ЭФФЕКТИВНОЕ СЖИГАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
Владислав ЛАРИн
Преобладание в энергетическом балансе России ископаемых видов топлива определило типы оборудования, производимого и используемого в теплоэнергетическом хозяйстве. Использование древесины и древесных отходов для энергетических целей может получить широкое распространение только в случае внедрения современных эффективных систем для их сжигания.
Известно, что основные потери тепла, снижающие КПД теплоэнергетического оборудования,связаны с потерей тепловой энергии вместе с выбрасываемыми в атмосферу продуктами горения. Чем выше температура отходящих из топки газов - тем ниже КПД установки. При сжигании топлива, содержащего значительное количество серы, температура отходящих газов поддерживается на уровне 200-250 °С. При более низкой их температуре возрастают коррозионные свойства соединений серы, что приводит к разрушению топочного оборудования. При сжигании 5 не содержащих серу древесных отходов й температура отходящих газов может | составлять 110-120 °С, что позволяет § значительно повысить КПД топочного и энергетического оборудования, повы-I сив при этом их ресурс. £ При сжигании древесины с низкой § влажностью (около 40% от массы топ-| лива) и зольностью (около 1% от мас-1 сы топлива) эффективность работы 1 топочного оборудования приближается I к эффективности котельных на жид-^ ком топливе и, как правило, превосходит эффективность агрегатов, работающих на каменном угле.
Ещё одной особенностью древесного топлива является незначительное содержание несгораемых остатков. Собственное золосодержание древесины не превышает 1%. Но загрязнение древесины в ходе лесозаготовки может достигать 20% за счёт грязи и песка с делянок. Это повышает требования к очистке древесных отходов от загрязнения в ходе предварительной подготовки.
Благодаря своим свойствам, в первую очередь - тугоплавкости, образующаяся при сгорании чистой древесины зола легко удаляется из зоны горения. В противоположность собственному минеральному составу (зольности) древесины, минеральные включения, загрязняющие плохо подготовленное древесное топливо, являются легкоплавкими, что приводит к спеканию образующегося шлака. Спекшийся шлак по своему химическому составу имеет сходство с материалом кирпичной кладки. В результате при горении он спекается с кирпичной кладкой топки, что существенно усложняет процесс удаления золы.
Таким образом, при подборе топочного и энергетического оборудования в котельных, использующих древесное топливо, следует исходить из следующих факторов, определяющих эффективность процесса сжигания древесины: влажность, зольность, соответствие фракционного состава древесного топлива применяемому для его сжигания виду топочного оборудования, соответствие конструкции котельного оборудования используемому древесному топливу; в случае загрязнения древесного топлива следует приспосабливать топочное оборудование для сжигания биомассы высокой зольности.
56
© Владислав Ларин
В зависимости от состояния и степени подготовки древесного топлива в современной топочной технике применяют следующие способы сжигания: слоевой, вихревой и циклонный, факельный, сжигание в кипящем слое.
Слоевой способ. При слоевом способе сжигания частицы древесного топлива сцеплены друг с другом и находятся в слое горения, который медленно движется по мере выгорания топлива. Через слой топлива продувается воздух, скорость движения которого устанавливается таким образом, чтобы не разрушался слой горения. Подбор соответствующей толщины слоя горения позволяет использовать разные по размеру виды древесных отходов - от древесной пыли до дров. Единственный вид древесных отходов, которые нельзя сжигать подобным образом, - шлифовальная пыль с размером частиц менее 0.5 мм. При попытках её сжигания слоевым способом в топке происходят вспышки и взрывы.
Процесс слоевого сжигания древесного топлива легко поддаётся автоматизации, поскольку необходимо автоматически регулировать только подачу воздуха в зону горения. Другие способы сжигания древесного топлива дополнительно требуют автоматизации подачи топлива, что усложняет всю систему автоматизации топочного процесса. При слоевом способе сжигания процесс подачи древесного топлива в зону горения прост, а трудозатраты на подготовку топлива минимальны. Подготовка древесного топлива малозатратна и заключается в его измельчении до размеров, позволяющих беспрепятственно подавать его в шахту топочной зоны.
Преимущества этого способа сжигания заключаются также в простоте устройства, подающего топливо в зону горения, возможности сжигания древесного топлива с разными по размеру частицами. Недостатки же заключаются в громоздкой колосниковой решётке, обеспечивающей равномерное продвижение топлива, не всегда вписывающейся в конструкцию котельного оборудования. Также иногда происхо-
дит прогар слоя горения, что приводит к трудноуправляемому горению и не позволяет создавать топочные системы высокой мощности.
Слоевой способ сжигания древесного топлива получил наибольшее распространение в лесной промышленности при использовании отходов. Конструкция топок этого типа наиболее проста, надёжна в эксплуатации и легко приспосабливается к часто изменяющемуся фракционному составу и влажности топлива. Работающие на принципе слоевого сжигания топки наиболее подходящи для автоматизированных котельных.
Вихревой способ. При этом способе сжигания в топке потоком подаваемого воздуха создаётся вращение частиц топлива по кольцевой или петлевой траектории. Частицы топлива сгорают во взвешенном состоянии при движении газовоздушной смеси, а для сжигания отдельных крупных частиц вихревые топки снабжаются дожига-тельными колосниковыми решётками. Большая скорость движения частиц топлива создаёт условия для ускоренного протекания процессов нагревания, подсушивания и сгорания.
Для эффективной организации процесса вихревого сжигания топлива необходимо строго регулировать скорость и направление движения воздуха в топочной зоне, а также подачу дозированного количества топлива, что усложняет автоматизацию процесса горения. При вихревом способе сжигания не требуется очень тонко измельчать * куски топлива. Вихревой процесс по- § зволяет сжигать в одной топке камен- 1 ный уголь с размером частиц 3-5 мм, § древесные отходы, опилки и стружку, ^ фрезерный торф и т.д. §
Перспективной является техноло- г гия сжигания топлива в низкотемпе- § ратурном вихре. Она применима для | древесных и растительных отходов. § По стабильности горения, глубине сго- 1 рания топлива и экологическим пока- I
о
зателям котлы с низкотемпературным = вихревым сжиганием приближаются к характеристикам котлов с топ-
ками кипящего слоя. На этот способ сжигания переведено три котла типа ЭЧМ-60 производительностью 60 Гкал/ч в котельной ЖКХ Междуреченска (Кемеровская обл.). До реконструкции котельной около 30% нагрузки котлов обеспечивалось за счёт сжигания мазута. Реконструкция позволила отказаться от добавления мазута в топливо. Эта же технология использована в котлах КЕ-4 и КЕ-6.5 для сжигания подсолнечной лузги (Барнаул).
В Абазинском лесокомбинате в Хакасии работа одного котла КВ-1.6-95ВД с вихревой топкой на древесных отходах за один отопительный сезон дала экономию средств на оплату централизованного теплоснабжения от тЭц, достаточную для покрытия затрат по строительству и оснащению собственной котельной.
Приведённые примеры касаются так называемых особых котлов. Экономические проекты, основанные на использовании таких котлов, чрезвычайно выгодны, срок окупаемости вложенных средств составляет от 3 до 18 месяцев в зависимости от конкретных условий. Необходимо отметить, что и типовое котельное оборудование можно использовать с не меньшей выгодой. Известно, что в силу монопольно высоких тарифов на отпускаемые энергоносители многие руководители предприятий желают отсоединиться от ТЭЦ и обзавестись собственными котельными.
В этом случае экономия получается весьма значительной. Например, 014собственная котельная, состоящая из § трёх котлов типа ДЕ-25, построенная в I одном из производственных цехов за-§ вода Трансмаш в Барнауле, окупилась ° за 6 месяцев. Серийное типовое обо-I рудование может быть адаптировано к г местным видам топлива, условиям вы-§ работки и особенностям потребления | энергии. Ими могут комплектоваться 1 ТЭЦ малой мощности с турбинами до 1 12.5 МВт для покрытия собственных по-I требностей в электроэнергии, техноло-^ гическом паре и отоплении. Выгодным мероприятием для теплопроизводящих предприятий является замена устарев-
ших, изношенных котлов, зачастую изготовленных кустарным способом, на современное высокоэффективное оборудование. При этом снижается расход угля, повышается надёжность работы, улучшаются экологические показатели котельной и условия труда персонала.
Разновидностью вихревого способа является циклонный способ сжигания древесного топлива. Отличие его заключается в том, что топочное пространство имеет форму цилиндра, где циркуляция воздуха осуществляется вдоль его внутренних стенок.
Факельный способ сжигания. При факельном способе сжигания смесь древесной пыли с воздухом подаётся через горелку (форсунку, сопло) в топочное пространство, где и сгорает во взвешенном состоянии, образуя факел яркого пламени. Сжигать таким образом можно только сильно измельчённую древесину. Наиболее подходящее для такого сжигания топливо - древесная пыль.
Особенность факельного способа сжигания пылевидного древесного топлива заключается в том, что в топочной камере находится очень небольшое количество топлива. Это делает процесс горения неустойчивым и очень зависимым от режима подачи топливо-воздушной смеси. При факельном способе сжигания происходит ускоренный износ поверхностей нагрева золой и осаждение на кирпичных стенках топки твёрдого шлака, что затрудняет очистку топочного оборудования и снижает экономический эффект от применения такого способа сжигания.
Сжигание в кипящем слое. За рубежом после энергетического кризиса семидесятых годов прошлого века экономические и экологические соображения, принимаемые во внимание при проек
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.