Автономные котельные на древесных отходах

Ф.Г. Ахтямов, директор ПКФ «ЭкоТерм», г. Челябинск

В последнее десятилетие в связи с неуклонным ростом цен на ископаемое топливо заметно возрос интерес к котельным установкам, обеспечивающим эффективное сжигание дешевых видов топлива и, в первую очередь, древесных отходов.

Перевод котельных на местные более дешевые виды топлива (древесные отходы) является основным путем снижения затрат на топливо и сокращение его удельных расходов на тепловую энергию. Древесные отходы являются CO2-нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются.


Выбор оборудования для сжигания древесных отходов

На наш взгляд одним из основных критериев при выборе оборудования является вид топлива, его состав, влажность. Как показывает практика, наилучшими показателями характеризуются установки, непосредственно сконструированные в расчете на данный конкретный вид топлива или же адаптированные к нему путем специальной реконструкции.

Здесь мы считаем правильным подход к решению технических задач одной из фирм, уже давно работающей в этой области, в основу которого положен девиз: «Назовите топливо и мы сожжем его».

Только после тщательного изучения исходных данных по топливу можно предлагать и технологию сжигания, и под данную технологию подбирать оборудование.

К нашему сожалению, в настоящее время подход к выбору оборудования несколько иной. Понятие «отходы» ассоциируется с убеждением, что это дешево. И это обманчивое убеждение перекрывает необходимость анализа при выборе оборудования.

Да, в первый год эксплуатации установки по сжиганию древесных отходов будут очевидны преимущества:

• решен вопрос по утилизации отходов;

• получена дешевая тепловая энергия.

Но будет и второй год эксплуатации, и последующие годы. И вот здесь ошибка при выборе оборудования без анализа состава отходов даст о себе знать:

• ремонт огнеупорной кладки;

• чистка поверхностей нагрева от сажистых отложений;

• ремонт или полная замена колосниковых решеток.

Все эти последствия будут видны визуально. В то же время будет иметь место процесс снижения КПД установки.
Сжигание древесных отходов базируется на нескольких методах, в т.ч.

• прямое сжигание,

• сжигание в кипящем/циркулирующем слое,

• газификация/сжигание газов во вторичной камере сгорания.

Прямое сжигание

Прямое сжигание происходит в топках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах малой мощности (менее 20 МВт) для сжигания древесного топлива с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, опилок, топливных брикетов и гранул и т.д. Обычное использование тепла - для сушки древесины в сушильных камерах, в водогрейных котлах для обогрева производственных или жилых помещений.


Сжигание в кипящем циркулирующем слое

Сжигание в кипящем циркулирующем слое позволяет достичь большей эффективности и экономичности за счет почти 100%-го сгорания топлива при меньшем уровне эмиссии отходов горения по сравнению с прямым сжиганием. При использовании данного метода измельченное древесное топливо подается в «кипящий» слой, созданный путем продувания воздуха через слой топлива.

Наиболее перспективным с инженерной точки зрения является техническое решение с использованием топочного устройства на базе колосниковой решетки и высокотемпературного циркулирующего кипящего слоя (ВЦКС). Схема такого водогрейного котла представлена на рис. 1.



Отличительной особенностью таких топочных устройств является узкая (1/4-1/6 ширины котла) подвижная решетка-транспортер, собираемая из стандартных чугунных колосников и наклонно устанавливаемая под топочной камерой. Параметры решетки, включая угол и сторону наклона, а также направление движения полотна выбираются индивидуально.

Область применения данного варианта чрезвычайно широка, однако, исходя из ряда конструктивных, технологических и эксплуатационных соображений, использование решетки типа ВЦКС наиболее целесообразно на паровых и водогрейных котлах мощностью от 3-5 до 30-50 МВт.

Оптимальный вид древесного топлива - щепа с размером кусков 30-150 мм или любые другие отходы производства с аналогичным фракционным составом и влажностью до 55-57%, содержащие, желательно, не более 30-35% мелких фракций.


Газификация

Газификация представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе топливо подается шнековым питателем на колосниковую решетку в первичной камере (предтопке), где оно нагревается до температуры, при которой происходит процесс газификации. Перегретый и смешанный с вторичным воздухом древесный газ сгорает во вторичной камере практически без остатка. Продукты сгорания используются в котле или печи для получения горячей воды, пара или горячего воздуха. Диапазон мощностей систем сжигания такого рода от 500 кВт до 30 МВт.

Наиболее перспективным из ряда отечественных разработок (преимущественно небольшие водогрейные котлы мощностью 0,5-1,5 МВт) представляется водогрейный котел для сжигания древесных отходов вертикального исполнения (рис. 2), где в нижней части имеется высоконапряженная топка, над которой монтируется теплообменник с многоходовым направлением движения горячих дымовых газов.



Топка механизированная со шнековой топливоподачей имеет принудительное распределенное первичное и вторичное дутье. За счет тангенциального вторичного дутья достигается высокая полнота сгорания, а следовательно, высокий КПД топочного устройства. Двухходовая по уходящим газам схема теплообменника обеспечивает минимальное осаждение золы на поверхностях нагрева. Данные котельные установки рассчитаны, как правило, на некое усредненное топливо.

Из котлов тепловой мощностью от 100 до 400 кВт, работающих на основе газогенераторных топок, интересное техническое решение представлено на рис. 3.



Топка газогенераторная, немеханизированная, с оперативным бункером для обеспечения непрерывности работы. В ней можно сжигать различные по фракционному составу древесные отходы: от мелких опил (отходы ленточно-пильных станков) до кусковых отходов.

Древесные отходы загружаются в бункер. Под действием силы тяжести, по мере сгорания, топливо постепенно опускается вниз, проходя последовательно зоны: подсушки, пиролиза, газификации и горения. Образующаяся зола просыпается через колосник в зольник, куда также первоначально поступает воздух для горения.

Пространство топки находится под разрежением. Небольшое количество воздуха поступает через неплотности в слое топлива в бункере в зону пиролиза. Образовавшиеся газы собираются под газоносным кольцом фигурной футеровки и отводятся в жаровую трубу.

В жаровой трубе газы смешиваются с воздухом, поступающим через устройство подачи вторичного воздуха, и сгорают в виде факела внутри жаровой трубы.

Теплоноситель (вода) подается в котел через входной коллектор, по смешанной схеме (последовательно-параллельно) проходит через контуры, собирается в выходном коллекторе и поступает к потребителю.

Данный агрегат подкупает своей простотой и доступностью обслуживания даже малоквалифицированному персоналу. Из опыта монтажа и запуска котельных с различными котлами (см. таблицу) считаем, что данный котел можно рекомендовать для малых сельских, поселковых котельных для локального отопления небольших зданий: школ, больниц, складов, магазинов и т.д.





Заключение

Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность является одной из отраслей России, имеющих большой потенциал роста. По мере расширения производства такой продукции будут возрастать объемы древесных отходов, эффективная утилизация которых становится все более актуальной также в свете сохранения природной среды. В то же время любое предприятие отрасли заинтересовано в том, чтобы утилизация древесных отходов из статьи затрат перешла в статью доходов.


Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» № 10, www.ntsn.ru