Плюсы и минусы различных видов твердого топлива для котлов: древесина и её производные

Самый дешёвый вид топлива для бытовых котлов — магистральный газ. Самые надёжные и безопасные — электрические котлы. Однако газопроводы дотянулись далеко не до всех населённых пунктов, а стоимость эксплуатации электрического котла высока, да и не везде есть возможность получить необходимую для него электрическую мощность. 

Горящие дрова
Горящие дрова

Поэтому для многих владельцев частных домов и дач остаётся выбор между отопительными приборами, работающими на жидком или твёрдом топливе. Давайте поподробнее рассмотрим плюсы и минусы различных видов твердого топлива для котлов.

Что такое твёрдое топливо и каким оно бывает

Очевидно, что твёрдое топливо, в отличие от газа или простонародной солярки (что на самом деле есть дизельное топливо или соляровое масло), твёрдое, то есть существует в виде плит, кусочков, брусочков или иной формы, не растекающейся и не испаряющейся. Но у любого вида топлива есть одна общая черта: во всех этих горючих веществах главным элементом является углерод. Зарождается он благодаря Солнцу и процессу фотосинтеза в зелёных частях растений, в результате которого в клетках образуются сложные органические соединения на основе углерода, которые впоследствии и превращаются в горючие вещества — топливо.

Основа - фотосинтез
Основа — фотосинтез

Физика в топке

Главная характеристика всех видов топлива — теплотворная способность, удельная теплота сгорания. Это физическая величина, характеризующая количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы топлива. Обычно в качестве единицы используется масса (один килограмм) или объём (один кубический метр).

Процесс горения
Процесс горения

Чем значение удельной теплоты сгорания топлива выше, тем меньше его расход, а КПД сжигающего прибора больше. Для владельца котла это означает, что процесс отопления будет более экономичным.

Химия процесса горения

Теплотворная способность разных видов топлива зависит от его химического состава: от количества углерода, а также других примесей (кислорода, азота, серы и водорода). Углерод и водород являются основными носителями энергии, которая при сгорании превращается в тепло. Азот и кислород в процессе горения не участвуют, это балластные вещества, их присутствие в топливе уменьшает процентное количество главных элементов — углерода и водорода. 

Кислород, кроме того, образует соединения с углеродом и водородом и этим выводит некоторую их часть из процесса горения. Сера в твёрдом топливе содержится в двух видах: в виде летучей серы, тоже участвующей в горении, и в виде негорючих сульфатов, которые остаются в золе — балластных минеральных веществах, неспособных гореть.

Зола - балластные минеральные вещества, не способных гореть
Зола — балластные минеральные вещества, не способных гореть

Чем больше в топливе минеральных (негорючих) веществ, чем больше образуется золы, тем сильнее снижается эффективность топлива, потому что горючие вещества в нём заменены балластными. Показатель «зольность» — вторая значимая характеристика качества топлива.

Присутствие серы в топливе загрязняет продукты сгорания, выделяясь в виде сернистого газа (сернистого ангидрида) — токсичного вещества, которое при взаимодействии с кислородом окисляется до трёхокиси серы, а при взаимодействии с водой образует серную кислоту, разъедающую металлические поверхности котельного оборудования. Попадая в атмосферу, эта кислота выпадает в виде кислотных дождей. 

А трубы дымят...
А трубы дымят...

Вообще-то для сложного физико-химического процесса горения в качестве топлива может использоваться всё что угодно: главное, чтобы процесс шёл и тепло выделялось. Так, во многих районах, где доступ к прочим видам горючих веществ (например, древесине или углю) ограничен или невозможен, в качестве топлива издавна использовались и применяются по сей день кизяки — высушенный навоз крупного (и не очень) рогатого скота, смешанный с соломой. 

В сельских районах на севере Индии брикеты из высушенного коровьего и овечьего навоза сегодня применяются даже на теплоэлектростанциях для выработки электроэнергии. По своим физическим характеристикам (удельной теплоте сгорания) коровьи лепёшки вполне сравнимы с углём.

Коровьи лепёшки, предназначенные для отопления, сушатся во дворе
Коровьи лепёшки, предназначенные для отопления, сушатся во дворе

Но современного владельца загородного дома чаще всего сложно представить раскладывающим кизяки в своём дворе на просушку для будущего отопительного сезона. Да и с коровьими лепёшками нынче во многих местах ситуация напряжённая. Поэтому не станем углубляться в тонкости оптимальных пропорций навоза и соломы, а также методов правильной сушки кизяков. 

Обратим внимание на плюсы и минусы распространённых видов твердого топлива: древесиныугляторфа.  Для бытовых котлов чаще всего используют именно эти виды горючих веществ, а в промышленных масштабах ещё применяют горючие сланцы и кокс
 
Специалисты разделяют твёрдое топливо на ископаемое — то есть образовавшееся в результате метаморфизма из органических остатков миллионы лет назад под действием большого давления и температур, и неископаемое — к этому виду топлива относится древесина и её технологические производные.
 

Дрова 

Дрова — самый простой вид топлива, доступный без геологических изысканий и разработок. Наверное, каждый в своей жизни хотя бы раз сидел у костра, наслаждаясь завораживающей магией танца языков пламени и теплом.

Заготовка леса
Заготовка леса

Дровяное отопление на территории нашей страны — один из самых распространённых исторически сложившихся вариантов. И в современной ситуации дрова есть в свободном доступе на большей части территории нашей страны, а их стоимость в сравнении с другими видами топлива относительно невелика. На современном рынке отопительных приборов имеется много моделей котлов разной степени сложности, рассчитанных именно на использование дров

К примеру, в модельной линейке компании Viessmann представлено четыре вида котлов, разработанных для сжигания дров и топливных брикетов: от небольшого Vitoligno 100-S мощностью до 20кВт, до Vitoligno 250-S, «проглатывающего» поленья длиной до метра. Этот котёл, имеющий объём топки до 500 литров, позволит получить мощность от 40 до 170 кВт.

В нашей стране, в отличие от Европы, до сих пор лесов в достатке, в том числе и для целей обогрева жилья. Хотя попробуем подсчитать. Социальная норма дров на отопление, полагающаяся бесплатно всем сельским жителям с печным отоплением — 15 кубометров. Этого количества достаточно для обогрева среднего дома весь отопительный сезон. Норма существует ещё с советских времён, до сих пор её не отменили. Это примерно 70 деревьев диаметром 200 мм и высотой 6 метров — то есть вырубается целая роща на каждое домовладение с печкой каждую зиму...

Минус одна роща на отопление одного дома каждую зиму...
Минус одна роща на отопление одного дома каждую зиму...

Если отвлечься от глобальных проблем экологии планеты, связанных с вырубкой лесов, то дрова (при условии, что они качественные, то есть сухие и из твёрдых пород, например, берёзовые) имеют следующие характеристики:
  • довольно высокая теплотворная способность. В древесине содержится 50-58% углерода, удельная теплота сгорания древесины до 15 МДж/кг;
  • при сгорании образуется относительно малое количество золы;
  • в дровах нет серы;
  • сгорание дров не наносит активного вредного воздействия на окружающую среду.

Из отрицательных качеств дров можно назвать объёмность: запас топлива на отопительный сезон может занимать много места. При этом нужно учесть, что оптимальной влажности дрова достигают при одно- двухлетней выдержке, и поэтому обычно делается запас на два года.

Поленница дров
Поленница дров

Ещё один минус дров — необходимость их предварительно обрабатывать: пилить, колоть, складывать в поленницу. Можно купить уже колотые дрова, но тогда увеличивается стоимость. Другой немаловажный момент заключается в том, что высокая теплота сгорания дров во многом зависит от их сухости. Поэтому место для хранения должно быть не только просторным, но и защищённым от воздействия атмосферных осадков. 
 

Топливные брикеты — евродрова

Существует альтернатива привычным поленьям — так называемые евродрова. Это спрессованные в форме полена или кирпичика отходы деревообрабатывающего производства, пищевой промышленности или сельского хозяйства. При производстве топливных брикетов не используются клеящие составы: сырьё подвергается распариванию и прессованию, частички соединяются между собой только природным полимером — лигнином.

В моделях отопительных котлов, рассчитанных на топку обычными дровами, можно использовать и евродрова. 

Твердотопливный котёл для использования дров или топливных брикетов
Твердотопливный котёл для использования дров или топливных брикетов

Наиболее распространены в продаже такие типы топливных брикетов
  • пини-кей (pini-kay);
Они имеют вид четырёх- или шестигранного «полена» с продольным отверстием, цвет поверхности обычно тёмный. Брикеты типа «pini-kay» изготавливаются на шнековых прессах с давлением около 1000 бар, поэтому имеют самую высокую плотность — от 1,08 до 1,40 г/см³. Отверстие в «полешке» улучшает циркуляцию воздуха в топке и увеличивает площадь горения, а значит повышает эффективность сжигания топлива

Топливные брикеты пини-кей
Топливные брикеты пини-кей

Тёмный цвет брикету пини-кей придаёт термообработка, поэтому они более влагоустойчивы. Термообработка — нагрев до +200 градусов Цельсия без доступа кислорода — увеличивает и показатели горения.

  • нестро (nestro), другое торговое наименование — нельсон;
Топливные брикеты нестро изготавливаются на ударно-механических или гидравлических прессах, создающих давление 400-600 бар, поэтому имеют меньшую плотность — 0,9-1,2 г/см³. Как правило, они цилиндрической формы, могут иметь отверстие или быть без него.

Топливные брикеты нестро
Топливные брикеты нестро

  • руф (RUF);
Топливные брикеты, выпускаемые под торговой маркой RUF, имеют форму кирпича, поэтому часто называются «кирпичики». Производятся на гидравлических прессах с давлением в 300-400 бар. У них самая малая плотность — 0,75-0,8 г/см³.

Топливные брикеты в целом обладают такой же теплотворной способностью, что и обычные дрова, потому что сырьё для их производства — та же древесина. 

Топливные брикеты руф
Топливные брикеты руф

Но за счёт большей плотности и меньшей, чем у дров, влажности (4-6%), у брикетов более высокая удельная теплота сгорания. Так пини-кей выделяют 4538 ккал/час (для сравнения: древесина берёзы — 3538 ккал/час).

На теплотворную способность топливных брикетов, помимо технологии изготовления, влияет качество и вид исходного сырья. Есть брикеты из хвойных и лиственных пород древесины, а также смешанные и с добавками другого растительного сырья. Самые «тёплые» — брикеты, в которых используется шелуха подсолнечника. От них получается мало золы и бонус в составе: из-за использования лузги подсолнуха присутствует масло, которое имеет большую удельную теплоту сгорания, чем древесина. Но зато брикеты из шелухи семечек активнее загрязняют дымоход сажей — всё из-за наличия того самого масла.

Есть сажа - есть работа для трубочиста
Есть сажа — есть работа для трубочиста

На втором месте по отдаче тепла — брикеты из древесных опилок: изделия этого типа по количеству получаемого тепла соизмеримы с деревянными. Самую малую теплоотдачу имеют искусственные поленья, спрессованные из рисовой шелухи.

Выбирая евродрова, нужно учитывать не только теплотворную способность того или иного сырья, но и зольность, то есть процент балластных веществ в исходном сырье. Брикеты из рисовой шелухи, помимо более низкой удельной теплоты сгорания, имеют и высокую зольность — около 20% (сравните с 2,5% золы при сгорании древесины — неважно, в виде полена «классик» или «европолена»).

Ещё один момент, на который следует обратить внимание при покупке, — размер брикетов. Самые качественные, произведённые из однородного сырья на современном оборудовании, имеют толщину 60-80 мм и длину 250-350 мм. Дешёвые — потоньше и покороче: диаметр 40-60 мм и 50-150 мм в длину. Это связано с более рыхлой структурой: «полешки» большого формата развалятся под собственным весом. Рыхлость структуры, естественно, влияет и на теплотворную способность.

Для тех, кто задумывается о вопросах экологии, топливные брикеты — наиболее предпочтительный вид топлива. Для их производства используются отходы: опилки, шелуха риса, гречихи или семян подсолнечника, стебли кукурузы, сено, тырса и прочее, а не целые деревья.

Лузга подсолнечника
Лузга подсолнечника

Топливные брикеты более компактны и технологичны в использовании, чем привычные поленья: ровные цилиндры с отверстиями можно более плотно уложить в топке, чем кривые и сучковатые природные дрова. Но в их использовании есть и явные минусы.

Высокая стоимость евродров в сравнении с обычными дровами.

В интернете можно найти статьи, в которых приводятся расчёты, демонстрирующие экономическую выгоду топливных брикетов. Утверждается, что несмотря на более высокую изначальную стоимость за тонну, при сжигании европолена конечных киловатт вы получите почти в два раза больше, чем спалив обыкновенное. 

Но если подсчитать более скрупулёзно, то получается следующее: тепла от европолена вы действительно получите больше, чем от привычного берёзового. Но не в два раза, как обещают, а примерно на треть — на 26%. А денег за этот полученный кВт/час заплатите на 55% больше. Причём я в своих расчётах использовала стоимость уже колотых дров, которые стоят дороже. 

Колотые дрова
Колотые дрова

А если принять во внимание, что в цене машины дров уже заложена стоимость не только их самих, но и доставки, а приобретённые топливные брикеты нужно ещё привезти в дом, да и не везде они свободно продаются, то выбор для многих становится очевидным. В своих подсчётах я ориентировалась на стоимость брикетов пини-кей — самых дорогих, но и самых эффективных по теплоотдаче.

Топливные брикеты нужно правильно хранить

Технология производства брикетов из опилок не предполагает повышенной влажности при хранении. Это значит, что если вы планируете хранить их так же, как и обычные дрова (под навесом на улице), то через довольно непродолжительное время можете получить вместо ровных европолешек кучу исходного сырья — опилок.

Пеллеты — топливные гранулы

Помимо евродров, из подобного сырья (опилок, соломы, шелухи, куриного помёта) производится и другой вид топлива — топливные гранулы. В европейских странах их начали выпускать ещё в середине прошлого века. А сейчас пеллетный котёл — один из самых распространённых отопительных приборов в Америке и Европе. До 80% всех котлов приходится именно на те, что рассчитаны на топливные гранулы.

Исходное сырьё дробилками перемалывается в муку, которая поступает в пресс-гранулятор, сжимающий её в гранулы диаметром 6-8 мм и длиной около 50 мм. В разных странах приняты различные стандарты размеров гранул. Так же как и топливные брикеты, гранулы имеют большую плотность и меньшую влажность в сравнении с дровами.

Топливные пеллеты
Топливные пеллеты

Их удельная теплота сгорания такая же, как и у дров — 3,5 кВт/час. Кроме светлых, вы можете увидеть в продаже и гранулы чёрного цвета. Это термообработанные пеллеты, они могут называться био-уголь. Торрефицирование (термообработка) значительно увеличивает теплотворную способность, уравнивая термообработанные гранулы с древесным углём.

Различают три сорта топливных гранул:
  • Стандарт — гранулы тёмного цвета, так как для их изготовления используют (помимо опилок) лузгу подсолнечника и гречишную шелуху. Для сорта «стандарт» допустимый процент зольности — 3%. Это наиболее популярный вид пеллет, потому что при хороших показателях получения тепла они имеют небольшую стоимость.
  • Премиум — гранулы белые или светло-серые. Характеризуется высокими показателями удельной теплоты сгорания и низкой зольностью — 0,4%. 
  • Индустриальный — используется в промышленных котлах. Гранулы грязно-серого цвета изготавливаются из отходов древесины с корой, имеют самую низкую стоимость.   

Для использования топливных гранул нужны котлы специальной конструкции — с бункером и топливной камерой, рассчитанной на такой вид топлива.

Пеллетный котёл
Пеллетный котёл

Благодаря технологичности горелки, эффективность пеллетного (гранульного) котла выше других твердотопливных котлов и сравнима с производительностью газовых моделей.

Опилки и щепа

Опилки и щепа используются не только как сырьё для производства топливных пеллет и брикетов, но и как самостоятельный вид твёрдого топлива. Использование отходов деревообработки позволяет решить проблему, актуальную для большинства твёрдотопливных котлов: длительное горение. 

В газовых или жидкотопливных котлах вопрос непрерывной подачи горючего решён поддержанием давления, которое обеспечивает автоматика котла и давление топлива в магистрали. В твёрдотопливных моделях владелец должен одновременно быть и кочегаром: топка имеет фиксированные размеры и после того, как заложенная порция топлива прогорит, потребуется закладывать новую. Котлы, рассчитанные на топку опилками, имеют бункер, позволяющий обеспечить непрерывную подачу топлива для равномерной работы в течении 10-12 часов. Поэтому они — приборы длительного горения.

Опилки для топки котла
Опилки для топки котла

Такое же устройство (с бункером для автоматической подачи топлива) у моделей для угля и пеллет, но использование отходов деревообработки позволяет решить проблему длительного горения очень выгодно экономически: на лесопилках щепа и опилки бесплатны или очень дёшевы. Это одно из главных преимуществ котла на опилках. Там, где есть лесопилка, стоимость отходов может быть нулевая, и, при условии самовывоза, топливо для вашего котла станет совершенно бесплатным, за исключением расходов на доставку. 

В этой статье вы увидели сравнение разных видов неископаемого твёрдого топлива: древесины и её производных (топливных брикетов и гранул), а также опилок и щепы. В следующем материале рассмотрим виды ископаемого твёрдого топлива: разных видов угля, торфа и их производных.

Статья размещена в разделах: , , виды, , , , , , ,
Автор статьи:




Пожалуйста, оставьте комментарий

Или через: