Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Альтернативные источники энергии

Котлы альтернативных топлив.

Создание и реконструкция котлов для промышленной энергетики, ЧТО используют в качестве топлива биомассу, требует проведения исследований технологии сжигания. В зависимости от принятой технологии сжигания определяются основные конструктивные особенности котла: размеры и конфигурацию топочной камеры, степень экранирования, способ очистки поверхности нагрева, система золовловлювання и золоудаления. Промышленные котлы, которые производят пар на технологические нужды, должны работать с гарантированными показателями по паровиробничнисти, температуре и давлении перегретого пара, маневренности и времени работы без остановки. Такие требования определяют необходимость решения всего комплекса вопросов создания котельных установок, транспортировки и подачи в топку биомассы к улавливанию золы дымовых газов [86-90].

Котлы для сжигания пеллет изготавливают различной мощности. По мощности их разделяют на:

• котлы малой мощности;

• котлы средней мощности, - котлы большой мощности.

Котлы малой мощности (до 100 кВт) используют для обогрева небольших помещений. Они могут работать в автоматическом режиме, только нужно регулярно пополнять запасы пеллет в бункере. Зола со временем зашлаковывает горелка котла, что приводит к уменьшению мощности, а со временем и к прекращению процесса горения. Интервал между остановками котла для проведения чистки зависит от зольности пеллет. Чем больше зольность пеллет, тем меньше интервал между остановками котла. В конструкции котлов средней мощности предусмотрена система удаления золы и шлака без их остановки. Мощность таких котлов может быть от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт. Шнеки системы подачи топлива имеют больший диаметр (по сравнению с котлами малой мощности) и расстояния, на которые транспортируется топливо, также являются большими, поэтому требования к плотности пеллет также выше. Поскольку объем бункера является достаточно большим, то для его загрузки пеллетами используют пневмотранспорт, что позволяет осуществлять загрузку бункера непосредственно со склада пеллет или кузова машины. Котлы большой мощности (десятки и сотни мегаватт) используются для промышленных котельных. В последнее время в Германии такие котлы начали устанавливать на теплоэлектростанциях. Но для получения большой мощности пеллеты перемешивают с углем. Требования к таким пеллет меньше - в них допустимой является повышенная зольность и большой процент коры. Такие древесные гранулы получили название "технологических". Использование пеллет на таких мощных установках приводит к уменьшению негативного воздействия на окружающую среду. В отдельную группу следует выделить комбинированные котлы. Они могут работать как на пеллетах, так и на другом виде топлива причем переход с одного такие варианты комбинаций: пеллеты-газ, пеллети- дизтопливо, пеллеты-кусковой древесины. Мощность таких котлов может достигать 50 МВт. Котлы малой мощности, которые используют для отопления небольших помещений.

Котел с водяным теплообменником

Рис. 28.18. Котел с водяным теплообменником.

В приведенной конструкции котла с водяным теплообменником бункер с запасом пеллет отдельно от котла. Транспортировка топливных гранул из бункера в котел происходит с помощью шнекового конвейера. В приведенной конструкции котла используют два конвейера - один для подачи пеллет в котел, а второй для их представления непосредственно в зону сжигания. Такое конструктивное решение позволяет разместить накопительный бункер практически в любом удобном для загрузки месте. В котле над конвейером, размещено трубопровод, по которому в зону горения подают воздух. Подача воздуха осуществляется с помощью вентилятора.

Котел с воздушным теплообменником

Рис. 28.19. Котел с воздушным теплообменником.

В приведенной конструкции с воздушным теплообменником (рис. 28.19.) Бункер с пеллетами установлено непосредственно на котле. Такая конструкция позволяет значительно уменьшить расходы на шнековый конвейер. Пеллеты конвейером, а затем по наклонному каналу подаются в зону горения. Вентилятор осуществляет подачу воздуха для обеспечения процесса горения. Горячий воздух, который нагревается от сжигания пеллет, удаляется из котла вторым вентилятором и по системе трубопроводов поступает непосредственно в помещение. Стрелками показаны направления движения воздуха в котле.

За период выполнения мониторинга были: собранные и проанализированные данные по экономическому, экологическому и энергетического аспектов, связанных с использованием соломы для отопления в Агрофирме "Дом", определено реальный КПД установки; выполнены химические и топливные анализы проб соломы гречихи и соломы пшеницы; исследовано влияние теплоизоляционного экрана на экономику, энергоэффективность и экологию установки по сравнению с эксплуатацией без экрана. В результате проведения мониторинга были сделаны следующие выводы:

1. На агрофирме "Дом" была получена реальная экономия, полученная от замены топлива из природного газа на солому.

2. Начнем результатом энергетического эффекта отопления на соломе является то, что впервые за последние 9 лет условия микроклимата (температура) для всех теплопотребителей теплосети соответствует комфортным условиям.

3. Измеренный реальный КПД установки составил 78,9%.

4. В результате реализации проекта было достигнуто снижение выбросов С02.

5. Эксперимент показал, что солома пшеницы является более предпочтительным топливом, чем солома гречихи.

6. Настоящая зольность пшеничной соломы (включая дожигания несгоревшей соломы в режиме ручного управления) составляет 7,8%.

7. Установленный теплоизолирующий экран не оказал существенного влияния на процессы сушки / газификации, которые протекают в нижней части топки.

8. Теплоизолирующая экран снизил мощность котла из-за увеличения потерь тепла с более нагретыми уходящими газами.

9. Теплоизолирующая экран несколько снизил эмиссию для соломы гречихи.

Ранее при сжигании древесины мы получали лишь 28% энергии, а другие 73% выбрасывалось в воздух, и сама история и при сжигании торфа и угля. Но все знают, что наука не стоит на месте. Основная задача науки добиться как можно больших результатов при минимальных затратах. В настоящее время технология добилась больших результатов в получении энергии из различных видов топлива Например: КПД для древесины увеличился в три раза и сейчас составляет 86% [92,93]. Добились этого за счет двойного сжигания и качественного забора тепла. Данный принцип строится на том, что газы, образующиеся при сжигании древесины подворачиваются дополнительном сжигаемые. Каждый из котлов при необходимости возможно перевести в режим потребления природного газа, именно эта характеристика позволяет объектам тепло получить независимость, по видам топлива. Котлы сертифицированы и имеют разрешение СЭС на выбросы дымовых газов, соответствующие нормам. Благодаря тому, что данный котел маг высокий КПД работы и сжигает почти все остатки, его влияние на экологическое состояние неощутим. Типичный уровень эмиссии загрязняющих веществ при сжигании древесины в данных котлах составляет: SO 2 - 40 мг / МДж, NО 2 - 70 мг / МДж, твердых частиц - 200 мг / нм 3 после очистки в Мультициклон и ЗО мг / нм 3 - при использовании системы конденсации продуктов сгорания, СО <0,05%. По датских нормах, для фермерских котельных установок сжигающих БМ (биомассу) уровень содержания твердых частиц не должен превышать 600 мг / нм 3 . Содержание серы в древесине незначительный, поэтому эмиссия SO 2 на установках и станциях, сжигающих древесную БМ, соответствует установленным нормам без принятия дополнительных мер. Уровень эмиссии СО и NО поддерживается в допустимых рамках за счет соответствующего контроля за процессом горения. Для достижения допустимых концентраций твердых частиц в основном используются мультициклоны, для более тщательной очистки - тканевые и электростатические фильтры. До того как ученые начали заниматься изучением вопросов безопасности сжигания мусора и древесины, его обычно сжигали во дворах или на свалках. Сжигания мусора во дворе особенно опасным, так как в результате горения выделяются химикаты, которые устойчивы в окружающей среде, загрязняют воздух, пищу, озера и ручьи. Недавно проведенные исследования показали, что сжигание мусора и древесины на одном, отдельно взятом дворе, может привести к большим концентраций диоксина чем промышленный сжигатель мусора. Можно уменьшить загрязнение воздуха путем сжигания всех отходов в котлах, имеющих двойное сжигания, так как все вышеперечисленные ядовитые вещества при повторном сжигании сгорают ,, а в атмосферу выбрасывается только СО 2 . Выбрасываются и другие ядовитые вещества, но их количество незначительно и находится в определенных экологических нормах. Всякое твердое топливо состоит из горючего и негорючей части (влага, зола и др.). Топливо начинает гореть только после того, как оно нагреется до определенной температуры.

Например, торф начинает гореть при температуре около 250С °, дерево - при 300С °, это необходимо учитывать при выборе топлива для котла, но особую роль необходимо уделять влажности топлива. Больше всего влага задерживается в древесине. Для того, чтобы древесина отдала больше энергии (тепла) необходимо просушить древесину. После того, как заготовили свежую древесину, ее влажность составляет около 50-60%, а теплотворная свойство составляет 2,3 кВт ч / кг, тогда как при влажности 15% теплотворная свойство равно 4,3 кВт-ч / кг. Эти показатели так отличаются том, что при сгорании древесины высвобождается вода, которая препятствует горению, и большая затрата уходит на то, чтобы просушить сырье. Также, необходимо следить, чтобы в топочное пространство не попадал холодный воздух, снижает температуру. Наиболее полно горения топлива зависит от количества воздуха, поступающего к кусков горящих и газов, находящихся в топочном пространстве. Поэтому тягу следует тщательно регулировать, потому при увеличении воздухе значительная тепловая энергия идет на нагрев того самого воздуха, а при уменьшении - некоторая часть горючих газов не сгорает [86- 88]. В гослесхозах и на деревообрабатывающих предприятиях эксплуатируются в основном котлы, изначально спроектированы для сжигания угля и мазута, а затем переоборудовании для сжигания древесины. Как правило, такие котлы имеют неподвижные колосниковые решетки, периодическое загрузки топлива, низкий КПД и высокую эмиссию вредных веществ в атмосферу. На маслоэкстракционных заводах эксплуатируются несколько котлов, конвертируемых в сжигания шелухи семян подсолнечника. Сжигание лузги экономически эффективной технологии, которая продолжает развиваться в Украине. В Украине эксплуатируется только один котел для сжигания соломы мощностью 980 кВт, не використуються мини-ТЭЦ на биомассе, большие биогазовые установки для обработки навозных стоков и стоков пищевой промышленности, а также газификаторы для переработки биомассы. Ниже представлены результаты технико - экономического обоснования биоэнергетических технологий в Украине, которые получены, в первую очередь, на основе демонстрационных проектов. Результаты расчетов для древесносжигающих паровых котлов производства голландской фирмы KARA приведены в таблице 28.20. Капитальные затраты включают стоимость котла, вспомогательного оборудования, автоматики и системы регулирования, мульти, дымовой трубы, а также расходы на монтаж и ввод в эксплуатацию. Стоимость здания котельной и тепловых сетей не включена в капитальные расходы. При расчетах варьировались следующие параметры: годовая загрузка котла, стоимость топлива, влажность топлива и другие. В таблице 28.20. также представлены результаты технико-экономического обоснования для двух соломосжигающий котлов. Автоматический котел мощностью 800 кВт производства датской фирмы Linka предназначен для сжигания соломы - сечки. Капитальные затраты складываются из стоимости котла, дымовой трубы, сооружений, расходов на транспортировку и установку оборудования. Котел датской фирмы PASSAT в качестве топлива использует большие тюки соломы. При проведении расчетов были приняты следующие параметры: -срок амортизации - 15 лет; -заработная плата 0.65 тыс. $ / год для трех рабочих (1 чел. в смену) при работе установки 6 мес. / Год -1.30 тыс. $ / Год - то же самое при работе установки 12 мес. / Год; -цена природного газа - 80 $ / 1000 НМЗ Расход топлива была рассчитана с учетом средней мощности установки за отопительный период, которая составляет 0.89 от номинальной мощности. Себестоимость тепловой энергии определялась путем деления эксплуатационных расходов на годовую стоимость выработки тепловой энергии. Срок окупаемости рассчитывался путем деления капитальных затрат на разницу между ценностно сэкономленного природного газа и эксплуатационными затратами. При этом эксплуатационные расходы не включали амортизацию и прибыль. Получения тепловой энергии из отходов древесины и соломы является рентабельным для Украины сегодня даже при использовании импортных котлов. Наиболее рентабельным является производство технологического пара при большом периоде загрузки установки.

Таблица 28.20.

Данные технико-экономического обоснования использования в Украине котлов иностранного производства для сжигания древесины и соломы

показатели

Котел KARA с подвижными

решеткой, 5 МВт

Котел KARA с ретортой,

котел

Linka,

800 апр

котел

PASSAT,

980 кВт

2 МВт

Капитальные затраты, тыс. $

750

750

750

250

250

250

133

121

древесина

древесина

солома

влажность

аалива,%

60

60

60

40

40

40

15

15

Загрузка установки, ч / год

4400

8000

8000

4400

8000

8000

4400

4400

Эксплуатационные расходы, тыс. $ / Год

амортизация

50.25

50.25

50.25

16.75

16.75

16.75

8.91

8.09

Прибыль (10% / год)

75

75

75

25

25

25

13.3

12.13

оплата труда

0.65

1.30

1.30

0.65

1.30

1.30

0.65

0.65

топливо

66.1

0

135

24.2

0

49.4

3.2

7.43

техническое

обслуживание

5

5

5

5

5

5

0.9

0.15

ВСЕГО

197

132

267

72

48

97

28

29

Расход топлива, т / год

14685

30000

30000

3357

6857

6857

895

1114

Теплота сгорания, МДж / кг

6

6

6

10.5

10.5

10.5

14

14

Стоимость топлива, $ / т

4.5

0

4.5

7.2

0

7.2

3.6

6.52

выработка

70.49

144

144

28.2

57.6

57.6

11.28

12.52

тепловой энергии, ГДж / год

Себестоимость тепловой энергии,

$ / ГДж

2.79

0.91

1.85

2.54

0.83

1.69

2.39

2.28

Экономия природного газа, млн м3 / год

2.01

4.11

4.11

0.81

1.65

1.65

0.32

0.39

Экономия природного газа, тыс. $ / Год

161.12

328.14

328.14

64.45

131.7

131.7

25.78

30.88

Срок окупаемости, лет

8.4

2.3

4

7.2

2

3.3

6.3

5.4

Биоэнергетическое оборудование зарубежного производства е достаточно дорогим, и далеко не все украинские предприятия имеют финансовые возможности для его приобретения, является одним из самых значительных барьеров развития биоэнергетических технологий. Наиболее целесообразно начать выпуск такого оборудования в Украине, доля зарубежных комплектующих составит до 25-40%. При этом стоимость биоэнергетического оборудования украинского производства значительно снижается. Так, котел голландской фирмы KARA мощностью 5 МВт с рухомо- ПЕРЕТАЛКИВАЮЩЕЙ м решеткой стоит около 750 тыс. $. Стоимость аналогичного котла украинского производства с 30% иностранных комплектующих ожидается около 1330 тыс. Грн (около 240 тыс. $), То есть более чем в три раза дешевле (таблица 28.21). При этом котлы украинского производства будут иметь достаточно малый срок окупаемости -1-2.5 года.

Технико-экономические показатели котлов украинского производства для сжигания биомассы

показатели

Котел KARA с подвижно-ПЕРЕТАЛКИВАЮЩЕЙ решеткой, 5 МВт

Котел KARA с ретортой,

котел

Lin-ka,

800 Вт

котел

PASSAT,

980 кВт

2 МВт

Капитальные затраты, тыс. $

1330

1330

133С

520

52С

520

289

303

древесина

древесина

солома

Часть акордонних комплектующих,%

30

30

30

30

30

30

30

25

Влажность топлива,%

60

60

60

40

40

40

15

15

Загрузка установки, ч / год

4400

8360

8360

4400

8000

8000

4400

4400

Эксплуатационные расходы, тыс. $ / Год

амортизация

89.11

89.11

89.11

34.84

34.84

34.84

19.36

20.18

Прибыль (10% / год)

133

133

133

52

52

52

28.9

30.3

оплата труда

3.6

7.2

7.2

3.6

7.2

7.2

3.6

3.6

топливо

367

0

750

134

0

284

17.9

40.1

техническое

обслуживание

10

10

10

5

5

5

2.5

0.8

ВСЕГО

603

239

989

230

99

373

72

98

Расход топлива, т / год

14685

30000

30000

3357

6857

6857

895

1114

Теплота сгорания, МДж / кг

6

6

6

10.5

10.5

10.5

14

14

Стоимость топлива, $ / т

25

0

25

40

0

40

20

36

Выработка тепловой энергии, ТДж / год

70.49

144

144

28.2

57.6

57.6

11.28

12.52

Себестоимость тепловой энергии,

$ / ГДж

8,55

1,66

6,87

8,15

1,72

6,48

6,41

8

Экономия природного газа, млн м3 / год

2,01

4,11

4,11

0,81

1,65

1,72

0,32

0,39

Экономия природного газа, тыс. $ / Год

889

1817

1817

356

728

728

142

167

Срок окупаемости, лет

2,6

0,7

1,3

2,4

0,7

1,2

2,4

2,2

Результаты технико-экономического обоснования для биогазовой установки с объемом 2000 м3 и использованием биогаза в мини ТЭЦ мощностью 160 кВтг- 300 кВтч показывают, что срок окупаемости проекта составляет около 8 лет при использовании 100% иностранных комплектующих и 5 ... 6 лет для установки украинского производства с 40% иностранных комплектующих. Финансовый эффект от внедрения установки состоит из экономии средств на покупку электроэнергии, тепловой энергии и минеральных удобрений. Для обеспечения полного и равномерного сгорания топлива и регулирования горения с нормальным количеством воздуха нужен газоанализатор, который ставится в дымоходе. Он будет делать анализ дымовых газов и регулировать подачу воздуха. Таким образом происходит двойная польза: а) сжигание максимального количества летучих веществ; б) выброс в атмосферу как можно меньше ядовитых веществ. В Институте технической теплофизики Национальной академии наук Украины разработана концепция развития биоэнергетики в нашей стране. Исходя из имеющегося потенциала древесины, соломы и торфа, в ближайшие 10 лет целесообразно внедрение следующих технологийюпалювапьних котельных на древесине (1-10 МВт) - 250 единиц; промышленных котлов на древесине (0,1 -5 МВт) - 360 единиц; бытовых котлов на древесине (10-50 кВт) - 53 лис. единиц На мнение авторов концепции, начинали процесс широкого внедрения биоэнергетических технологий надо с введения в действие сушеных кошек. Сейчас именно котлы на БМ могут быстро заменить природ ный газ для производства тепловой энергии с наиболее низкими инвестиционными потерями и в найкоролши сроки окупаемости проектов. Древесина является д ешевим местным видом топлива. Стоимость древесины и отходов в пересчете на единицу энергии (Г кал) существенно меньше стоимости природного газа, следовательно, меньше и стоимость производимой тепловой энергии. Часто местные виды топлива значительно дешевле средних рыночных, а в отдельных случаях даже имеют нулевую стоимость

Таблица 28.22.

Расходы различных энергоносителей для получения 1 кВт тепла по состоянию на 2011

энергоноситель

теплота

сгорания

Расходы на получение

Стоимость 1 кг, м 3 , л, кВт энергоносителя

Стоимость 1 кВт тепла, грн

1

каменный уголь

6,133 кВт / кг

0,163 кг

1.16 кг

0.19

2

природный газ

8,0 кВт / м 3

0,125 м 3

1.08 м 3

0.14

3

Электроэнергия (для населения)

-

1.0 кВт

0.24 кВт

0.24

5

Брикеты (из отходов древесины)

4,722 кВт / кг

0,210 кг

1.15 кг

0.24

6

Пеленги (из отходов деоевины)

4,963 кВт / кг

0,201 кг

1.05 кг

0.21

7

Дрова (береза)

2,833 кВт / кг

0,352 кг

0,46 м '

0,16

Таблица 28.23.

Расходы на котельное оборудование и эксплуатационные расходы по состоянию на 2011

оборудование главное

Стоимость, грн

Монтаж, грн

Потребление в год энергоносителя

Стоимость кг, м 3 , л, кВт энергоносителя, грн

Выиграть в год на энергоноситель, грн

1

пиролизные котлы

10 000,00

1 500,00

угля; 4105 кг брикеты: 5288 кг пеллеты: 8864 кг

1.16

1,15

1,05

0,46

4761,80

6081,20

5315,10

4077,44

2

газовый котел

3 000,00

1 500,00

пр. газ; 3148 г. 3

1,08

3399,84

3

электрический

4 000,00

1 500,00

электроэне .: 25183 кВт

0,24

6043,92

Таблица 28.24.

Расходы на энергоносители на период 2011-2016 pp.

Потребление в год энергоносителя

Расходы по годам, грн.

2011

2012

2013

2014

2013

2016

3148 г. 3

3 399,84

6 610,80

7 870,00

8 814,40

10073,6

11647,6

23183 кВт

6 043,9

13 109,8

17628,1

20 146,4

23 183,0

30219,6

Для предприятий коммунального хозяйства целесообразным баяться использования автоматических котлов с наклонно ПЕРЕТАЛКИВАЮЩЕЙ решеткой, позволяющие сжигать смесь влажной древесины - от опилок и щепы до крупных обрезков, коры, веток и пней Специализированные котлы для утилизации отходов древесины с сжиганием реторты очень чувствительны к влажности топлива, особенно до размеров кусков, и предназначены для сжигания сухой древесины определенного гранулометрического состава. Дальнейший рост стоимости природного газа до уровня 2200 три / ШСМ 3 сделает рентабельным использование топливных гранул и брикетов. На рынке Украины представлено более 25 торговых марок коробов, работающих на БМ и позволяет сжигать как Ципи дрова, так и отходы мебельного производства Внедрение зарубежных котлов и демонстрация к успешной работы способствовали развитию производства аналогичных котлов впчизнянимы предприятиями, например "Жигомирремпищемаш" (Kriger) . Стоимость такого оборудования от 50 УкВт, что в 2-5 раз дешевле зарубежных аналогов. Принцип работы данных котлов выглядит следующим образом. Топливо из устройства подачи топлива с помощью шнекового транспортера подается в реторту топки (или ручная подача топлива в топку) и распределяется по колосниковой решетке, где происходит его сгорание. Летучие остатки неполного сгорания, образующиеся догорают в зоне вторичного дутья [93-96]. Дымовые газы из топки попадают в нижний и верхний пучок дымогарных труб, отдавая свое тепло теплоносителю, далее дымовые газы проходя через шибер дымохода попадают в воздухоподогреватель (теплообменник типа труба в трубе), очищаются в прямоточном циклоне ВИЧ летучих частиц золы, после чего с помощью дымового насоса выбрасываются в дымовую трубу. Подогретый воздух из воздухоподогревателя по гибкой трубе с неирясавиючои стали вентилятором подается через распределитель в две зоны: лед колосниковая решетка (по отверстиям в колосниках поступас в топку) и в зону горения (через отверстия в стенках котла). Теплоноситель (вода) подается в водяную рубашку котла через трубопровод, подводящий омывает внутренние η поверхности, поверхности перегородок и оболочки, нижние и верхние пучки дымоходов труб газохода, и нагреваясь до заданной, температуры, через патрубок поступас в отопительную систему. Выше приведена схема сжигания твердого топлива, такого как древесина, позволяет получить достаточно высокий КПД (на уровне 82%), в свою очередь использование древесины и ее дешевизна создает альтернативу природному газу.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее