Котли на пелети за оранжерии

Инвестициите в съвременни инсталации за изгаряне на биомаса- котли на пелети, придобиват икономическо значение за все по-голям брой земеделски производители. Котлите на пелети са оборудвани с напълно автоматична система за подаване на гориво, премахване на пепелта и почистване на топлообменника. Експлоатацията на пелетна отоплителна система е екологична алтернатива на традиционните твърди горива за отопление на оранжерии.

Текст: списание АгроБио Техника

Съвременните котли на пелети са високотехнологични устройства, оборудвани с автоматични системи за подаване на гориво, цифрови контролери за управление и нагнетателни вентилатори. На пазара се появяват и котли, които могат да бъдат контролирани с помощта на компютърни програми. За гориво в пелетните котли се използват пресовани дървени пелети с диаметър приблизително 6mm и дължина 3cm, имащи калоричност от приблизително 4,9kW.h/kg. Те се произвеждат от необработен дървесен материал като стърготини или талаш, който се притиска под високо налягане, без химически свързващи вещества, в цилиндрична форма, която има добри свойства и изисква минимално пространство за съхранение. Дървесните пелети използвaни от земеделските, трябва да отговарят на изискванията на БДС EN ISO 17225-2:2014. Само по този начин, котела на пелети може да се използва ефективно с ниски емисии. Процесът на изгаряне на пелети е по-малко интензивен от този на дърва или въглища, което намалява разхода на гориво. В резултат на това значително се намалява себестойността на произведената топлинна енергия. Последната преминавайки през топлообменник се използва за подгряване на вода, с която се захранва водно-отоплителната инсталация на оранжерията. Важно при котлите е постигане на перфектно горене, т. е. точно количество кислород, съчетано с точно количество гориво. Ако тази комбинация не е оптимална, горенето не е енергийно ефективно.

Стандартът БДС EN 303:5-2012 определя класа на котела в зависимост от ефективността в целия работен диапазон на мощност. Например, най-високият 5 клас на котела се определя, ако ефективността в целия обхват на работа е не по-ниска от 89%. Самият пелетен котел конструкционно не се различава от конвенционалния котел на твърдо гориво- въглища, дърва. Той е оборудван с механизъм за подаване на гориво към неговата горивна камера и сензори, които автоматично го включват и изключват, когато възникне нужда. Пелетните котли често се разглеждат, като алтернатива на котлите с продължително горене. Някои производители не променят основната конструкция на котела, само добавят необходимите модули, а други правят промени в неговата конструкция, за да осигурят компактност, единство и лесна поддръжка на цялата енергийна инсталация. Всичко това е ценообразуващ фактор, формиращ цената на пелетния котел.

Високите топлинни загуби дължащи се на оранжерийната конструкция налагат необходимостта от използването на пелетни котли с голяма мощност. В тези котли често се използва по-голяма фракция от пелети или дървени стърготини. Характерно за тях е наличието не само на обемни бункери и мощни шнекове, редуктори и двигатели, но и подобрения и междинни механизми в конструкцията на захранващото оборудване. За монтирането и поддържането им се изисква по-голямо място.

Устройство и принцип на действие на пелетния котел

Пелетният котел се състои от основна част, където пелетите се изгарят и се нагрява гореща вода за отоплителната система на оранжерията. Устройството е много подобно на конвенционален традиционен котел на твърдо гориво, състоящ се от бункер, захранващ механизъм и горелка за пелети. Пелетите се подават от бункера, който се намира в същия корпус на котела чрез специален шнек, задвижван от електродвигател в горивната камера. Това котелно устройство е много сложно и напълно зависи от подаването на електроенергия. В по-новите модели пелетните котли са независими от електрическата енергия. Нивото на комфорт, което се получава от използването на пелетен котел, е съизмеримо с нивото на комфорт от газов котел. Човек практически не участва в работата на котела, с изключение на зареждането на горивни пелети в бункера- около 1 път седмично. Останалата част от процеса става автоматично с помощта на вградена електронна автоматизация. Блокът за управление на котела, дава възможност за подаване на контролиращи сигнали за запалване, добавяне на пелети, както и за включване/изключване на котела. Също така в някои котли се среща контролирано метеорологично управление, което спомага за икономия на енергия. С помощта на автоматизацията може да се задават работни режими, температура на топлоносителя, работа на помпата на отоплителната система и т. н. Подаването на пелети към горелката и температурата на топлоносителя се поддържат автоматично, за разлика от другите видове котли на твърдо гориво. Системата се включва чрез сигнал от температурен сензор. Този режим на работа е идеално подходящ за осигуряване на непрекъсната работа, контролирана от автоматизация. Някои пелетни котли са оборудвани с напълнени с вода скари, които осигуряват допълнителна ефективност на котела. Универсална горелка, позволява използването, както на горивни пелети, така и на резервно гориво от фини въглища. Топлообменникът на котела е от висококачествена неръждаема стомана с дебелина до 6mm. В основната конфигурация, устройството е оборудвано със система за гасене на пожар. Подходящата форма и дължина, са характерни особености на тази конструкция. Предимството на това решение е преди всичко ниската чувствителност към пепелта, отложена по стените на топлообменника. Пепелта се изсипва под действие на теглото си в контейнер. С такъв топлообменник се осигурява значителна устойчивост на изгорели газове с помощта на засмукващ вентилатор. Последният е монтиран на изходния отвор на котела и повишава естествената тяга на комина. Ефективността на котела зависи не само от ефективността на топлината, предавана на топлообменника, но и от ефективността на процеса на изгаряне на горивото. Започва се с подаване на съответното количество въздух за изгаряне, следователно добро смесване на въздуха с горивото и се завършва с „освобождаване“ от излишните продукти от горенето, т. е. пепел.

Сърцето на котела е контролерът му. Мониторингът на работата на контролера е разделен на два основни етапа. Пъврвият етап е модулиране на пламъка на горелката с участието на първичен и вторичен въздух, включително тяхното точно смесване в горивната камера. Проследява се всеки момент от работата на горелката, от момента на запалването є до пълното є спиране. Потвърждение за правилната работа на горелката, е измерването на кислородния остатък в изпусканите газове със сонда. В случай на отклонение от стандарта, автоматично се регулира въздуха в горелката. Вторият етап, е в умелото разделяне на загрятата вода между отделните приемници на топлина- радиатори, подово отопление, бойлер. Класическите пелетни котли, за разлика от газовите и течните котли, работят оптимално само при пълно натоварване. За да се гарантира ефективна работа на пелетните котли при промяна на натоварването, е необходим акумулатор на енергия под формата на котел. Икономията на гориво, е точното разпределение на топлината към радиаторите, така че изчислената температура да не бъде надвишена. Безопасността на котелното оборудване се осигурява от дебелостенна стоманена пещ. Големите размери на оборудването изискват монтирането им в специални помещения, чиито условия съответстват на стандартите за безопасност и други нормативни изисквания. За оранжерии с площ от 1000m2 е необходим мощен котел на пелети. Оптимално е да се избере пиролизен модел, който се характеризира с КПД-94% и икономичност. Експлоатационният срок на пелетните котли е 20-25 години. Наличието на голям брой системи за автоматизация значително опростява работата на котела и неговото поддържане.

Видове пелетни котли според вида на горелката

В пелетните котли горивните гранули напълно изгарят не в самата горивна камера на пещта, а на специална горелка. В зависимост от вида на горелката, пелетните котли се разделят на два вида- с пламъчно-факелна и ретортна (обемно изгаряне) горелка. Ретортните горелки се отличават с освобождаване на пламъка хоризонтално нагоре. Те не са много чувствителни към качеството на пелетите и не се нуждаят от често почистване. Пелетният котел с ретортна горелка е напълно сглобен със самата горелка и бункера за гориво. В котела отстрани е монтиран механизъм за подаване на гориво. Самата ретортна горелка е била проектирана да изгаря фини въглища до 25mm, но се оказало, че и пелетите също могат да се изгарят с нея. Принципът на работа на такъв котел е следният. От бункера се оронва гориво, което се подава през хоризонтален шнек към реторта (част от пещта) и постепенно се издига над ретортата (част от пещта), изгаряйки в горната част на ретортната горелка с пламък, насочен нагоре. Останалите продукти от горенето се изхвърлят отстрани в пещта на котела, поради факта, че ретортата се върти. С този метод на подаване и изгаряне може да се използват почти всякакъв вид пелети, разбира се и резервно гориво- въглища. Благодарение на мощен мотор- редуктор, в котлите с ретортна горелка може да се използва грубо гранулирано гориво. За шнека подаващ горивото, има система за гасене на пожар. Автоматизация контролира напълно процеса на горене. Този вид котли са предназначени за изгаряне на нискокачествени пелети.

Пелетният котел с пламъчно-факелна горелка има напълно различен принцип на работа. Котелът представлява независима единица, близо до която е разположен подвижен бункер за пелети. Факелната горелка в повечето случаи е поставена в долната или средната врата на котела. Горивото се подава от бункера чрез шнек, който е поставен под ъгъл 45°. Между шнека и пелетната горелка, има гъвкава вълнообразна ламарина, по протежение на която пелетите се оронват в самата горелка. Попадайки в горелката през подаващо устройство, пелетите дозирано се изтласкват в самата горивна камера. Там се запалват с помощта на керамична запалка, като горелката изпуска вертикален пламък. В пелетните котли с пламъчно-факелна горелка, няма постоянна и директна връзка на горивото, с мястото за горене и бункера. Това повишава безопасността на котела. В такива котли е осигурена система за автоматично запалване, гасене и режим на готовност. Модулацията на мощността в котли с пламъчно-факелна горелка е 30-100%. Това позволява котелът да работи точно на мощността, от която се нуждае водно-отоплителната система. Горелката се почиства автоматично с помощта на подвижни решетки, които са изработени от термоустойчива неръждаема стомана. Разпределението на въздуха е такова, че летливите продукти на горенето изгарят напълно, а димът почти не се вижда от комина. Това се улеснява допълнително от горивната камера, която е изработена от тухли. Също така автоматика контролира напълно процеса на горене. В днешно време автоматиката може да се управлява през интернет, като управлението на бойлера става през смартфон или настолен компютър. По този начин дистанционно може да се включва и контролира отоплението на оранжерията. Котлите с факелно-пламъчна горелка са все по-популярни за отопление на големи оранжерии. Те са особено удобни поради пълната им автоматизация на процеса. Така се осъществява напълно независима отоплителна система за няколко дни, без присъствието на човек.

Видове пелетни котли според метода на изгаряне

Известно е, че сега най-ефективни са пиролизните котли за продължително изгаряне. Те могат значително да повишат КПД на обработката на пелетите, в сравнение с котлите с директно изгаряне. Пиролизният котел е в състояние да работи с едно зареждане на гориво за дълго време- 12 часа изгаряне. Дори и при най-трудните зимни студове, не е нужно да се слага гориво повече от 3 пъти на ден. При по-малки отрицателни външни температури, ще бъде достатъчно зареждащата камера да се пълни само веднъж на ден. Основният приоритет на производителите на пиролизни котли е качеството на произвежданата енергия и осигуряване на пълното затопляне на оранжериите. Експлоатационният срок на пиролизните котли е 20-25 години.

Алтернатива на пиролизния котел за отопление на оранжерия, е шахтният котел с продължително изгаряне. Единственото условие, на което си струва да се обърне внимание е, че това е котел с изгаряне на долния слой. Неговото КПД се доближава до повечето произведени пиролизни котли. В шахтния котел се получава дълъг период на изгаряне, на едно зареждане с пелети. Предимството му е ефективно ниският разход на пелети.

Мощност на котела и площ на оранжериите

Посочването на конкретни цифри е много условно, тъй като оранжериите от една и съща площ могат да имат различни въздушни обеми. Нагрява се обема на въздуха. Освен това, в зависимост от вида на избрания материал на оранжерията, загубата на топлина ще бъде различна. До голяма степен зависимостта на оранжерията от мощността на котела, ще се влияе от качеството на почвената изолация. В повечето конструкции, изработени от поликарбонат или полиетиленово фолио, единственият метод за създаване на термична защита е почвената топлоизолация. Средно мощността на котела се избира приблизително от изчислението на 20-30kW на 100m2 оранжерийна площ. Ако зимните температури са под -20°C, тогава ще бъде напълно подходящо да се използват по-мощни агрегати. При избора на мощност на пелетен котел, винаги трябва да е ясно, че моделите с ниска мощност ще са достатъчни за отопление, но не за дълго. Причината е, че в зимно по-студено време, ще се налага горивната камера на котела да се зарежда на всеки 5-6 часа. Така се увеличава разхода на гориво и се намалява икономическата ефективност. За отопление на оранжерии повече от 400m2, цената на групите от помпи може да е значителен паричен разход. Така, че за посочената площ котелът на пелети трябва да има мощност 100kW, докато циркулационната помпа на отоплителния контур трябва да има дебит, поне от 6m3/h. Помпите трябва да се дублират в случай, че едната от тях се повреди. Водно-отоплителните системи за оранжерии се правят само с помпи. Всяка система с естествена циркулация няма да работи ефективно. Тръбопроводните магистрали не могат да имат необходимите наклони, поради сложния монтаж на големи дължини.

Особености на монтажа на котела в оранжерията

При монтажа на котела, трябва да се обърне по-голямо внимание на лекотата на обслужването му. Един час на ден се изразходва за обслужване на котел с мощност над 100 kW. Монтирането на котела в малко отделно помещение е най-приемливия метод от гледна точка на безопасността, лекотата на поддръжка и дълготрайността. Очевидно този вариант има голям минус- разходите за изграждане на котелно помещение и разклоненията на всички инженерни комуникации. В този случай се прибягва до друг, често срещан, вариант- поставяне на котел без кожух вътре в оранжерията. Инсталирането на котела в оранжерия изисква спазване на определени правила. Първо, разстоянието от стените до пещта трябва да е достатъчно, така че материалът на стената да не се повреди от продължителен контакт с високи температури. Известно е, че най-добрият топлоизолатор е въздуха. Така, че най-доброто решение би било да се постави котела на безопасно разстояние до стените на конструкцията, не по-малко от 0,5m. В случай, че няма такова свободно пространство, се препоръчва да се направи специална термична защита между котела и стените. Като защитен екран може да се използва огнеупорен гипсокартон или листове от стъкло- магнезий. Второ, важно е да се има предвид, че котлите на пелети изискват определено пространство за съхранение на пелетите. Пред котела трябва да има достатъчно място, за да може свободно да се зарежда пещта. Освен това процесът на поддръжка на котелната инсталация предполага необходимостта от достъп до агрегата от различни страни. Също към котела е необходимо да се използва стоманен външен комин, както и да се предвидят канали за навлизане на въздух в помещението. Пелетите горят ефективно в котела, в който правилно е изчислена въздушната тяга. Това налага необходимостта от спазване на стандартите за хоризонтални и вертикални участъци на комина, както и осигуряване на достатъчно количество кислород на входа в котелната инсталация.