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

Особенности использования подстилочного помета в паровых и водогрейных котлах

К.т.н. А.Л. Гарзанов, генеральный директор, ООО «АГК ЭКОЛОГИЯ», г. Москва;
А.С. Литвинов, заместитель технического директора, ЗАО «Приосколье», Белгородская обл., п. Дубовое;
A.А. Аваков, генеральный директор, ЗАО «ИЦ «Авелит», г. Белгород;
B.М. Смирнов, генеральный директор, ЗАО «Энергоресурс-СП», г. Калуга

Невозобновляемые виды топлива постоянно дорожают, а, соответственно, растет и стоимость производимых на их основе энергоресурсов. В противовес этому процессу может быть рекомендовано более широкое использование местных видов топлива (в т.ч. древесного топлива, торфа, соломы, лузги и т.п.) и горючих отходов.

Перспективным альтернативным возобновляемым биотопливом, в частности, является подстилочный помет (ПП) птицефабрик, ежегодный объем поступления которого превышает 7 млн т. Его использование в качестве местного топлива может обеспечить экономию до 10 млрд руб. в год за счет снижения затрат на ископаемое топливо. Кроме того, неоспоримым преимуществом такого подхода является полная и быстрая ликвидация отхода 3-го класса опасности с исключением экологических платежей за загрязнение окружающей среды.

Отечественный и зарубежный опыт сжигания ПП в водогрейных и паровых котлах показал, что из 1 т такого биотоплива без какой-либо его предварительной подготовки можно выработать до 2 Гкал тепловой энергии, или 3 т насыщенного пара на производственные нужды, или до 600 кВт*ч электроэнергии, заместив при этом до 270 м3 природного газа [1].

По своим теплотехническим характеристикам ПП относится к низкокалорийным и высоковлажным видам твердого топлива со средним содержанием золы и пониженной температурой ее плавления. В табл. 1 приведены усредненные характеристики ПП на основе опилок и соломы. Для сравнения приведена характеристика подстилочного материала.

Таблица 1. Характеристики подстилочного помета.

Характеристики ПП определяют технологические особенности процессов горения, теплопередачи, шлакования и заноса топочных и конвективных поверхностей нагрева, золоочистки. Важной особенностью является необходимость поддержания температуры газов на выходе из топки ниже температуры начала плавления золы (не более 850 ОС для подстилки на опилках, и 750 ОС - на соломе).

Для предотвращения отложений летучей золы необходимо создание особых газодинамических условий обтекания труб и применение пневмо- или газоимпульсной (а на паровых котлах - паровой) обдувки. Хороший эффект дает и рециркуляция в топку части (до 30%) уходящих газов котла. Большое количество тонкодисперсной летучей золы требует эффективной газоочистки с КПД золоулавливания не ниже 95%.

Аналитический контроль состава продуктов сгорания ПП показал, что наиболее существенным загрязняющим компонентом является моноокись азота NO (NO2- не более 1% от NO). При этом значения выбросов оксида азота находятся в промежутке между значениями, полученными при сжигании газа и мазута в котлах с сопоставимой тепловой мощностью и близкими избытками воздуха (табл. 2). Это - результат сжигания биотоплива с пониженной температурой горения.

Тип котла Топливо Нагрузка котла Коэффициент избытка воздуха NOx, мг/нм3 СО, % об.
Водогрейные котлы
КВГМ-30 газ 30 Гкал/ч 1,45 141 0,002
УТПУ-ЗМ ПП* 1 Гкал/ч 1,50 199 0,003
КВ-Р-ЗТ ПП* 1,7 Г кал/ч 1,50 96 0,002
КВГМ-20 мазут 14 Гкал/ч 1,51 271 0,002
КВГМ-10 мазут 7 Г кал/ч 1,46 338 0,003
КВГМ-30 мазут 20 Г кал/ч 1,26 476 0,003
Паровые котлы
ДКВР-6,5/13 мазут 6 т/ч 1,36 285 0,005
ПКБ-1 ПП** 1 т/ч 1,7 82 0,2
ПКБ-8 ПП** 8 т/ч 1,37 98 0,04
ДКВР-10/13 мазут 10 т/ч 1,50 256 0,003
ДКВР-10/23 мазут 8 т/ч 2,10 383 0,004
ДКВР-10/13 мазут 9 т/ч 1,66 279 0,002
ДКВР-10/13 газ 10 т/ч 1,28 364 0,005

Примечание: * - ПП на опилках, ** - ПП на соломе

При налаженном режиме горения концентрации органических загрязнителей (меркаптаны, фенолы и т.п.), SO2, H2S минимальны и близки к чувствительности метода их определения.

Выход золы определяется зольностью биотоплива, составляя от 10 до 15%. При этом зола ПП является эффективным минеральным калийно-фосфорным удобрением. Ее химический состав приведен в табл. 3. ВНИИ органических удобрений рекомендует ее дозировки от 200 до 1000 кг/Га в зависимости от типа почв и вида сельскохозяйственных культур.

Таблица 3. Химический состав золы ПП.

Компонент Величина для ПП, %
ПП на опилках ПП на соломе
К20 7,5 16,9
р2о5 10,7 30,4
СаО 24,7 23,2
МдО 7,1 9,8
Na20 3,3 2,9
S03 11,9 7,5
ZnO 0,2 0,5
CuO 0,1 0,3
А12 3,3 1,4
TiO2 0,3 0,1
Si02 14,6 6,2

Разработанный в [4] способ переработки золы позволяет производить из нее гораздо более качественный продукт - гранулированный кондиционер почвы (рис. 1).

Рис. 1. Кондиционер почвы МКП-300-400.

По результатам полевых испытаний, его применение повышает урожайность сельскохозяйственных культур на 30-50% [5]. Хранить кондиционер можно в виде блоков 1x1x1 м вне складов с последующим измельчением в необходимом количестве в нужное время и в нужном месте.

Использование ПП в качестве биотоплива наиболее рационально в котельных птицефабрик, производящих его. При этом возможны три основных варианта:

1) производство тепловой энергии в виде горячей воды на нужды ГВС и/или отопления;

2) комбинированная выработка насыщенного пара (1,3 МПа) на производственные нужды (убой, переработка отходов, производство кормов) и тепловой энергии на нужды ГВС и/или отопления;

3) комплексное производство электрической и тепловой энергии (пара) на производственные нужды.

Первый вариант наиболее приемлем для теплоснабжения небольших птицефабрик с суточным выходом помета до 50-70 т. В этом, самом простом и дешевом варианте, применяются специализированные водогрейные котлы с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками, с механизированными системами топливоподачи, золоочистки и золоудаления. Тепловая мощность котлов рассчитывается на сжигание за отопительный период (190-210 сут.) всего годового объема помета. В этом случае для хранения избыточного количества биотоплива в межотопительный период потребуются закрытые и вентилируемые топливные склады (из расчета 1,5 м2 на 1т ПП). Этот вариант востребован и при круглогодичном потреблении тепловой энергии, например, ГВС жилого сектора.

Окупаемость капитальных затрат водогрейного варианта не превышает двух лет только за счет снижения потребления натурального топлива. При этом удельные капитальные затраты составляют не более 10-12 тыс. евро на 1 т ПП в сутки.

Так, например, уже более 6 лет на ПП работает водогрейная котельная птицефабрики «Загорский бройлер» (Московская обл.). В настоящее время ПП сжигается в котле типа КВ-Р-3Т тепловой мощностью 2 МВт. Себестоимость производства тепловой энергии, идущей на отопление 16 птичников, составила в декабре 2014 г. 1200 руб./Гкал при ее стоимости в районных теплосетях более 2000 руб./Гкал.

Второй вариант более сложен и дорог, т.к. требует оснащения котельных не только специализированными паровыми котлами с автоматизированными системами топливоподачи, золоочистки и золоудаления, но и системами химводоподготовки и деаэрации питательной воды. Этот вариант наиболее приемлем для птицефабрик с выходом помета от 100 до 200 т/сут., имеющих птицеперерабатывающее производство с цехом убоя птицы, кормозаводом и цехом переработки мясокостных отходов в кормовую муку - основными постоянными потребителями пара и тепловой энергии.

Даже с учетом только лишь сокращения газопотребления срок окупаемости капитальных затрат на паровые котельные не превышает 3,0 - 3,5 лет (при цене газа 5 тыс. руб./тыс. нм3).

рис. 2. Котел паровой на пп.

Так, ввод в эксплуатацию первого из трех котлов (рис. 2) мощностью до 10 т/ч насыщенного пара (1,2 МПа) в котельной ЗАО «Приосколье» (Белгородская обл.) дал экономию не менее 2 млн руб. в месяц только за счет сокращения потребления природного газа. Регулярный ежедневный подвоз биотоплива в стокер котла (емкость с «живым» дном (рис. 3)) позволил обойтись без отдельного топливного склада. Проектное потребление ПП котельной с тремя котлами - до 60 тыс. т в год.

Рис. 3. Топливный склад котла.

Также в ЗАО «Приосколье» запущено опытное производство гранулированного органоминерального удобрения из золы помета и отходов своих очистных сооружений. Оно используется на собственных сельхозугодьях холдинга, сокращая затраты на закупку минеральных удобрений.

Для крупных птицефабрик с суточным выходом ПП от 200 т и более возможности производства пара и тепловой энергии значительно выше потребности в них. В этом случае наиболее рационален третий вариант - комбинированное производство электроэнергии, технологического пара и тепловой энергии. Он наиболее сложен и дорог, т.к. помимо котлов с повышенными параметрами пара (2,4 МПа, 350 ОС) необходимы паровые турбины с конденсаторами, генераторами, градирнями и соответствующим вспомогательным оборудованием. Стоимость паротурбинного блока равна или превышает стоимость котельного оборудования. Но этот вариант наиболее гибок и универсален и является единственно возможным при значительной удаленности от потребителей. В этом случае котельная становится мини-ТЭЦ, работающей в режиме «параллельно с сетью». Это позволяет избежать высокой платы за подключение к внешним электросетям и дает возможность перейти к взаиморасчетам с ними в натуральной форме (по кВт*ч).

Удельные капитальные затраты в этом варианте составляют от 40 до 30 тыс. евро на 1 т ПП в сутки (рис. 4), или от 2 до 1,5 тыс. евро на 1 кВт установленной генерирующей мощности. Срок окупаемости капитальных затрат составляет от 4,5 до 2,5 лет (рис. 5). Себестоимость электроэнергии при включении всех эксплуатационных затрат составляет от 2,4 до 0,7 руб./кВт*ч, снижаясь с ростом мощности (рис. 6).

В случае паровых котельных удельные капитальные затраты и себестоимость тепловой энергии ниже в 1,7-2,0 раза. Соответственно, срок окупаемости капитальных затрат меньше, чем в случае ТЭЦ, на 1,0-1,5 года.

Приведенные выше технико-экономические показатели могут использоваться в качестве ориентиров для выбора оптимального варианта утилизации ПП применительно к условиям конкретного производителя.

Сжигание ПП для выработки электроэнергии производится пока только за рубежом. Так, на этом виде биотоплива работают три ТЭЦ в Великобритании мощностью 12,7 МВт (Eye Power Station (PS.), Suffolk), 13,5 МВт (Glauford PS. Yorkshire) и 9,8 МВт (Westfield PS., Fife, Scotland) [6]. Суммарно на них сжигается до 400 тыс. т ПП в год.

Использование всего объема ПП, производимого в России, позволит производить до 450 МВт/ч электроэнергии себестоимостью не более 1 руб./кВтч. При общих капитальных затратах до 75 млрд руб. срок их окупаемости не превысит 5 лет. Кроме того, утилизация золы ПП позволит производить 1 млн т в год высокоэффективных минеральных и органоминеральных удобрений - гарантов восстановления и поддержания устойчивого плодородия почв России.

Для реализации этого потенциала ПП как биотоплива необходима действенная государственная поддержка, в первую очередь, льготные кредиты (до 5% годовых) на создание энергокомплексов на помете и льготы сельхозпотре- бителям, использующих удобрения из помета и его золы.

Литература

1. Производство энергии на подстилочном помете: экономические и технологические аспекты // Птицеводство. 2015. № 5. С. 57-60.

2. Котельные и электростанции на биотопливе. Справочник. С.-Пб. Биотопливный портал WOOD-PELLETS COM. 2008. 360 с.

3. Обзор технологий сжигания соломы с целью выработки тепла и электроэнергии// Экотехнологии и ресурсосбережение. 1998. № 6. С. 3-11.

4. Патент РФ № 254743, МПК С05П1/00. Кондиционер почвы.

5. Минеральные кондиционеры почвы - ключ к устойчивому плодородию // Актуальные агросистемы. 2015. № 4. С. 24-26.

6. Электронный ресурс http//www.eprl.co.uk (дата обращения 21.07.2015).

А.Л. Гарзанов, А.С. Литвинов, A.А. Аваков, B.М. Смирнов, Особенности использования подстилочного помета в паровых и водогрейных котлах

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №10 (182) 2015 г. , www.rosteplo.ru/nt/182

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

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

Похожие статьи:

Программы Auditor