Русский Английский Немецкий Итальянский Финский Испанский Французский Польский Японский Китайский (упрощенный)

Партнеры журнала:

Техника и технологии

Сжигание древесных отходов в котлоагрегатах с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками

Современное состояние окружающей среды и перспектива дальнейшего увеличения использования низко­качественных углей уже сейчас заставляют шире использовать виды топлив и технологии производства энергии, которые в наибольшей степени отвечают экологическим требованиям. Это относится, прежде всего, к утилизации отходов производства, нетрадиционным и возобновляющимся источникам энергии. В настоящее время использование биотоплива в электроэнергетике составляет менее 2% и не может решить проблемы защиты окружающей среды от выбросов вредных веществ в масштабах всей страны. Однако применение биотоплива, вместо невозобновляемых первичных энергоресурсов там, где это возможно является обязательным элементом совершенствования ТЭК.

Для снижения себестоимости тепловой энергии, уменьшения влияния факторов внешней среды на устойчивость и стабильность развития пред-приятия и для комплексного снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду руководством ЗАО «Лесозавод 25» было принято решение по строительству котельной, оборудо-ванной двумя водогрейными котло-агрегатами, работающими на кородревесных отходах, образующихся в технологическом цикле предприятия. Выбор котлов для сжигания высоковлажных кородревесных отходов проводился по результатам маркетингового исследования, при этом предпочтение было отдано австрийским котлоагрегатам PR-2500 фирмы POLYTECHNIK Luft- und Feuerungstechnik GmbH. В 2005 году котельная была смонтирована и запущена в работу.

Котлы PR-2500 мощностью по 2,5 МВт каждый рассчитаны на выработку горячей воды с температурой до 110°С при давлении около 3 кг/см2, оборудованы топочными камерами с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками HVR-2500, системой позонного ввода первичного воздуха и ступенчатой системой подачи вторичного воздуха. В топочных камерах реализована двухступенчатая схема сжигания топлива. Все процессы технологической схемы котла полностью автоматизированы. Подогрев котловой воды осуществляется в двухходовом по газам теплообменнике горизонтального исполнения, расположенном над топочной камерой. Для очистки от золовых и сажистых отложений котлы оснащены системами пневматической продувки сжатым воздухом дымогарных труб газо-водяных теплообменников. Клапаны систем по очереди, автоматически через 5 минут открываются на 4−10 с, обеспечивая очистку определенной группы дымогарных труб. Газо-водяной теплообменник обеспечивает охлаждение продуктов сгорания до 160−190°С, которые после него поступают в золоулавливающую установку инерционного типа (мультициклоны), а затем в двухходовый по газам и трехходовый по воздуху рекуперативный трубчатый воздухоподогреватель. Воздухоподогреватель обеспечивает подогрев первичного воздуха до 100−120°С и охлаждение уходящих дымовых газов до 120−138°С, которые далее поступают в дымосос и после него направляются в индивидуальную дымовую трубу высотой 20 м. Для снижения эмиссии оксидов азота котлоагрегаты оборудованы системами рециркуляции продуктов сгорания и дополнительными дымососами. Все тягодутьевые установки котлов имеют частотное регулирование производительности.

Энергетическое обследование дан-ных котлов показало, что процесс горения на наклонно-переталкивающей решетке происходит при коэффициенте избытка воздуха, меньшем теоретически необходимого (αслоя<1), недостающее количество окислителя подается по ходу движения продуктов сгорания за счет вторичного воздуха. Наличие свода, расположенного над колосниковой решеткой, и организация системы движения потоков высокотемпературных топочных газов к зоне термической подготовки высоковлажного топлива, а также наличие системы предварительного подогрева воздуха в воздухоподогревателе значительно повысили надежность и экономичность работы котлов, даже при сжигании коры, содержащей смерзшиеся включения. Кроме того, основной и дополнительный своды увеличивают время пребывания продуктов сгорания в топке, а также обеспечивают дополнительные сепарационные эффекты при развороте потока на 180°. Так, силы инерции, возникающие при развороте потока у фронтовой стены, вызывают сепарацию горящих топливных частиц как в зону начального участка слоя свежего топлива на решетке, создавая микроочаги горения, так и на верхнюю поверхность основного свода. При развороте потока у задней стены происходит дополнительная сепарация твердых частиц. Данные конструктивные и режимные приемы воздействия на процесс горения обеспечили в зонах, обедненных кислородом (в слое, в надслойном пространстве и на горизонтальном участке свода), протекание следующих итоговых гомогенной и гетерогенной реакций разложения оксидов азота:

2NO+2CO→N2+2CO2 (1);

2C+2NO→2CO+N2 (2).

При проведении энергетического обследования в топки котлов подавались древесные отходы, в которых доля коры составляла от 72 до 95%, гранулометрический состав топлива был крайне неоднородным (коэффициент полидисперсности n=0,527…1,106) с большим содержанием крупных фракций (коэффициент, характеризующий крупность состава, b=(0,031…6,56)•10−4). Ступенчатая схема сжигания топ-лива позволила обеспечить высокую полноту выгорания горючих компонентов топлива (Сгшл=0,29…4,7%, Сгун=5,8… 12,5%, КСО≤270 мг/нм3 при КО2=6%) как при сжигании коры, так и смеси коры с опилом в широком диапазоне изменения расхода организованно подаваемого воздуха. Конструкция наклонно-переталкивающей решетки HVR-2500, состоящей из тринадцати рядов колосников, выполненных из жароупорного хромлегированного стального литья, а также конструкция системы охлаждения рамы решетки обеспечили отсутствие шлаковых наростов и надежную работу установки шлакоудаления. Шлак имел полифракционный состав (n=0,297, b=0,144) и высокую полноту выгорания горючих веществ.

Испытания показали, что системы автоматического регулирования котлоагрегатов PR-2500 фирмы POLYTECHNIK позволяют обеспечить высокую стабильность теплоаэродинамических процессов. Средний размах колебаний разрежения в топках котлов составил 18…24 кг/м2. Суммарное сопротивление котла с теплообменником, с золоуловителем и воздухоподогревателем изменялось в диапазоне 52…133 кг/м2 при изменении нагрузки от 43 до 85% от номинальной.

Исследования гранулометрического состава уноса, уловленного в мультициклонах, показали, что летучая зола данных котлов имеет высокую степень полидисперсности гранулометрического состава (n=0,603) и относится к тонкодисперсным материалам (b=0,063). Значения степени очистки продуктов сгорания, полученные путем отбора проб запыленного потока при изокинетических условиях с применением метода внутренней фильтрации, составили 86,3−88%. Результаты химического анализа золы, образующейся при сжигании древесных отходов, показали, что она богата элементами, необходимыми для повышения плодородия почвы, поэтому ее целесообразно использовать как микроудобрение.

Обработка результатов балансовых опытов показала, что КПД брутто котлоагрегатов PR-2500 изменялся в диапазоне от 83,0 до 88,2%, при этом удельный расход условного топ­лива на выработку 1 Гкал составлял 161,9…172,8 кг у.т./Гкал, а эмиссии вредных веществ: ЭСО=24…138 мг/МДж; ЭNOх=118…156 мг/МДж; Этв. частиц= 41,4…57,4 мг/МДж. Испытания показали, что данные котлы 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.

В. К. Любов, профессор кафедры ПТЭ Архангельского государственного технического университета, д.т.н., член научного совета СЗО РАН по горению и взрыву