Ответственное отношение к окружающей среде приводит к возрастающему спросу на регенеративные формы энергии. Древесина, как воспроизводимое сырье, при сгорании выделяет нейтральный газ СО2 и является интересной альтернативой другим энергоносителям, с учетом постоянно растущих цен на не возобновляемые источники энергии.

Биотопливные котлы, в зависимости от их конкретных характеристик, могут быть ориентированы на самые разные сегменты рынка: от частных лиц до муниципальных властей, предприятий, имеющих доступ к сырью или производящих сырье до предприятий-производителей и потребителей тепловой энергии. Целесообразно использовать твердотопливные котлы на всех типах деревообрабатывающих предприятий. Возможность применения в качестве топлива всех видов отходов деревообработки позволяет не только утилизировать указанные отходы на деревообрабатывающих предприятиях, но и экономить на закупке топлива. Также в условиях, когда дом не газифицирован, а электроэнергия или жидкое топливо как основной энергоноситель недоступны, только твёрдотопливные котлы позволяют достичь необходимого уровня теплового комфорта.

В твердотопливных отопительных котлах в качестве топлива используются дрова, уголь, торфяные брикеты и другие твёрдые горючие вещества. Однако наибольшее распространение приобрели котлы на дровах, угле, а также специально подготовленных «шариках» из древесных отходов — пиллетах. Традиционные котлы имеют относительно небольшой КПД (70-80 %). Из-за низкой теплотворной способности эти котлы обладают расширенной топкой (чем менее теплотворное топливо, тем топка больше, т.е. у котлов, предназначенных для сжигания угля, топка меньше, чем у котлов для сжигания дров) и относительно низким рабочим давлением (обычно 2 атм.). Также есть еще и проблемы с автоматизацией работы такого типа котлов — они не могут работать в полностью автоматическом режиме и требуют регулярной загрузки топлива (угля — обычно каждые 6-8 часов и дров — 2-3 часа). Управлять процессом горения твердого топлива сложно, поэтому точность поддержания желаемой комнатной температуры невысокая. Правда, некоторые современные котлы способны автоматически поддерживать заданную температуру теплоносителя.

Автоматическое поддержание заданной температуры осуществляется следующим образом. На выходе из котла установлен датчик, отслеживающий температуру воды (теплоносителя) и механически соединенный с заслонкой котла. Если температура теплоносителя на выходе из котла становится выше, заслонка автоматически прикрывается и процесс горения замедляется. Когда температура понижается, заслонка автоматически приоткрывается. Данное устройство не требует подключения к электрической
сети. В итоге получается, что внимания котлы требуют много, а климатического комфорта обеспечивают маловато. В полной независимости от электроэнергии и невысокой цене и заключено главное достоинство этого класса котлов. Однако в наши дни такое оборудование уже устарело и на смену ему появились достаточно «умные» котлы, работающие на твердом топливе. Ведущие производители постоянно разрабатывают и применяют в собственных котлах ряд передовых технологий, призванных обеспечить высокую эффективность, надежность, безопасность, а также простоту эксплуатации оборудования.

Прежде всего высокую эффективность сжигания топлива обеспечивают современные горелки, способные извлечь максимальное количество энергии из древесного сырья. Например, в современных твердотопливных котлах топливо может сжигаться двумя способами: отгорания и прогорания (BUDERUS Logano G211, DAKON DOR, DEMRAD 30-60 E). Эффективность сжигания обеспечивается за счет применения системы колосников и новой конструкции камеры сгорания с совместным использованием первичного и вторичного воздуха и возможностью регулировки подачи дополнительного воздуха. Проще говоря, при таком процессе горения воздушные потоки формируются так, чтобы дрова тлели в нижней части топки, у колосника, а выделяющиеся продукты сгорания дожигались в дополнительной камере под колосником.

Это обеспечивает более равномерное и длительное горение дров, их более полное использование. Благодаря рассчитанной до мелочей конструкции современных котлов максимально возможная часть тепла передается непосредственно теплоносителю, а высокоэффективная теплоизоляция сводит к минимуму теплопотери.

Для оптимизации сжигания определенного вида топлива некоторые производители выпускают специальные модификации, наилучшим образом приспособленные именно для этого вида топлива (не путать с пиролизными котлами). КПД этих устройств может достигать 78 %. К таким котлам относятся, например, серии Dor D и FB D от DAKON, U22 D от VIADRUS, Logano G211 D, Logano S111 от BUDERUS. Например, у чешской фирмы DAKON в ассортименте присутствуют котлы для всех видов твердого топлива (модификация DOR), а также модели, рассчитанные в первую очередь для сжигания древесины и древесных отходов (модификация DOR D). Устройство котлов DAKON DOR D во многом аналогично устройству серии DOR. Основное отличие — камера сгорания модификации DOR D дополнена жаростойкими сегментами и шамотными досками, предназначенными для улучшения сжигания древесины и выступающими в качестве катализаторов. Преимущество данных котлов — возможность сжигать древесину с влажностью до 35 %. У VIADRUS эта проблема решена за счет увеличенного проема для загрузки твердого топлива, что обеспечивает больший объем закладки дров, которых хватает на 6-10 часов.

В некоторых котлах конструктивно предусмотрена защита от перегрева. Именно наличие этой детали выгодно отличает котлы OPOP (Чехия) от многих твердотопливныхкотлов других производителей. Защита от перегрева обеспечивается наличием контура охлаждающей воды. Эта система может контролироваться вручную, т.е. при увеличении температуры теплоносителя необходимо открыть вентиль на патрубке отвода охлаждающей жидкости (вентиль на подводящем патрубке постоянно открыт). Кроме того, эта система может также управляться автоматически. Для этого на отводящем патрубке устанавливается клапан понижения температуры, который будет автоматически открываться при достижении теплоносителем максимальной температуры.

Чтобы избавить потребителя от необходимости подкладывать топливо в топку котла, ряд фирм разработали автоматизированные топочные аппараты (АТА). По мере сгорания топлива его новая порция подается из загрузочного бункера автоматически. Но вот топливо в этом случае годится уже не любое, а мелкоразмерное. В состав аппарата входят котел, горелочное устройство с механизмом автоматической подачи топлива и дутьевой вентилятор для обеспечения полного сгорания топлива. Производством бытовых АТА для коттеджей сегодня занимаются многие иностранные компании во всем мире. На украинском рынке начинает появляться продукция от ВАХI (Италия), BENTONE (Швеция), VERNER (Чехия), VIESSMANN (Германия). По конструкции и принципу работы моноблочные аппараты разных производителей во многом похожи друг на друга. Например, Vitolog 300 от VIESSMANN мощностью 5-26 кВт состоит из двух агрегатов: котла с топкой и стоккерной горелки. Стоккерная горелка включает в себя металлический контейнер, к которому присоединен шнековый транспортер, переходящий в горелочное устройство с дутьевым вентилятором. Загрузка древесных гранул из специального контейнера емкостью 150 л осуществляется автоматически с помощью специального винтового конвейера, переходящего в дутьевой вентилятор. В зависимости от температуры наружного воздуха содержимого контейнера может хватить на двое суток работы котла. Новейшая разработка компании — Vitolog 300 по удобству обслуживания и комфорту, создаваемому им в отапливаемом помещении, соответствует газовым и жидкотопливным котлам благодаря цифровому контроллеруи модулируемому процессу согласования вырабатываемой мощности и нагрузки. Объема контейнера вполне достаточно для автоматической работы котла в течение двух суток. Есть устройства, работающие непрерывно 2-5 суток и даже две недели (VAP 25 Zeus от VERNER (Чехия).

Принципиально новым видом твёрдотопливных котлов стали пиролизные или газогенераторные котлы. Эти котлы лишены одного из главных преимуществ традиционных агрегатов на твердом топливе — независимости от электроэнергии. И также стоят дороже. Зато к числу их достоинств относится почти полное сжигание топлива с минимальным количеством золы и сажи и возможность автоматически регулировать интенсивность горения и, следовательно, мощность котлов в широком диапазоне от 40 до 100 %. Для таких котлов характерен относительно высокий КПД (более 85 %). Принцип пиролизного горения древесного топлива давно известен и широко применяется в промышленных установках. В слой тлеющих углей, находящихся в бункере для топлива, вентилятором подается воздух (первичный). В результате образуется горючий генераторный газ, состоящий в основном из СО. Газ проходит через керамическую форсунку, где смешивается с дополнительным (вторичным) воздухом. Газовоздушная смесь воспламеняется в камере сгорания, соприкасаясь с катализатором, при этом сгорают и тяжелые соединения, и частицы сажи. В сравнении с котлами поверхностного горения, газогенераторные котлы вырабатывают дымовые газы, практически не содержащие токсичных и иных примесей.

Растапливаются котлы традиционно или с помощью системы электрического поджига. Однако в качестве топлива для них применяют только сухие поленья (влажность до 20 %). Хотя в общем случае для газификации могут использоваться сухие брикеты, опилки, стружка, щепа, обрезки, смесь дров и древесных отходов, некоторые виды торфа, смесь древесных отходов и торфа, а также отходы пищевой и легкой промышленности, содержащие целлюлозу. Если топливо, а также расход первичного и вторичного воздуха подобраны правильно, генераторный газ горит пламенем практически белого цвета. При повышении влажности твердого топлива понижается теплотворная способность газа, увеличивается образование копоти, дегтя и конденсата.

Большинство производителей предусматривают возможность управления котлом от комнатного программатора. На пульт управления выводятся параметры работы котла (температура теплоносителя, сигналы об аварийных ситуациях, режим действия вентилятора).

Как правило, газогенераторные котлы используются в отопительных системах с принудительной циркуляцией теплоносителя. Все они являются одноконтурными и горячей бытовой воды не производят. Но благодаря высокой эффективности и экологичности круг их потребителей (и поставщиков) увеличивается. Несколько модификаций котлов с пиролизным сжиганием выпускает чешская фирма DAKON (GASOGEN и KP PYRO мощностью до 40 кВт), а также немецкая VIESSMANN (Vitolig 150 — до 80 кВт).

Ассортимент импортных твердотопливных котлов, представленных на нашем рынке, значительно беднее
по сравнению не толькос газовыми или жидкотопливными, но и с электрическими котлами. Среди зарубежных производителей можно назвать чешские фирмы VIADRUS, DAKON, OPOP, VERNER, немецкие VIESSMANN, BUDERUS, JUNKERS турецкие DEMRAD, итальянские FERROLI. Примеры отдельных моделей твердотопливных котлов представлены в табл. 1.

Предусмотрены случаи когда твёрдое топливо может быть не единственным видом топлива, а есть возможность наряду с ним использовать другие виды энергоносителей — газ, жидкое топливо, электричество. Для таких случаев существуют многотопливные или универсальные котлы. Эти котлы позволяют, исходя из обстоятельств, переходить с одного вида топлива на другое. Это особенно удобно в тех случаях, когда газ поступает к месту отопления нерегулярно, и при его отсутствии можно использовать другой вид топлива. Нужно всего лишь поставить на котел сменную надувную горелку (газовую или жидкотопливную). Также существует возможность установки более дешевой атмосферной горелки, не требующей электропитания. Все обширное семейство этих котлов по конструктивному признаку можно разделить на две группы: с одной топочной камерой и с двумя камерами. Те и другие еще делят на одно- и двух- контурные. Первые обеспечивают только отопление, а вторые могут еще снабдить дом бытовой горячей водой.

Однотопочные — наиболее многочисленная группа котлов. Для изготовления их топок традиционно применяются два материала: чугун и сталь.
Чугунных котлов на рынке немного. По одной-две модели поставляют DAKON (модель FB ), VIADRUS (модель U22 C), ROCA, Испания (модели Р10 и P30). К преимуществу чугунных котлов можно отнести возможность работы естественной циркуляцией теплоносителя (в стальных котлах такая возможность предусмотрена не для всех моделей.), а также их хорошее сопротивление коррозии. Однако ремонтировать их приходится чаще, чем стальные, хотя общий срок их службы порядка 25-50 лет, а стальных — до 30 лет. Недостатком также является то, что традиционно чугунные котлы не имеют встроенного теплообменника для питания системы горячего водоснабжения. Также они довольно громоздкие, тяжелые и требуют прочного фундамента.

Стальные котлы, напротив, представлены значительно шире. Они менее инерционны, быстрее выходят на заданный тепловой режим и точнее его поддерживают, однако значительно «требовательней» к виду топлива. Например, для угля их приходятся оснащать чугунными или водоохлаждаемыми горелками. Также иногда стальнуютопку изнутри покрывают огнеупорным железобетоном, как в модели P45 (VERNER). В стальных котлах существует возможность организации встроенного контура ГВС. Как правило, это проточный водонагреватель. В ряде моделей предусмотрена система электроподогрева за счет установки электрических нагревателей ТЭНов (на 6-12 кВт), которые автоматически поддерживают заданную температуру теплоносителя после сгорания твердого топлива, солярки или газа. Система отопления при этом защищается от замерзания, а температура воздуха в доме остаётся положительной. Особенностью однотопочных универсальных котлов является то, что вследствие особенностей сгорания разного вида топлива переход с одного вида на другой должен сопровождаться перенастройкой котла. Скажем, топочная камера для дров должна быть объемной и без многооборотных дымоходов, которые снижают тягу, а применение дутьевых горелок диктует совсем другие параметры камеры. Тяга из дымохода им не нужна, а вот дымовые каналы для увеличения отдачи тепла «рубашке» — требуются. Эти перестройки несложны и по силам самому владельцу. Где-то надо снять (поставить) шамотные доски (как в FB от DAKON). В котлах Dor (DAKON) переход с режима верхнего (поверхностного) горения на нижнее, когда меняют дрова на уголь. Порой перенастройка сводится только к установке горелки на нижнюю дверцу топки, где уже сделано нужное монтажное отверстие. Но вот газовую горелку ставить или снимать имеет право только специалист с соответствующей лицензией.

В последнее время появились универсальные котлы, которые после сгорания твёрдого топлива способны автоматически переключаться на второй вид топлива — газ или солярку (VIESSMANN, JAMA (Финляндия).

Двухтопочные котлы имеют две раздельные топочные камеры: для сжигания твердого топлива и для установки дутьевой газовой или жидкотопливной горелки. Каждая топка имеет свою конструкцию, максимально приспособленную для наилучшего сгорание ее топлива. Ничего перестраивать в таких котлах (как в однотопочных) не нужно, все собрано на заводе и готово к работе в любой момент. Соединяются топки только в зоне общего дымосборника, выходящего к дымовой трубе, поэтому на работу друг друга не влияют. Камеры выполняются из стали. В большинстве моделей предусмотрена возможность установки ТЭНов (1-3 штуки мощностью 6-18 кВт). Все аппараты могут снабжать дом горячей водой. В котле Polyflam TC 35 фирмы BOSCH для этого применяется встроенный бойлер на 120 л, а в остальных устройствах — проточный водонагреватель. «Двухтопочники» более щедро напичканы автоматикой и устройствами безопасности, чем однокамерные аппараты, поскольку имеют встроенные горелки, весьма чувствительные к условиям питания топливом и электричеством. На случай перебоев в питании котлы могут оснащаться резервными генераторами тепла. А электронная схема управления обеспечивает автоматический переход с одной горелки на другую при сгорании твердого топлива.

Целый ряд изготовителей предлагают в Украине котлы с камерой сжигания твердого топлива и возможностью установки навесных горелок для работы на газе или жидком топливе. Из зарубежных производителей, выпускающих устройства на трех видах топлива (газ, жидкое и твердое), можно назвать DAKON и VIADRUS (Чехия), DEMRAD (Турция), ROCA (Испания), BAXI, FERROLI (Италия), VIESSMANN, BOSH (Германия). В табл. 2 представлены технические характеристики многотопливных универсальных котлов.