Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Альтернативні джерела енергії
< Попередня   ЗМІСТ

Котли для альтернативних палив.

Створення та реконструкція котлів для промислової енергетики, ЩО використовують в якості палива біомасу, вимагає проведення досліджень технології спалювання. Залежно від прийнятої технології спалювання визначаються основні конструктивні особливості котла: розміри і конфігурацію топкової камери, ступінь екранування, спосіб очищення поверхні нагріву, система золовловлювання і золовидалення. Промислові котли, які виробляють пар на технологічні потреби, повинні працювати з гарантованими показниками по паровиробничністі, температурі і тиску перегрітої пари, маневреності і часу роботи без зупинки. Такі вимоги визначають необхідність вирішення всього комплексу питань створення котельних установок, транспортування і подачі в топку біомаси до уловлювання золи димових газів [86-90].

Котли для спалювання пеллет виготовляють різної потужності. За потужністю їх поділяють на:

  • • котли малої потужності;
  • • котли середньої потужності;- котли великої потужності.

Котли малої потужності (до 100 кВт) використовують для обігріву невеликих приміщень. Вони можуть працювати в автоматичному режимі, тільки потрібно регулярно поповнювати запаси пеллет у бункері. Зола з часом зашлаковує пальник котла, що призводить до зменшення потужності, а з часом і до припинення процесу горіння. Інтервал між зупинками котла для проведення чищення залежить від зольності пеллет. Що більша зольність пеллет, то менший інтервал між зупинками котла. У конструкції котлів середньої потужності передбачена система видалення золи і шлаку без їхньої зупинки. Потужність таких котлів може бути від декількох сотень кіловат до декількох мегават. Шнеки системи подання палива мають більший діаметр (порівняно з котлами малої потужності) і відстані, на які транспортується паливо, також є більшими, тому вимоги до щільності пеллет також вищі. Оскільки об'єм бункера є достатньо великим, то для його завантаження пеллетами використовують пневмотранспорт, що дає змогу здійснювати завантаження бункера безпосередньо з складу пеллет чи кузова машини. Котли великої потужності (десятки і сотні мегават) використовуються для промислових котелень. Останнім часом у Німеччині такі котли почали встановлювати на теплоелектростанціях. Але для отримання великої потужності пеллети перемішують із вугіллям. Вимоги до таких пеллет менші - в них допустимою є підвищена зольність і великий процент кори. Такі деревні гранули отримали назву „технологічних". Використання пеллет на таких потужних установках призводить до зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. В окрему групу слід виділити комбіновані котли. Вони можуть працювати як на пеллетах, так і на іншому виді палива причому, перехід з одного такі варіанти комбінацій: пеллети-газ, пеллети- дизпаливо, пеллети-кускова деревина. Потужність таких котлів може досягати 50 МВт. Котли малої потужності, які використовують для опалення невеликих приміщень.

Котел з водяним теплообмінником

Рис. 28.18. Котел з водяним теплообмінником.

У наведеній конструкції котла із водяним теплообмінником бункер із запасом пеллет розташований окремо від котла. Транспортування паливних гранул із бункера до котла відбувається з допомогою шнекового конвеєра. У наведеній конструкції котла використовують два конвеєри - один для подання пелет до котла, а другий для їх подання безпосередньо в зону спалювання. Таке конструктивне рішення дає змогу розмістити накопичувальний бункер практично в будь-якому зручному для завантаження місці. У котлі, над конвеєром, розмішено трубопровід, по якому в зону горіння подають повітря. Подача повітря здійснюється з допомогою вентилятора.

Котел з повітряним теплообмінником

Рис. 28.19. Котел з повітряним теплообмінником.

У наведеній конструкції з повітряним теплообмінником (рис. 28.19.) бункер із пелетами встановлено безпосередньо на котлі. Така конструкція дає можливість значно зменшити витрати на шнековий конвеєр. Пелети конвеєром, а потім по похилому каналу подаються до зони горіння. Вентилятор здійснює подачу повітря для забезпечення процесу горіння. Гаряче повітря, яке нагрівається від спалювання пелет, видаляється із котла другим вентилятором і по системі трубопроводів надходить безпосередньо в приміщення. Стрілками показано напрями руху повітря у котлі.

За період виконання моніторингу були: зібрані і проаналізовані дані з економічного, екологічного і енергетичного аспектів, пов'язаних з використанням соломи для опалення в Агрофірмі "Дім", визначено реальний ККД установки; виконані хімічні і паливні аналізи проб соломи гречки і соломи пшениці; досліджено вплив теплоізоляційного екрану на економіку, енергоефективність та екологію установки порівняно з експлуатацією без екрану. В результаті проведення моніторингу були зроблені наступні висновки:

  • 1. На агрофірмі "Дім" була отримана реальна економія, отримана від заміни палива з природного газу на солому.
  • 2. Наочним результатом енергетичного ефекту опалення на соломі є те, що вперше за останні 9 років умови мікроклімату (температура) для всіх теплоспоживачів тепломережі відповідає комфортним умовам.
  • 3. Виміряний реальний ККД установки становив 78,9%.
  • 4. В результаті впровадження проекту було досягнуто зниження викидів С02.
  • 5. Експеримент показав, що солома пшениці є більш кращим паливом, ніж солома гречки.
  • 6. Дійсна зольність пшеничної соломи (враховуючи допалювання незгорілої соломи в режимі ручного управління) становить 7,8%.
  • 7. Встановлений теплоізолюючий екран не зробив істотного впливу на процеси сушки/газифікації, які протікають, в нижній частині топки.
  • 8. Теплоізолюючий екран знизив потужність котла через збільшення втрат тепла з більш нагрітими відхідними газами.
  • 9. Теплоізолюючий екран дещо знизив емісію для соломи гречки.

Раніше при спалювані деревини ми отримували лише 28% енергії, а інші 73% викидалося в повітря, та сама історія і при спалювані торфу і вугілля. Але всі знають, що наука не стоїть на місці. Основна задача науки добитися якомога більших результатів при мінімальних затратах. На даний час технологія добилась великих результатів в отримані енергії з різних видів палива Наприклад: ККД для деревини збільшився в три рази і зараз становить 86% [92,93]. Добилися цього за рахунок подвійного спалювання і більш якісного забирання тепла. Даний принцип будується на тому, що гази, які утворюються при спалюванні деревини підвертаються додатковому спалювані. Кожен з котлів при потребі можливо перевести в режим споживання природного газу, саме ця характеристика дозволяє об'єктам теплозабезпечення отримати незалежність, щодо видів палива. Котли сертифіковані та мають дозвіл СЕС на викиди димових газів, що відповідають нормам. Завдяки тому, що даний котел маг високий ККД роботи і спалює майже всі рештки, його вплив на екологічний стан невідчутний. Типовий рівень емісії забруднюючих речовин при спалюванні деревини в даних котлах складає: SO2 - 40 мг/МДж, NО2 - 70 мг/МДж, твердих частинок - 200 мг/нм3 після очищення в мультициклоні і ЗО мг/нм3 – при використанні системи конденсації продуктів згорання, СО < 0,05%. По данських нормах, для фермерських котельних установок спалюючих БМ (біомасу) рівень вмісту твердих частинок не повинен перевищувати 600 мг/нм3. Вміст сірки в деревині незначний, тому емісія SO2 на установках і станціях, що спалюють деревну БМ, відповідає встановленим нормам без вживання додаткових заходів. Рівень емісії СО і NО підтримується в допустимих рамках за рахунок відповідного контролю за процесом горіння. Для досягнення допустимих концентрацій твердих частинок в основному використовуються мультициклони, для ретельнішого очищення - тканинні і електростатичні фільтри. До того як вчені почали займатися вивченням питань безпеки спалення сміття і деревини, його зазвичай спалювали на подвір'ях або на звалищах. Спалення сміття на подвір'ї є особливо небезпечним, тому що в результаті горіння виділяються хімікати, які стійкі у навколишньому середовищі, забруднюють повітря, їжу, озера та струмки. Нещодавно проведені дослідження довели, що спалення сміття та деревини на одному, окремо взятому подвір'ї, може призвести до більших концентрацій діоксину ніж промисловий спалювач сміття. Можна зменшити забруднення повітря шляхом спалення всіх відходів в котлах, які мають подвійне спалювання, бо всі вище перераховані отруйні речовини при повторному спалюванні згорають,, а в атмосферу викидається тільки СО2. Викидаються і інші отруйні речовини, але їх кількість незначна і міститься в певних екологічних нормах. Всяке тверде паливо складається з горючої і негорючої частини (волога, зола і ін.). Паливо починає горіти тільки після того, як воно нагріється до певної температури.

Наприклад, торф починає горіти при температурі біля 250С°, дерево - при 300С°, це необхідно враховувати при виборі палива для котла, але особливу роль необхідно приділяти вологості палива. Найбільше волога затримується в деревині. Для того, щоб деревина віддала найбільше енергії (тепла) необхідно попередньо просушити деревину. Після того, як заготовили свіжу деревину, її вологість становить близько 50-60%, а теплотворна властивість становить 2,3 кВт год/кг, тоді як при вологості 15% теплотворна властивість дорівнює 4,3 кВт-год/кг. Ці показники так відрізняються тому, що при згоранні деревини вивільняється вода, яка перешкоджає горінню, і велика затрата йде на те, щоб просушити сировину. Також, необхідно стежити, щоб в топковий простір не попадало холодне повітря, що знижує температуру. Якнайповніше горіння палива залежить від кількості повітря, що поступає, до шматків, що горять, і газів, що знаходяться в топковому просторі. Тому тягу слід ретельно регулювати, бо при збільшені повітрі значна теплова енергія йде на нагрів того самого повітря, а при зменшені - деяка частина горючих газів не згорає [86- 88]. У держлісгоспах і на деревообробних підприємствах експлуатуються в основному котли, спочатку спроектовані для спалювання вугілля і мазуту, а потім переобладнанні для спалювання деревини. Як правило, такі котли мають нерухомі колосникові решітки, періодичне завантаження палива, низький ККД і високу емісію шкідливих речовин в атмосферу. На олієекстракційних заводах експлуатуються кілька котлів, конвертованих під спалювання лушпиння насіння соняшнику. Спалювання лушпиння є економічно ефективною технологією, яка продовжує розвиватися в Україні. В Україні експлуатується тільки один котел для спалювання соломи потужністю 980 кВт, не використуються міні-ТЕЦ на біомасі, великі біогазові установки для обробки гнойових стоків та стоків харчової промисловості, а також газифікатори для переробки біомаси. Нижче представлені результати техніко - економічного обгрунтування біоенергетичних технологій в Україні, які отримані, в першу чергу, на основі демонстраційних проектів. Результати розрахунків для древесносжігающіх парових котлів виробництва голландської фірми KARA наведені в таблиці 28.20. Капітальні витрати включають вартість котла, допоміжного устаткування, автоматики і системи регулювання, мультициклонну, димової труби, а також витрати на монтаж і введення в експлуатацію. Вартість будівлі котельні та теплових мереж не включена в капітальні витрати. При розрахунках варіювалися наступні параметри: річне завантаження котла, вартість палива, вологість палива та інші. У таблиці 28.20. також представлені результати техніко -економічного обгрунтування для двох соломоспалюючий котлів. Автоматичний котел потужністю 800 кВт виробництва датської фірми Linka призначений для спалювання соломи - січки . Капітальні витрати складаються з вартості котла, димової труби, споруд, витрат на транспортування і установку устаткування. Котел датської фірми PASSAT в якості палива використовує великі тюки соломи. При проведенні розрахунків були прийняті такі параметри: -термін амортизації - 15 років; -заробітна плата 0.65 тис. $ / рік для трьох робітників (1 чол. у зміну) при роботі установки 6 міс. / рік -1.30 тис. $ / рік - те ж саме при роботі установки 12 міс. / рік; -ціна природного газу - 80 $ /1000 нмЗ Витрата палива була розрахована з урахуванням середньої потужності установки за опалювальний період, яка складає 0.89 від номінальної потужності. Собівартість теплової енергії визначалася шляхом ділення експлуатаційних витрат на річну вартість вироблення теплової енергії. Термін окупності розраховувався шляхом ділення капітальних витрат на різницю між вартісно зекономленого природного газу та експлуатаційними витратами. При цьому експлуатаційні витрати не включали амортизацію і прибуток. Отримання теплової енергії з відходів деревини і соломи є рентабельним для України сьогодні навіть при використанні імпортних котлів. Найбільш рентабельним є виробництво технологічного пара при великому періоді завантаження установки.

Таблиця 28.20.

Дані техніко-економічного обгрунтування використання в Україні котлів іноземного виробництва для спалювання деревини та соломи

Показники

Котел KARA з рухомими

гратами, 5 МВт

Котел KARA с ретортой,

Котел

Linka,

800 кВі

Котел

PASSAT,

980 кВт

2 МВт

Капітальні витрати, тис. $

750

750

750

250

250

250

133

121

деревина

деревина

солома

Вологість

аалива,%

60

60

60

40

40

40

15

15

Завантаження установки, год / рік

4400

8000

8000

4400

8000

8000

4400

4400

Експлуатаційні витрати, тис. $ / рік

амортизація

50.25

50.25

50.25

16.75

16.75

16.75

8.91

8.09

Прибуток (10% / рік)

75

75

75

25

25

25

13.3

12.13

Оплата праці

0.65

1.30

1.30

0.65

1.30

1.30

0.65

0.65

паливо

66.1

0

135

24.2

0

49.4

3.2

7.43

технічне

обслуговування

5

5

5

5

5

5

0.9

0.15

ВСЬОГО

197

132

267

72

48

97

28

29

Витрата палива, т / рік

14685

30000

30000

3357

6857

6857

895

1114

Теплота згоряння, МДж / кг

6

6

6

10.5

10.5

10.5

14

14

Вартість палива, $ / т

4.5

0

4.5

7.2

0

7.2

3.6

6.52

Вироблення

70.49

144

144

28.2

57.6

57.6

11.28

12.52

теплової енергії, ГДж / рік

Собівартість теплової енергії,

$/ГДж

2.79

0.91

1.85

2.54

0.83

1.69

2.39

2.28

Економія природного газу, млн м3/рік

2.01

4.11

4.11

0.81

1.65

1.65

0.32

0.39

Економія природного газу, тис. $ / рік

161.12

328.14

328.14

64.45

131.7

131.7

25.78

30.88

Термін окупності, років

8.4

2.3

4

7.2

2

3.3

6.3

5.4

Біоенергетичне обладнання закордонного виробництва е досить дорогим, і далеко не всі українські підприємства мають фінансові можливості для його придбання, що є одним з найбільш значних бар'єрів розвитку біоенергетичних технологій. Найбільш доцільно почати випуск такого устаткування в Україні, частка зарубіжних комплектуючих становитиме до 25-40%. При цьому вартість біоенергетичного обладнання українського виробництва значно знижується. Так, котел голландської фірми KARA потужністю 5 МВт з рухомо- перештовхуючи м гратами коштує близько 750 тис. $. Вартість аналогічного котла українського виробництва з 30% закордонних комплектуючих очікується близько 1330 тис. грн (близько 240 тис. $), тобто більш, ніж в три рази дешевше (таблиця 28.21). При цьому котли українського виробництва матимуть достатньо малий термін окупності -1-2.5 року.

Техніко-економічні показники котлів українського виробництва для спалювання біомаси

Показники

Котел KARA з рухомо-перештовхуючими гратами, 5 МВт

Котел KARA с ретортой,

Котел

Lin-ka,

800 Вт

Котел

PASSAT,

980 кВт

2 МВт

Капітальні витрати, тис. $

1330

1330

133С

520

52С

520

289

303

деревина

деревина

солома

Частина акордонних комплектуючих, %

30

30

30

30

30

30

30

25

Вологість палива,%

60

60

60

40

40

40

15

15

Завантаження установки, год / рік

4400

8360

8360

4400

8000

8000

4400

4400

Експлуатаційні витрати, тис. $ / рік

амортизація

89.11

89.11

89.11

34.84

34.84

34.84

19.36

20.18

Прибуток (10% / рік)

133

133

133

52

52

52

28.9

30.3

Оплата праці

3.6

7.2

7.2

3.6

7.2

7.2

3.6

3.6

Паливо

367

0

750

134

0

284

17.9

40.1

Технічне

обслуговування

10

10

10

5

5

5

2.5

0.8

ВСЬОГО

603

239

989

230

99

373

72

98

Витрата палива, т / рік

14685

30000

30000

3357

6857

6857

895

1114

Теплота згоряння, МДж/кг

6

6

6

10.5

10.5

10.5

14

14

Вартість палива, $ / т

25

0

25

40

0

40

20

36

Вироблення теплової енергії, ТДж / рік

70.49

144

144

28.2

57.6

57.6

11.28

12.52

Собівартість теплової енергії,

$ / ГДж

8,55

1,66

6,87

8,15

1,72

6,48

6,41

8

Економія природного газу, млн м3/рік

2,01

4,11

4,11

0,81

1,65

1,72

0,32

0,39

Економія природного газу, тис. $ / рік

889

1817

1817

356

728

728

142

167

Термін окупності, років

2,6

0,7

1,3

2,4

0,7

1,2

2,4

2,2

Результати техніко-економічного обгрунтування для біогазової установки з об'ємом 2000 м3 та використанням біогазу в міні ТЕЦ потужністю 160 кВтг- 300 кВтг показують, що термін окупності проекту становить близько 8 років при використанні 100% закордонних комплектуючих і 5...6 років для установки українського виробництва з 40 % закордонних комплектуючих. Фінансовий ефект від впровадження установки складається з економії коштів на купівлю електроенергії, теплової енергії та мінеральних добрив. Для забезпечення повного і рівномірного згорання палива і регулювання горіння з нормальною кількістю повітря потрібний газоаналізатор, який ставиться в димоході. Він буде робити аналіз димових газів і регулювати подачу повітря. Таким чином відбувається подвійна користь: а) спалення максимальної кількості летких речовин; б) викидання в атмосферу якомога менше отруйних речовин. У Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України розроблена концепція розвитку біоенергетики в нашій країні. Виходячи з наявного потенціалу деревини, соломи і торфу, в найближчих 10 років доцільне впровадження наступних технологійюпалювапьних котелень на деревині (1-10 Мвт) – 250 одиниць; промислових котлів на деревині (0,1 -5 Мвт) – 360 одиниць; побутових котлів на деревині (10-50 кВт) – 53 лис. одиниць На думку авторів концепції, починали процес широкого впровадження біоенергетичних технологій треба з введення в дію сушених котів. Зараз саме котли на БМ можуть швидко замінити природ ний газ для виробництва теплової енергії з найбільш низькими інвестиційними втратами і в найкоролші терміни окупності проектів. Деревина є д ешевим місцевим видом палива. Вартість деревини і відходів в перерахунку на одиницю енергії (Г кал) істотно менша вартості природного газу, отже, менша і вартість вироблюваної теплової енергії. Часто місцеві види палива значно дешевші середніх ринкових, а в окремих випадках навіть мають нульову вартість

Таблиця 28.22.

Витрати різних енергоносіїв для одержання 1 кВт тепла станом на 2011 р.

Енергоносій

Теплота

згоряння

Витрати на отримання

Вартість 1 кг, м3, л, кВт енергоносія

Вартість 1 кВт тепла, грн

1

Кам'яне вугілля

6,133 кВт/кг

0,163 кг

1.16 кг

0.19

2

Природній газ

8,0 кВт/м3

0,125 м3

1.08 м3

0.14

3

Електроенергія (для населення)

-

1.0 кВт

0.24 кВт

0.24

5

Брикети (з відходів деревини)

4,722 кВт/кг

0,210 кг

1.15 кг

0.24

6

Пеленги (з відходів деоевини)

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

Таблиця 28.23.

Витрати на котельне обладнання та експлуатаційні витрати станом на 2011 р.

Обладнання головне

Вартість, грн

Монтаж, грн

Споживання на рік енергоносія

Вартість кг, м3, л, кВт енергоносія, грн

Виграти на рік на енергоносій, грн

1

Піролізні котли

10 000,00

1 500,00

вугілля; 4105 кг брикети: 5288 кг пелети: 8864 кг

  • 1.16
  • 1,15
  • 1,05
  • 0,46
  • 4761,80
  • 6081,20
  • 5315,10
  • 4077,44

2

Газовий котел

3 000,00

1 500,00

пр. газ; 3148 м3

1,08

3399,84

3

Електричний

4 000,00

1 500,00

електроен.: 25183 кВт

0,24

6043,92

Таблиця 28.24.

Витрати на енергоносії на період 2011-2016 pp.

Споживання на рік енергоносія

Витрати по роках, грн.

2011

2012

2013

2014

2013

2016

3148 м3

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 підприємств комунального господарства доцільним баяться використання автоматичних котлів з похило перештовхуючими гратами, що дозволяють спалювати суміш вологої деревини, – від тирси і тріски до крупних обрізків, кори, гілок і пнів Спеціалізовані котли для утилізації відходів деревини із спалюванням реторти дуже чутливі до вологості палива, а особливо до розмірів шматків, і призначені для спалювання сухої деревини певного гранулометричного складу. Подальше зростання вартості природного газу до рівня 2200 три/шсм3 зробить рентабельним використання паливних гранул і брикетів. На ринку України представлено більше 25 торгових марок кошів, що працюють на БМ і що дозволяє спалювати як ціпі дрова, так і відходи меблевого виробництва Впровадження зарубіжних котлів і демонстрація к успішної роботи сприяли розвитку виробництва аналогічних котлів впчизняними підприємствами, наприклад "Жигомирремпіщемаш" (Kriger). Вартість такого устаткування від 50 УкВт, що в 2-5 разів дешевше за зарубіжні аналоги. Принцип роботи даних котлів має такий вигляд. Паливо з пристрою подачі палива за допомогою шнекового транспортера подається в реторту топки (або ручна подача палива в топку) і розподіляється по колосникових гратах, де відбувається його згорання. Летючі залишки неповного згорання, що утворюються, догорають в зоні вторинного дуття [93-96]. Димові гази з топки потрапляють в нижній і верхній пучок димогарних труб, віддаючи своє тепло теплоносію, далі димові гази проходячи через шибер димоходу потрапляють у повітропідігрівач (теплообмінник типу труба в трубі), очищаються в прямоточному циклоні віл летючих частинок золи, після чого за допомогою димового насоса викидаються в димову трубу. Підігріте повітря з повітропідігрівача по гнучкій трубі з неірясавіючої сталі вентилятором подасться через розподільник в дві зони: лід колосникові грати (по отворах в колосниках поступас в топку) та в зону горіння (через отвори в стінках котла). Теплоносій (вода) подається у водяну сорочку котла через трубопровід, що підводить, омиває внутрішні η поверхні, поверхні перегородок і оболонки, нижні і верхні пучки димохідних труб газоходу, і нагріваючись до заданої, температури, через патрубок поступас в опалювальну систему. Вище наведена схема спалення твердого палива, такого як деревина, дозволяє отримати досить високий ККД (на рівні 82%), в свою чергу використання деревини та її дешевизна створює альтернативу природному газу.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші