Каминные и чашечные пеллетные горелки
Сoлoвьев Сeргeй
эксперт
26.08.2023
Каминные пеллетные горелки были разработаны в 1973г в период нефтяного кризиса 1970-х годов, когда резко возрос спрос на альтернативы ископаемому топливу. Дровяные печи и котлы в это время стали очень популярными, но требовали частого подкладывания топлива. Древесные гранулы позволяли автоматизировать процесс горения и увеличить время самостоятельной работы теплового агрегата. Поэтому активизировались разработки устройств, работающих на топливных гранулах. Преимущества отопления гранулированным биотопливом предопределили появление пеллетных печей, каминов, а затем и котлов, для которых были сконструированы первые пеллетные горелки.
Процесс ручного подкладывания дров в костёр был заменён на автоматическое эпизодическое подсыпание гранулированного топлива. Гранулы подаются из бункера шнеком сначала под наклоном вверх, затем под действием гравитации подсыпаются в горелку сверху вниз. Вместо колосниковой решётки дровяной печи, через которую в зону горения поступал воздух, теперь была ёмкость с отверстиями, через которые также подавался воздух. Таким образом, горение пеллет, лежащих в ёмкости, происходит в потоке воздуха, проходящего снизу вверх через слой пеллет.
Чаще всего эти горелки использовались в печах и каминах, поэтому они получили название «каминные». В котлах же ёмкость для сгорания пеллет обычно имеет форму чаши, поэтому горелки называют «чашечные», иногда «чашевидные». Применение этих названий характерно, в основном, для России, где все отопительные устройства с видимым открытым пламенем называют каминами. За рубежом же вариаций наименований намного больше. Поэтому чаще всего такие горелки называют просто «overfed burner» (с подачей сверху) [1], «top feed burner with dropping cup» [2], «drop shaft burner» и др. У некоторых производителей котлов есть свои маркетинговые варианты названий, например, в котлах Lavoro LP горелка называется «кратерная», в ней для очистки горелки применён механический поворотный рычаг, выгребающий продукты горения из горелки, напоминая извержение из кратера.
В 1980-х годах с каминными горелками стали производиться различные варианты пеллетного оборудования: печи, камины, вставки, аква-камины с водяным контуром, а вслед за ними по аналогичной схеме стали изготавливать бытовые пеллетные котлы. Для устранения самого главного недостатка этих горелок – необходимости ручной очистки поверхности ёмкости для сгорания, в 2010-х годах были разработаны различные системы очисток.
Устройство конструкции с каминной горелкой
- Пеллеты в бункере
- Шнек подачи пеллет
- Мотор-редуктор шнека
- Горелка
- ТЭН розжига
- Подача воздуха
- Дымосос
- Выходящие дымовые газы
- Зольник
Лёгкие остатки продуктов горения (пепел, мелкодисперсные частицы) эпизодически выдуваются из колосниковой чаши горелки методом интенсивной продувки и сваливаются в зольное пространство топки или зольный ящик.
Отличительные особенности каминных и чашечных пеллетных горелок
- Направление подачи пеллет в зону горения происходит сверху вниз
- Воздух подаётся снизу вверх через пеллеты
- Ёмкость для сгорания пеллет неглубокая, пламя почти полностью видно над горелкой
- Чаще всего применяются в устройствах с видимым пламенем: пеллетных печах, каминах и вставках
Варианты очистки горелки
В настоящее время существуют несколько вариантов очисток, которые существенно влияют на комфортность обслуживания котла и режимы его работы:
- Ручная очистка – необходимо эпизодически выключать устройство, вынимать ёмкость для сгорания и очищать её. Процесс занимает 5 минут + ожидание остывания (15-20 мин.), но накладывает определённые особенности на отопление, которые рассмотрим в Недостатках
- Механическая очистка поверхности – используется механическое устройство (например, механический поворотный рычаг или вращающаяся кочерга), которое эпизодически сбрасывает скопившийся шлак из зоны горения в зольник
- Автоматическая очистка дна горелки – устройство работает циклически: розжиг, период горения (до нескольких часов), затухание пламени, продувка, сброс всех остатков горения в зольник с помощью отодвигающегося или вращающегося дна
Фото каминных/чашечных горелок и котлов
Преимущества
- Очень точно происходит дозирование поступаемого топлива, буквально по несколько гранул, что приводит к экономии топлива
- Качественное сгорание за счёт точного контроля пропорций топлива и воздуха
- Нет «обратного горения» за счёт наличия безтопливного пространства между зоной горения и поступающим топливом
- Небольшое количество горящего топлива в топке, нет паразитных топливных потерь при остановке котла или пропадании электропитания
- Очень маленькая тепловая инерция – всего несколько градусов, практически исключён перегрев и срабатывание системы термической безопасности STB
- Лёгкость работы в режиме Старт/Стоп
- Конструкция горелки позволяет сделать визуально открытым пламя (в печах, каминах и вставках), при этом решаются одновременно задачи эффективного отопления и создания уюта, выполняя декоративные функции
Недостатки
- Мелкие фракции пеллет могут не попадать в зону горения при выдувании их встречным воздухом наддува из ёмкости для горения, они попадают в зольник и там дотлевают
- Нельзя использовать в промышленных котлах большой мощности, при больших порциях топлива происходит слишком быстрое засорение поверхности горелок
Для горелок с ручной очисткой и автоматической очисткой дна горелки:
- Невозможность длительной автономной работы без участия человека (в современных котлах – от суток до двух недель)
- Ручное удаление золы из ёмкости для сгорания
- Необходимость использования пеллет хорошего качества
Заключение
Несмотря на то, что каминные и чашечные горелки были изобретены самыми первыми, и с тех пор прошло много времени, но с усовершенствованием технологий, контроля и управления в настоящее время это высокопроизводительные современные тепловые агрегаты.
Система зарекомендовала себя настолько хорошо, что каминные/чашечные горелки получили очень большое распространение в системах отопления, особенно в южных европейских странах Средиземноморья и в США.
Путём нескольких этапов модернизаций от чашечных произошли тигельные пеллетные горелки.
В настоящее время в России с чашечными (чашевидными) горелками встречаются котлы: Biodom, БИОТЕП, Lavoro LP, TIS Combi и ряд других.
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.
2. Report of the State of the art of combustion devices for the selected biofuels. European Union's Horizon 2020.
☝ Вверх
