Использование вторичных энергоресурсов

Экономия энергоресурсов - сравнительное в сопоставлении с базовым, эталонным значением сокращение потребления ЭР на производство продукции, выполнение работ и оказание услуг установленного качества без нарушения экологических и других ограничений в соответствии с требованиями общества.

Вторичные энергоресурсы (ВЭР) и их виды

Вторичный энергетический ресурс (ВЭР) -- энергетический ресурс, полученный в виде отходов производства и потребления или побочных продуктов в результате осуществления технологического процесса или использования оборудования, функциональное назначение которого не связано с производством соответствующего вида энергетического ресурса.

Другими словами, это- энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других потребителей.

Эти энергетические отходы можно разделить на два рода:

первый - недоиспользованный энергетический потенциал первичного энергоресурса - продукты неполного сгорания топлива, тепло дымовых газов, «мятый» пар из паропроводов, тепло конденсата, сбросных вод;

второй - проявления физико-химических свойств материалов в ходе их обработки - горючие газы доменных, фосфорных и других печей, тепло готовой продукции, теплота экзотермических реакций, избыточное давление жидкостей и газов, возникающее при протекании технологического процесса.

ВЭР первого рода следует стремиться устранить или снизить их выход, и только тогда, когда все подобные меры приняты, использовать. ВЭР второго рода - побочный результат технологии, поэтому необходимо либо создать на их базе комбинированный энерготехнологический агрегат с выработкой одновременно энергетической и неэнергетической продукции, либо утилизировать иным способом с помощью специального утилизационного оборудования.

По видам содержащегося энергетического потенциала ВЭР подразделяются на горючие, тепловые и избыточного давления, причем каждый из этих видов может быть первого или второго рода.

Горючие ВЭР - это химическая энергия отходов производства, которые не используются или непригодны для дальнейшей технологической переработки, но применимы в качестве топлива: доменный, конвертерный, ферросплавный газы, отходящий газ производства технического углерода, горючие кубовые остатки химических и нефтехимических производств, щелок целлюлозно-бумажного производства, отходы топливопереработки, переработки древесины и др. Их энергетический потенциал определяется теплотой сгорания.

Тепловые ВЭР - это тепло основной и побочной продукции: тепло рабочих тел из систем принудительного охлаждения технологических агрегатов и установок, тепло отходящих газов, пара и горячей воды, отработанных в установках, и т.п. Энергетический потенциал определяется теплосодержанием теплоносителей.

ВЭР избыточного давления - это потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования или при выбросе в окружающую среду. Энергетический потенциал определяется давлением для энергоносителей жидкостей; давлением и температурой, определяющими возможную работу газов и паров при расширении.

Для количественной оценки вторичных энергоресурсов обычно рассматривается несколько показателей:

· выход - количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате за единицу времени;

· выработка энергии за счет ВЭР- количество тепла, холода, механической работы или электроэнергии, получаемое в утилизационных установках.

При этом различаются:

· возможная выработка - максимальное количество тепла, холода, механической работы или электроэнергии, которое может быть практически получено за счет данного вида ВЭР с учетом режимов работы агрегата -источника ВЭР и КПД утилизационной установки;

· экономически целесообразная выработка- максимальное количество тепла, холода, механической работы или электроэнергии, целесообразность получения которого в утилизационной установке подтверждается экономическими расчетами с учетом энергоэкономического эффекта у потребителя; фактическая выработка - фактически полученное количество тепла, холода, механической работы или электроэнергии на действующих утилизационных установках.

Вторичные энергетические ресурсы представляют собой огромный резерв повышения экономичности топливно-энергетического комплекса. Рациональное использование ВЭР как реализация важной части государственной энергосберегающей политики возможно при выборе оптимального направления их использования, которыми являются: топливное - непосредственное использование горючих ВЭР в качестве топлива; тепловое - использование тепла, получаемого непосредственно в качестве тепловых ВЭР или вырабатываемого за счет горючих ВЭР в утилизационных установках.

К этому направлению относится также выработка холода за счет ВЭР в абсорбционных холодильных установках;

· силовое (механическое)- использование механической энергии избыточного давления, механической энергии, получаемой в силовых установках за счет тепловых или горючих ВЭР;

· комбинированное -получение тепловой и электрической энергии на утилизационных ТЭЦ (УТЭЦ) за счет горючих или тепловых ВЭР. Производство и использование вторичных энергетических ресурсов в национальном хозяйстве являются одним из важнейших и, пожалуй, самым эффективным направлением энергосбережения.

Использования кородревесных отходов в качестве вторичного энергоресурса по средством сжигания в теплоэнергетическом котлоагрегате

Рост объема производства лесозаготовительных предприятий сопровождается увеличением потребления топлива и электрической энергии. Учитывая отдаленность лесозаготовительных предприятий от мест централизованного производства теплоты, а также постоянное удорожание традиционных видов топлива, каждому предприятию экономически выгодно иметь свою производственно-отопительную котельную на древесных отходах.

В зависимости от вида производства, в технологическом процессе которого образуются древесные отходы, их можно разделить на два вида : отходы лесозаготовок и отходы деревообработки.

Отходы лесозаготовок - это отделяемые части дерева, получаемые в процессе заготовки и сортировки древесины. К ним относятся ветви, сучья, вершинки, откомлевки, козырьки, кора, отходы производства колотых баластов и т.п.

Отходы деревообработки - это отходы, образующиеся при переработке древесины в деревообрабатывающем производстве. К ним относятся: горбыль, рейки, срезки, короткомер, стружка, опилки, отходы производства технологической щепы, древесная пыль, кора.

По характеру биомассы древесные отходы могут быть разделены на следующие виды: отходы из элементов кроны, отходы из стволовой древесины, отходы из коры, древесная гниль. В зависимости от формы и размера частиц древесные отходы обычно подразделяют на следующие группы :

-кусковые (откомлевки, козырьки, фаутные вырезки, горбыль, рейки, срезки, короткомер);

-мягкие древесные отходы (опилки и стружки).

Отходы древесины в первую очередь используют как технологическое сырье для производства целлюлозы, картона, бумаги, плит ДВП и ДСП.

Однако при заготовке древесины остается большое количество отходов, которые по своим характеристикам в качестве технологического сырья применяться не могут. Эти отходы можно использовать в качестве котельного топлива. Вырабатываемая котельной теплота расходуется в лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятиях на следующие цели :

а) на обеспечение производственных и технологических процессов;

б) на отопление и вентиляцию жилых зданий и производственных помещений;

в) на бытовые нужды ( горячее водоснабжение).

Расход теплоты на горячее водоснабжение существенно колеблется в течение суток и по дням недели, оставаясь относительно равномерным в течение года. Большинство производственно- технологических процессов обработки и переработки древесины связано с использованием теплоты на размораживание, нагревание, сушку, размягчение, прессование древесины и другие технологические операции.

Таким образом, на производственные нужды теплота расходуется непрерывно в течение года вне зависимости от температуры наружного воздуха. Горячее водоснабжение также осуществляется круглогодично.

Практически все лесопромышленные компании используют древесные отходы, составляющие преимущественную долю в общих отходах, в качестве источников энергии вместо мазута и угля.

Получение кородревесных отходов на ЦБК

Вопросы повышения конкурентоспособности целлюлозно-бумажной продукции для российской ЦБП являются весьма актуальными. Возможны два пути решения этой проблемы:

-повышение качества целлюлозно-бумажной продукции;

-снижение затрат на целлюлозно-бумажную продукцию того качества, которую производит комбинат.

В настоящее время используют, в основном, первый подход.

Второй путь практически не используется. Для всех отраслей промышленности, связанных с переработкой древесного сырья, самыми крупными являются расходы на древесное сырье с учетом затрат на доставку его потребителям и затраты на топливо и энергию. Их суммарная величина достигает 40?45%.

В частности, для целлюлозно-бумажной промышленности затраты на сырье и энергию составляют соответственно 25,8 и 19,4%. Под словом «сырье» в целлюлозно-бумажной промышленности понимается «белая» (окоренная) щепа. Из этого следует, что для повышения эффективности работы предприятий лесопромышленного комплекса, включая ЦБК, приоритетным является снижение затрат на производство древесного сырья, топлива и энергии

Основные недостатки наиболее распространенной технологии бирж сырья следующие:

-мокрая окорка сырья;

-производство щепы из короткомерных балансов.

Недостатки «мокрой» окорки балансов специалистам хорошо известны: сложность технологии, высокая капиталоемкость производства, проблемы с утилизацией коры.

Вторая проблема ? высокая себестоимость производства балансов. Правда, основную часть проблем от этого имеют не «бумажники», а лесозаготовители. Дело в том, что балансы ? это второй по невыгодности, после дров, сортимент лесозаготовительной промышленности. Лесозаготовители практически ничего не зарабатывают на их производстве при реализации на внутреннем рынке.

Низкая рентабельность производства балансов объясняется тем, что они вырабатываются в основном из тонкомерных деревьев или вершинной части деревьев. Трудоемкость заготовки и первичной обработки тонкомерной древесины значительно выше, чем крупномерного сырья.

По независимым оценкам, трудоемкость производства балансов превышает трудоемкость производства пиловочника более чем на 40%. Фактическая же средняя цена балансов ниже цен на пиловочник примерно на 26%. В настоящее время, когда ЦБК приобрели собственные леспромхозы, низкая эффективность производства балансов стала и их головной болью. Необходимы технологии, повышающие эффективность производства.

Исходные КДО для сжигания в котле представляют собой плоскую щепу размером: 30-120 мм длиной, 5-20 мм шириной и 2-10 мм толщиной.

Наилучший вариант топлива -- это щепа из дерева прошедшего естественную сушку и достигшего влажности 25-30%.

В этом случае теплотворная способность топлива значительно, в 1,5-2 раза выше, чем у свежесрубленного дерева.

Нетрудно заметить, что для получения одного и того же количества тепловой энергии топлива с влажностью 25% нужно меньше, чем с влажностью 55%.

Котлы, работающие на щепе влажностью 25% меньше размерами, чем для влажного топлива. Это связано с тем, что для сжигания влажного топлива необходимо иметь большую массу теплоизоляционного материала, которая накапливает необходимое тепло для сушки поступающей влажной щепы и чем влажность выше, тем больше масса теплоизоляции.

Основной документ, который регламентирует характеристики топливной щепы в России - это ГОСТ Р 55116-2012 (EH 14961-4:2011) Биотопливо твердое. Технические характеристики и классы топлива. Ч. 4.

5. Принцип работы котлоагрегата для сжигания кородревесных отходов

Рассмотрим характеристики на примере отопительного твердотоплив-ного отопительного котла Liepsnele:

Рис.1.Котел Liepsnele. Общий вид.

Среди продуктов этой марки различают те, что работают:

· на дровах и древесных отходах. Различают следующие наименования по мощности: L10, L20, L40 - от 10 до 40 киловатт;

· как на древесных отходах, так и на торфе, угле и брикетах из опилок. Маркировка U- обозначает универсальные. L7U, L10U, L20U, L40U, мощность - 10-40 кВт.

Длительность горения «Липснеле» - 22-26 часов при условии закладывания в топку опила или другого древесного мусора мелкого размера. При сгорании происходит практически 100% переработка продуктов сгорания, что отвечает экологическим требованиям.

Помимо этого, способность «Липснеле» перерабатывать в тепловую энергию древесные отходы снимает вопросы утилизации отходов деревообрабатывающих предприятий.

Высокая продолжительность горения обуславливается техническими особенностями строения котла: тепловое воздействие на сырье осуществляется не снизу, как это обычно принято, а сверху, что позволяет продлить процесс до максимума.

Рис.2.Схема работы твердотопливного котла на древесных отходах.

Современные бытовые твердотопливные котельные на древесной щепе и опилках, являются полностью автономными станциями, требующими заправки один-два раза в течение всего отопительного сезона. Во время работы, используется автоматическая подача топлива в бункер и впоследствии, на горелочное устройство.

Для увеличения КПД, вместо обычного способа сжигания щепы, применяется принцип газогенераторного или пиролизного горения.

Контроль подачи опилок и воздуха, осуществляется посредством чувствительной автоматики, подключенной к термостатам. Погрешность в регулировке нагрева теплоносителя, составляется всего 1-2°С.

Твёрдотопливный котёл длительного горения на опилках и щепе, работает по принципу газогенерации или пиролиза. Используется шнековая подача топлива.

Принцип работы опилочно-щепового котла заключается в следующем:

Отдельно стоящий бункер или комната, оснащается двойной шнековой передачей. Один шнек соединен с приемником, в который сгружают топливо, второй, с небольшим барабаном, расположенным на котле и подключенным к горелочному устройству.

Устройство подающего вращающегося шнека, обеспечивает непрерывную подачу щепы. Движение щепы и опилок посредством шнековой передачи, контролирует автоматика.

Процессор, управляющий работой котла, считывает показания датчиков нагрева теплоносителя, сопоставляет их с температурой в отапливаемых помещениях. Автоматика регулирует интенсивность нагрева, изменяя скорость подачи топлива, а также количество воздуха при сжигании.

Розжиг щепы осуществляется посредством электрического или плазменного устройства.

Горелочная чаша располагается внутри вертикальной топки, имеющей конвекционные отверстия для поступления воздуха. Сжигание осуществляется под давлением.

Специальные вентиляторы подают воздух на чашу устройства, обеспечивая стабильный столб пламени.

Обогревательный котёл газогенераторного типа, работающий на щепе и опилках, снабжен вертикальным теплообменником, окружающий ломаный дымоход. Внутри расположена спираль, подключенная к механическому устройству.

По мере накопления сажи, механизм приводится в действие, натягивая спираль и очищая, таким образом, канал.

Чтобы обеспечить полное сжигание топлива, бункерные автоматические водогрейные котлы на опилках, снабжены движущимися колосниками. После прогорания щепы, пепел автоматически сбрасывается в зольник. При сжигании щепы и опилок, поддерживается высокая температура горения, обеспечивающая минимальный процент недогара.

Конструкция оснащена водяным контуром отопления и в ряде моделей, контуром ГВС. При необходимости, система укомплектовывается бойлером косвенного нагрева.

Процесс горения контролируется посредством GSM блока. Розжиг и выключение станции, выбор температурного режима, выполняются с помощью любого мобильного устройства.

КПД котлов, работающих на опилках и щепе, достигает 92%. Применение в устройстве лямбда-зонда, позволяет регулировать производительность в пределах 30-100% (в зависимости от фактических потребностей помещения в тепле), что повышает экономичность станции.

Системы подачи щепы и опилок на горелку. Автоматические твердотопливные котлы длительного горения на щепе и опилках с автоматической загрузкой, сводят к минимуму необходимость в обслуживании.

Подача топлива осуществляется посредством нескольких шнековых транспортеров. Подача выполняется следующим образом:

Преемник - бункер имеет свободный доступ снаружи здания. В преемнике установлена шнековая передача, совмещенная с основным хранилищем. После загрузки бункера, включается транспортер, подающий щепу в механизированное хранилище.

После хранилища, щепа попадает в котел не сразу. Пиролизные отопительные водогрейные котлы, работающие на древесных опилках и щепе, подают топливо порционно, в отличие от похожего оборудования, работающего на пеллетах. Новая порция поступает в топку посредством специального барабана, соединенного со шнековой передачей, подающей щепу непосредственно на горелочное устройство. Механизм обеспечивает точную регулировку горения пламени и предотвращает возможное возгорание щепы в основном хранилище.

Использование древесных опилок или щепы, как топлива для водогрейного котла, особенно выгодно, если рядом есть источник топлива: деревообрабатывающее производство.

Из серийно выпускаемых паровых котлов для работы на коросодержащих отходах вполне подходят котлы ДКВр, КЕ при условии требуемой реконструкции топочного устройства.

Учитывая постоянный рост цен на энергетические ресурсы ООО “Вулкан-Теплоэнерго” (Украина, г.Киев) предлагает перевод паровых котлов ДКВР, Е, ДЕ, КЕ на щепе, опилки и дрова используя газогенератор.

Еще пример котла на древесных отходах см. http://www.pkko.ru/index.php/pages/kotly-na-opilkakh-i-shchepe

Перевод существующего энергетического оборудования с высокоуглеродистого жидкого или газообразного топлива на твердое местное топливо требует модернизации основного и вспомогательного оборудования котельной. Рассмотрим данный вопрос на примере перевода парового котла марки ДКВР-6,5-13, работающего на мазутном топливе, на древесные отходы.

Для перевода котла на древесные отходы необходимо выполнить комплекс следующих мероприятий:

- демонтаж газомазутных горелок;

- реконструкция воздуховодов, подающих воздух на горение к горелкам, с последующим объединением при помощи металлического короба с дальнейшим вводом его в топку котла;

- устройство наклонной колосниковой решетки;

- устройство дополнительных лючков и лазов для очистки топки от частиц несгоревшего топлива;

- устройство на фронте котлоагрегата отверстий для загрузки топлива вручную.

Колосниковая решетка выполняется из стального листа толщиной 6 мм. Для крепления колосниковой решетки в топке котла, изготавливается стальной каркас, выполненный из двутавров и уголков. Уголки применяются для крепления опоры к конструктивным элементам топки.

Колосниковая решетка устанавливается под определенным углом, выбранным исходя из необходимости равномерного сжигания топлива. Для сжигания топлива в стальном листе предусматриваются отверстия для подачи воздуха на горение из-под решетки.

Разработанные конструкции колосниковой решетки и рамы для ее крепления представлены на рис. 3.

Рис. 3. Конструкции рамы и колосниковой решетки

Такая конструкция позволяет осуществлять слоевой процесс сжигания древесной биомассы с оптимальным по высоте слоем топлива различного фракционного состава и возможностью автоматизированной работы топочного устройства с регулируемым расходом подаваемого в топку воздуха.

Загрузка древесных опилок и мелкой стружки осуществляется при помощи автоматизированного шнекового забрасывателя.

Бункер с древесными отходами располагается снаружи здания котельной.

Забор древесных отходов производится из бункера при помощи вертикального шнека, далее, наклонным шнеком, древесные отходы попадают в бункер-дозатор, откуда уже происходит заброс в котёл требуемого количества топлива.

Конструктивные особенности топки кипящего слоя

Сжигание в кипящем слое -- одна из технологий сжигания твердых топлив в энергетических котлах, при которой в топке создаётся кипящий слой из частиц топлива и негорючих материалов.Топки низкотемпературного кипящего слоя (НТКС) предназначены для сжигания различных видов низкосортного топлива, в частности - древесные отходы.

На Читинской ТЭЦ-2 была выполнена реконструкция котла ТС-35У с переводом на топку с низкотемпературным кипящим слоем с вертикальным вихрем (НКТС)- рис.4. энергоресурс котлоагрегат кородревесный

Таким образом, мы видим, что топки НТКС включают в себя воздухораспределительную решетку колпачкового типа, подрешеточный воздушный короб, комплектуются растопочным устройством (на дизельном топливе или газе), устройством выгрузки материала слоя.

Рис.4. Схема топки с низкотемпературным кипящим слоем с вертикальным вихрем: 1 - воздухоразделительная решетка; 2 - охлаждающие панели; 3 - колпачки воздухоподогревательной решетки; 4 - трубы слива шлака; 5 - растопочное устройство; 6 - воздушные сопла; 7 - воздухоподогреватель; 8 - вентилятор основной; 9 - вентиляторы высоконапорные; 10 - пароподогреватель; 11 - экономайзер; 12 - дымосос; 13 - золоуловитель.

Приведенная выше реконструкция затронула следующие узлы котла: