Электроэнергия из древесных отходов
Сделан следующий важный шаг
Экологическая политика в сфере энергообеспечения предусматривает стимулирование производства и потребления топлива и энергии с помощью технологий, улучшающих здоровье населения и состояние окружающей среды; вовлечение в топливно-энергетический баланс возобновляемых источников энергии и особенно отходов производства в целях уменьшения негативного влияния энергетической деятельности на окружающую среду и сохранения для будущих поколений невозобновляемых энергоресурсов.
Для снижения себестоимости тепловой энергии, уменьшения влияния факторов внешней среды на устойчивость и стабильность развития предприятия, а также для комплексного снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду на Цигломенском участке ЗАО «Лесозавод 25» в 2005 году была смонтирована и запущена в эксплуатацию котельная, оборудованная двумя водогрейными котлоагрегатами фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH, работающими на кородревесных отходах, образующихся в технологическом цикле предприятия.
Здание котельной (размером в плане 18×17 м) имеет два склада топлива (4,8×33,2 м) и оборудовано автоматической системой топливоподачи. Топливо с помощью выдвижных толкателей подается в промежуточные резервуары, из которых с помощью гидравлических переталкивающих механизмов поступает на колосниковые решетки топочных камер. Для сжигания высоковлажных кородревесных отходов были установлены австрийские котлоагрегаты PR-2500 фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH.
Данные котлы, мощностью по 2,5 МВт каждый, рассчитаны на выработку горячей воды с температурой до 110°С при давлении около 3 кг/см, оборудованы топочными камерами с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками HVR-2500, системой позонного ввода первичного воздуха, ступенчатой системой подачи вторичного воздуха и автоматической системой управления всеми процессами технологической схемы. В топочных камерах реализована двухступенчатая схема сжигания топлива. Кроме того, для дополнительного снижения выбросов оксидов азота котлоагрегаты оборудованы системами рециркуляции продуктов сгорания и дополнительными дымососами. Все тягодутьевые установки котлов имеют частотное регулирование производительности (частотные преобразователи).
В котельной Цигломенского участка ЗАО «Лесозавод 25» для теплоснабжения производственных потребителей и отопления цехов используется двухконтурная система, в которой для передачи теплоты от рабочей среды первого контура к рабочей среде второго установлены два (один резервный) пластинчатых теплообменника мощностью 5 МВт каждый. Тепловые нагрузки с учетом потерь составляют 3,8 МВт на сушку пиломатериалов и 1,2 МВт на отопление.
Для комплексной оценки эффективности работы установленного оборудования в ноябре − декабре 2005 года было проведено энергетическое обследование котельной.
В этом году фирме POLYTECHNIK Luft-und
Feuerungstechnik GmbH исполняется 40 лет!
При проведении обследования в топки котлов подавались древесные отходы, в которых доля коры составляла от 72 до 95%, а гранулометрический состав топлива был крайне неоднородный с большим содержанием крупных фракций. Результаты балансовых опытов показали, что КПД брутто котлоагрегатов PR-2500 изменяется в диапазоне от 83,0 до 88,2% при нагрузках 43−85% от номинальной, удельный расход условного топлива на выработку 1 ГДж составляет 38,64−41,24 кг у. т./ГДж, а эмиссии вредных веществ: ЭСО=24−138 мг/МДж; ЭNOх=118−156 мг/МДж и Этв. частиц=41,4−57,4 мг/МДж. Реализация проекта по энергетическому использованию древесных отходов на Цигломенском участке ЗАО «Лесозавод 25» позволила уменьшить выбросы сернистого газа на 187,4 т/год, оксида углерода на 21 т/год, оксидов азота на 6,2 т/год и углекислого газа на 10667 т/год.
Энергетическое обследование показало, что котлоагрегаты PR-2500 имеют резерв для дальнейшего снижения эмиссии оксидов азота и оксида углерода, а также повышения КПД путем соответствующей настройки системы автоматического регулирования и перераспределения воздушных потоков с учетом изменения теплотехнических характеристик сжигаемого топлива.
котлов PR-2500 при вводе в эксплуатацию
Важным параметром, определяющим эффективность работы энергооборудования, является его способность длительно и надежно работать с номинальными нагрузками при широком диапазоне изменения теплотехнических и гранулометрических характеристик сжигаемого топлива. Поэтому был выполнен анализ работы котельной за период с ноября 2005-го по апрель 2006 годов. Графики изменения среднесуточной нагрузки котлоагрегатов за наиболее холодный период 2005−2006 годов показали, что котлоагрегаты PR-2500 способны длительно обеспечивать не только номинальную мощность, но и в случае необходимости теплопроизводительность выше номинальной. Максимальная среднесуточная тепловая мощность, достигнутая на котлоагрегате № 2, составила 2,9 МВт, а на котле № 1 − 2,8 МВт.
Характеристики сжигаемых древесных отходов изменялись в широком диапазоне, который для влажности (на рабочую массу) составлял Wrt=49,3−61,8%, при этом низшая теплота сгорания изменялась в интервале Qri=5,52−8,15 МДж/кг.
Крайне суровая и затяжная зима вызывала смерзание высоковлажных древесных отходов, при поступлении которых в топки котлов требовались дополнительные затраты энергии на перевод смерзшейся внешней влаги из одного агрегатного состояния в другое. Данные обстоятельства, а также наличие в биотопливе крупномерных включений древесины (чурок, досок, отходов торцовки/раскряжевки) и инородных примесей (песка, камней, металла и других) ставили в очень жесткие условия работы системы топливоподачи и котлы в целом. Поэтому диапазон изменения среднесуточной температуры воды на выходе из котлоагрегатов в зимние месяцы составил tв. прям=90−110°С.
Конструкция наклонно-переталкивающей решетки HVP-2500, состоящей из тринадцати рядов колосников, выполненных из жароупорного хромлегированного (содержание хрома >20%) стального литья, а также конструкция системы охлаждения рамы решетки обеспечили отсутствие шлаковых наростов и надежную работу установки шлакоудаления при высокой полноте выгорания горючих веществ в очаговых остатках (Сгшл£11%, Сгун£17%) даже при сжигании смерзшихся и некондиционных древесных отходов.
Системы пневматической продувки сжатым воздухом дымогарных труб газоводяных теплообменников горизонтального исполнения работали надежно и обеспечили эффективную работу поверхностей нагрева во всем диапазоне изменения тепловых нагрузок.
Установка золоуловителей (RGE) инерционного типа в газовых трактах котлов до рекуперативных трубчатых воздухоподогревателей (LUVO) не только обеспечила высокую степень очистки продуктов сгорания (yз.у.=86−88%), но и повысила эффективность и надежность работы воздухоподогревателей. Подогрев первичного воздуха составлял 100−130°С, при этом обеспечивалось охлаждение уходящих дымовых газов до 110−140°С.
Система водоподготовки для подпитки первого контура производительностью 2 м³/ч оснащена системой автоматического управления и состоит из двух фильтров обезжелезивания (GENO-mat FE-Z), умягчительной установки серии GENO-mat duo WF, дозировочного насоса Genodos и системы Reflex Variomat, обеспечивающей поддержание стабильного давления в контуре и дегазацию системы. Все элементы системы водоподготовки работали достаточно стабильно, при этом значение рН для воды первого контура составляло 7−7,5, а жесткость и содержание железа на всех режимах работы установки не превышали 0,8 мг-экв/л и 0,4 мг/л соответственно.
Таким образом, результаты энергетических обследований и анализ работы энергетических котлоагрегатов PR-2500 австрийской фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH в период суровой и затяжной зимы 2005−2006 годов позволили сделать вывод, что они имеют наиболее высокие технико-экономические и экологические показатели из всех теплогенерирующих установок Архангельской области, работающих на биотопливе, и способны длительно обеспечивать не только номинальную мощность, но и производительность выше номинальной.
Успешный опыт сотрудничества ЗАО «Лесозавод 25» группы компаний «Титан» и австрийской фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH позволил перейти к разработке и реализации до конца 2006 года следующего проекта − строительства мини-ТЭЦ на древесных отходах. Данное направление энергетического использования древесных отходов является наиболее перспективным, т. к. позволяет реализовать все преимущества комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, обеспечить минимальную себестоимость энергии и энергетическую независимость предприятия от внешних источников энергии.
На основной площадке ЗАО «Лесозавод 25» группы компаний «Титан» реализуется следующая технологическая схема: биотопливо, в основном кора, сжигается в топках паровых котлоагрегатов мощностью 2 х 7,5 МВт, вырабатывающих перегретый пар (Рп. п=2,4 МПа, tп. п=425°С), который поступает в противодавленческую турбину. номинальная производительность на клеммах генератора − 2,2 МВт. Реализация данного проекта позволит обеспечить (на 80% и более) потребность завода в электроэнергии, ликвидировать угольную котельную, расположенную в автотранспортном цехе, и получить максимальный экологический эффект. Данный проект полностью соответствует положениям Киотского протокола к Конвенции ООН об изменении климата на Земле.
В. К. ЛЮБОВ,
д.т.н., профессор кафедры ПТЭ
Архангельского государственного технического университета,
член научного совета СЗО РАН по горению и взрыву
