Обзор рынка котельного оборудования на биотопливе

В первом номере нашего журнала за нынешний год мы начали разговор о серьезной составляющей лесной промышленности - котельном оборудовании. Биотопливная отрасль в России по-настоящему начала формироваться только недавно, и сегодня формирование этого рынка далеко не закончилось. Продолжая публикации на животрепещущую тему, попробуем разобраться в том, что происходит на этом формирующемся рынке.

Фирмам-производителям буквально на ходу приходится решать встающие перед ними маркетинговые и логистические задачи. Далеко не все представители фирм готовы предоставить свои прайс-листы для всеобщего обозрения. Среди производителей котельного оборудования процент специализирующихся на изготовлении котлов, работающих на биотопливе, относительно небольшой, однако тенденция развития топливного рынка делает их продукцию актуальной и инвестиционно привлекательной.

В России сегодня производителей данного оборудования крайне мало - не более 20-25 стабильно работающих предприятий, большая часть которых располагается в Центральной части и на Северо-Западе. Среди зарубежных поставщиков наибольшим спросом у российских заказчиков пользуется продукция австрийской фирмы «Политехник», финской компании «Вяртсиля», немецкой «Виссманн», а также ряда других фирм.

Топка и ее компоненты

Котел типа FU RIA с внутренней и наружной колосниковой решеткой

Основой комплексных решений при установке такого оборудования является камера сгорания (топка). Топки комбинируются с различными котлами или нагревательными теплообменниками.

К другим компонентам установки относятся:
• бункер;
•системы забора топлива из бун-кера;
• системы подачи топлива из бункера к топке;
• системы очистки дымовых газов;
• дымоходы, дымовые трубы;
• системы управления и регули-рования;
• другое сопутствующее обору-дование.

Оптимально, когда для каждого вида биотоплива предлагается своя система сжигания и топка. Необходимо отметить, что процессы горения ископаемых видов топлива и биотоплива существенно отличаются, также существует большое различие в процессе горения и технологии сжигания различных типов биотоплива в зависимости от плотности, влажности и фракции. Горение биомассы является намного более сложным процессом, чем горение ископаемого топлива. Одни лишь вариации влажности у большинства видов биотоплива создают проблемы различного характера при попытке достижения высокой эффективности сжигания. Еще одна проблема, возникающая при сжигании биомассы, связана с большим количеством золы (также шлаков).

Фундаментальная разница между сжиганием биомассы и ископаемого топлива заключается в температуре горения. У ископаемых видов топлива температура горения может достигать примерно 2000°С. Горение влажного биотоплива (древесной щепы, опилок с 50 %-ной влажностью) может проходить при температуре ниже 1100°С (для сухих видов топлива (гранул / брикетов) температура значительно выше). Температура горения имеет принципиальное значение для конструкции котла в целом. Если температура газов при горении высокая, тогда большая часть тепла, полученного в результате продуктов горения и перемещаемого в котел, будет доставляться посредством теплового излучения. Котел, предназначенный для биотоплива, должен иметь другой тип передачи тепла. Большая часть передачи тепла в таких котлах основана на газовой конвекции (вид теплопередачи, при котором тепло передается благодаря перемешиванию достаточно больших объемов вещества).

Котлы небольшой мощности и технологии для них

Котел типа FSR с подвижной колосниковой решеткой

На отечественном рынке имеется довольно много предложений по поставке котлов небольшой мощности, прежде всего в водогрейном варианте. Такие котлы довольно дешевы и пользуются спросом прежде всего на предприятиях деревообработки, на которых образуются сухие опилки, стружка и кусковые отходы (обрезки). Этот тип отходов характерен для деревообрабатывающих комбинатов (ДОК), производящих двери, окна и другую продукцию. В большинстве случаев на комбинатах уже имеется котельная на органическом топливе, а утилизация собственных отходов не может обеспечить полностью потребности ДОК в тепловой и электрической энергии. Поэтому задача сводится к использованию отходов для замещения некоторого (реже - всего) количества органического топлива.

Возможно использование по крайней мере четырех технологий сжигания древесных отходов такого вида, причем последняя больше подходит для использования в котлах большой мощности:
1. Факельное сжигание.
2. В шахтной топке на неподвижных колосниковых решетках.
3. На подвижных механических решетках.
4. В псевдоожиженном слое.

Факельное сжигание

Факельное (вихревое, пылевое) сжигание может применяться для сжигания топлива, состоящего из мелких частиц (средний размер которых - менее 2 мм). В топочную камеру подается смесь топлива и первичного воздуха горения. Топливо сгорает во взвешенном состоянии, и после подачи вторичного воздуха происходит выгорание газов. Существуют также различные варианты этих технологий. Примерами могут служить установки, предназначенные для сжигания топлива с забрасывателями-распределителями и циклонными форсунками.

Факельная технология, как правило, требует наименьших затрат на изготовление топочных устройств, поэтому оборудование, работающее по этой технологии, и стоит обычно недорого. Мелкофракционное топливо (опилки, стружка) подаются в топочную камеру в виде аэросмеси и сгорают в потоке, чаще всего закрученном (вихревая топка). Такая технология непригодна для сжигания кусковых отходов. Для ее применения в условиях ДОК необходимо измельчение всех кусковых древесных отходов, доля которых может достигать 30 % от общего количества.

Топки факельного типа обычно представляют из себя единое целое с котлом и могут быть заказаны на котельных заводах по специальному проекту. Белорусская компания «Комконт» выпускает котлы марки FC для автоматического сжигания сухих древесных отходов (опилки, стружка, древесная пыль) по факельной технологии. Немецкая компания Nestro Lufttechnik GmbH предлагает ретортные топки мощностью 1-5 МВт. Котлы марки MAWERA FR с вдуванием мелкодисперсного топлива мощностью от 700 до 13 000 кВт предлагает немецкая компания «Виссманн».

При двухстадийном сжигании растительного топлива растительная биомасса предварительно газифицируется в газогенераторе, а затем газ поступает в энергогенерирующую установку. При этом на практике газогенератором часто называют просто котел с двухкамерной топкой. В такой топке первичное и вторичное сжигание топлива производится в физически отделенных друг от друга топочных объемах. «Если говорить о самом экологичном способе сжигания, то это двухстадийное сжигание. Котлы, использующие этот способ, называют газогенераторными, пиролизными (хотя это не совсем верно)», - замечает Виталий Александрович Кириенко, заместитель генерального директора ООО «Компания Экодрев» (г. Тверь).

В первой камере (которую иногда называют предтопком, предварительной топкой и т. д.), куда подается топливо и только часть необходимого для полного сгорания воздуха, происходит сжигание или частичная газификация топлива. Далее газы поступают во вторую камеру, куда подается вторичный воздух, и здесь происходит полное сгорание топлива. Часто вторая камера конструктивно выполнена в теплообменном агрегате котла. Таким образом, в двухкамерных топках зоны пиролиза и газификации и зона окисления в большей степени разделены в пространстве, чем в других установках для сжигания древесного топлива. Есть возможность создания турбулентности воздуха и топочного газа во вторичной топке, что способствует полному сгоранию топлива и снижению выбросов.

Котельные установки «ПРОМЕТЕЙ» отличаются наличием в составе установки газогенератора, имеющего систему автоматического регулирования режима работы. На основе газогенераторных установок производит твердотопливные водогрейные котлы серии Еу компания «Экодрев». Газогенераторные установки, работающие на древесных отходах, производит группа компаний «Адаптика» (Брянск), другие брянские компании - «Тепловые системы», «Термотех», «Скрон».

Стоимость котлов серии Еу компании «Экодрев» - от 200 до 500 тыс. рублей.

Применение газогенератора как устройства для получения генераторного газа, в частности, из отходов деревообработки перспективно для питания газового дизеля, работающего на выработку электроэнергии. Однако цена комплекта оборудования (газогенератор; устройства охлаждения, очистки, хранения газа; дизель; генератор; автоматика - и это не полный перечень!) далеко не всегда приемлема для покупателей. Наиболее эффективно применение двухкамерных топок при переводе существующих котлов с жидкого топлива и природного газа на биомассу или другие виды дешевого твердого топлива. Газификация по сравнению с прямым сжиганием и паровым циклом сокращает выбросы углекислого газа.

Топки с неподвижными решетками

Сжигание в шахтной топке на неподвижных колосниках - наиболее распространенный способ переработки древесных отходов в установках малой мощности (от 200 кВт и более). Колосниковое полотно в таких топочных устройствах, как правило, разделено на две секции: наклонную для сушки древесных отходов и горизонтальную, на которой осуществляется собственно сжигание. При относительно невысокой стоимости данные установки позволяют сжигать как мелкофракционные, так и кусковые отходы. При невысокой влажности отходов такая конструкция установок обеспечивает приемлемую эффективность сжигания. Однако КПД таких установок гораздо ниже, чем у механических. Периодически надо выгружать золу из топки. Как правило, вручную. При высокой влажности топлива такие топки становятся крайне неэффективными.

Этот вид топок выпускают ряд отечественных производителей: «Балткотломаш», «Спецмонтаж», ПО «Теплоресурс» и другие. Немецкая компания Nestro Lufttechnik GmbH предлагает на российском рынке топки мощностью 150-1000 кВт с неподвижными колосниковыми решетками. В случае докомплектации электроприводом модель модифицируется в топку с подвижной решеткой. Котлы марки MAWERA FU RIA со сдвоенными колосниками мощностью от 700 до 13 000 кВт продвигает на российском рынке немецкая компания «Виссманн».

Стоимость топок с неподвижной решеткой с поворотными колосниками компании «Спецмонтаж» (Тверь) - от 146 280 до 370 300 рублей с НДС, у других отечественных производителей порядок цен примерно такой же. Западные производители прайс-листы в открытое пользование не предоставляют.

Топки профессора В. В. Померанцева

Разновидностью топок с неподвижными решетками являются топки профессора В. В. Померанцева - так называемые скоростные топки («с зажатым слоем»). Эти топки были разработаны для предприятий лесохимии с целью получения продуктов термического разложения древесины - дегтя, канифоли, различных кислот и пр. Применение этого типа топок к энергетическим котлам целесо¬образно при сжигании кондиционной щепы влажностью не выше 45 %. В этой технологии слой топлива прижимается к зажимающей решетке воздушным дутьем. За счет этого улучшается аэродинамическая устойчивость слоя. Такие топки компактны, имеют небольшую площадь решетки, просты в изготовлении и эксплуатации.

Топка В. В. Померанцева состоит из шахты, являющейся продолжением топливного бункера. Шахта отделяется от топочной камеры зажимающей решеткой, выполненной из труб фронтового экрана или шамотного кирпича. Решетка формирует вертикальный слой топлива и удерживает его от рассыпания и выноса в топочную камеру. При использовании влажной древесины необходимо добавление (подсветка) мазута или газа, при этом объем его не должен превышать 30 % от объема сжигаемых древесных отходов.

Повсеместное применение этих топок для сжигания смеси древесных отходов с корой и опилками относительной влажностью 50 % и более привело к тому, что паровые котлы с этими топками не могут обеспечить паспортные характеристики и не удовлетворяют экологическим требованиям по выбросам. В настоящее время предприятия лесохимии практически не работают, а эксплуатируемые паровые котлы с топками Померанцева не отвечают требованиям реальной экономики предприятий. Ряд фирм осуществляет работы по замене котлов с топкой В. В. Померанцева. Одна из таких организаций - ОАО «Лесэнерго». Стоимость работ ОАО «Лесэнерго» по замене котла ДКВр с топкой В. В. Померанцева на котел КЕ-10-14 - от 10,5 до 14 млн рублей под ключ. В случае реконструкции топки (или замены топки без полной замены котлоагрегата) стоимость составит 2,5-4 млн рублей.

Установки с механическими колосниковыми решетками

В зависимости от способа организации процесса сжигания топлива все слоевые топки можно разделить на три группы:
1. С неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива.
2. С неподвижной колосниковой решеткой и подвижным слоем топлива.
3. С подвижной колосниковой решеткой и движущимся вместе с ней слоем топлива.

Установки с механическими подвижными колосниковыми решетками наиболее дорогостоящие. Область применения этой технологии - высоковлажные отходы со значительной долей крупных фракций (кусковые отходы), которые не могут быть термически переработаны в других типах топочных устройств.

Такие топки выпускаются многими фирмами, прежде всего зарубежными. Чаще всего это переталкивающая решетка, состоящая из чередующихся рядов неподвижных и подвижных колосников из жаропрочного и износостойкого металла, приводимых в действие гидравлической системой. Благодаря возвратно-поступательному движению колосников осуществляется шуровка отходов и их транспортировка к шлаковыгружателю. Воздух для сушки и горения отходов подается снизу через отверстия или щели в колосниках. Реже при сжигании отходов применяются цепные решетки. Равномерное распределение топлива по поверхности решетки позволяет достичь лучших показателей процесса горения в камере сгорания. Помимо высоких затрат на изготовление переталкивающих решеток и гидропривода такие установки более сложны и дороги в эксплуатации и ремонте (периодическая замена изношенных колосников, деталей привода и т. п.). Характерная мощность таких устройств - 2-15 МВт.

Примером отечественного оборудования указанного типа могут служить водогрейные котлы серии КВТ мощностью от 100 до 3000 кВт, предлагаемые компанией «Ковровские котлы» (Владимирская обл.) на базе водогрейных котлов «Гейзер-termowood». Также среди отечественных моделей следует выделить котлы КВД тверских фирм «Экодрев» и «Спецмонтаж», котельное оборудование петербургской компании «Балткотломаш», белорусской «Комконт» (мощность - 6 МВт).

В первом полугодии 2008 г. брянская компания «Адаптика» установит свою первую установку с подвижной решеткой (мощность - 800 кВт, приблизительная стоимость - 800 тыс. рублей).

Ориентировочная стоимость котлов КВД компании «Экодрев» - от 560 до 780 тыс. рублей.

Немецкая компания Nestro Lufttechnik GmbH предлагает топки с подвижной решеткой мощностью 1-5 МВт.

Котлы марки MAWERA FSR с подвижными колосниками мощностью от 0,7 до 13 МВт продвигает на российском рынке немецкая компания «Виссманн».

Новое поколение техники с подвижными решетками представляет собой запатентованная технология BioGrate (финская компания «Вяртсиля»). Диапазон мощности - от 3 до 25 МВт. BioGrate - это вращающаяся решетка с конической первичной камерой сгорания. BioGrate допускает высокое содержание влаги в топливе без какого-либо подогрева воздуха или вспомогательных видов топлива. Сырое топливо подается снизу из центра решетки. Благодаря радиации тепла от огнеупорной кирпичной кладки и зоны горения топливо подсыхает в средней зоне решетки, не нарушая подушку горения топлива в зоне сжигания. После полного сжигания остаточного углерода зола падает с кромки решетки в специальное пространство для золы, наполненное охлаждающей водой.

ОАО «Лесэнерго» производит котельное оборудование по запатентованной технологии сжигания древесных отходов в топке с комбинацией неподвижной и подвижной решетки. Такие котлы «Лесэнерго» производит с 1998 года, уже установлено около 50 котлов мощностью до 20 МВт.

Говоря об установке котлов на биотопливе, мы не можем не коснуться одной проблемы, которая может реально встать перед любым хозяйственником, планирующим перейти на это оборудование. В 2007 году ОАО «Лесэнерго» поставило четыре котла КЕ-10 для Нововятского ЛПК и Нововятского лыжного комбината (Кировская область). «У нас заключен договор на четыре года с Кироврегионгазом на ежемесячную поставку ориентировочно одного миллиона кубометров газа, - рассказывает главный инженер Нововятского лыжного комбината Дмитрий Леонидович Павлют. - Сейчас благодаря котлам на древесных отходах мы можем сократить объем потребляемого газа процентов на 20 %. Но поставщик газа требует от нас, чтобы мы выбирали прежние объемы, и продолжает каждый месяц выставлять счета за миллион кубов, а не за реально выбранные 800 тыс. Вместо того, чтобы способствовать экономии энергоресурсов, газовики нас фактически штрафуют за бережливость и хозяйственность».

Сам факт многозначителен: пусть на рынке энергоресурсов отходы древесины пока не многие воспринимают всерьез, но монополисты уже чувствуют угрозу со стороны альтернативных видов топлива. И, похоже, не хотят уступать позиции.

Алексей ВОРОПАЕВ