Викопне тверде паливо (вугілля, сланці, торф) відноситься до поновлюваних (вичерпним) видам енергетичних ресурсів (джерел енергії), всі інші види твердого палива - до поновлюваних (поновлюваних за короткий проміжок часу). Якщо для опалення використовується деревина і замість зрубаних дерев насаджуються і вирощуються нові, то, без сумніву, це також поновлювані джерела енергії (ВДЕ). До ВДЕ належить горюча тверда біологічна маса (суха органічна речовина) і відходи її переробки. Це будь-які речовини і матеріали рослинного або тваринного походження, що використовуються безпосередньо як паливо для твердопаливних котлів або перетворюються в інші форми перед спалюванням (деревина і її відходи, рослинні відходи і сухі тваринні відходи деревини, деревне вугілля, який отримують з деревини і її відходів; брикети та гранули, які роблять із сухої подрібненої біомаси). До ВДЕ відносяться також побутові і промислові відходи (сміття), які спалюють для виробництва теплової та електричної енергії, зазвичай в спеціалізованих котлах (наприклад, макулатура, автомобільні покришки і т.д.).
Основні види твердого палива, використовуваного для спалювання в твердопаливних котлах:
- кам'яне і буре вугілля, антрацит, горючі сланці, вугільні брикети;
- торф, торфобрикет і торф'яні гранули;
- деревина у вигляді дров (колотих і цілих полін), кори, трісок, стружки, тирси, деревних брикетів і гранул;
- листя, хвоя і шишки дерев і кущів;
- шкаралупа горіхів і арахісу;
- кісточки слив, вишень, черешень та інших кісточкових фруктів;
- висушений яблучний, грушевий, виноградний, морквяний, кавовий макуха і брикети та гранули з нього;
- виноградна лоза;
- зерно і зерновідходи жита, пшениці, ячменю, вівса, проса, рису, гречки, кукурудзи;
- мети і подрібнені качани кукурудзи;
- солома, сіно, суха трава, бур'яни, очерет і брикети та гранули з них;
- стебла соняшнику, кукурудзи, ріпаку, рису, гречки, проса та бавовни, бадилля картоплі, квасолину і гороховіння;
- соняшникова, гречана і рисова лузга і брикети та гранули з них;
- висушені картопляні очистки;
- м'якоть ріпаку та брикети та гранули з деревини,
- багаття льону і конопель;
- кістки і брикети та гранули з кісток тварин і птиці;
- висушений послід домашньої птиці і гній великої рогатої худоби, кіз і овець;
- макулатура і відходи виробництва паперу.
Якість твердого палива визначається за такими основними показниками, як калорійність (теплотворна здатність), зольність і вологість.
Калорійність вказує на кількість тепла (теплової енергії), що виділяється при згорянні 1 кг абсолютно сухого твердого палива. Одиниці виміру калорійності: ккал / кг, кДж / кг або кВт / кг.
Зольність - це кількість золи (попелу), що залишається після згоряння, від одиниці маси палива. Вимірюється в процентах. Чим більше зольність, тим гірше паливо з екологічної точки зору.
Вологість - це кількість вологи в одиниці маси твердого палива. Вимірюється, як і зольність, у відсотках.
Реальна теплова потужність котла в значній мірі залежить від вологості палива. Чим вологіше паливо, тим нижче його теплотворна здатність і тим меншу потужність від номінальної розрахункової може видати котел при спалюванні такого палива. Це наочно показано на графіку, наведеному на малюнку 1.
Рис. 1. Залежність потужності котла від вологості палива
K - коефіцієнт падіння потужності котла; W - вологість палива,%
Потужність котла і згорянні палива залежать також від типу використовуваного палива (його фракційності). Чим менше воно за розмірами, тим більшу потужність може розвинути котел і тим більше тривалий час горіння однієї закладки.
Процес спалювання твердого палива можна розділити на чотири фази. У першій фазі при горінні палива з нього випаровується волога. У другій фазі відбувається так званий процес піролізу, або дегазації (газової генерації) - при зростанні температури і дефіциті кисню паливо розкладається на летючу частина - горючі гази: метан (СH4), монооксид вуглецю (СО), водень (Н) і інші вуглеводні і твердий залишок. У третій фазі ці гази згоряють. Якщо є достатня кількість повітря, то вони згорають повністю, виділяючи при цьому такі продукти згоряння, як двоокис вуглецю (СО2), водяна пара (H2О) і азот (N2). Якщо ж повітря (кисню) в третій фазі спалювання не вистачає, то в продуктах згорання з'являється монооксид вуглецю (СО), сажа і поліциклічні ароматичні вуглеводні. У четвертій фазі згорають обвуглені рештки утворюється двоокис вуглецю (СО2). Після повного згоряння твердого палива залишається зола, яка складається з негорючих мінеральних речовин. При згорянні твердого палива (особливо вугілля) в атмосферу разом з димом, пилом і сажею викидаються й інші екологічно шкідливі речовини, зокрема, сірка (оксид сірки, сірчистий газ), азот (оксид азоту), чадний газ (оксид вуглецю), вуглекислий газ (діоксид вуглецю) і з'єднання деяких важких металів.
Для оптимального процесу спалювання твердого палива потрібне відповідне повітря. Наприклад, для повного згоряння 1 кг дров потрібно 4-5 м3 повітря, а для такої ж кількості вугілля - 10 м3 повітря. Тому необхідно, щоб свіже повітря постійно надходило в приміщення, в якому знаходиться котел, а конструкція котла робила його подачу в зону горіння.
У камеру згоряння (топку) котла, як правило, подається більша кількість повітря, ніж потрібно, оскільки не все повітря потрапляє безпосередньо в зону горіння і, як правило, не утворюється оптимальне співвідношення повітря і горючих газів. Співвідношення між обсягом повітря (Vг), що подається для горіння, і потрібної його кількістю (Vп) на-зіваеться коефіцієнтом надлишку повітря лямбда (λ):
λ = Vг / Vп
Теоретично тверде паливо має згоріти, якщо λ = 1. У такому випадку в димі не повинно залишитися кисню (О2 = 0%), а також повинна бути максимальна кількість двоокису вуглецю (для біопалива СО2 max = 20,5%). Однак практично в водогрійних твердопаливних котлах паливо згорає краще, і в продуктах згорання залишається менша кількість діоксиду вуглецю, якщо λ складає близько 1,4. При високому коефіцієнті надлишку повітря λ ефективність котла зменшується.
На практиці коефіцієнт надлишку повітря λ вимірюється спеціальним приладом - газоаналізатором (аналізатором димових газів) при запуску, налагодження або контролю роботи котла.
При спалюванні сипучих видів палива (тріски, тирси, лушпиння, багаття і т.д.) необхідно строго дотримуватися додаткових вимог протипожежної безпеки. При сильній тязі тліючі частки такого палива (іскри) можуть вилітати з димоходу. Тому, якщо в радіусі ближче 20 м від димоходу знаходяться будівельні конструкції з легкозаймистих матеріалів, використовувати такий вид палива строго заборонено.
Хочете більше дізнатися про системи опалення і водопостачання?
Підписуйтесь на нашій канал в Telegram і будьте в курсі всіх новинок!
Хочете більше дізнатися про системи опалення і водопостачання?