Оценка толики зеленоватой энергии и сжигании биомассы в вихревых топках

Не глядя на низкую цена угля в сопоставлении с природным газом, при его сжигании образуются в огромных количествах твердые и газообразные выбросы. В большинстве государств действуют жесткие требования к уровню выбросов, допустимых при сжигании угля. В странах ЕС используются жесткие штрафные санкции к ТЭЦ, превосходящим нормы (прямо до 50 евро за каждый выработанный мегаватт электроэнергии в час). Выход из этой ситуации — внедрение разных фильтров (к примеру, электрофильтров) и каталитических систем, которые очень дороги. Зола, которая появляется при сжигании угля, в ряде всевозможных случаев может быть применена в строительной промышленности. Тут также есть неувязка, удаление золы происходит почти всегда способом гидрозолоудаления, что затрудняет ее погрузку для транспортировки и предстоящего использования.

Одной из современных технологий, обеспечивающих существенное сокращение выбросов, является совместное сжигание углей и жестких видов горючего из растительной биомассы (древесной породы, отходов АПК, травы, лузги подсолнечника и других культур). Вовлечение растительных отходов в топливный баланс имеет несколько качеств [1]. При всем этом оценка толики «зеленой» энергии при совместном сжигании биомассы с энергетическим топливом относится к числу более принципиальных, потому что связана с её оплатой. Так в странах ЕС цена «зеленой» энергии приблизительно втрое выше цены энергии, приобретенной обычно, с внедрением не возобновляемого ископаемого горючего.

Внедрение биомассы и растительных отходов в топливном балансе компаний и хозяйств государств ЕС дотируется, потому что данная разработка является СО2 нейтральной и понижает выбросы золы и вредных оксидов, NOx и SO2. В конечном итоге биомасса понижает парниковый эффект, а так же содействует улучшению экологической обстановки и экономии энергетического горючего.

Более отлично и с малыми затратами может быть внедрение биотоплив в имеющихся котлах, вместе с расчетным топливом: углем и может быть природным газом и водянистым топливом Приемлимо можно подать и без приметных нарушений имеющегося топочного процесса использовать малозначительную долю биомассы [1, 2], в несколько процентов.

В связи с низкой насыпной плотностью и калорийностью, объем, и массовый расход подаваемой биомассы при всем этом может превосходить свойства потока основного горючего, и её учет может представлять значимые трудности. Не считая того, влажность Wri, являющаяся балластной составляющей, в особенности высока её толика в составе растительных отходах, до 70-75%, может значительно обесценить качество биотоплива, рис.1, его теплоту сгорания Qрн в сопоставлении с теплотой сгорания сухой массы Qсн:

Qрн=Qсн(100 – Wр)/100 – 25,2Wр, кДж/кг, (1)

либо Qрн=Qсн(100 – Wр)/100 – 6Wр, ккал/кг. &nb

Рис.1. Воздействие влажности древесных отходов на их низшую теплоту сгорания.

Таким макаром, подмена даже маленькой толики энергетических ресурсов биомассой связана с необходимостью переработки и контроля по объёму (массе) влажности и теплоте сгорания огромных потоков отходов. К примеру, для подмены 1т.у.т. (одна тонна условного горючего, эквивалентна 7Гкал тепла) требуется 4,26т опилок с влажностью Wр=50% либо приблизительно V=12,2м3 при их насыпной плотности rнас»350кг/м3.

Для решения обозначенной трудности, определения толики тепла вносимой в топочный процесс биомассой предлагается использовать типовой контроль товаров сгорания. Предложение основывается на использовании параметра b, введенного ранее Хазмаляном Д.М. [2] для свойства параметров топлив. Коэффициент b зависит только от элементного хим состава горючего и является принципиальной его чертой.

Физический смысл коэффициента b в том, что он указывает отношение расхода кислорода воздуха на окисление свободного водорода горючего (другими словами водорода горючего Нр, кроме его части связанной с кислородом горючего Ор) к расходу кислорода ушедшего на образование трехатомных газов, СО2 и SО2 при полном сгорании горючего.

Рис.2.Зависимость значения коэффициента b от толики D древесного горючего b2=0,03 при совместном сжигании с бурым углем b1=0,073.

Рис.3.Зависимость значения коэффициента b от толики древесного горючего D при совместном сжигании c газом.

Энергетическое горючее, к примеру, уголь, природный газ, поставляемое на станцию либо котельную всегда понятно по месторождению и имеет определенный усредненный элементный состав. Приемлимо, для угля коэффициент b может принимать значение от 0,073 до 0,143. Природные газы состоят в большей степени из метана. Метан имеет коэффициент b= 0,788. Для мазута и дизельного горючего b= 0,3. Древесная порода и растительные отходы в значимой мере переокислены и хотя имеют похожий простый состав коэффициент b для их мал и приметно отличается, b=0,03-0,031. Для каждого определенного горючего коэффициент b может быть уточнен. Используя эти значения для основного b1 и биотоплива b2, можно зависимо от толики биотоплива D вычислить параметр и для консистенции топлив, На рис.2 и 3 для примера приведены графики в вариантах сжигания древесного горючего с углем и природным газом..

С другой стороны поэлементный состав горючего детерминирует состав образующихся при сгорании горючего дымовых газов и может быть определен и восстановлен на базе типового анализа состава дымовых газов: СО2 – углекислый газ, RO2=CO2+SO2 – двухатомные газы, СО – угарный газ, О2 – кислород.. На сей день для мониторинга выбросов в ТЭЦ и котельных в их инсталлируются на каждом из котлов системы газового и теплофизического анализа отходящих дымовых газов. С помощью данных, получаемых от этих систем не тяжело найти температуру, температуру точки росы, давление, состав газов и высчитать, оборотная задачка, коэффициент b для применяемого горючего либо консистенции топлив в каждый момент реального времени по выражению:

Сопоставляя значения b, приобретенные по элементному составу каждого вида горючего в консистенции, b1, b2, b3 и т.д. и вычисленные по газовому анализу bсм можно найти пропорциональное соотношение топлив в консистенции. Более ординарны вычисления для толики D биотоплива с чертой b2 в бинарной консистенции с внедрением графиков, типа приведенных на рис. 2 и 3.

Более много и тщательно эффект внедрения биомассы должен определяться не только лишь на базе обработки текущего газового анализа. Предлагается методом использования соответственного программного обеспечения при помощи компьютера щита управления ТЭЦ либо котельной эффект внедрения биомассы оценивать комплексно, с учетом вредных выбросов, нагрузки котла, температуры и утрат тепла в уходящих дымовых газах и недожога горючего, хим q3 и механического q4.

Примером типовой спец котельной техники, созданной для совместного сжигания биомассы и энергетического горючего являются многотопливные котлы КЕ-МТ с типоразмерным рядом по паропроизводительности от 2,5 до 25 т/час производства Бийского котельного завода. Эти котлы могут спаливать мокроватую щепу вместе с углем, мазутом и газом. К огорчению эти разработки 50-70 годов прошедшего века в значимой мере устарели.

В заключении разглядим имеющийся у нас опыт использования вихревых топок «Торнадо» [3] для древесного горючего и отходов деревопереработки на примере Рф и Республики Беларусь. В РБ существует программка перехода на древесное горючее с целью замещения им дорогостоящего на сей день природного газа. Древесное горючее заготавливается в значимых объёмах и учитывается, сжигается в большей степени в реконструированных газовых и мазутных котлах типа ДЕ, КВГМ и ДКВР ГМ в виде щепы. В РФ в большей степени утилизируются лузга и древесные отходы, в том числе лигнин, которые стремительно скапливаются, сгнивают, самовоспламеняются и представляют значительную пожарную и экологическую опасность. Внедрение такового сырья в качестве горючего имеет малые издержки на доставку и обычно учитывается оценочно, по экономии энергоресурсов.

Из-за приемлимо высочайшей влажности, 50-60%, минеральных примесей (песок, глина и т.д.) и коры в древесных отходах данный они имеют низкое качество. В обоих случаях для сжигания и огневой утилизации нужны особые топочные устройства. Вихревая разработка «Торнадо», развиваемая в «НПО ПроЭнергоМаш» может удачно употребляться методом встраивания вихревых топок в топочный объем имеющихся типовых котлов.

К примеру, «ПроЭнергоМаш» были разработаны и реализованыпроекты реконструкции котлов ДКВр-4ГМ (2 шт., с. Межречье, РБ) ДЕ-6,5ГМ (2 шт., с. Полесье, РБ), ДКВр-6,5-13ПМ (Чунский ЛПК, РФ), ДЕ-10-14 ГМ (2 шт., г.Браслав и г.Ганцевичи, РБ), КВ-ГМ 10-150 (г.Миоры, РБ), КЕ-10 (2 шт., г.Вологда, РФ). Реконструированные котлы сж
игают щепу и кородревесные отходы и могут использовать уголь в качестве запасного горючего.

Рис.4. Склад кородревесных отходов

Кроме модернизации котлов, котельные дополнены складами горючего (рис.4) системами топливоподачи, золоулавливания и золоудаления.

За счет глубочайшего выжигания предлагаемый топочный процесс обеспечивает завышенную экономичность и высочайшие экологические характеристики котла. Объединение слоевого и факельного сжигания обеспечивает обоюдное поддержание горения и однородное наполнение топки факелом. Для сопоставления примыкающие котлы аналогичной мощности, с типовой топкой системы Померанцева, установленные ранее, и не один раз модернизированные силами обслуживающего персонала, несли в наилучшем случае половину нагрузки даже на специально отсортированном горючем.

Ранее для утилизации КДО в промышленных масштабах использовались котлы КМ-75-39-440, которые на сей день устарели на физическом уровне и морально и не выполняются. энергетических котлах. На сей день спец для огневой утилизации КДО, а имеющиеся. С другой стороны ТЭЦ ЦБК, промышленные и городские ТЭЦ с пылеугольными котлами могут быть переведены на совместное сжигание КДО с частичной подменой отходами угля.

К примеру, на данный момент выполнен и реализуется проект вовлечения в топливный баланс одной из ТЭЦ потока КДО с сопутствующим разрешением имеющихся экологических заморочек региона и экономией издержек на закупку угля методом перевода типового котла БКЗ-75-39-440Ф на совместное низкотемпературное вихревое сжигание КДО, до 35% по теплу и размолотого угля.

Котел реконструирован с установкой дожигателей шлака и сопел нижнего дутья под прохладной воронкой котла и в совокупы с подготовкой КДО к сжиганию, обеспечивает полное выжигание горючих как из маленьких летучих частиц, так и из больших частиц, выпадающих из вихря. Реконструкция решает имеющиеся препядствия недожога и прохладной воронки котла БКЗ-75-39-440Ф, реконструированного ранее на ТЭЦ Селенгинского целлюлозно картонного комбината. Для подготовки, сушки КДО, употребляются переработанные дымовые газа либо жаркий воздух поступающие из котла. Слад с дневным припасом приготовленного горючего объёмом 300куб.м. выполнен в виде 2-ух силосов С1 (рис.5). Сырье загружается из бункера БП30 сборочным потоком КЛ23, сортируется дисковой сортировкой ДС25. Большие фракции дробятся рубильной машиной РМ26. Дальше поток КДО питателями ШП7, ШП8, ШП9 и ШП12 с частотными приводами загружается в систему, сушится и подается на скопление дневного припаса в силосы С1 либо конкретно по полосы ПТ2 через горелки вместе с угольной пылью в вихревую топку реконструированного котла. Подача нижнего дутья приводит к формированию вихревой аэродинамики в топочном объеме и значительно увеличивает надежность воспламенения и устойчивость топочного процесса, что позволяет замещать значительную долю угля, до 35% по теплу, на КДО.

Рис.5 Вид на размещение оборудования модернизации котла БКЗ-75

При работе котла регулируется подача угля, употребляется существующая штатная система управления с дополнениями. Она поддерживает неизменное давление пара в барабане котла, поддерживает требуемую паропроизводительность котла, наилучшее соотношение подачи дутья и горючего; обеспечивает блокировки и защиты.

Литература
Пугач Л.И., Серант Ф.А., СерантД.Ф. Нестандартная энергетика — возобновляемые источники, внедрение биомассы, термохимическая подготовка, экологические нюансы. //Изд-воНГТУ. Новосибирск, 2006. -347с.
Хазмалян Д.М. Об основном уравнении горения. Доклады МЭИ. М:.Изд.МЭИ, 1967.
Пузырев Е.М., Афанасьеа К.С., Голубев В.А., Пузырев М.Е. Жуков Е.Б. Применение вихревых топок «Торнадо» для перевода котлов на внедрение растительных и кородревесных отходов. Сб. докл. V Научно-практическая конференция «Минеральная часть горючего, шлакование, чистка котлов, улавливание и внедрение золы», Т.1. Челябинск, 2011г.