Авторы:
Панченко А. А., Гридин С. В.
Источник:
Материалы Всеукраинской научно-практической конференции студентов Металлургия XXI столетия глазами молодых
— Донецк, ДонНТУ — 2016. – С. 116–119.
Панченко А. А., Гридин С. В. Реконструкция существующих котельных с возможностью их работы на твердотопливных пеллетах В статье рассмотрен вопрос энергоэкологической оптимизации сжигания топлива, за счет чего она возможна. Рассказывается про комплексную программу обращения с древесными отходами и перевода угольных котельных на использование твердого древесного биотоплива. Приведена сравнительная характеристика различных видов топлив. Представлена экономическая выгода от внедрения энергетического оборудования, работающего на топливных пеллетах.
В настоящее время одной из главных проблем в сфере совершенствования технологий сжигания топлива котельными региона является необходимость одновременного решения сложных и часто взаимоисключающих задач повышения экономичности его сжигания и уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. В современной научно-технической терминологии одновременное решение этих задач формулируется как энергоэкологическая оптимизация сжигания топлива.
Такая оптимизация возможна за счет увеличения доли используемых возобновляемых источников энергетических ресурсов в энергобалансе [1].
Исходя из этого, в начале 2013 г. депутатами Донецкого горсовета была утверждена Комплексная программа обращения с древесными
отходами и перевода угольных котельных на использование твердого древесного биотоплива
Цель данной программы – уменьшить объемы потребления газа и улучшить в городе ситуацию с экологией. Представленная программа – комплексная, она состоит из четырех взаимосвязанных проектов, которые планировалось реализовать до 2015 года. На первом этапе в течение 2013 г. было создание производственного предприятия для переработки древесных отходов (опилки, стружка, щепа, кора, листва и пр.), соломы, лузги подсолнечника, гречихи и т.п. в прессованные топливные гранулы (пеллеты). Параллельно создавались бригады по обрезке и выкорчевыванию деревьев, а также по перевозке древесных отходов. Третий проект – это реконструкция и установка твердотопливных котлов с автоматизированной подачей топлива в котельных объектов бюджетной сферы. В рамках четвертого проекта на территории совхоза «Клен» намечалась рекультивация земельных угодий с целью создания сырьевой базы. Для реализации проекта требовались инвести-ции в размере 67 млн. гривен (с учетом цен на сырье и оборудование по со-стоянию на начало 2013 г.).
Для реализации этой программы Главное управление благоустройства и коммунального обслуживания Донецкого городского совета и
КП Донецкгортеплосеть
планировали модернизировать котельные с целью снижения себестоимости отпускаемой
тепловой энергии и улучшения качества предоставляемых услуг по теплоснабжению, а также снижения выбросов в атмосферу.
Экономическая выгода от внедрения энергетического оборудования, работающего на топливных пеллетах, очевидна: цены на газ, уголь и жидкое топливо будут постоянно расти до уровня мировых; решаются вопросы утилизации древесных отходов; древесные отходы - экологически чистое топливо.
Внешне пеллеты выглядят как небольшие цилиндрики диаметром от 6 до 14 мм и длиной от 0,5 см до 2 см. Гранулы скрепляются под высоким давлением с помощью природного компонента, который есть в дереве (лигнин), либо с добавлением муки, без добавления каких-либо дополнительных химических закрепителей. Теплотворная способность пеллет сравнима с углем и составляет 4,3-4,5 кВт/кг. При сжигании 1 тонны пеллет выделяется столько же энергии, сколько при сжигании 1,6 тонны древесины, 480 куб. м газа, 500 л дизельного топлива или 700 л мазута.
В отличие от других видов топлива, пеллеты имеют относительно невысокую цену (от 1700 до 3000 руб./т при отгрузке насыпом, 4500 руб./т в мешках по 15 кг). К тому же пеллеты намного экологичнее традиционного топлива: эмиссия углекислого газа в воздушное пространство в 10-50 раз ниже, образование золы в 15-20 раз меньше, чем при сжигании угля. Зольный остаток составляет всего 0,5 % от сгоревшего объема, его можно использовать в качестве удобрения. Затраты энергии на производство пеллет составляют примерно 3 % от содержания энергии, что гораздо ниже затрат на получение природного газа или мазута.
Таким образом, при использовании различных видов топлива мы имеем значительные экологические и экономические преимущества использования котельных установок на древесных отходах и пеллетах в сравнении с котельными на других видах топлива. Но кроме цены непосредственно на топливо, необходимо принимать во внимание некоторые статьи расходов при выборе котлов на том или ином виде топлива, а именно: затраты на подвоз топлива (возобновление запаса топлива); стоимость обслуживания установки (периодичность и сложность обслуживания, в частности угольных котлов на низкосортном угле); повышение цены топлива с течением времени; необходимость и стоимость установки дополнительного оборудования для функционирования котлов (сложная система топливоподготовки и хранения топлива).
В настоящее время ни российского, ни украинского стандартов на топливные гранулы не существует, приходится руководствоваться лишь требованиями технических условий (ТУ). Учитывая вышесказанное, можно сформулировать примерное техническое задание на модернизацию котельной при переводе ее на технологию сжигания топливных пеллет:
При этом однозначное условие - система топливоподачи древесных пеллет к котлам должна быть механизирована для повышения уровня эксплуатации котельной.
компанией ЭкоТерм
в городе Бодайбо Иркутской области было принято
решение и произведены тепловые, аэродинамические и прочностные расчеты по
конструкции жаротрубного котла теплопроизводительностью 2,5 МВт/час на древесных отходах.
Был запроектирован предтопок для сжигания отходов, аналогичный уже проверенному в работе предтопку к котлам КЕ-10-14.
Подача топлива осуществляется из бункеров юбки
с помощью загрузчика, совершающего возвратно-поступательные движения
от маслогидростанций. После котла установлено золоулавливающее устройство и воздухоподогреватель.
Отвод газов осуществляется с помощью дымососов через металлическую дымовую трубу. При испытаниях котел вырабатывает 4,6 Мвт
вместо проектных 2,5. Габариты котла 2,5x2,5 м, по газам - трехходовой. Фактически один котел закрывает потребность комбината
в тепле на отопление, вентиляцию и технологию.
Во многих случаях, когда котельные были запроектированы полностью на газе или мазуте, с котлами ДКВР или КВ-ГМ, то основной трудностью при переводе таких котлов на древесные отходы являются уже существую-щие топки камерного сжигания газа и мазута, и применить их без больших затрат трудно, а часто и невозможно.
В АО Лесэнерго
разработано и внедрено топочное устройство к котлу ДКВР-10-13 при сохранении без изменений существующей
компоновки оборудования [2]. Аналогичные устройства с незначительными изменениями могут быть применены и к котлам других типов.
За стеной здания перед фронтом котлов выполняется выносное топочное устройство.
Топка, где происходит сжигание пеллет, соединяется с котлом газоходом длиной 6 м и более.
Отсутствие поверхностей нагрева в топке и газоходе приводят к хорошему дожиганию летучих составляющих топлива.
При создании выносных топок сохраняется возможность работать и на газе или мазуте. При такой реконструкции обязательно
предусматривается удаление золы из конвективной части котлов.
В результате режимно-наладочных испытаний парового котла типа ДКВР-10-13 с выносной топкой достигнута надежная работа котлоагрегата в диапазоне нагрузок от 60 % до 100 % от номинальной. При отсутствии потерь тепла от химической неполноты сгорания КПД котлоагрегата равен 80,4-80,0 %.
Подобное решение по сжиганию древесных отходов с помощью вынос-ных топочных устройств может быть использовано для котлов типа КЕ, КВ-ГМ и других [3].