровах, в первую очередь обращайте внимание на объем топки для загрузки дров. Классическим примером являются котлы на дровах украинского производства КЧМ (котел чугунный модернизированный), по цене они довольно демократичны, качество неплохое, потому и популярны.

Твердотопливные котлы длительного горения на дровах

В некоторых моделях основным видом топлива является уголь. В этом случае стоит обратить внимание на толщину стенок в топке: температуры при горении угля очень высокие (особенно атнрацитов и длиннопламенных марок). Долговечность этого типа оборудования  определяется длительностью срока службы топки. Потому кроме типа материала топки обращайте внимание на толщину ее стенок. В угольных котлах длительного горения  предпочтительнее топка из чугуна или толстой конструкционной, а лучше — нержавеющей стали.

Если вы хотите как можно меньше времени проводить возле котла, то вам подойдет пеллетный котел.  Время его автономной работы зависит исключительно от размеров бункера – резервуара, в который засыпают гранулы. Он может вмещать от 20 кг пеллет до нескольких тонн.

Работа оборудования построена так, что при наличии электричества, агрегат при помощи шнека самостоятельно подсыпает в топку необходимое количество топлива. Если у вас в бункер помещается месячный запас или более, то и наведываться вам в котельную придется только раз в месяц. Пеллетные котлы обладают хорошим КПД — до 90–95%, экономичны. Топливо сгорает почти полностью, так что и чисткой котла придется заниматься примерно раз в месяц. Недостаток таких котлов – довольно высокая стоимость и энегрозависимость (как и у большинства других котлов с автоматическим управлением). Еще один нюанс: такое оборудование требовательно к качеству топлива: пеллеты должны быть целыми и малозольными. При использовании топлива низкого качества горелка забивается, котел останавливается.

Твердотопливные котлы длительного горения пелелтный

Очень привлекательны по многим параметрам многотопливные котлы их еще называют комбинированными. В таких агрегатах может использоваться уголь, дрова и брикеты, их комбинации. В некоторых моделях можно использовать электрический элемент нагрева, который включается после того, как прогорит закладка топлива и котел начнет остывать. Очень удобно.

Приобретая комбинированный котел,  обязательно выясните, какой из видов топлива является основным: проектируют оборудование под один из видов топлива, под остальные вносятся корректировки. Так что именно на основном топливе отопление будет самым эффективным. Потому, если у вас есть возможность заготавливать дрова самостоятельно, а углем планируете топить только в холода, то и основным видом топлива должны быть в этом случае дрова.

Классификация по принципу действия

Котлы на твердом топливе могут использовать два различные принципы действия. По этому параметру различают:

Котлы верхнего горения

Это котлы циклической закладки топлива. Это значит,  что пока не прогорит полностью предыдущая порция дров, угля или брикетов, новые закладывать нельзя. Агрегаты этой конструкции просты, но эффективны. Например, котлы длительного горения «Стропува» на одной закладке дров обогревают помещение до суток (при некоторых условиях до 30 часов), а на закладке угля вообще до 7 суток.  Хотя среднее время горения дров – 6-8 часов.

Принцип работы котла верхнего горения

За счет чего же достигается подобный эффект? Все просто, наиболее ярко этот принцип  можно продемонстрировать на примере вертикально расположенной горящей спички. В таком положении она будет гореть намного дольше, чем спичка, расположенная горизонтально или перевернутая головкой вниз.

Топливная камера в котлах верхнего горения устроена так, что горение происходит сверху вниз. Для этого разработана и запатентована специальная подача воздуха именно в зону горения.  И сам процесс горения при таких условиях больше напоминает тление. А, как известно, при тлении из углеродосодержащего топлива в большом количестве выделяются газы. Большая их часть являются горючими. За счет дожига этих газов в верхней части топки происходит более полное использование энергии, что позволяет значительно увеличить теплоотдачу и уменьшить расход топлива.

К недостаткам таких котлов стоит отнести необходимость следить за качеством топлива: если загрузить сырые дрова или уголь, то КПД котла значительно снижается. Также с использованием топлива повышенной влажности выделяется большое количество золы и сажи. Прихотдится тогда  часто чистить печь и дымоход.

Не всегда хорошо и не иметь возможность подкинуть топливо во время процесса горения. Отрицательный момент состоит еще в том, что ограничена возможность автоматизации процесса управления. Пока такая не реализована. Регулировать можно только интенсивность горения и то в достаточно ограниченных пределах, уменьшая при этом КПД котла.

Пиролизные котлы длительного горения

В таких котлах используется процесс разложения топлива при недостатке кислорода. В результате образуется твердая составляющая (кокс в случае сжигания угля и древесный уголь в случае использования дров) и газообразная. Присутствуют также различные смолы, которые также горючи. Сам процесс разложения происходит с выделением значительного количества тепла.

Но это далеко не вся энергия. Полученные в результате разложения продукты сами по себе являются горючими веществами с высокой теплотворной способностью. Например, теплотворная способность древесного угля в 2,5 раза выше, чем у дров. Также выделенные при разложении пиролизные газы большей частью состоят из горючих компонентов. Не горит только азот и двуокись углерода. Они являются балластом и выводятся из топки. Остальные компоненты имеют очень высокую теплотворную способность, во много раз превышающую теплотворную способность дров, торфа и угля. Потому эти газы дополнительно разогреваются,  отправляются в камеру дожига, где смешиваются с воздухом и догорают, выделяя большое количество энергии.

Движение воздуха в топке при пироизе

Количество газов, выделяемое при пиролизе, зависит:

• от типа топлива – больше газов выделяют дрова и торф;
• от температуры – чем выше температура пиролиза, тем большее количество газов образуется и меньшее остается твердого кокса и древесного угля.

Установки, в которых пиролиз происходит при высоких температурах (до 1200^oC), называют еще газогенераторными котлами.

Суть процесса пиролиза — в первично камере горит топливо — во вторичной — газы, которые при этом выделились

Особенность пиролизных котлов – две топки: в одной происходит первичное горения топлива (туда оно и закладывается), а во второй дожигаются газы. В обе топки раздельно подается воздух. Воздух для горения топлива называют первичным, а для горения газов – вторичным.

Подобное строение котлов длительного горения с использованием технологии пиролиза хорошо тем, что легко реализуется возможность регулирования интенсивности горения (ограничивая подачу воздуха как первичного, так и вторичного). Именно на этой технологии построены автоматизированные котлы.

В зависимости от того где какая камера располагается пиролизные котлы бывают с верхней или нижней камерой догорания.

При нижнем расположении камеры дожига производить закладку дров удобно. Она имеет выход в дымовой тракт, который располагают снизу. Дальше дым попадает в дымоход и выходит на улицу. Вроде бы все логично, однако чистить печь потребуется гораздо чаще, т. к. зола из верхней камеры горения будет падать вниз и засорять «пиролизную» камеру. Кроме этого, требуется пиролизные газы искусственно при помощи вентиляторов или дымососов направлять вниз, ведь сам по себе дым вниз двигаться не станет.

Разные типы устройства пиролизных котлов

Меньшее распространение получили агрегаты с верхним расположением камеры догорания, хотя тут искусственно создаваемая тяга не нужна, так как дым сам распространяется вверх. Однако такой котел имеет сложную конструкцию дымового канала, которая требуется для того, чтобы отобрать максимум тепла. При таком расположении топки дожига, камера догорания расположена ближе к дымоходу, и вверх стремится самая горячая часть воздуха, а нам необходимо максимальное количество энергии отдать на обогрев, а не выпустить в трубу. Потому дымоотводный тракт выполняют в виде змеевика.

Существенный недостаток пиролизных котлов – требовательность к качеству топлива. Если говорить о дровах, то оптимальная их влажность для пиролизных котлов – 13-20%. При использовании такого топлива выход газов будет максимальным и эффективность самой высокой. Допустима влажность дров до 30%. При использовании еще более «мокрых», резко снижается КПД, образуется сажа и большое количество зольного остатка.

Аналогично дело обстоит и с углем: тут тоже нужно использовать сухое топливо, причем с высокой теплотворной способностью. Оптимальным считается антрацит средних фракций, чуть хуже ведет себя длиннопламенный, тяжело работают агрегаты со спекающимися марками. Их лучше исключить, так как велика вероятность затухания котла. Зато пиролизные котлы очень хорошо работают с брикетами любой формы и из любого сырья (кроме пеллет – они просыпаются через колосники в некоторых моделях).

Основной недостаток многих печей длительного горения — требовательность к качеству топлива

Еще один недостаток пиролизных котлов длительного горения – значительная цена оборудования. Но это связано с тем, что для обеспечения долговечности при высоких температурах пиролиза требуются качественные и массивные жаростойкие материалы. Большое внимание из-за высоких температур уделяется системе безопасности, а это ведет к увеличению стоимости. Немалую роль в ценообразовании имеет и автоматика. Так что высокая стоимость обоснована. Нужно сказать, что высокая цена на пиролизные котлы, достаточно быстро оправдывает себя за счет экономии топлива.

Верхнее подовое горение твердого топлива в котлах и печах

Самый чистый и более эффективный способ сжигания твердого топлива в котлах и печах

Сейчас сложился устойчивый стереотип, что горение топлива в топке может происходить только посредством подачи воздуха снизу закладки. Через колосники в зону горения. Но существует и альтернативный вариант – горение топлива сверху вниз.

Большинство котлов, продаваемых в России, имеет колосниковое исполнение топки. Это обусловлено некоторой универсальностью по топливу. Колосниковая конструкция достаточно хорошо изучена продавцами и потребителями. Колосниковые котлы продавать легче. В связи с этим, в том числе, связано их более масштабное распространение.

Однако такая ситуация не везде. В странах, где есть более жесткие требования по выбросу СО₂ в атмосферу, верхнее горение считается более правильным. Оно позволяет добиться более полного сжигания топлива с наименьшим выбросом СО₂ в единицу времени и несгоревших остатков топлива, меньшим в 4-5 раз, чем при объемном колосниковом сжигании.

Вопреки некоторому мнению, с точки зрения протекания природных процессов, такой тип горения более естественен, например, разведенный костер в лесу обычно горит тоже верхним или фронтальным горением: колосники в земле для подачи воздуха снизу редко кто делает.

Верхним горением называется также подовое и фронтальное. Подом называют глухой пол топливника. В подовом котле дрова, основной вид топлива, укладываются на под. Примерная конструкция топки может выглядеть так:

• Первичный воздух подается через канал подачи первичного воздуха, расположенный в загрузочной дверце котла, и проникает в укладку вдоль поленьев, то есть прямо в зону горения (горновое дутье), фронт горения постепенно перемещается к задней стенке топки с образованием минимального количества золы (менее 1%).
• Вторичный воздух, предварительно разогретый, подается через щелевое отверстие в верхней части дверцы котла с большой скоростью, дожигает образующиеся печные газы и распространяет горизонтальное зеркало горения поверх укладки.

Наиболее крупные поленья необходимо положить на дно топки, доложить поленья до половины высоты проема дверцы котла (чем выше укладка, тем тоньше поленья). Укладку необходимо выполнить плотной, сверху положить растопку (бересту, лучину).

Таким образом, дрова будут гореть с торцов и поверх укладки, а дрова, находящиеся внутри, будут служить запасом топлива, постепенно подпитывая процесс горения. Пиролитические газы, образующиеся при нагреве дров внутри закладки, будут дожигаться в горизонтальном верхнем горящем слое. Регулирование подачи первичного и вторичного воздуха позволит легко настроить мощность котла в широком диапазоне и обеспечить оптимальное горение дров.

При организации верхнего горения идет процесс интенсивной теплопередачи посредством инфракрасного излучения. При этом не происходит экранирование верхним слоем дров лучистой энергии, пока вся закладка не займется огнем, как происходит при классическом розжиге снизу на колосниках. По мере прогорания в процесс передачи лучистой энергии вовлекается дно топки, уменьшая конвективную составляющую тепловых потоков.

При подовом горении все образующиеся угли остаются в топке, не проваливаются через щели колосниковой решетки и полностью догорают, отдавая тепло. В топке с колосниками угли прогорают тоже практически полностью, но те из них, которые провалились сквозь колосниковую решетку, догорают уже в зольном ящике и не приносят никакой пользы для системы отопления, не участвуют в нагреве теплоносителя.

Верхнее горение – процесс цикличный, то есть закладка зажигается сверху и полностью прогорает, только после этого осуществляется следующая загрузка топлива. Весь процесс абсолютно не сложный и от пользователя требуется лишь незначительно изменить своим привычкам.

Есть утверждения, что верхним горением сжигать можно только дрова. Это не совсем так. Совершенно точно можно жечь топливные брикеты (прессованный измельченный опил), торфяные брикеты, бурый уголь, любое топливо, с температурой воспламенения ниже 400 °С. Можно сжигать и каменный уголь, если накидывать его сверху горящей закладки, допустим, из дров, небольшими порциями.

Например, производитель широко рекламируемых котлов «Stropuva» предлагает спокойно сжигать в них уголь верхним горением. Поэтому говорить о жёстком ограничении по топливу в подовых котлах – это неправильно. Главное, применять тактику при сжигании угля в обычных подовых топках – добавление топлива небольшими порциями. А если рассчитано топиться только дровами, то преимущества подовых топок более чем очевидны. Правильное сжигание может сэкономить до 30% используемого топлива.

Кроме этого, в подовых котлах горение закладки может происходить не только верхним горением, но и объемным, как на колосниках. Для этого необходимо на дно топки уложить растопку, разжечь, положить поверх небольшое количество сухих дров меньшего размера и закрыть дверцу топки. Когда дрова займутся огнем, доложить остальную укладку, не доводя высоту укладки на 10 см от верха проема дверцы.

При горении в объеме, уменьшается КПД котла, так как часть печных газов не успевает прореагировать с кислородом и вылетает в трубу. Дрова сверху экранируют нижнее пламя, ухудшая теплопередачу лучистой энергией до тех пор, пока дрова не займутся во всем объеме.

При полностью открытом шибере подачи первичного воздуха котел может развить мощность в полтора раза больше, чем его номинальная, при этом уменьшается время горения укладки. Если возникает необходимость добавления дров, когда дрова еще не прогорели, необходимо соблюдать меры предосторожности. Дрова или другое топливо можно накидывать на горящие угли небольшими порциями, не заглушая пламя.

Удалять золу из топки необходимо по мере накопления через 10-12 топок (зависит от состояния дров), при объемном режиме горения небольшой слой золы 1,5-2 см улучшает работу котла, так как зола экранирует тепло в толщу закладки, ускоряя процесс нагрева дров и выхода котла в номинальный режим.

Говоря о дыме из трубы, можно сказать, что густой серый дым – это газообразная составляющая топлива, улетающая в воздух.

Дым — это не сгоревшие газы, высвобождаемые из каждого типа угля и древесины при нагреве. Каждая тонна угля содержит 300 кг газов, а в тонне дерева находится более 700 кг газов! Эти газы сжигаются только при температурах 400-500 °C. При правильной температуре очага газы сгорают и дым превращается в почти прозрачные пары. Это правильное экономное сжигание угля и древесины.

Сам метод верхнего горения не создает каких-либо новых рисков, связанных с безопасностью при растопке, в сравнении с классическим использованием котлов и печей, и даже несколько уменьшает проблему взрыва газов или возгорание дымохода. Сам метод не является сложным, при эксплуатации отопительного оборудования всегда необходимо соблюдать осторожность и не делать того, в чем не уверены. Основной риск при верхнем горении связан с загрузкой слишком большого количества топлива.

Не перегружайте котел дровами, чрезмерная загрузка может быть причиной неустойчивого горения (пульсаций) с выбросом дыма в отверстия подачи воздуха, что является недопустимым при работе котла.

Отрегулируйте тягу в дымоходе. При его регулировке следует учитывать, что чрезмерное снижение тяги может привести к проникновению дыма и печных газов в помещение котельной, а слишком высокая тяга увеличивает скорость сгорания и скорость прохождения газов в конвективной части котла, снижает КПД и съем тепла. Чрезмерная тяга также может стать причиной неустойчивого горения дров (пульсаций) с выбросом дыма в отверстия подачи воздуха, что является недопустимым при эксплуатации котла.

В экономном сжигании угля и древесины нет ничего нового. Это создание условий в котле, при которых топливные газы имеют возможность сгореть, а в дымоход должны пойти почти прозрачные пары. Организация верхнего горения – это достижение самого чистого и более эффективного способа сжигания топлива.

Котел сгорания | CleanBoiler.org

Эта страница является информацией Cleaver-Brooks

ВВЕДЕНИЕ

В этом разделе содержится справочная информация о выбросах котла. В этот раздел не включены показатели выбросов для отдельных моделей котлов. Свяжитесь с вашим местным уполномоченным представителем для получения дополнительной информации.

ЗАГРЯЗНИТЕЛИ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Сжигание стандартного ископаемого топлива (природного газа и масла сорта ASTM) в коммерческих и промышленных котлах приводит к следующим девяти выбросам; диоксид углерода, азот, кислород, вода, монооксид углерода, оксид азота, оксиды серы, летучие органические соединения и твердые частицы.Последние пять продуктов сгорания считаются загрязнителями и, как известно, прямо или косвенно оказывают вредное воздействие на людей и окружающую среду.

В следующем разделе описывается образование и контроль каждого из загрязняющих веществ в коммерческих и промышленных котлах:

• Окись углерода
• Оксиды азота
• Оксиды серы
• Летучие органические соединения / углеводороды
• Твердые частицы

СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА (NOx)

Хотя есть доказательства того, что NOx сам по себе вреден для человека, основная причина, по которой NOx считается экологической проблемой, заключается в том, что он инициирует реакции, которые приводят к образованию озона и кислотных дождей.Озон и кислотный дождь могут повредить ткань, привести к растрескиванию резины, ухудшить видимость, повредить здания, нанести вред лесам и озерам, а также вызвать проблемы со здоровьем. Контролируя уровни NOx, наряду с другими загрязнителями, можно снизить уровни кислотных дождей и озона.

Основными загрязнителями азота, производимыми котлами, являются оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2), вместе называемые NOx. Вклад различных источников NOx в общие уровни NOx варьируется в зависимости от городских районов.Как правило, доля мобильных источников в общем уровне NOx колеблется от 60 до 80 процентов: для стационарных источников — от 20 до 40 процентов. Значительная часть NOx из стационарных источников может быть отнесена к бытовым, коммерческим и промышленным источникам, включая промышленные котельные. В промышленных котлах NOx в основном образуется двумя способами; термические NOx и топливные NOx: термические NOx образуются, когда азот и кислород в воздухе для горения соединяются друг с другом при высоких температурах в пламени.Термические NOx составляют большую часть NOx, образующихся при сгорании газов и легких масел.

Топливные NOx образуются в результате реакции азота в топливе с кислородом воздуха для горения. Проблема с газовым топливом возникает редко. Но в маслах, содержащих значительное количество связанного с топливом азота, топливные NOx могут составлять до 50% от общих выбросов NOx. На выбросы NOx из котлов влияет множество факторов. Наиболее важными факторами являются температура пламени и количество азота в топливе.Другими факторами, влияющими на образование NOx, являются избыточный уровень воздуха и температура воздуха для горения.

В то время как температура пламени в первую очередь влияет на термическое образование NOx, количество азота в топливе определяет уровень топливных выбросов NOx. Топливо, содержащее больше азота, приводит к более высокому уровню выбросов NOx. Большинство технологий контроля NOx для промышленных котлов с потребляемой мощностью менее 100 MMBtu / час сокращают термические NOx и практически не влияют на топливные NOx. Топливные NOx наиболее экономично сокращаются в коммерческих и промышленных котлах за счет перехода на более чистые виды топлива (топлива, содержащие меньше связанного с топливом азота), если таковые имеются.

ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ NOx

Контроль выбросов NOx можно разделить на два типа: методы дожигания и методы контроля сгорания. Методы дожигания направлены на выбросы NOx после образования, в то время как методы контроля сгорания предотвращают образование NOx в процессе сгорания. Методы дожигания, как правило, более дороги, чем методы контроля сгорания, и, как правило, не используются в котлах с потребляемой мощностью менее 100 MMBtu / час. Ниже приводится список различных методов контроля NOx.

Методы контроля дожигания включают:

• Селективное некаталитическое восстановление
• Селективное каталитическое восстановление
• К методам контроля горения относятся:
• Сжигание с низким избытком воздуха
• Мазут с низким содержанием азота
• Модификации горелки
• Впрыск воды / пара
• Рециркуляция дымовых газов

Каждый метод приводит к разной степени контроля NOx. Например, при сжигании природного газа сжигание с низким избыточным воздухом обычно снижает выбросы NOx на 10%, рециркуляцию дымовых газов на 75% и избирательное каталитическое восстановление на 90%.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СГОРАНИЯ ПОСЛЕ СГОРАНИЯ

Селективное некаталитическое восстановление

Селективное некаталитическое восстановление включает в себя впрыскивание восстановителя NOx, такого как аммиак или мочевина, в выхлопные газы котла при температуре приблизительно 1400-1600 ° F. Аммиак или мочевина расщепляют NOx в выхлопных газах на воду и атмосферный азот. Селективное некаталитическое восстановление снижает NOx до 70%.

Однако эту технологию чрезвычайно сложно применить к промышленным котлам, которые часто регулируются или циклируются.Это связано с тем, что аммиак (или мочевина) должен вводиться в дымовые газы при определенной температуре дымовых газов. А в промышленных котлах, которые регулируются или часто меняют цикл, расположение выхлопных газов при заданной температуре постоянно меняется. Таким образом, невозможно применить селективное некаталитическое восстановление к промышленным котлам, которые имеют высокие возможности регулирования и часто регулируются или циклируются.

Селективное каталитическое восстановление

Селективное каталитическое восстановление включает введение аммиака в выхлопные газы котла в присутствии катализатора.Катализатор позволяет аммиаку снижать уровни NOx при более низких температурах выхлопных газов, чем при избирательном некаталитическом восстановлении. В отличие от селективного некаталитического восстановления, где выхлопные газы должны иметь температуру приблизительно 1400-1600 ° F, селективное каталитическое восстановление может использоваться, когда выхлопные газы имеют температуру от 500 ° F до 1200 ° F, в зависимости от используемого катализатора. Селективное каталитическое восстановление может привести к снижению NOx до 90%. Однако его использование дорого и редко может быть оправдано с точки зрения затрат на котлах с потребляемой мощностью менее 100 млн БТЕ / час.

ТЕХНИКА КОНТРОЛЯ ГОРЕНИЯ

Методы управления горением снижают количество выбросов NOx за счет ограничения количества образования NOx в процессе горения. Обычно это достигается за счет снижения температуры пламени. Методы контроля горения более экономичны, чем методы дожигания, и часто используются на промышленных котлах, требующих контроля выбросов NOx.

Горение с низким избытком воздуха (LEA)

В качестве фактора безопасности для обеспечения полного сгорания котлы топятся с избытком воздуха.Одним из факторов, влияющих на образование NOx в котле, является избыток воздуха. Высокий уровень избытка воздуха (> 45%) может привести к повышенному образованию NOx, поскольку избыток азота и кислорода в воздухе для горения, попадающем в пламя, будет объединяться с образованием термических NOx. Сжигание с низким избытком воздуха включает ограничение количества избыточного воздуха, поступающего в процесс сгорания, чтобы ограничить количество дополнительного азота и кислорода, попадающего в пламя. Ограничение количества избыточного воздуха, попадающего в пламя, достигается за счет конструкции горелки и может быть оптимизировано за счет использования регуляторов подстройки кислорода.Сжигание с низким избытком воздуха может использоваться на большинстве котлов и обычно приводит к общему снижению выбросов NOx на 5-10% при сжигании природного газа.

Мазут с низким содержанием азота

При сжигании жидкого топлива NOx, образованные связанным с топливом азотом, могут составлять 20-50% от общего уровня NOx. Одним из способов снижения уровней NOx в котлах, работающих на дистиллятных маслах, является использование мазута с низким содержанием азота. Масла с низким содержанием азота могут содержать в 15-20 раз меньше связанного с топливом азота, чем стандартное масло № 2 (менее 0.001% азота, связанного с топливом). При сжигании масла с низким уровнем выбросов NOx в топочных котлах, использующих рециркуляцию дымовых газов, достигается снижение выбросов NOx на 60% -70% по сравнению с выбросами NOx от стандартных масел № 2. Масло с низким содержанием азота наиболее часто используется в южной Калифорнии.

Модификации горелки Модификации горелки для контроля NOx включают изменение конструкции стандартной горелки для создания большего пламени. Увеличение пламени приводит к более низким температурам пламени и меньшему термическому образованию NOx, что, в свою очередь, приводит к снижению общих выбросов NOx.Технология применима к котлам большинства типов и размеров. Он наиболее эффективен при сжигании природного газа и дистиллятного мазута и мало влияет на котлы, работающие на мазуте. Чтобы соответствовать более строгим требованиям, модификации горелки должны использоваться в сочетании с другими методами снижения выбросов NOx, такими как рециркуляция дымовых газов. Если модификации горелки используются исключительно для достижения низких уровней NOx (30 ppm), это может отрицательно повлиять на рабочие параметры котла, такие как диапазон изменения, мощность, уровни CO и эффективность.При выборе технологий контроля NOx важно учитывать все аспекты производительности котла.

Впрыск воды / пара

Для снижения уровня NOx можно использовать закачку воды или пара. Путем нагнетания воды или пара в пламя температура пламени снижается, тем самым снижая термическое образование NOx и общие уровни NOx. Впрыск воды или пара может снизить выбросы NOx до 80% (при сжигании природного газа) и может привести к меньшему снижению при сжигании масел. Существует практический предел количества воды или пара, которое может быть впрыснуто в пламя до того, как возникнут проблемы с конденсацией.Кроме того, при нормальных условиях эксплуатации впрыск воды / пара может привести к снижению КПД котла на 3-10%. Часто впрыск воды или пара используется в сочетании с другими методами контроля NOx, такими как модификации горелки или рециркуляция дымовых газов.

Рециркуляция дымовых газов

Рециркуляция дымовых газов, или FGR, является наиболее эффективным методом снижения выбросов NOx от промышленных котлов с потребляемой мощностью ниже 100 MMBtu / hr. FGR влечет за собой рециркуляцию части относительно холодных выхлопных газов обратно в процесс сгорания, чтобы снизить температуру пламени и уменьшить образование NOx.В настоящее время это самая эффективная и популярная технология с низким уровнем выбросов NOx для дымовых и водотрубных котлов. И во многих приложениях не требуется никакого дополнительного оборудования для восстановления, чтобы соответствовать требованиям.

Технологии рециркуляции дымовых газов можно разделить на два типа; внешний или индуцированный.

Внешняя рециркуляция дымовых газов использует внешний вентилятор для рециркуляции дымовых газов обратно в пламя. По наружному трубопроводу отходящие газы от дымовой трубы направляются к горелке.Клапан регулирует скорость рециркуляции в зависимости от мощности котла.

Для принудительной рециркуляции дымовых газов используется вентилятор воздуха для горения для возврата дымовых газов обратно в пламя. Часть дымовых газов направляется по воздуховоду или внутрь к вентилятору воздуха для горения, где они предварительно смешиваются с воздухом для горения и вводятся в пламя через горелку. Новые конструкции индуцированных FGR, в которых используется интегральная конструкция FGR, становятся популярными среди владельцев и операторов котлов из-за их несложной конструкции и надежности.

Теоретически нет ограничений на количество снижения NOx с помощью FGR; Практически существует физический допустимый предел. Предел снижения NOx варьируется для разных видов топлива Ñ 80% для природного газа и 20-25% для стандартного жидкого топлива.

Современные тенденции в технологиях с низким уровнем выбросов NOx заключаются в разработке котла и оборудования с низким уровнем выбросов NOx в комплекте. Реальный дизайн позволяет адаптировать технологию контроля NOx к конструктивным особенностям топки котла, таким как форма, объем и тепловыделение.Разработав технологию с низким уровнем выбросов NOx в комплекте с котлом, можно устранить и свести к минимуму неблагоприятное воздействие технологии с низким уровнем выбросов NOx на рабочие параметры котла (динамический диапазон, мощность, эффективность и уровни CO).

ВЫБОР ЛУЧШЕЙ ТЕХНОЛОГИИ NOx ДЛЯ РАБОТЫ

Какое влияние в конечном итоге оказывает технология контроля NOx на производительность котла? Некоторые средства контроля NOx могут ухудшить производительность котла, в то время как другие средства контроля могут значительно улучшить производительность. Аспекты производительности котла, которые могут быть затронуты, включают динамический диапазон, мощность, эффективность, избыток воздуха и выбросы CO.

Несоблюдение всех рабочих параметров котла может привести к увеличению эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание, снижению эффективности, повышению уровня CO и сокращению срока службы котла.

В следующем разделе обсуждаются все рабочие параметры котла и их связь с технологиями контроля NOx.

Отказ от услуги

Выбор технологии с низким уровнем выбросов NOx, которая жертвует «гибкостью», может иметь много неблагоприятных последствий для котла. При выборе регуляторов NOx котел должен иметь динамический диапазон не менее 4: 1, чтобы снизить эксплуатационные расходы и количество циклов включения / выключения.Котел, использующий стандартную горелку с диапазоном изменения 4: 1, может работать так часто, как 12 раз в час или 288 раз в день, потому что котел должен начинать цикл при входах ниже 25% мощности.

В каждом цикле поток воздуха предварительной и последующей продувки отводит тепло от котла и отправляет его в дымовую трубу. Потери энергии можно уменьшить, используя горелку с большим диапазоном регулирования (10: 1), которая поддерживает котел даже при низкой мощности горения.

Каждый раз, когда котел выключается, прежде чем он снова включается, он должен пройти определенную последовательность запуска для обеспечения безопасности.Чтобы вернуть котел в рабочее состояние, требуется от одной до двух минут. Если возникает внезапная потребность в нагрузке, реакция не может быть ускорена. Поддержание котла в рабочем состоянии обеспечивает быструю реакцию на изменения нагрузки.

Частое переключение также приводит к выходу из строя компонентов котла. Увеличивается потребность в техническом обслуживании, увеличивается вероятность отказа компонентов и увеличивается время простоя котла. Поэтому, выбирая контроль NOx, всегда учитывайте диапазон регулирования горелки.

Вместимость

При выборе наилучшего контроля NOx мощность и диапазон регулирования следует рассматривать вместе, потому что некоторые технологии контроля NOx требуют снижения мощности котла для достижения гарантированного снижения NOx.Например, формирование пламени (в первую очередь увеличение пламени для получения более низкой температуры пламени — следовательно, более низких уровней NOx) может потребовать снижения номинальных характеристик котла, поскольку сформированное пламя может ударяться о стенки печи при более высоких скоростях горения.

Тем не менее, требуемая мощность котла обычно определяется максимальной нагрузкой в ​​системе пара / горячей воды. Следовательно, котел может быть слишком большого размера для возможных типичных условий нагрузки. Если котел слишком большой, его способность выдерживать минимальные нагрузки без циклической работы ограничена.Следовательно, при выборе наиболее подходящего контроля NOx мощность и диапазон регулирования следует рассматривать вместе для правильного выбора котла и удовлетворения общих требований к нагрузке системы.

Эффективность

Некоторые регуляторы с низким уровнем NOx сокращают выбросы за счет снижения температуры пламени, особенно в котлах с потребляемой мощностью менее 100 MMBtu / hr. Снижение температуры пламени уменьшает лучистую теплопередачу от пламени и может снизить эффективность котла. Потеря эффективности из-за более низких температур пламени может быть частично компенсирована использованием внешних компонентов, таких как экономайзер.Или метод компенсации может быть неотъемлемой частью конструкции NOx.

Одной из технологий, которая компенсирует потерю эффективности из-за более низких температур пламени в дымоходных котлах, является рециркуляция дымовых газов. Хотя потеря лучистой теплопередачи может привести к потере эффективности, рециркулируемые дымовые газы увеличивают массовый поток через котел — таким образом, конвективная теплопередача в трубопроводах увеличивается. Увеличение конвективной теплопередачи компенсирует потери на лучистую теплопередачу без чистой потери эффективности.При рассмотрении технологии контроля NOx помните, что нет необходимости жертвовать эффективностью ради сокращения NOx.

Избыточный воздух

Избыточная подача воздуха в котел обеспечивает безопасную работу при превышении стехиометрических условий. Типичная горелка обычно настраивается на 10-20% избытка воздуха (2-4% O2). Контроль NOx, требующий более высоких уровней избыточного воздуха, может привести к использованию топлива для нагрева воздуха, а не преобразования его в полезную энергию. Таким образом, возникают повышенные потери в дымовой трубе и снижается КПД котла.Контроль NOx, требующий снижения уровня избыточного воздуха, может привести к пламени с дефицитом кислорода и повышенным уровням монооксида углерода или несгоревших углеводородов. Лучше всего выбрать технологию контроля NOx, которая мало влияет на избыток воздуха.

Выбросы окиси углерода (CO)

Высокая температура пламени и тщательное смешивание воздуха и топлива необходимы для снижения выбросов CO. Некоторые технологии контроля NOx, используемые в промышленных и коммерческих котлах, снижают уровни NOx за счет снижения температуры пламени за счет изменения режимов смешивания воздуха и топлива.Более низкая температура пламени и меньшая интенсивность перемешивания могут привести к более высокому уровню CO.

Система искусственной рециркуляции дымовых газов может снизить уровни NOx за счет снижения температуры пламени без повышения уровня CO. Уровни CO остаются постоянными или снижаются, потому что дымовой газ вводится в пламя на ранних стадиях сгорания, а смешивание воздуха с топливом усиливается. Интенсивное перемешивание компенсирует снижение температуры пламени и приводит к тому, что уровни CO ниже, чем достигаемые без FGR.Но уровень CO зависит от конструкции горелки. Не все системы рециркуляции дымовых газов приводят к снижению уровня CO.

Общая производительность

При выборе наилучшего пакета контроля с низким уровнем выбросов NOx следует учитывать общую производительность котла. Рассмотрим приложение. Изучите все характеристики технологии управления и ее влияние на производительность котла. Технология контроля NOx, которая приводит к наибольшему снижению NOx, не обязательно является лучшей для конкретного применения или лучшей для высокого диапазона изменения, соответствующей производительности, высокой эффективности, достаточного избытка воздуха или более низкого CO.Новые технологии с низким уровнем выбросов NOx обеспечивают сокращение выбросов NOx, не влияя на общую производительность котла.

СОЕДИНЕНИЯ СЕРЫ (SOx)

Основная причина, по которой соединения серы, или SOx, классифицируются как загрязнители, заключается в том, что они реагируют с водяным паром (в дымовых газах и атмосфере) с образованием тумана серной кислоты. Переносимая по воздуху серная кислота была обнаружена в тумане, смоге, кислотном дожде и снеге. Серная кислота также была обнаружена в озерах, реках и почве. Кислота чрезвычайно агрессивна и вредна для окружающей среды.

При сжигании топлива, содержащего серу (в основном, масел и углей), загрязняющие вещества присутствуют в форме SO2 (диоксид серы) и SO3 (триоксид серы), вместе называемых SOx (оксиды серы). Уровень выбросов SOx напрямую зависит от содержания серы в топливе. Уровень выбросов SOx не зависит от размера котла или конструкции горелки. Обычно около 95% серы в топливе будет выбрасываться в виде SO2, 1-5% в виде SO3 и 1-3% в виде твердых частиц сульфата. Сульфатные частицы не считаются частью общих выбросов SOx.

Исторически, загрязнение SOx контролировалось либо рассеиванием, либо сокращением. Рассеивание включает использование высокой трубы, которая обеспечивает выброс загрязняющих веществ высоко над землей и над любыми окружающими зданиями, горами или холмами, чтобы ограничить выбросы SOx на уровне земли. Сегодня одного лишь рассеивания недостаточно для удовлетворения более строгих требований по выбросам SOx; Также необходимо использовать методы восстановления.

Методы восстановления SOx включают переход на топливо с низким содержанием серы, обессеривание топлива и использование системы обессеривания дымовых газов (FGD).Десульфуризация топлива, которая в первую очередь применяется к углю, включает удаление серы из топлива перед сжиганием. Десульфуризация дымовых газов включает использование скрубберов для удаления выбросов SOx из дымовых газов.

Системы обессеривания дымовых газов классифицируются как невозобновляемые или регенерируемые. Наиболее распространенные системы ДДГ без возможности восстановления приводят к образованию отходов, требующих надлежащей утилизации. Регенерируемая ДДГ преобразует побочные отходы в товарный продукт, например серу или серную кислоту.Снижение выбросов SOx на 90-95% может быть достигнуто за счет ДДГ. Десульфуризация топлива и ДДГ в основном используются для снижения выбросов SOx для больших котельных. Как правило, технология не может быть оправдана по стоимости для промышленных котлов.

Для пользователей промышленных котлов использование топлива с низким содержанием серы является наиболее экономически эффективным методом сокращения выбросов SOx. Поскольку выбросы SOx в первую очередь зависят от содержания серы в топливе, при сжигании топлива, содержащего минимальное количество серы (дистиллятное масло), можно добиться сокращения выбросов SOx без необходимости установки и обслуживания дорогостоящего оборудования.

ОКИСЬ УГЛЕРОДА (CO)

Окись углерода — это загрязнитель, который легко абсорбируется организмом и может ухудшить способность гемоглобина переносить кислород. Ухудшение гемоглобина в организме приводит к уменьшению поступления кислорода в мозг, сердце и ткани. Даже кратковременное чрезмерное воздействие окиси углерода может быть критическим или смертельным для людей с сердечными и легочными заболеваниями. У здоровых людей он также может вызывать головные боли и головокружение.

При сгорании углерод в топливе окисляется в результате ряда реакций с образованием диоксида углерода (CO2).Однако на практике 100-процентное преобразование углерода в СО2 достигается редко, и некоторая часть углерода окисляется только до промежуточной стадии — монооксида углерода.

Старые котлы обычно имеют более высокие уровни CO, чем новое оборудование, потому что CO только недавно стал проблемой, а старые горелки не были предназначены для достижения низких уровней CO. В современном оборудовании высокие уровни выбросов монооксида углерода в основном возникают в результате неполного сгорания из-за плохой конструкции горелки или условий горения (например, неправильного отношения воздуха к топливу) или, возможно, негерметичной печи.За счет надлежащего обслуживания горелки, осмотров, эксплуатации, модернизации оборудования или использования системы контроля кислорода образование окиси углерода можно контролировать на приемлемом уровне.

ЧАСТИЦЫ (PM)

Выбросы твердых частиц (ТЧ) от источников горения состоят из многих различных типов соединений, включая нитраты, сульфаты, углерод, оксиды и любые несгоревшие элементы в топливе. Твердые загрязнители могут быть едкими, токсичными для растений и животных и вредными для человека.

Выбросы твердых частиц обычно подразделяются на две категории: PM и PM10. PM10 — это твердые частицы диаметром менее 10 микрон. Все твердые частицы могут представлять угрозу для здоровья. Однако наибольшее беспокойство вызывает PM10 из-за его способности обходить естественную систему фильтрации организма.

Выбросы

PM в первую очередь зависят от сорта топлива, сжигаемого в котле. Как правило, содержание твердых частиц в природном газе значительно ниже, чем в нефти.Дистиллятные масла приводят к гораздо меньшим выбросам твердых частиц, чем остаточные масла.

При сжигании тяжелой нефти уровни твердых частиц в основном зависят от четырех компонентов топлива: серы, золы, углеродных остатков и асфальтов. Эти компоненты присутствуют в жидком топливе, особенно в остаточном масле, и оказывают большое влияние на выбросы твердых частиц. Зная уровни содержания компонентов топлива, можно оценить выбросы твердых частиц из масла.

Методы контроля твердых частиц различаются для разных типов и размеров котлов.Для котлов общего пользования обычно используются электрофильтры, скрубберы и рукавные фильтры. Для промышленных и коммерческих котлов наиболее эффективным методом является использование чистого топлива. Уровни выбросов твердых частиц можно снизить, переключившись с остаточного масла на дистиллятное масло или переключившись с дистиллятного масла на природный газ. Кроме того, за счет правильной настройки, регулировки и обслуживания горелки выбросы твердых частиц могут быть сведены к минимуму, но не до такой степени, как это достигается за счет переключения топлива.

ЛЕТУЧИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ (ЛОС) / УГЛЕВОДОРОДЫ (HC)

Летучие органические соединения, или ЛОС, представляют собой соединения, содержащие комбинации углерода, водорода и иногда кислорода. ЛОС легко испаряются после попадания в воздух и вызывают беспокойство из-за их роли в образовании озона на уровне земли. Что касается производительности котла, их часто называют углеводородами и обычно делят на две категории — метановые и неметановые.

Образование летучих органических соединений в коммерческих и промышленных котлах в основном происходит в результате плохого или неполного сгорания из-за неправильной настройки и регулировки горелки.Для контроля выбросов ЛОС от коммерческих и промышленных котлов дополнительное оборудование не требуется; правильное обслуживание горелки / котла позволит свести к минимуму выбросы ЛОС. Правильное техническое обслуживание включает поддержание соотношения воздух / топливо на уровне, указанном производителем, поддержание надлежащего давления воздуха и топлива в горелке и поддержание давления воздуха распыления в масляных горелках на правильном уровне. Неправильно обслуживаемый блок котла / горелки может привести к тому, что уровни ЛОС в 100 раз превышают нормальные.

ЕДИНИЦЫ УРОВНЯ ВЫБРОСОВ

В этом разделе описаны различные единицы для уровней выбросов. Уровни выбросов могут быть представлены во многих различных единицах в зависимости от того, измеряется ли объем или масса.

КОРРЕКЦИЯ ВЫБРОСОВ ДО 3% КИСЛОРОДА (15% ИЗБЫТОЧНОГО ВОЗДУХА)

Следующее уравнение показывает, как скорректировать показания выбросов до 3% кислорода (15% избытка воздуха). Поскольку котлы не всегда работают с 3% кислорода, необходимо преобразовать значения ppm, измеренные при различных уровнях избыточного воздуха, в 3% кислорода для сравнения и соблюдения нормативных требований.Чтобы скорректировать уровни выбросов до 3% кислорода, которые относятся к уровням избыточного воздуха, отличным от 3%, используйте следующее уравнение.

Пример: Какой уровень NOx скорректирован на 3% кислорода для измеренного уровня 27 ppm при 7,1% кислорода?

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВЫБРОСОВ МЕЖДУ PPM И LB / MMBTU

Хотя уровни выбросов могут быть заданы во многих различных единицах, наиболее распространенными являются ppm (с поправкой на 3% кислорода) и фунты / MMBtu. Преобразование между этими двумя типами агрегатов очень простое, однако оно зависит от типа топлива и уровня избыточного воздуха.

РАСЧЕТ ГОДОВЫХ ВЫБРОСОВ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЛОВ

Многие положения поправок к Закону о чистом воздухе 1990 г. оценивают воздействие источников загрязнения на основе потенциальных годовых выбросов (обычно выражаемых в тоннах в год или тоннах в год). При рассмотрении промышленных котлов потенциальные годовые выбросы NOx вызывают озабоченность и часто должны быть рассчитаны. Ниже приведен пример расчета потенциальных годовых выбросов NOx для промышленных котлов.

Чтобы определить годовые выбросы NOx для промышленного котла, необходимо знать три элемента:

• Коэффициент выбросов NOx для котла.
• Максимальная номинальная мощность котла.
• Максимально допустимые часы работы котла.

После получения вышеуказанной информации можно использовать следующее уравнение для определения годовых выбросов.

Коэффициент выбросов x Потребляемая мощность котла x Годовое количество часов работы = Общие годовые выбросы

Например, расчет общих годовых выбросов NOx для котла мощностью 800 л.с., работающего 24 часа в сутки, 365 дней в году и имеющего уровень NOx 110 частей на миллион, будет следующим.

Коэффициент выбросов = 0,13 фунта / MMBtu (110 ppm = 0,13 фунта / MMBtu)

Потребляемая мощность котла = 33,5 млн БТЕ / ч (при КПД 80%)

часов работы в год = 8760 часов в год (24 часа в день x 365 дней в году)

Подстановка этих данных в предыдущее уравнение дает годовые выбросы NOx для этого конкретного котла, которые составляют 19,1 т / год.

НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСТОЧНИКОВ

Федеральное Агентство по охране окружающей среды (EPA) установило единые национальные правила для конкретных источников посредством Стандартов производительности новых источников (NSPS), которым должны соответствовать все применимые источники.Стандарты, которые устанавливают минимальные требования к отдельным источникам, касаются примерно 65 категорий новых или модифицированных стационарных источников, включая промышленные котлы.

NSPS для промышленных котлов регулирует уровни NOx, SOx и твердых частиц. Регулируемые загрязнители и требования различаются для разных видов топлива и размеров котлов. В настоящее время существует три категории NSPS:

• Котлы с потребляемой мощностью более 250 млн БТЕ / час
• Котлы с производительностью 100-250 млн БТЕ / час
• Котлы с производительностью от 10 до 100 млн БТЕ / час

NSPS для малых котлов применяется ко всем новым, модифицированным или реконструированным котлам с потребляемой мощностью от 10 до 100 MMBtu / час, строительство, модификация или реконструкция которых началась после 9 июня 1989 года.NSPS для малых котлов устанавливает стандарты выбросов SOx и твердых частиц для котлов, работающих на угле, дистилляте, мазуте и древесине. NSPS для малых котлов также диктует требования к ведению учета использования топлива для всех видов топлива, включая природный газ.

Требования к ведению учета и стандарты соответствия для различных выбросов зависят от типа сжигаемого топлива и размера котла.

Убедитесь, что ваш котел соответствует Стандартам производительности New Source, так как несоблюдение этих требований может привести к штрафам и / или принудительному отключению котла.

Cleaver Brooks Веб-сайт: www.cleaver-brooks.com

Источник: веб-сайт Cleaver Brooks, 01.09.

Краткое описание технологий сжигания биомассы

Прямое сжигание — это наиболее распространенная и наиболее часто используемая технология преобразования биомассы в тепло. Во время сгорания топливо из биомассы сжигается в избытке воздуха для получения тепла. Первая стадия горения включает выделение горючих паров из биомассы, которые горят как пламя. Остаточный материал в виде древесного угля сжигается в принудительной подаче воздуха, чтобы дать больше тепла.Горячие дымовые газы иногда используются непосредственно для сушки продукта, но чаще они проходят через теплообменник для получения горячего воздуха, горячей воды или пара.

Эффективность сгорания зависит в первую очередь от хорошего контакта между кислородом воздуха и топливом из биомассы. Основными продуктами эффективного сжигания биомассы являются углекислый газ и водяной пар, но также выделяются смолы, дым и частицы щелочной золы. Минимизация этих выбросов и устранение их возможных последствий являются важными задачами при проектировании экологически приемлемых систем сжигания биомассы.

Системы сжигания биомассы, основанные на различных конструкциях печей, могут быть очень эффективными при производстве горячих газов, горячего воздуха, горячей воды или пара, обычно утилизируя 65-90% энергии, содержащейся в топливе. Более низкая эффективность обычно связана с более влажным топливом. Чтобы справиться с разнообразием характеристик топлива и требований к горению, ряд конструкций топок или камер сгорания обычно используется во всем мире

Стокеры с недостаточным питанием

Биомасса подается в зону горения из-под колосниковой решетки.Эти конструкции топок подходят только для небольших систем с номинальной мощностью котла до 6 МВт _th и для топлива из биомассы с низким содержанием золы, такого как древесная щепа и опилки. Для топлива с высоким содержанием золы, такого как кора, солома и злаки, необходимы более эффективные системы удаления золы. Спеченные или расплавленные частицы золы, покрывающие верхнюю поверхность топливного слоя, могут вызывать проблемы в топках с недостаточной загрузкой из-за нестабильных условий сгорания, когда топливо и воздух прорываются через покрытую золой поверхность.

Стокер для решеток

Самый распространенный тип котлов на биомассе основан на решетке, которая поддерживает слой топлива и смешивает контролируемое количество воздуха для горения, который часто поступает из-под решетки. Топливо из биомассы добавляется на одном конце решетки и сжигается в топливном слое, который постепенно движется вниз по решетке либо под действием силы тяжести, либо с механической поддержкой, к системе удаления золы на другом конце. В более сложных конструкциях это позволяет разделить весь процесс сгорания на три основных вида деятельности:

• Первичная сушка топлива
• Воспламенение и горение летучих компонентов
• Выгорание из обугливания.

Топки с решетчатыми решетками хорошо зарекомендовали себя и надежны и могут выдерживать большие колебания качества топлива (т.е. колебания содержания влаги и размера частиц), а также топлива с высоким содержанием золы. Они также управляемы и эффективны.

Котлы с псевдоожиженным слоем

Основой системы сжигания с псевдоожиженным слоем является слой инертного минерала, такого как песок или известняк, через который воздух продувается снизу. Воздух прокачивается через слой в достаточном объеме и под достаточно высоким давлением, чтобы уносить мелкие частицы материала слоя, так что они ведут себя как жидкость.

Камера сгорания установки с псевдоожиженным слоем имеет такую ​​форму, что выше определенной высоты скорость воздуха падает ниже скорости, необходимой для захвата частиц. Это помогает удерживать основную часть увлеченного материала слоя у дна камеры. Когда слой нагревается, горючие материалы, вводимые в него, сгорают, выделяя тепло, как в более традиционной печи. Доля горючего материала, такого как биомасса, в слое обычно составляет всего около 5%. Основной движущей силой развития сжигания в псевдоожиженном слое является снижение выбросов SO2 и NOx при сжигании угля.

Камеры сгорания с барботажным псевдоожиженным слоем (BFB) представляют интерес для установок с номинальной мощностью котла более 10 МВт _th . Камеры сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB) больше подходят для установок мощностью более 30 MW _th . Минимальный размер завода, ниже которого технологии CFB и BFB не являются экономически конкурентоспособными, составляет около 5-10 МВт _и .

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

О Салмане Зафаре

Салман Зафар — генеральный директор BioEnergy Consult, а также международный консультант, советник и тренер, обладающий опытом в области управления отходами, энергии биомассы, преобразования отходов в энергию, защиты окружающей среды и сохранения ресурсов.Его географические области деятельности включают Азию, Африку и Ближний Восток. Салман успешно реализовал широкий спектр проектов в области биогазовых технологий, энергии биомассы, преобразования отходов в энергию, рециркуляции и управления отходами. Салман принимал участие в многочисленных национальных и международных конференциях по всему миру. Он является плодовитым экологическим журналистом и является автором более 300 статей в известных журналах и на веб-сайтах. Кроме того, он активно участвует в распространении информации о возобновляемых источниках энергии, управлении отходами и экологической устойчивости через свои блоги и порталы.С Салманом можно связаться по электронной почте [email protected] или [email protected].

ОСНОВЫ СГОРАНИЯ И ТЕПЛОВЫХ ПОТЕР

ПРОЦЕССЫ СГОРАНИЯ были, есть и будут в ближайшем будущем основным генератором энергии в нашей цивилизации, которая сжигает ископаемое топливо с постоянно возрастающей скоростью. Процессы должны управляться хорошо ради окружающей среды и устойчивости цивилизации.

Принципы горения являются общими для нагревателей, котлов и других форм промышленного сжигания, например.г. в печах и печах. В этом смысле термин «бойлер» является взаимозаменяемым с «нагревателем» по всему тексту (если не указано иное).

Обычные виды топлива состоят в основном из двух элементов: углерода и водорода. Во время горения они соединяются с кислородом, выделяя тепло. Ценность топлива определяется содержанием углерода и водорода. Неископаемые виды топлива, такие как биомасса и спирт, также содержат кислород в своей молекулярной структуре.

В идеале сгорание разрушает молекулярную структуру топлива; углерод окисляется до диоксида углерода (CO ₂ ), а водород — до водяного пара (H ₂ O).Но незавершенный процесс создает нежелательные и опасные продукты. Для обеспечения полного сгорания даже современное оборудование с множеством функций должно работать с избытком воздуха. То есть через горелку проходит больше воздуха (содержащий около 21 процента кислорода по объему), чем требуется с химической точки зрения для полного сгорания. Этот избыток воздуха ускоряет смешивание топлива и воздуха.

С одной стороны, этот процесс гарантирует, что почти все топливо получит кислород, необходимый для сгорания, прежде чем он охладится ниже температуры сгорания за счет контакта с поверхностями теплообмена.Это также предотвращает взрыв топлива, которое не полностью сгорело в котле.

С другой стороны, избыток воздуха тратит энергию на перенос тепла вверх по стеку. Между эффективностью сгорания и безопасностью существует тонкая грань, обеспечивающая подачу как можно меньшего количества избыточного воздуха в горелку.

Владельцы и операторы котлов захотят узнать, эффективны ли их операции. Поскольку цель состоит в повышении энергоэффективности котлов, может оказаться полезным анализ причин потерь тепла при работе котлов.

ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ в котле хорошо описаны Американским обществом инженеров-механиков (ASME) в его строгом коде проверки мощности PTC4.1 (1973). Код испытаний применим к любому типу используемого топлива. Однако большинство котлов и обогревателей в Канаде возгорается из-за природного газа или мазута. В таких системах многие потери, перечисленные в коде, не применяются. А другие системы достаточно малы, чтобы их потери можно было отнести к категории «неучтенных», для которой можно принять значение. В упрощенном методе количественной оценки КПД котла используется это уравнение:

КПД (E)% = (Выход ÷ Вход) X 100, где: Выход = Вход — Потери

или

КПД (E)% = 100 — потери, где потери можно рассчитать в соответствии с кодом проверки мощности ASME.

Поскольку в этом коде используются британские единицы измерения, необходимо преобразовать температуру в градусы Фаренгейта (ºF), а единицы нагрева в британские тепловые единицы на фунт (БТЕ / фунт), что можно сделать с помощью следующих формул преобразования:

ºF = (1,8 X ºC) + 32
БТЕ / фунт. = 0,4299 X кДж / кг

Следующие четыре основных типа потерь энергии относятся к системам природного газа и мазута.

Потери сухих дымовых газов (LDG)

Тепло теряется в «сухих» продуктах сгорания, которые несут только физическое тепло, поскольку изменения состояния не происходит.Эти продукты представляют собой диоксид углерода (CO ₂ ), монооксид углерода (CO), кислород (O ₂ ), азот (N ₂ ) и диоксид серы (SO ₂ ). Концентрации SO ₂ и CO обычно находятся в диапазоне миллионных долей (ppm), поэтому с точки зрения потерь тепла ими можно пренебречь. Рассчитайте потери сухого дымового газа (LDG) по следующей формуле:

LDG = [24 x DG x (FGT — CAT)] ÷ HHV, где

DG (фунт / фунт топлива) = (11CO ₂ + 😯 ₂ + 7N ₂ ) x (C + 0.375S) ÷ 3CO ₂
FGT = температура дымовых газов, ºF
CAT = температура воздуха для горения, ºF
HHV = более высокая теплотворная способность топлива, БТЕ / фунт.
CO ₂ и O ₂ = объемные проценты в дымовых газах
N ₂ = 100 — CO ₂ — O ₂
C и S = ​​массовая доля в анализе топлива

Сведение к минимуму избытка воздуха снижает потери сухих дымовых газов.

Потери из-за влаги при сгорании водорода (LH)

Водородный компонент топлива покидает котел в виде водяного пара, унося с собой энтальпию — или теплосодержание — в соответствии с условиями температуры и давления.Пар — это пар с очень низким давлением, но с высокой температурой дымовой трубы. Большая часть его энтальпии находится в тепле испарения. Значительные потери составляют около 11 процентов для природного газа и 7 процентов для мазута. Этот убыток (LH) можно рассчитать следующим образом:

LH (%) = [900 x H ₂ x (hg — hf)] ÷ HHV, где

H ₂ = массовая доля водорода в анализе топлива
hg = 1055 + (0,467 x FGT), БТЕ / фунт.
hf = CAT — 32, БТЕ / фунт.

Где hg — энтальпия водяного пара при 1 фунтах на квадратный дюйм манометра и температуре дымовых газов (FGT), а hf — энтальпия воды при температуре воздуха для горения (CAT).

Только конденсационный теплообменник значительно снизит эти потери.

Таблица 1. Прямой метод расчета КПД котла

1. Измерьте расход пара в кг (или фунтах) за установленный период, например один час. Используйте показания парового интегратора, если таковые имеются, и скорректируйте давление калибровки сопла. В качестве альтернативы можно использовать интегратор питательной воды, если таковой имеется, который в большинстве случаев не требует корректировки давления.
   
2. Измерьте расход топлива за тот же период.Используйте газовый или масляный интегратор или определите массу используемого твердого топлива.
   
3. Преобразование расхода пара, расхода питательной воды и расхода топлива в идентичные единицы энергии, например БТЕ / фунт или кДж / кг.
   
4. Рассчитайте КПД, используя следующее уравнение: КПД = 100 x (энергия пара — энергия питательной воды) ÷ энергия топлива

Потери из-за излучения и конвекции (LR)

Эта потеря происходит от внешних поверхностей работающего котла. Для любого котла при рабочей температуре потери постоянны.Выраженные в процентах от тепловой мощности котла, потери возрастают по мере уменьшения мощности котла. Следовательно, работа котла с полной нагрузкой снижает процент потерь. Поскольку площадь поверхности котла зависит от его объема, относительные потери ниже для большего котла и выше для меньшего. Вместо сложных расчетов определите потери на излучение и конвекцию, используя стандартную диаграмму, доступную в Американской ассоциации производителей котлов (ABMA).

Неучтенные убытки (LUA)

По причинам, указанным ранее, используйте предполагаемое значение потерь 0.1 процент для котельных систем, работающих на природном газе, и 0,2 процента для систем, работающих на жидком топливе.

Затем рассчитайте КПД следующим образом:

КПД (E)% = 100 – LDG – LH – LR – LUA, где

LDG = Потери сухого дымового газа
LH = Влага из-за потери водорода
LR = Потери радиации и конвекции
LUA = Потери без учёта

Начните программу управления энергопотреблением котельной, оценив текущий КПД котла. Затем регулярно контролируйте производительность котла, чтобы оценить эффект от принятых мер по энергосбережению и установить цели по улучшению.

Самый простой способ рассчитать эффективность преобразования топлива в пар — это прямой метод расчета (см. Таблицу 1) с использованием данных о производстве пара и расходе топлива из журналов эксплуатации. Однако этот метод может быть не таким точным, как косвенный метод, из-за ошибок в измерении расхода топлива и расхода пара.

Предыдущая страница | Содержание | Следующая страница

Контроль горения в котле, парогенераторе или технологическом нагревателе

Оптимизация соотношения воздуха и топлива для повышения эффективности процесса

Тепловые расходомеры идеально подходят для оптимизации контроля горения путем мониторинга соотношения воздуха и топлива в промышленных котлах, парогенераторах и др. технологические нагреватели.

Одним из наиболее важных способов снижения потребления энергии в производственной среде является оптимизация управления горением в промышленных котлах, парогенераторах и технологических нагревателях. За счет контроля расхода воздуха и топлива в горелках достигается оптимальное соотношение воздуха и топлива. Это приводит к значительному снижению затрат на энергию природного газа (или пропана) и повышает эффективность процесса, а также качество и выход продукции.

Экологический регламент и ISO 50001

В рамках общей стратегии по сокращению выбросов в масштабах предприятия многие местные и государственные юрисдикции имеют экологические нормы, требующие использования расходомеров на всех средних и крупных отопительных установках.За счет настройки горелок на сокращение избыточного расхода топлива сокращаются выбросы и экономится энергия. Кроме того, недавно обнародованные стандарты ISO 50001 определяют передовые методы управления энергопотреблением, и мониторинг топливопровода будет играть большую роль. Обычные приложения для мониторинга потока в топливной магистрали можно найти в различных отраслях промышленности, включая текстильную, стекольную, автомобильную, алюминиевую и стальную, пищевую, целлюлозно-бумажную, энергетическую, химическую и нефтеперерабатывающую.

Тепловые расходомеры

Руководство по применению природного газа

Тепловые массовые расходомеры — идеальные приборы для этого применения.Sage Prime предлагает как простые в установке встраиваемые тепловые массовые расходомеры, так и встроенные тепловые расходомеры со встроенными кондиционерами потока, которые контролируют расход воздуха и топлива в горелку. Эти массовые расходомеры прямого действия не требуют отдельных датчиков температуры или давления, не имеют движущихся частей, обладают высокой точностью и воспроизводимостью, а также имеют незначительный перепад давления. Измерители тепловой массы Sage имеют исключительный диапазон значений от 100 до 1, а также быстрый отклик.В дополнение к управляющему выходу расхода 4–20 мА, счетчики также обеспечивают импульсные выходы потребления в сочетании с полностью совместимой с Modbus связью RS485 RTU. Счетчики также оснащены яркими графическими дисплеями расхода, сумматором без сброса (часто требуется для отчетности по окружающей среде), показаниями температуры, а также непрерывной диагностикой.