Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование технологии кипящего слоя для утилизации древесных отходов с получением тепла и энергии

В.М. Денисов, технический директор ЗАО СП «Энергософин»;

к.т.н. Г.А. Рябов, ведущий научный сотрудник, ВТИ

Задача использования отходов лесопромышленного комплекса (ЛПК) для производства тепла и энергии является крайне актуальной. По данным ФГУП «ГНЦ ЛПК» в конце 90-х годов потребление всех видов энергии ЛПК достигало 163 млрд кВт-ч в год, а собственные резервы по источникам энергии могли бы дать до половины ее потребления. При этом в заготовке, вывозке древесины и лесопилении имеется положительный запас по собственным ресурсам по сравнению с потребляемыми. Однако до сих пор (за исключением крупных целлюлозно-бумажных комбинатов) эти отходы практически не используются. Одной из причин этого является отсутствие недорого, автоматизированного и надежного устройства для сжигания отходов. Ряд реконструкций имеющихся газомазутных котлов и установка «самодельных» топок не решают масштабной задачи утилизации отходов ЛПК. Зарубежные котлы, как правило, слишком дороги и не всегда адаптированы к российским условиям. Необходимо отметить, что максимальную надежность и широкую номенклатуру котлов для древесных отходов можно обеспечить при использовании сил котельных заводов, прежде всего ОАО «Белэнергомаш». Однако, в ряде случаев для небольших по мощности водогрейных котлов (?1 МВт тепл.) возможно использование упрощенных решений.

Сооружение мини-ТЭЦ с выработкой тепла и электроэнергии целесообразно только на крупных леспромхозах. Первая мини-ТЭЦ с электрической мощностью 6 МВт и тепловой мощностью 16 Гкал/ч сооружается в настоящее время в Вологодской области. Затраты на ее сооружение составляют около 100 млн руб. Очевидно, что срок окупаемости такой установки довольно велик, даже с учетом дешевизны топлива. В большинстве случаев достаточно получения технологического пара и тепла; возможна также комплектация установки простейшими турбомашинами с небольшой электрической мощностью (без продажи электроэнергии в сети).

Технология кипящего слоя может быть использована для сжигания любых видов древесных отходов, даже если они имеют очень высокую влажность, а сжигание происходит с добавкой влажных иловых стоков. Учитывая значительные капитальные затраты и необходимость наличия высококвалифицированного персонала, эта технология наиболее приемлема для условий ЦБК и крупных леспромхозов (указанная ранее мини-ТЭЦ в Вологодской обл.). Ниже на примере ТЭСЗ Архангельского ЦБК дан опыт пуска и освоения мощности котла с кипящим слоем.

Котлы типа КМ-75 широко используются для сжигания коро-древесных отходов на ряде отечественных целлюлозно-бумажных комбинатах. Топочные устройства этих котлов с механической колосниковой решеткой разработаны еще в 60-х годах и до последнего времени считались достаточно приемлемыми. Однако, резкое удорожание мазута, который необходим для подсветки при меняющихся характеристиках высоковлажных отходов, а также невысокая надежность колосниковой решетки потребовали применения новых технических решений. Технология кипящего слоя (КС), широко распространенная за рубежом, прежде всего в Скандинавских странах, позволяет полностью исключить подсветку мазутом или газом (кроме растопки), обеспечить более высокую эффективность сжигания при минимальном воздействии на окружающую среду. При этом новые полностью автоматизированные котлы с КС имеют современный уровень дизайна и эксплуатации с использованием микропроцессорной техники.

В конце 2000 г. ЗАО СП «Энергософин» поставило котел, в основном произведенный на ОАО «Белэнергомаш» (за исключением колпачковой воздухораспределительной решетки), на ТЭС-3 Архангельского ЦБК. Все вспомогательное оборудование было также отечественного производства. Монтаж и наладку котла осуществляла фирма «Севзапэнергомонтаж».

Поставка автоматики производилась через фирму «Валмет» (Финляндия). Особенностью конструкции и монтажа было требование к максимальному использованию несущих конструкций при сохранении барабана котла и его габаритных размеров в котельной ячейке. Однако, при обследовании пришлось отказаться от идеи сохранения металлоконструкций и поверхностей нагрева. Сохранение порталов и отметки барабана котлов привело к минимальной высоте топочной камеры.

Котел был рассчитан на сжигание коро-древесных отходов с влажностью 57% при паропроизводительности 66 т/ч (давление 4 МПА, температура 440 °С) без подсветки мазутом. Особенностью системы подачи воздуха была схема с установкой вентилятора общего воздуха и отводом части воздуха после нижних пакетов трубчатого воздухоподогревателя к высоконапорному вентилятору подачи первичного воздуха под решетку. Вторичный воздух после верхнего пакета воздухоподогревателя подается к соплам вторичного дутья, расположенным на боковых стенках котла. Топливо подается по двум наклонным течкам с фронта котла. Для растопки предназначены две мазутные горелки; имеются также две нагрузочные горелки, размещенные на боковых стенах. В колпачковой беспровальной решетке имеются шесть окон отвода донной золы, соединенных попарно коробами с линиями отвода золы.

Топка экранирована газоплотными панелями, нижняя часть которых футерована. В верху топки размещается фестон, а в поворотном газоходе два пакета пароперегревателя с уменьшенной по сравнению с котлом КМ-75 поверхностью. Регулирование температуры перегрева осуществляется с помощью пароводяного теплообменника. В конвективной шахте последовательно размещен верхний пакет водяного экономайзера, верхний пакет трубчатого воздухоподогревателя, нижние пакеты (всего 3 шт.) трубчатого воздухоподогревателя, в рассечку между которыми установлен входной пакет водяного экономайзера.

Первый же пуск котла показал, что отходы легко возгораются при температуре слоя около 400 °С, котел способен набирать и поддерживать нагрузку по пару путем изменения расхода отходов. В первый период эксплуатации был выявлен ряд недостатков, которые были устранены в процессе освоения мощности котла. В частности, была улучшена раздача топлива по сечению решетки путем установки специальных сопел с подачей в них пара, усовершенствована система водопитания и заменен один пакет водяного экономайзера, выполнено усовершенствование схемы подачи воздуха под решетку с установкой дополнительного воздуховода, установлены сажеобдувочные аппараты.

Все эти технические решения были реализованы к сентябрю 2001 г. Кроме того, при пуске котла в сентябре 2001 г. отмечено забивание отходами одной из течек подачи топлива. Оно оказалось связано с короблением этой течки при пусках котла от лучистого тепла близлежащей растопочной горелки. Течка была восстановлена, а регламент пуска был доработан. Сразу же после пуска удалось достигнуть номинальной паропроизводительности с номинальными параметрами пара. При этом температура уходящих газов была близка к расчетной (около 190 °С). Содержание горючих в слое не превышало 0,5%. Горючие в пробе уноса также были невелики - 1,7%. Величина потерь с механическим недожогом не превышает 0,6%, а с химическим недожогом - 0,01%. В результате КПД котла составил около 85%. Удавалось также поддерживать и более высокие нагрузки по пару вплоть до 75 т/ч. Выбросы NOx составляли 50-100 мг/нм³, а СО до 100 мг/нм³.

Были выполнены также работы по изменению условий подачи вторичного воздуха. В результате наилучшей признана встречно-смещенная схема подачи с приоткрытыми соплами. Отмечено, что уже через двое суток после пуска происходит снижение температуры перегрева, что связано с заносом пароперегревателя. После обдувки тепловосприятие возрастает до нормального; обдувку следует производить не менее одного раза в сутки.

Сравнение тепловосприятий поверхностей нагрева с расчетными (как по стандартной методике, так и по новой методике ВТИ) показало, что тепловосприятие топки и фестона несколько выше расчетного, пароперегревателя примерно равно расчетному, экономайзера и воздухоподогревателя меньше расчетного. Несмотря на определенные успехи во внедрении технологии кипящего слоя на ТЭС-3 Архангельского ЦБК при его длительной эксплуатации пока еще не достигнут проектный КПД котла. Это связано, прежде всего, со сложными процессами при сжигании различных отходов, включая отходы фанерного производства. Они носят комплексный характер взаимосвязанных процессов химических превращений при горении топлива в слое и взаимодействия материала слоя с продуктами сгорания и золой, а также аэродинамических и массообменных процессов в слое и надслоевом пространстве. В результате при длительной эксплуатации происходит укрупнение материала слоя (агломерация частиц), что требует повышения скорости сжижения для предотвращения «посадки» слоя. Увеличивается разница температур в слое, расход вторичного воздуха уменьшается, что ухудшает условия его смешения с основным потоком и затягивает горение по высоте топки. Повышение скорости в слое приводит к увеличению выноса частиц из топки и загрязнению хвостовых поверхностей нагрева с соответствующим ростом температуры уходящих газов и снижению КПД котла.

Выполненный ВТИ и ОАО «Белэнергомаш» расчетный анализ работы котла, гидродинамики слоя и смешения вторичного воздуха, а также исследования ВТИ по физико-химическому составу топлива золы и донной золы позволил определить основные причины недостатков в работе слоя. В результате были рекомендованы мероприятия по дренажу и регенерации слоя, подводу вторичного воздуха, обдувке хвостовых поверхностей нагрева, которые должны обеспечить надежную и эффективную работу котла с кипящим слоем ТЭС-3 Архангельского ЦБК. Опыт наладки и освоения этого котла будет использован в проектах новых котлов с кипящим слоем.

Выводы

котел тепло энергия лесопромышленный

1. На ТЭС-3 Архангельского ЦБК внедрен котел с кипящим слоем отечественного производства для сжигания коро-древесных отходов различного качества. Его эксплуатация позволяет обеспечить экономию дорогостоящего мазута (по крайней мере 2 т/ч), снизить затраты на ремонт котла и уменьшить вредные выбросы.

2. Опыт наладки и освоения котла выявил ряд недостатков и особенностей режимов слоевого сжигания биотоплива, наиболее важной из которых является агломерация материала слоя. Предложены мероприятия по совершенствованию работы котла, реализация которых обеспечит длительную и надежную эксплуатацию котла с высокой эффективностью.

Размещено на Allbest.ru