Самый древний и простой способ добыть тепло – сжечь попавшееся под руку полено. Этот процесс настолько банален, что какие-либо разговоры о его технологическом усовершенствовании могут показаться смешными. Но инженеры, разработавшие газогенераторные котлы на твердом топливе, нашли все-таки возможность сделать традиционный метод получения тепловой энергии более эффективным.
Принцип действия
Появление пиролизного или газогенераторного оборудования наглядно показало, что мир высоких технологий способен дотянуться даже до таких устройств, как простые бытовые котлы на дровах. Усовершенствования, которым были подвергнуты эти агрегаты, можно смело назвать революционными. В чем же они заключаются? Как выяснилось, обычную деревянную чушку можно сжечь очень хитрым способом, разбив процесс сгорания на две стадии.
Первая представляет собой тление древесины, которое наблюдается при недостатке кислорода в камере сгорания. Оно сопровождается выделением некоторого количества теплоты и, что больше всего порадовало изобретателей, образованием так называемого древесного газа. Этот процесс называют пиролизом или газогенерацией. Древесный газ не имеет определенной химической формулы, он представляет собой смесь, состоящую из:
- окиси углерода (СО3 – около 57%, СО – около 32%);
- водорода;
- метана;
- паров угольной кислоты;
- ненасыщенных алифатических углеводородов.
Из одного килограмма дров выделяется около 200 г или 0,15 кубометра (при нормальных условиях) летучих веществ. Замечательная особенность древесного газа состоит в том, что он сам по себе также является топливом. На различных стадиях газогенерации его калорийность может достигать 4800 кал/куб. м. Сгорание этого газа и представляет собой вторую стадию сжигания топлива, происходящего в газогенераторном котле.
Поскольку процесс образования древесного газа (первая стадия) и его дожигание (вторая стадия) осуществляются при различных условиях, отличающихся количеством подаваемого воздуха, пиролизные котлы оснащаются двухкамерной топкой. В первой камере происходит тление топлива с газогенерацией, затем древесный газ через форсунку поступает во вторую камеру, куда подается воздух и где происходит его (газа) сгорание. Вторая камера может располагаться как над первой (пиролизной), так и под ней. Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки.
Работающие на пиролизной технологии агрегаты являются разновидностью так называемых котлов длительного горения. Это название обусловлено тем, что порция топлива в таком котле сгорает дольше, чем в обычном, отдавая заложенную в нем тепловую энергию постепенно. Главным достоинством котлов длительного горения является их способность работать долгое время (по сравнению с обычным котлом) без участия пользователя, то есть без закладки новой порции топлива. Для того чтобы продлить этот период, современный газогенераторный котел может совмещать пиролиз с принципом верхнего горения топлива. Преимущества последнего можно продемонстрировать на наглядном примере с двумя одновременно зажженными спичками. Если одну из них развернуть головкой вверх, а вторую – головкой вниз, то первая будет гореть несколько дольше.
Эксплуатация газогенераторных котлов на дровах является наиболее эффективной, но топить эти агрегаты можно и другими видами топлива – углем (бурым и каменным) или торфом.
Преимущества и недостатки
Перечень основных достоинств котлов данного вида выглядит следующим образом:
1. Увеличенная продолжительность горения порции топлива, о чем уже было сказано выше.
2. Высокий уровень автоматизации.
Управлять процессом сжигания газа гораздо проще и удобнее, чем твердого топлива в чистом виде. Поэтому пиролизные котлы более оперативно реагируют на изменения температуры теплоносителя, чем прочее твердотопливное оборудование.
В зависимости от типа применяемой автоматики газогенераторные котлы делятся на энергозависимые и энергонезависимые. В первом случае используются электронные датчики и блоки управления, которые нуждаются в подключении к электричеству. Если электроснабжение вследствие погодных или иных причин нарушено, такой котел оказывается неработоспособным. Второй вариант – энергонезависимые котлы – легко обходятся без электричества, поскольку для управления мощностью в этих агрегатах используются механические регуляторы.
Примером такого устройства может служить регулятор FR124 фирмы Honeywell. Его главной составляющей является биметаллический элемент, который устанавливается в теплообменник котла. Этот элемент связан цепочкой с воздушной заслонкой, благодаря чему он может менять ее положение (а соответственно и объем подаваемого в камеру сгорания воздуха) в зависимости от температуры теплоносителя. Механический регулятор можно связать и с форсункой, через которую древесный газ поступает из газогенератора в камеру сгорания. Таким образом, будет регулироваться количество сжигаемого в единицу времени топлива.
Энергонезависимые газогенераторные котлы менее функциональны, чем их электронные конкуренты, но для регионов с частыми проблемами в электроснабжении они являются более предпочтительными.
3. Экономичность.
Пиролизная технология позволяет «выжать» из топлива почти весь его теплотворный потенциал. Если эксплуатировать газогенераторные котлы на дровах, их КПД может достигать 93%. Для других видов твердотопливного оборудования столь высокий уровень теплоотдачи является пока недостижимым.
4. Минимальный уход.
Способ, которым топливо сжигается в пиролизном котле, обеспечивает незначительное образование золы и практически полное отсутствие сажи. Вследствие этого владельцу приходится очень редко заниматься чисткой котла, а дымоход его внимания вообще не требует.
5. Экологичность.
Выводимые из газогенераторного котла в атмосферу продукты сгорания топлива содержат значительно меньше вредных для экологии веществ (например, угарного газа), чем те, которые имеют место в случае применения любой другой разновидности твердотопливных нагревателей.
К недостаткам основанных на принципе газогенерации твердотопливных котлов относят следующее:
1. Высокие требования к типу топлива и его качеству.
Для максимального эффекта в качестве топлива следует применять только древесину. Если эксплуатировать газогенераторные котлы на угле, их КПД будет снижаться. Влажность древесного топлива не должна превышать 20%, при более высоких показателях пиролиз будет невозможен.
2. Высокая стоимость.
3. Из-за опасности образования конденсата температура теплоносителя на входе в котел должна быть не менее 60 градусов.
Заключение
Интерес, который пиролизные газогенераторные котлы на твердом топливе вызывают у потребителей, вполне обоснован. Эти агрегаты являются наиболее прогрессивной разновидностью твердотопливного отопительного оборудования. Некоторые имеющиеся недостатки оказываются весьма незначительными на фоне таких преимуществ, как экономичность, высокий уровень автоматизации и возможность длительной работы без участия пользователя. Хочется надеяться, что производители таких котлов не будут останавливаться на достигнутом и в будущем предложат миру немало интересных разработок.
