ЗАВОД ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Перевод котлов на сжигание биотоплива

А.М. Шарапов, директор, ЗАО «Экоэнергомаш», г. Бийск

Введение

Высокие цены на энергоносители заставляют производственные предприятия искать альтернативную замену традиционным видам топлива. На передний план в таком случае выходят требования к низкой закупочной цене и местному происхождению топлива, способного эффективно гореть в энергетических установках. Решение данного вопроса открывает перед предприятием дополнительный источник экономической выгоды.

Главными преимуществами биотоплива перед традиционными видами топлива являются:

■ возобновляемость ресурсов;

■ дешевизна;

■ меньший объем выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании (по сравнению с использованием угля и мазута);

■ малая зольность (по сравнению с углем).

В начале 90-х гг. 20-го века интерес к биотопливу (отходы деревообработки, лузга подсолнечника, лузга гречихи, солома и др.) со стороны производственных предприятий существенно возрос, но опыт использования серийной техники, рассчитанной на сжигание определенного вида топлива, оказался неудачным. Перевод угольных, газовых и мазутных котлов на альтернативное топливо приводил к снижению паропроизводительности, уменьшению КПД установок, к увеличению выбросов загрязняющих веществ из-за неполного сгорания топлива, а в ряде случаев - к быстрому шлакованию и загрязнению конвективных поверхностей нагрева котла вплоть до его полного останова.

Дальнейшие работы были направлены на адаптацию существующих серийных котлов и создание специализированных паровых и водогрейных котлов для сжигания биотоплива. Возник вопрос о необходимости создания топочных устройств, способных эффективно работать на нетрадиционных видах топлива.

Технологии

В процессе развития тематики по использованию биотоплива выделились и развивались следующие основные технологии сжигания:

■ вихревое сжигание;

■ сжигание на наклонной решетке;

■ сжигание на наклонно-переталкивающей решетке;

■ кипящий слой;

■ циркулирующий кипящий слой.

Каждая технология обладает своими конкурентными преимуществами, но все же основными критериями выбора типа топочного устройства являются характеристики биотоплива, и именно:

■ температура плавления золы;

■ размеры частиц;

■ влажность;

■ зольность.

В результате опытно-конструкторских и исследовательских работ для вихревого способа сжигания биомассы были достигнуты следующие показатели:

■ содержание горючих компонентов в золе - менее 1%;

■ концентрация вредных веществ в уходящих газах - СО<250 мг/м3, N0x<150 мг/м3;

■ содержание золы уноса на срезе котла - не более 750 мг/м3;

■ длительность безостановочной эксплуатации агрегата (без очистки) - до 30 сут. (см. рис. 1, 2).

Таким образом, в низкотемпературных вихревых топках благодаря их аэродинамической схеме обеспечивается глубокое выжигание горючих из частиц с одновременным устранением образования внутритопочных и натрубных отложений, характерных для высокотемпературных топочных процессов.

В табл. 1 представлены некоторые характеристики биотоплива, сжигание которого возможно в топках данного типа.

Таблица 1. Характеристики топлива, сжигаемого в вихревых топках.

Примеры внедрения

Первые реконструированные котлы (КВ-1,695 ВД) с вихревыми топками работают с начала отопительного сезона 1996-1997 гг. в котельной Абазинского лесокомбината (г. Абаза). Их эксплуатация, за счет исключения затрат на оплату отопления от ТЭЦ и вывоз древесных отходов, за первый сезон компенсировала вложения на строительство котельной и позволила поднять рентабельность лесокомбината.

Состав топлива разнообразный. Горбыль и другие длинномерные отходы предварительно измельчаются рубильными машинами. Щепа и опилки подаются без подготовки. Горение в топке интенсивное, топочный процесс имеет высокую устойчивость, в том числе при использовании отходов 2-3-летней давности. Выбросы из дымовой трубы не содержат сажевых частиц и уноса. Глубокое дожигание уноса и смол в вихревой топке устраняет пожары в дымоходах.

Другим примером внедрения вихревой технологии является мини-ТЭЦ в г. Кировограде (Украина), на которой в октябре 2009 г. были полностью завершены монтажные и пусконаладочные работы котельного оборудования. На мини-ТЭЦ установлены два паровых котла Е-16- 24-350 ДВ, работающие на лузге подсолнечника или природном газе (резервное топливо на время отсутствия лузги).

На предприятии выполнена первоочередная задача: утилизация отходов производства - подсолнечной лузги в количестве 135-140 т в сутки и получение до 36 т/ч перегретого пара с давлением 24 кгс/см2 и температурой 350 ОС, используемого на технологию, отопление и ГВС. Утилизацию избыточно вырабатываемого пара и производство электрической энергии обеспечивает паровая турбина мощностью 0,8 МВт.

Каждый из котлов Е-16-24-350 ДВ оснащен двумя независимо работающими вихревыми топками, с общей камерой дожигания. КПД котлов составляет 82-85%.

В 2011-2012 гг. осуществлены работы по проектированию, установке и наладке котла Е-14- 1,4-250 ДВ (рис. 3) в котельной ОАО «Аткарский маслоэкстракционный завод» (Саратовская обл., г. Аткарск).

В результате деятельности предприятия образуется большое количество отходов переработки - лузги подсолнечника. Часть отходов отправляется на переработку для производства пеллет, оставшееся же количество поступает в котельную в качестве топлива для сжигания в котлах с целью получения перегретого пара.

К основным особенностям котла Е-14-1,4- 250 ДВ можно отнести следующее:

- в ходе проектирования была решена задача размещения нового более мощного и габаритного котла в котельной ячейке старого котла паропроизводительностью 10 т/ч. Таким образом, производство пара котельной ячейки было увеличено на 40%, при неизменных размерах самой котельной;

- наличие двух вихревых топок низкотемпературного горения позволяет регулировать нагрузку котла в диапазоне 30-100% от номинальной.

Топки котла представляют собой камеры сложного геометрического профиля, образованные топочными экранами. Отношение диаметра топки к ее ширине равно 4. Вихрь формируется с помощью сопел дутья, эжектора подачи топлива и продуваемого пода, расположенных внизу топки. Выход продуктов сгорания организован через газовыпускное окно, расположенное по центру камеры сжигания. Топки обращены газовыпускными окнами друг к другу. Внутренние экраны топок образуют между собой камеру дожигания.

Принцип работы топок основан на работе сил инерции. Топливо тангенциально вводится в вихрь воздушным потоком. Для этих целей внизу топки установлен эжектор, обеспечивающий хорошее перемешивание топлива с воздухом и его равномерную подачу по ширине топки. Попадая в камеру сгорания частицы топлива, обладающие определенной массой, вследствие силы инерции отбрасываются к стенкам топки и вовлекаются в вихревое движение. Перемешиваясь с горящими частицами топлива, золой и продуктами сгорания, топливовоздушная смесь воспламеняется. В процессе горения масса и объем частиц уменьшаются и под действием газового потока они направляются к газовыпускному окну.

Для предотвращения выноса недогоревшего топлива из топочной камеры, в газовыпускном окне установлена система улавливания частиц. Ее назначение - обеспечить рециркуляцию недогоревших частиц в зону активного горения.

Система улавливания частиц состоит из двух обечаек разного диаметра, вставленных коаксиально одна в другую и образующих кольцевой канал, равномерно распределяющий воздух от дутьевого вентилятора. Этот воздух создает на выходе кольцевой воздушный экран, который служит преградой для лузги и возвращает недогоревшие частицы топлива обратно в топочный объем. Таким образом, достигается более полное выгорание топлива, снижение механического недожога и, как следствие, повышение КПД котлоагрегата.

В ходе пусконаладочных работ была проведена серия опытов по определению влияния скорости на выходе из кольцевого канала на режим работы вихревой топки.

Регулирование величины скорости производилось изменением расхода воздуха, подаваемого вентилятором в систему улавливания частиц, с помощью установки сменных колец на входе воздуха в вентилятор. Величина избытка воздуха, необходимого для горения, поддерживалась постоянной посредством соответствующего изменения расхода воздуха через сопла дутья, эжектор и под топки. Опыты ставились при 100% производительности котлоагрегата. Измерение расхода воздуха производилось дифференциальным манометром ДМЦ-01М.

В результате опытов был опробован диапазон расходов воздуха через завихритель от 800 до 1800 м3/ч с шагом 200 м3/ч. При этом были достигнуты скорости воздуха на выходе из кольцевого канала в диапазоне 9,1-20,6 м/с (см. табл. 2).

Таблица 2. Диапазон опробованных скоростей воздушного потока на выходе из кольцевого канала.

При скоростях 9,1 и 11,4 м/с наблюдался периодический вынос небольшого количества недогоревшей фракции топлива в камеру дожигания и унос ее в конвективную часть газохода.

При скоростях 16, 18,3, 20,6 м/с появились значительные пульсации давления топочных газов и нестабильная работа топок.

При расходе 1200 м3/ч и, соответственно, скорости 13,7 м/с пульсации давления топочных газов значительно уменьшились, вынос недогоревшей фракции в камеру дожигания отсутствовал.

Скорость воздуха 13,7 м/с также была опробована на режимах 50% и 75% производительности котлоагрегата. По данным наблюдений большие колебания давления топочных газов и вынос недогоревших частиц топлива отсутствовали и на этих режимах (рис. 4).

В результат проведенных опытов на котле был установлен оптимальный расход воздуха, подаваемого через систему улавливания частиц, обеспечивающий устойчивую работу топок и эффективное удержание недогоревшего топлива в зоне активного горения.

Успешный опыт эксплуатации котлов с вихревыми топками доказал правильность конструкторских и проектных решений, заложенных в основу работы таких котельных агрегатов. В настоящее время уже более 50 единиц котельных установок с вихревыми топками работают на предприятиях, расположенных в различных регионах России, а также в странах ближнего зарубежья. Вихревая технология применена в конструкции паровых котлов паропроизводительностью от 1 до 50 т/ч с давлением 1,4-4 МПа и с перегревом пара до 400 ОС, а также водогрейных котлов тепловой мощностью от 1 до 35 МВт. КПД установок составляет 89-92%.

А.М. Шарапов, Перевод котлов на сжигание биотоплива

Источник: Журнал "Новости теплоснабжения" №12 (160), 2013 г. , www.ntsn.ru/12_2013.html

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Тематические закладки пользователей:

Tеги: биотопливо

Похожие статьи: