Биоэнергетика как перспектива развития лесных регионов

Виктор Любов, фото: Polytechnik Luft- und Feuerungstechnik GmbH

732

В Архангельской области, богатой лесными массивами и соответственно древесными «отходами», образующимися при лесозаготовке, деревообработке и деревопереработке, оборудование фирмы Polytechnik Luft- und Feuerungstechnik GmbH появилось в 2004 году. Это водогрейная котельная с двумя котлами мощностью по 2,5 МВт, смонтированная на Цигломенском участке ЗАО «Лесозавод 25».

Результаты энергетических обс­ледований и анализ работы утилизационно-энергетических котлоагрегатов PR-2500 в период суровой и затяжной зимы 2005–2006 гг. позволили сделать вывод, что они имеют высокие технико-экономические и экологические показатели и способны длительно обеспечивать не только номинальную мощность, но и в случае необходимости производительность выше номинальной.

Высокие экологоэкономические показатели оборудования Polytechnik позволили расширить рамки сотрудничества, следующим этапом которого стал запуск в работу в 2008 году мини-ТЭЦ с двумя паровыми котлоагрегатами 2×7,5 МВт и турбиной мощностью 2,2 МВт.

Данное направление энергетического использования древесных отходов является наиболее перс­пективным, так как позволяет реа­лизовать преимущества комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и обеспечивает значительное уменьшение энергозависимости предприятий, а иногда и регионов от внешних источников энергии.

Инновационное развитие энергетического комплекса ЗАО «Лесозавод 25» и строительство цеха по производству древесных гранул поставили задачу формирования внутреннего рынка их энергетического использования. Наиболее важным шагом в этом направлении явилось строительство и запуск в эксплуатацию котельной с тремя водогрейными котлоагрегатами мощностью по 4 МВт фирмы Polytechnik, работающими на древесных гранулах. Ввод в эксплуа­тацию данной котельной позволил уйти от использования мазута в поселке Катунино.

По итогам пяти отопительных сезонов котельная, работающая на древесных гранулах, показала себя с наилучшей стороны, отработав без сбоев, стабильно обеспечивая теплом потребителей. Энергообследования установленных котлоагрегатов показали, что они позволили получить минимальные эмиссии оксидов азота и монооксида углерода из всех теплогенерирующих установок нашего региона, работающих на биотопливе.

В настоящее время на Цигломенском участке ЗАО «Лесозавод 25» реализован очередной, самый масштабный и дорогостоящий этап программы комплексного использования древесного сырья. Запущена в работу ТЭЦ-2, оборудованная двумя паровыми котлоагрегатами по 9,5 МВт и противодавленческой турбиной мощностью 3,3 МВт.

Номинальная паропроизводительность каждого котлоагрегата составляет 12,5 т/ч. В топочных камерах котлов реализована трехступенчатая схема сжигания топлива. Для дополнительного снижения выб­росов оксидов азота и регулирования температурного уровня в топке они оборудованы двумя системами рециркуляции продуктов сгорания и дополнительными дымососами. Все тягодутьевые установки котлоагрегатов имеют частотное регулирование производительности.

В 2014 году было проведено энергетическое обследование основного и вспомогательного оборудования теплогенерирующих установок ТЭЦ-2 ЗАО «Лесозавод 25».

Балансовые опыты на котлоагрегатах №№1,2 были проведены в диапазоне нагрузок от 78 до 91,1% от номинальной, при этом в топки котлов подавались несортированные древесные «отходы», в составе которых преобладала кора. Доля коры в биотопливе составляла 54…77%. Во всех опытах, сжигаемое кородревесное топливо, имело высокую степень неоднородности гранулометрического состава. Влажность древесного топлива на рабочую массу составляла Wrt = 57,22…60,55%; зольность Аr = 0,53…0,79 %; а низшая теплотворная способность Qri = 6,478…7,224 МДж/кг.

Балансовые опыты проводились в соответствии с требованиями, предъявляемыми к промышленно-эксплуа­тационным испытаниям третьей категории сложности. При исследовании состава продуктов сгорания использовался газоанализатор «Testo-350 XL». При проведении всех опытов диоксид серы в дымовых газах отсутствовал.

Для определения расходов дымовых газов использовалась пневмометрическая трубка системы ВТИ и микроманометр прецизионного прибора «Testo-435».

Теплотехнический анализ топлива проводился с помощью установок лаборатории комплексного термического анализа и калориметра «IKA C 2000 basic Version 2» с жидкостным криотермостатом «LOIP FT-216-25».

Исследование гранулометрического состава топлива и очаговых остатков проводилось с помощью анализаторов «AS 200 Control» и воздушно-струйного «ВС 1С-15-01». Температуры наружных поверхностей основного и вспомогательного оборудования котлоагрегатов определялись с помощью пирометра.

Температура и давление перегретого пара на выходе из котлов изменялись в диапазоне: tпп = 413…425 0С, Рпп = 2,25…2,35 МПа; т. е. имели значения близкие к нормативным. Пароохладитель во всех режимах находился в работе, снижение температуры пара после него составляло 28…46 0С. Температуры газов до пароперегревателей изменялись в диапазоне 543…574 0С, после них 344…360 0С.

Диапазон возможного изменения нагрузки котлов был органичен технологическими потребностями Цигломенского участка ЗАО «Лесозавод 25». Полный расход древесного топлива в исследованном диапазоне нагрузок на один котел составлял 4,85…5,22 т/ч. При этом теплонапряжение зеркала горения изменялось в диапазоне 440,0…517,7 кВт/м2, что аналогично котлоагрегатам PRD – 7500 ТЭЦ-1.

Система автоматического регулирования режимов работы котлоагрегатов обеспечивала расход организованно подаваемого воздуха близкий к оптимальному (aорг = 1,35…1,43).

Проведенные исследования показали, что при сжигании кородревесного топлива с относительной влажностью до 60% и эффективном использовании всей площади наклонно-переталкивающей колосниковой решетки обеспечивается высокий уровень выгорания оксида углерода и его концентрация не превышает 670 мг/нм3 при КO2 = 6%.

Потери тепла с химическим недожогом топлива в исследованном диапазоне нагрузок составили: q3 = 0,00…0,30%.

При проведении энергетического обследования температура воды на входе в экономайзеры котлоагрегатов была стабильной и составляла tпв = 105,7…108 0С, что позволяло обеспечить ее дегазацию и достаточно глубокое охлаждение дымовых газов. Температура продуктов сгорания после водяных экономайзеров составляла 172…195 0С.

Конструкция двухходового по газам воздухоподогревателя позволила обеспечить подогрев первичного воздуха до 139…146 0С, при этом через воздухоподогреватель проходило 37…45% от общего количества организованно подаваемого воздуха. Продукты сгорания при омывании поверхности нагрева воздухоподогревателя охлаждаются до 148…160 0С.

Для определения запыленности дымовых газов в газоходах, идущих к дымовым трубам, и эффективности работы золоуловителей использовались два метода: внутренней и внешней фильтрации. Концентрации твердой фазы в продуктах сгорания, идущих к дымовым трубам, составили: 89,8 мг/нм3 для котлоагрегата №1 при нагрузке 80% от номинальной и 97,06 мг/нм3 для котла №2 при нагрузке 78,6% от номинальной. Выполненные исследования позволили определить значения суммарной степени очистки дымовых газов при их прохождении через золоуловитель и воздухоподогреватель, которая, при разрежении в топке котла 98 Па, сос­тавила 90%.

Анализ условий тепловой работы котлоагрегатов показал, что потери тепла с уходящими газами изменялись от 10,26 до 11,44%. Умеренный уровень данных потерь объясняется небольшими значениями коэффициента избытка воздуха в уходящих газах aух= 1,53…1,62.

Потери тепла с механической неполнотой сгорания составили q4 = 0,17…0,27%. Низкий уровень данной потери объясняется наличием системы позонного распределения воздуха, ступенчатой схемы подачи окислителя, повышенной сепарационной способностью топочной камеры и умеренной зольностью древесного топлива в период проведения обследования. Данные факторы обеспечили высокую полноту выгорания углеродной основы топлива. Содержание горючих веществ в шлаке и летучей золе составили: Сгшл = 5,4…9,2%, Сгун = 4,6…8,5%.

Потери с физической теплотой шлака на обследованных котлах не превышали q6 ≤ 0,05%. Потери тепла в окружающую среду, полученные на основе замера температур его ограждающих конструкций и температуры окружающей среды, составили q5 = 1,54…1,79%.

При проведении балансовых опытов КПД брутто котлоагрегатов изменялся в диапазоне от 86,18 до 87,86%, а удельный расход условного топлива на выработку 1 Гкал – 162,6…165,8 кг у.т.

Эмиссия оксидов азота имела низкие значения от 0,057 до 0,071г/МДж, что объясняется умеренными избытками воздуха в топочных камерах котлоагрегатов и наличием трехступенчатой схемы сжигания.

Диапазон изменения эмиссий оксида углерода при проведении балансовых опытов составил 4,0…311,0 мг/МДж. При этом верхняя граница указанного диапазона имела место при сжигании высоковлажного кородревесного топлива (Wtr = 60,55%).

Реализация проекта по энергетическому использованию древесных отходов для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии значительно уменьшила загрязнение окружающей среды, а также обеспечила потребности завода в электрической энергии на 65…70% и на 100% – в тепловой (при полной загрузке его цехов и работе гранульного производства).

Энергообследование показало, что котлоагрегаты PRD-9500 имеют достаточно высокие технико-экономические и экологические показатели, однако существует резерв для дальнейшего повышения КПД, снижения эмиссии оксида углерода и частиц сажи путем дополнительной настройки системы автоматического регулирования.

Энергетическое использование биотоплива в автоматизированных котлоагрегатах в составе когенерационных установок является актуаль­ным и перспективным направлением как региональной, так и государственной политики.

Журнал «ЛПК Сибири» №3 / 2017

Автономные отопители Eberspächer - комфортная работа в любой мороз!