Факельные пеллетные горелки
Сoлoвьев Сeргeй
эксперт
08.09.2023
В конце 1990-х годов экономический кризис в Восточной и Юго-Восточной Азии (1997–1998гг) стал серьёзным потрясением для мировой экономики. Кризисные последствия быстро распространились по всему Земному шару, активизировав интерес к альтернативным источникам энергии, заменителям ископаемого топлива. Опять возрастают продажи отопительного оборудования, использующего дрова и пеллеты. Многие компании полностью переориентируются на производство именно этого оборудования, ставшего популярным. Внутри компаний образуются специальные отделы исследований и развития, лаборатории и научно-исследовательские центры, где появляются и тестируются различные инновации и передовые технологии для пеллетного оборудования.
Постоянные усовершенствования ретортной горелки, минимизация размеров, желание сделать её не такой громоздкой, легко съёмной и универсальной, более дешёвой в изготовлении, с возможностью установки горелки не только на дровяные котлы, но и на котлы, использующие мазут и дизельное топливо при их модернизации и переводе на топливные гранулы, привели к появлению в начале 2000-х годов нового типа пеллетных горелок — факельных.
Факельные пеллетные горелки получили своё название от горизонтальной схемы подачи пеллет и формы пламени, которые напоминают горизонтально лежащий факел (нем. fackel, от лат. facula — горящая лучина). В зарубежной литературе помимо «torch burner» часто можно встретить термин «horizontally fed burner» [1] — с горизонтальной подачей.
Трансформация ретортной горелки в факельную происходила через уменьшение высоты стенок реторты и её объёма. При этом появлялись промежуточные варианты, например, ретортные горелки ÖkoFEN Pellematic и Thermia. Затем торцевая стенка напротив подающихся шнеком гранул была убрана совсем, реторта исчезла, образовалась камера сгорания с тремя стенками. Направление подачи гранулированного топлива в зону горения и подачи основного воздуха происходило сбоку. Для лучшего сгорания топлива обеспечивается дополнительная подача воздуха сквозь пеллеты через колосниковый лоток снизу вверх. Остатки продуктов горения сдвигаются к выходу из горелки новыми порциями поступающих гранул и после прохождения своего пути по колосникам сдуваются и сбрасываются в зольный ящик.
Отличительные особенности факельных пеллетных горелок
- Направление подачи пеллет в зону горения горизонтальное
- Основное направление подаваемого воздуха обычно совпадает с топливным
Системы подачи пеллет факельных горелок
- Гравитационная суперэконом-класса — пеллеты ссыпаются в зону горения под действием собственной тяжести, т.е. гравитации. Особенностью такой подачи невозможность остановить подачу обычным выключением привода, сгорая пеллеты будут сыпаться и сыпаться. Поэтому необходимы механические устройства в виде защитного шибера, перекрывающего подачу пеллет при остановке котла или выключении питания. Также обязательно наличие подвижного колосника, который будет удалять продукты сгорания в зольный ящик, иначе горение может начать подниматься по питателю в бункер, особенно это актуально для пеллет среднего и ниже среднего качества. Отсутствие шибера и подвижных колосников может привести к попаданию пламени в бункер и возгоранию. Достаточно редкая система, встречается в России в котлах Pelletron Vector и Pelletron Compact.
- Одношнековая эконом-класса — используется один шнек для подачи пеллет из бункера в горелку. Бункер жёстко закреплен на канале подачи. Этой системе присущи те же проблемы с обратным горением, как и у ретортной горелки.
- Двухшнековая — один шнек из нижней зоны бункера забирает пеллеты, затем они проходят обычно через гибкий гофрированный шланг, исполняющий две функции (противопожарную и удобство монтажа), второй шнек внутри горелки подаёт пеллеты в зону горения на колосники.
Варианты самоочистки горелки
- Пневматическая продувка сильным потоком воздуха, реализована как стандартная функция почти во всех горелках
- Линейное смещение механических подвижных колосников — каждые несколько часов работы и после каждого выключения котла подвижная колосниковая решетка с линейным сервоприводом механически очищает поверхность от остатков золы и спёкшихся шлаков (коржей)
- Роторного типа с вращающейся камерой сгорания (вращающиеся колосники), самоочищается от золы и спёкшихся шлаков. Благодаря этому горелка работает эффективнее, без снижения мощности и забивания.
- Вращающаяся кочерга — внутри горелки вращается механический рычаг, который перемешивает топливо, не давая остаткам сгорания спекаться в большие коржи.
Устройство факельной горелки
- Шнек горелки точно дозирует пеллеты в зону сгорания
- Пеллеты поступают из топливного бункера, есть несколько вариантов подачи
- Необходимый для горения воздух подаётся вентилятором наддува через воздушные сопла, расположенные в топочной камере горелки. Система многоточечной подачи воздуха увеличивает эффективность работы котла и повышает качество и длительность горения
- Для лучшего сгорания топку шамотируют (производят футеровку) — устанавливают термоизолирующее керамическое покрытие, при этом улучшается дожиг мелких частиц и газов, топливо сгорает максимально полно, и снижается количество выбросов в атмосферу
- Остатки продуктов горения сдуваются с колосника горелки и сваливаются в зольный ящик
Преимущества факельных горелок
- Лёгкость установки и демонтажа горелки
- Компактные размеры и вес позволяют установить пеллетную горелку в другие виды отопительных котлов: на мазуте, дизельные, отработанном масле, дровяные и т.п.
- Возможность взаимозаменяемости горелок моделями других производителей
- Достаточно простые в обслуживании и ремонте
- Небольшие паразитные потери топлива при остановке котла
- Малопорционная система подачи пеллет экономит топливо
- Небольшая мощность электроприводов шнеков — дополнительная экономия потребляемой электроэнергии
- Хорошая работа в режиме Старт/Стоп позволяет: успешно работать в режиме минимального поддержания температуры и в межсезонье, работать только на ГВС (нагрел-остановился), легко дистанционно управлять котлом и беспроблемно работать совместно с несколькими источниками тепла
- Горелка и бункер при двухшнековом варианте подачи могут быть разнесены и удобно расположены относительно друг друга, бункер можно гибко размещать около горелки слева/справа/сзади/спереди
- Возможность устанавливать топливный бункер очень большого объёма
Недостатки факельных горелок
- Горизонтальная направленность пламени часто вызывает локальность области нагрева в камере сгорания котла, особенно при работе горелки на мощностях, близких к максимальным. Проблема может быть решена установкой защитного шамота в температурно-нагруженной зоне или изменением вида камеры сгорания из вертикальной в горизонтальную.
- При наличии и неправильной регулировки гофрированного шланга между бункером и горелкой, пеллеты могут скапливаться в этом шланге, и ссыпающиеся переразмеренные порции топлива могут приводить к избыточным температурным нагрузкам
- При некачественном топливе может происходить образование коржей на дне колосника и на выходе из горелки, что приводит к проблеме горения и возможной остановке котла. Для менее качественного топлива обязательно использование механических систем очистки горелки.
- В бытовых котлах для сжигания угля в качестве основного топлива горелки используются крайне редко
- Длинные пеллеты или повышенное содержание опилок могут забивать шнек и гофру.
Современные модели пеллетных котлов с факельными горелками
Заключение
Факельные горелки стали следующим важным этапом в развитии пеллетных горелок. Конструкция горелки была легче в производстве, технологичнее и дешевле, подразумевала самодостаточность и простоту установки, поэтому горелки получили очень широкое распространение. Наряду с ретортными горелками факельные относятся к самым распространённым горелкам в России.
Источники
1. Biomass Pellet-Fired Boilers. Jose Antonio Perez-Jimenez. Department of Biomass, CTAER Andalucia Foundation, Scientific and Technology Park, Jaen, Spain. WIT Press, 2015.
☝ Вверх
