Сжигание лигнитов освоено на ТЭС в Болгарии, Греции, Югосла-
вии, Румынии, в том числе и с ролью русских машиностроите-
лей [27,28].
Освоены в Рф схемы пылесжигания фрезерного торфа и бурых
низкозольных высоковлажных энергетических углей, которые в зна-
чительной степени и могут быть применены при совместном сжи-
гании древесной биомассы [29, 30].
Для сжигания консистенции древесных отходов из нескольких компонен-
тов (опилки поперечником до 5 мм при влажности 50…60 %; щепа разме-
ром до 100 мм при влажности 55…60 %, расщепленный до размеров
5…35 мм кругляк) при факельном сжигании сохраняются те же требо-
вания к качеству выходного продукта, добавляются требования к
обеспечению однородной консистенции. Это может востребовать усложнения
системы топливоприготовления за счет внесения частей классифи-
кации продукта и его подготовительного дробления.
При сжигании же обозначенной консистенции в механических слоевых топ-
ках, также в кипящем слое, где может допускаться размер фракций
6…25 мм (и несколько более) при влажности более 20 %, топливопри-
готовление существенно упрощается.
Положительные результаты получены в Рф при испытаниях на
отходах переработки растительной биомассы топки с циркулирующим
кипящим слоем (опыты проведены на установке мощностью 2 МВт); в
итоге открываются перспективы использования биомассы (в ча-
стности, в консистенции с углем) в качестве горючего для энергетических уста-
новок средней и большой мощности. Реализация такового проекта в
ближнем будущем представляется очень животрепещущей задачей.
4.2.4. Совместное сжигание биомассы
с подготовительной ее газификацией
в выносной топке
Одним из желательных вариантов использования биомассы
являются системы с подготовительной ее газификацией в выносной
топке. При всем этом снимаются такие трудности, как шлакование и за-
грязнение поверхностей нагрева, переменность энергетических харак-
151
теристик биомассы, в том числе ее влажность, также в значимой
для технологии степени – гранулометрический состав начальной массы.
Такие системы могут употребляться как при отдельном сжигании
биомассы, так и при совместном использовании ее с углем.
Примером технологии подготовительной газификации биомасс при
совместном сжигании ее с углем может служить разработка исполь-
зования для газификации биомассы выносной топки (рис. 3.4, 3.5),
испытанная в США для пылеугольных котлов 270 МВт [15]. При
этом была выполнена реконструкция пылеугольного котла для сжига-
ния консистенции из 10 % древесных отходов и 90 % угля. Древесные отходы
сжигались в выносной топке со слоевой решеткой, где на первой ста-
дии происходит процесс газификации биомассы. Приобретенные газы на
2-ой стадии дожигаются и направляются через огнеупорный газо-
ход в топку пылеугольного котла с температурой 980…1200 °С. Эта
разработка сжигания имеет последующие достоинства:
из-за очень низкого содержания жестких частиц в газе больше
99 % древесного шлака остается в выносной топке (на первой ступени
Рис. 3.4. Котел на 90 т/ч с выносной топкой для совместного сжига-
ния при помощи 3 установок Envirocycler с общей дымовой
трубой. Вертикальный разрез
152
Рис. 3.5. Котел с выносной топкой для совместного сжигания с по-
мощью 3 установок Envirocycler с общей дымовой трубой. Вид в плане
установки), откуда он удаляется интегрированной в эту ступень системой
шлакоудаления. Это позволяет существенно уменьшить нагрузку на
существующую систему чистки котла;
при использовании в выносной топке решетки с большой пло-
щадью поверхности ее температура при сжигании древесных отходов
изредка превосходит 650 °С, что на 300 °С ниже, чем точка кипения калия
(960 °С) и больше чем на 205 °С ниже точки кипения натрия (880 °С).
В итоге количество паров калия и натрия, уносимых в котел про-
дуктами сгорания, очень некординально, а это приводит к минималь-
ным отложениям щелочей. Этот метод сжигания позволяет повысить
надежность использования биомассы, обогащенной щелочными эле-
ментами;
преимуществом совместного сжигания с технологией выносной
топки является упругость (универсальность) в отношении вида сжигае-
153
мой совместно с углем биомассы и ее влажность (от 10 % до 65 % на ра-
бочую массу);
на 2-ой ступени сжигания «генераторного» газа (огнеупорный
газоход без поверхностей нагрева) температура газов составляет
980…1200 °С, фактически разрушаются все молекулы диоксинов и
фуренов, имеющихся в горючем;
универсальность таковой схемы сжигания заключается в том, что в ка-
честве биомасс могут быть применены как древесные отходы, так и
сельскохозяйственные (включая рисовую шелуху, отличающуюся по-
вышенным содержанием щелочей), а не считая биомассы разных ви-
дов могут также сжигаться и разные бытовые отходы (их консистенции);
высочайшая маневренность установки за счет регулирования скоро-
сти получения генераторного газа на первой ступени;
может быть обеспечено до 20 % термический производительности
котла за счет соответственной (1:5 по отношению к основному котлу)
производительности выносной топки;
в аварийной ситуации газы от выносной топки могут освобо-
диться по байпасу конкретно в дымовую трубу, не оказывая
никакого отрицательного воздействия на работу пылеугольного котла;
облегченная система топливоприготовления.
Итак, главным преимуществом обозначенной технологической схе-
мы является возможность спаливать в этом устройстве широкого диапа-
зона (по высококачественным чертам) биомасс (и даже бытовых
отходов) в количестве более 10 % по теплу (и даже более). Предел
обоснован более низкой радиационной теплопередачей топочным
экранам и трубам пароперегревателя от товаров сгорания, вынос-
ной топки с температурой 1200 °С при температуре сгорания угольной
пыли 1650 °С.
Создание электроэнергии на таковой модернизированной уста-
новке с пылеугольным котлом 270 МВт с 3-мя выносными топками-
газификаторами обходится в 300 долл./кВт (сюда заходит цена
бункера для древесных отходов, сборочные потоки и газоходы; системы раз-
мола при всем этом не требуется, а древесные отходы (опилки) подаются
немолотыми).
154
5. ПРЯМОЕ СЖИГАНИЕ БИОМАССЫ
В Особых ПРОМЫШЛЕННЫХ
КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ
5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
Главные ЭНЕРГОМАШИНОПРОИЗВОДИТЕЛИ.
НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Одним из путей оптимального использования биомасс является
их прямое сжигание в особых установках. В течение длительно-
го времени, ну и в реальный период, таковой метод использования
биомасс имеет место в Рф, Республике Беларусь, также в ряде
продвинутых стран (США, Финляндия, Швеция и др.). Так, в США в
1995 г. было внедрено 360 установок для сжигания биомасс, что со-
ставило 1 % установленных в стране мощностей. Много таких устано-
вок создано и внедрено в Рф («Бийскэнергомаш», ОАО «Ки-
ровский завод» в Калужской области и др.), также в республике
Беларусь (фабрики «Коммунальник», «Котломаш» и др.) [16–25, 31–32].
Вопросами исследовательских работ сжигания, разработки конструкций, из-
готовления, внедрения в создание котельных установок мощно-
стью (до 50 т/ч) по сжиганию биомассы ( раздельно и вместе с дру-
гими видами топлив) в виде:
лузги гречихи, овса, подсолнечника (с выходом летучих до
60…80 % с большой парусностью коксового остатка);
костной муки (с выходом летучих до 70…80 %, с насыщенным
отложением летучей золы на поверхностях нагрева);
ила отстойников водоочистных сооружений (с влажностью
40…50 %, зольностью 25…30 %, с кусками пластмассы);
опилок, шлифованной пыли, стружки, щепы и больших фраг-
ментов древесной породы (высочайшая влажность, завышенная парусность, не-
древесные включения) – в Рф, вместе с другими организациями,
отлично занимаются НИИ ПО «Бийскэнергомаш» (г. Барнаул),
Алтайский муниципальный технический институт (г. Барнаул),
ЗАО ПО «Бийскэнергомаш», ОАО «БиКЗ», ООО «Петрокотел»
(Санкт-Петербург), ОАО «Белэнергомаш» (г. Белгород), АО «Поли-
техэнерго», ТОО «Энерготехнология» (Санкт-Петербург), НПО ЦКТИ
(Санкт-Петербург) и др.
155
Для решения намеченных целей на ПО «Бийскэнергомаш» функ-
ционирует экспериментальная котельная ( в т.ч. и по сжиганию ВУТ),
на кафедре «Котло- и реакторостроения» АлтГТУ – пилотная огневая
установка мощностью 0,5 МВт, два лабораторных огневых щита с
кипящим слоем, крупномасштабная (2 м2) изотермическая модель
топки ЦКС, плоская изотермическая модель кипящего слоя, установка
для термической обработки (до 500 °С), плоская изотермическая модель ЦКС,
модель пневмозатвора с кипящим слоем, растопочное устройство «ко-
зырек», аэродинамическая установка для крупномасштабных моделей
газовоздухопроводов, аэродинамический щит для исследования тепло-
обмена и отложений цилиндрических поверхностей нагрева; там же
лаборатория физико-технического анализа горючего, хим ана-
лиза дымовых газов.
На установках проводятся исследования и ведутся разработки по
последующим вопросам и дилеммам:
оптимизация системы ожижения слоя (конструкция газораспре-
делительной решетки, колпачков, сепараторов слива слоя, характеристики
газовых струй, равномерность ожижения);
надежность способов растопки топочного устройства;
эффективность выгорания твердого горючего (механизм образо-
вания механического недожога, возврат уноса, методы дожигания);
применение и методы грануляции (грануляция уноса, маленького
горючего, всего горючего);
сжигание биотоплива в кипящем слое (отходы деревообработки,
сельскохозяйственные отходы, ил водоотстойников и др.).
НИИ ПО «Бийскэнергомаш», ЗАО ПО «Бийскэнергомаш», ОАО
«БиКЗ» одним из главных направлений по действенному сжиганию
лузги, древесных отходов (также водоугольного горючего) считают
внедрение вихревых и круговых топок. Ими внедрены 34 котла
в 24 котельных производительностью до 25 т/ч с вихревыми топками.
Для сжигания лузги и растительных отходов ОАО «БиКЗ» освоено
создание новых котлов Е-16-21-350 ГМДВ, КЕ-10-14 ОГВ,
КВ-1,86 ВД и УСШ-1-1,4 ГМДВ. Блок котла Е-16-21-350 ГМДВ уста-
новлен над вихревой топкой и соединен с ней вертикальным газохо-
дом, в каком размещен пароперегреватель (перегрев пара до
350 °С). Вихревая топка шестигранная с горизонтальной осью, обра-
156
зована 2-мя цельносварными экранами. Выход вихревой топки вы-
полнен фестоном, а со стороны глухого торца топки, образованного
обмуровкой, установлена горелка и пролаз.
При реконструкции более эффективны топки кругового ти-
па. Они применены в котлах КЕ-25-14-250, КЕ-10-14, КЕ-6,5-14,
ДКВр-2,5-13 и др. Эти котлы поставляются «БиКЗ», а проекты рекон-
струкции имеющихся котлов типа КЕ и ДКВР производятся НИИ ПО
«Бийскэнергомаш» и ЗАО ПО «Бийскэнергомаш».
Обозначенные типы топочных устройств позволяют задерживать в
топке частички лузги до полного их выгорания.
Опыт сжигания растительных отходов показал, что даже при низ-
кой их зольности (к примеру, подсолнечная лузга) имеет место форми-
рование массивных отложений золы в топке и котельных пучках. Это
просит для обеспечения надежной эксплуатации соответственных
режимных и конструктивных мероприятий. Опыт круглосуточного
сжигания лузги (котельная Урюпинского маслоэкстракционного заво-
да с котлами Е-16-24-380ГВДМ) подтвердил эффективность работы
котельной.
На базе вихревых топок с двухсторонним воспламенением слоя
на колоснике в ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» и ОАО «БиКЗ» освоено
создание котлов КВ-1,86 ВД, работающих на древесных отходах.
Такие котлы удачно эксплуатируются в котельной Абазинского ле-
сокомбината (г. Абаза) с 1996 г.
Вихревые топки высокоэффективны также и для сжигания сухих
опилок и пыли от шлифования.
Реконструкция котлов ДКВр-10, «Энергия РК» (г. Бердск) показа-
ла, что глубочайшее выгорание горючих из легких уносимых частиц мо-
жет быть обеспечено в том числе и за счет уникальной системы по-
дачи острого дутья.
Более унифицированным топочным устройством, где могут
отлично сжигаться и древесные отходы, и низкосортные угли, раз-
работанным НИИ и ЗАО ПО «Бийскэнергомаш», являются топки со
схемой свободного форсированного низкотемпературного кипящего
слоя (НКТС) с организацией вихревого движения в объеме над слоем
подачей вторичного дутья. В базе концепции сотворения таких топок
лежит технологическая схема с внедрением топки со свободным
157
(без погруженных поверхностей нагрева), форсированным (скорость
ожижения 5…10 м/с), низкотемпературным (800…1000 °С) кипящим
слоем (НКТС), вписываемой в профиль котельного блока (котла) с
внедрением его частей (экранов) и топочного объема для се-
парации частиц и дожигания горючих с учетом видов горючего
(рис. 3.13).
Котлы с такими топками (водогрейные и паровые) удовлетворяют
современным экологическим требованиям и рассчитаны на сжигание
низкосортных углей, биомассы (древесных отходов) и горючих твер-
дотопливных отходов.
Избранная технологическая схема соединяет внутри себя более важ-
ные достоинства топок традиционного (пузырькового) и циркули-
рующего кипящего слоя.
Топка НКТС отличается высочайшей скоростью ожижения (до
9…10 м/с), малой неравномерностью температуры и концентрации
горючего по площади слоя (за счет насыщенного смешивания), слой
выносится в объем топки и, активно охлаждаясь, «истекает» по
заднему экрану; под решетку подается только 50…60 % воздуха, уча-
ствующего в горении, остальной воздух подается через сопла вторич-
ного дутья. Недочет воздуха в слое приводит к частичной газифи-
кации горючего и двухстадийному горению. Вторичный воздух,
поcтупает через передние и задние сопла, образует вихрь с гори-
зонтальной осью вращения и обеспечивает дожигание газов и выно-
симой мелочи. Форсированный режим обеспечивает более надежное
сжигание и повышение спектра регулирования нагрузки, уменьшает
площадь воздухораспределительной решетки, позволяет вписать топ-
ку НКТС фактически во все известные профили котлов Бийского,
Дорогобужского, Белгородского и других котельных заводов. В сово-
купности с внутритопочной сепарацией заполняется циркулирующи-
ми частичками топочный объем над слоем и интенсифицируется про-
цесс горения и термообмена, как при циркулирующем кипящем слое.
А отсутствие погруженных в слой поверхностей нагрева упрощает
сервис котла, его эксплуатацию, понижает делему абразивно-
го износа. Низкая же температура топочного процесса обеспечивает
высочайшие экологические характеристики и бесшлаковочную работу котла.
Котел КЕ-20-16-320 с топкой низкотемпературного кипящего слоя
158
(НКТС) при сжигании древесных отходов (технологической щепы с
Wr = 45 %) был установлен (реконструкция котла КЕ-25-24-350 ГМ) в
котельной ЗАО «Пермский фанерный комбинат» (новенькая маркировка
котла КЕ-20-26-320 ОГВ). Тесты котла в режиме НКТС проявили
его достоинства по сопоставлению с котлами «Тампелла» (Финляндия),
установленными в той же котельной и сжигающими древесные отходы:
высочайшая стабильность характеристик работы при КПД 78…84 %;
отсутствие шлакования;
выбросы NОх менее 200 мг/нм3 (при ?ух = 1,4).
Этот котел планируется для перевода на сжигание дробленой бе-
ресты, опилок, дробленых отходов от обрезки фанеры.
Для сжигания дробленого угля топки с НКТС установлены на ре-
конструированных котлах ТП-35-40-440 и ТП 30-40-440 в котельной
Теплоозерского цементного завода (Хабаровский край) и котлов
ТС-35-40-440 Читинской ТЭЦ-2 (рис. 3.13).
В итоге реконструкции котлов с установкой топки НКТС на
дробленом угле получены последующие достоинства:
расширены пределы регулирования температуры перегретого
пара за счет интенсификации термообмена в топке и перераспределе-
ния дутья;
повышен выжиг горючего (наибольшие утраты с механическим
недожогом не превосходят 2,5 %);
исключены утраты с хим недожогом;
концентрация окиси углерода не превосходит 100 ррm, а оксидов
азота 200 мг/нм3;
регулирование температуры слоя осуществляется конфигурацией
расхода воздуха (без внедрения погруженных в слой поверхностей
нагрева); при переходе в режим газификации температура слоя снижа-
ется и имеет ярко выраженный максимум в топке стехиометрического
соотношения – вот почему котел не имеет ограничений по нагрузке
из-за температуры слоя.
Очень значительно, что разработанная схема (НКТС) позволяет
приспособиться к особенностям (огромные объемы, высочайшие теплона-
пряжения топочного объема и теплосъемы топки, необходимость чет-
кого выдерживания характеристик перегрева и высочайшая эффективность
сжигания) пылеугольных (камерных) энергетических котлов как объ-
159
ектов реконструкции. При всем этом схема позволяет обеспечить процесс
без дорогостоящих сепарационных устройств (циклоны) и систем воз-
врата уноса.
ОАО «Кировский завод» (Калужская область) запустил в произ-
водство промышленный котел КВм-0,63 Д номинальной производи-
тельностью по теплу 0,63 МВт для работы на отходах деревообраба-
тывающей индустрии (опилки и др.). Котел имеет достаточную
степень автоматизации и эксплуатации без неизменного обслуживаю-
щего персонала. Более пятидесяти таких котлов уже работают на ме-
бельных фабриках, лесопилках и деревообрабатывающих предпри-
ятиях.
Выпуску нового типа действенных промышленных энергоустано-
вок различного типа (включая и подготовительную газификацию горючего)
уделяется огромное внимание в Правительственных программках по
сбережению энергии и утилизации использования промышленных отхо-
дов, в том числе в широком диапазоне – древесной биомассы и отходов
сельскохозяйственного производства. Этому посвящены «Временные
руководящие указания по энергосбережениям», разработанные Депар-
таментом муниципального энергетического надзора и энергосбере-
жений Минатомэнерго Русской Федерации [24].
В значимых количествах биомасса вследствие ограниченных
припасов топливно-энергетических ресурсов употребляется в республике
Беларусь. При всем этом в больших количествах употребляется древес-
ная биомасса, состоящая из древесных отходов. Около 40 % заготов-
ленной круглой древесной породы составляют древесные отходы, из которых
около 50 % сжигалось в котлах. В главном это котлы малой энерге-
тики (промышленных компаний). В 1995 г. на сжигание древесных
отходов переведено 1190 действующих котлоагрегатов. При всем этом наи-
более действенным методом сжигания древесных отходов является
их подготовительная переработка в газогенераторных установках. Ос-
воен выпуск газогенераторов, мощностью 30…200 кВт, работающих
на местных низкосортных топливах и биомассе. Выпуск котлов с газо-
генераторной технологией освоен на Гомельском заводе «Коммуналь-
ник» и заводе «Котломаш».
Из животноводческих отходов в республике Беларусь использует-
ся получаемый из их биогаз. В 1992 г. в Брестской области введена в
160