Главная › Новости

Топливо для печей и котлов: какое подойдет, обзор параметров

Опубликовано: 03.09.2018

Печь возводится однажды, а топить ее нужно все время, с одной стороны. С другой – конструкция печи во многом, если не полностью, определяется видом используемого топлива. А его доступность существенно зависит от запасов местных ресурсов в регионе. Так что печку выплясывают от топлива.

Современная теплотехника позволяет сжечь до углекислого газа, воды и золы все, что в принципе может гореть, и кое-что из того, что в принципе гореть не может. Это не только шутка. Чего можно ожидать от сгорания топлива в печи? И насколько простой и эффективной может быть печь на таком-то, или таких-то видах топлива? Это зависит от его свойств:

Агрегатного состояния – твердое, жидкое, газообразное; Удельной теплотворной способности, или теплоты сгорания; Удельной стоимости; Скорости сгорания; Температуры сгорания; Способности обводняться; Зольности; Содержания высших органических соединений; Содержания серы; Активности.

Твердь, жидкость или газ?

Схема мини-котельной

При тщательном рассмотрении (для которого, к сожалению, здесь нет места) по совокупности качеств наилучшими пока оказываются природный газ и жидкие топлива. Но самостоятельно делать печку под них лучше не пытаться: без промышленного оборудования и отлаженной технологии за это не возьмется и опытный теплотехник. Точнее, тем более не возьмется, зная, что к чему.

И есть нюанс: поскольку это топливо отдает тепло практически мгновенно, одной печкой не обойдешься. Для сжигания нужен тоже сложный комплекс оборудования. Для примера – см. на рис. схему домовой мини-котельной. Стоит такое немало, и экономически (и экологически) оправданным оказывается для домовладений жилой площадью более 120-150 кв. м.

Примечание: КПД даже небольшого газового или мазутного котла с автоматикой достигает 90% и более. Почти все потери в централизованных котельных приходятся на трубопроводы.

Самодельной же печкой можно обогреть и снабдить горячей водой до 60-100 кв. м. жилых. Больше – сложность работ и затраты настолько возрастают, что дешевле и проще оказывается поставить двухконтурный газовый котел. Если, конечно, есть подвод газа. В таком случае нужно ориентироваться на низшее из указанных значений; при баллонном газе – на высшее.

Исключение – пиролизная (точнее, газогенераторная) печь на отработке или темном печном топливе. Ее, с соблюдением условий безопасности, несложно сделать самому. Но обогреваемая площадь – до 40-60 кв. м, отбор тепла для ГВС затруднен, а устройство полнопоточного водогрейного контура вряд ли возможно. Т.е. область применения – гараж , дача , небольшой жилой дом , при условии, что печка в пристройке.

Примечание: пиролизное масло – не топливо для пиролизных печей . Оно – продукт быстрого (50-30 с) бескислородного пиролиза отходов деревообработки при температуре около 600 градусов. Пиролизное масло довольно сильно обводнено, имеет кислую реакцию, т.е. химически агрессивные компоненты в своем составе и содержит до 2% и более серы. Сжигают его в промышленных котлах и печах при помощи специальной горелки.

Теплота сгорания и стоимость

Формальное содержание этого пункта особых пояснений не требует: килокалории или джоули. Можно только напомнить, что 1 ккал = 4,3 кДж. Т.е., если теплота сгорания 10 000 ккал/кг, то в джоулях это будет 43 000 кДж/кг или 43 МДж/кг, для твердого топлива. Для газообразного – килокалориях или кило/мега джоулях на кубометр. Для жидкого справочники дают или на килограмм, или на литр/кубометр.

Теплота сгорания общеупотребительных видов топлив колеблется от 1800 ккал/кг (бросовая древесина: ольха, ракита, подгнивший сырой хворост) до почти 11 000 ккал/кг (полиэтилен и другие органические полимеры), что в мегаджоулях будет от 7,74 МДж/кг до 47,14 МДж/кг у полиэтилена.

Здесь уже обнаруживается нюанс: полностью сжечь можно все, но цена-то килограмма разная! Поэтому делаем так:

Производим теплотехнический расчет мощности обогрева помещения. Даем к нему запас в 10-20% на ГВС. Даем к полученному еще 50% запас на аномальные холода. Полученное значение ДЕЛИМ на КПД выбранной печи. По полученной потребной тепловой мощности печи и удельной теплотворной способности топлива определяем его массовый/объемный расход. Умножив расход на стоимость, получаем удельную стоимость отопления. Повторяем процедуру для разных печей и топлив, пока не выйдем на минимум по цене.

Примечание: отопительные приборы с КПД менее пороговых 70% можно не рассматривать. Даже если нам лично экология фиолетовым по желтому побоку, дополнительных налогов и штрафов если где-то еще и нет, то будут. Обязательно.

Скорость сгорания

В самодельных печах без сложной автоматики наблюдается четкое соответствие: чем быстрее сгорает топливо, тем меньшего КПД печи можно добиться и тем сложнее получается ее конструкция. Причина проста: без недоступных самодельщику технологических ухищрений выделившееся сразу большое количество тепла трудно уловить и направить в помещение, или в водогрейку, прежде, чем оно вылетит в трубу. Поэтому имеет смысл только самодельная печь на медленно горящем топливе – твердом, маслах, нефтешламе и т.п. Или печь медленного горения, где процесс сгорания искусственно замедляется.

По скорости сгорания среди твердых топлив выделяется каменный уголь. Она у него очень неравномерна по мере сгорания. Вначале, когда идет газификация, пламя бушует. А затем, когда остается чистый карбон (аморфный углерод, кокс) начинается медленное тление. А сделать печь с высоким КПД и в том, и в том режиме горения, не так-то просто.

Температура сгорания

Это палка о двух концах. Один конец – чем выше температура, тем проще добиться полного сгорания и высокого КПД. С другой стороны, опять же, извлечь и направить куда нужно тепло становится труднее; вследствие большого температурного градиента оно так и норовит вылететь в трубу. Поэтому усложняется конструкция печи. Кроме того, при высокой температуре сгорания нужны дорогие жаропрочные материалы.

В целом, чем ниже температура сгорания, тем проще и эффективнее оказывается печка. Корявые самодельные конструкции на тлении при 600 градусах (печи медленного горения) могут дать КПД более 85%. От дровяной/угольной печи (800-900 градусов) в самодеятельном исполнении трудно добиться КПД более 75%, и нередко оказывается, что с гордостью представленная на видео конструкция до конца отопительного сезона прогорела или потрескалась.

Примечание: максимально достижимая в самодельных конструкциях температура сгорания примерно 1100 градусов; это пиролизные и газогенераторные печи. Выше – без спецсталей и огнеупоров выдержит разве что несколько пробных топок.

Обводненность

Обводнение топлива отбирает тепло не только и не столько на испарение воды. При высокой температуре при наличии катализатора – углерода – еще больше энергии уходит на химическое восстановление воды и соединение выделившегося кислорода с атмосферным азотом. Водность топлива в процентах по весу обозначается как W.

Способность топлива поглощать влагу во-первых, уменьшает его теплоту сгорания. У дров – вдвое и более при повышении влажности с 20% до 50%. Обводненное жидкое топливо может оказаться и взрывоопасным. А едва влажный бурый уголь самовозгорается, поэтому его и не транспортируют от мест добычи, ТЭЦ на буром угле строят возле добычных карьеров.

Печь, работающая на обводненном жидком топливе, должна быть снабжена специальной горелкой и системой подготовки топлива. Твердотопливная – сложным дымовым трактом, в котором восстановленные компоненты и окислившийся азот не остынут прежде, чем распадутся до исходных и отдадут обратно тепло.

Зольность

Зольность вычисляется просто: вес твердого остатка (золы) делим на исходный вес закладки. Если из килограмма топлива остается 30 грамм серенького порошочка – зольность его 3%. Зольность топлива в спецификациях обозначается большой буквой A.

Зольность характеризует более хозяйственные особенности печи. Золу нужно выгребать, с одной стороны. С другой, зола большинства видов топлива – прекрасное удобрение.

Высшая органика

Это высшие спирты, соединения фенольного ряда, полимеры и т.п. С одной стороны, они имеют очень большую теплотворную способность, что видно на примере хотя бы полиэтилена. С другой – при температуре ниже 900 градусов дают много нагара и сажи. Или сжигать нужно очень медленно, на тлении, чтобы успели распасться.

Сера и горючие минералы

Горючие минеральные компоненты, кроме углерода, почти все очень вредны. Особенно – сера. Она при сгорании дает окислы серы (ангидриды), а они в атмосфере – сильные, ядовитые и очень «парниковые» кислоты. Топливо с содержанием серы более 1% считается непригодным для быта; допустимая доля мышьяка, фосфора и прочих горючих минералов – до 0,1%

Активность

Активность топлива – параметр условный. Она характеризует способность топлива вспыхивать и сгорать самого по себе.

Предельно активным считается топливо, вспыхивающее от искры, причем зона горения сразу распространяется по всей его поверхности. Высокоактивное топливо требует поджога небольшим количеством еще более активного или с помощью фитиля, но затем на открытом воздухе быстро и по всей поверхности разгорается. Средне активное требует розжига более активным топливом и без дополнительных мер (пошуровать, поворошить) или наддува на открытом воздухе полностью не сгорает. Горение низкоактивного топлива может проходить только в специальных устройствах после розжига.

Активность топлива мало зависит от его теплотворной способности, но гораздо более – от агрегатного состояния, температуры кипения (для жидкого топлива) и степени измельчения (дисперсности) для твердого. К примеру, бензин и этиловый спирт при комнатной температуре предельно активны. В солярке при комнатной температуре факел гаснет, но, распыленная форсункой, она при 90 градусах сама вспыхивает на открытом воздухе. Древесина в виде дров средне активна, в виде сухой стружки – высокоактивна, а в виде опилок – очень слабо активна.

Примечание: по ТУ температура вспышки летнего дизельного топлива – 62 градуса. Но это в закрытом тигле.

О пеллетах

О печной проблеме думают не только самодельщики. Ныне налажен широкомасштабный выпуск практически идеального твердого топлива для бытовых печей – топливных пеллет, см. рис.

Топливные пеллеты

Делают пеллеты из любой бросовой высушенной биомассы методом сухого горячего прессования. Теплота сгорания пеллет – 13-20 МДж/кг. Водность менее 10%; зольность – до 5%; активность — средняя. Сгорают пеллеты полностью до углекислого газа и воды без дополнительных мер; содержание вредной неорганики (сера и элементы ее группы, тяжелые металлы) – практически нулевое.

Стоимость пеллет на рынке оптом – до 5000 руб. за тонну. Есть в продаже и пеллеты в мелкой расфасовке, для выездов на пикник, на дачу и т.п. Расчеты специалистов на спасительную для человечества роль бытовых печей как раз и основаны на предположении о широком использовании пеллет.