Универсальный котел на альтернативных видах топлива «Экотерм-Универсал»

По официальным данным ежегодный рост цен на природный газ с 2010 до 2012 годов в России составит 18%.

В последнее десятилетие в связи с неуклонным ростом цен на качественное топливо заметно возрос интерес к котельным установкам, обеспечивающим эффективное сжигание дешевых видов топлива и, в первую очередь, древесных отходов.

Большинство Европейских стран и США сумели преодолеть энергетический кризис, выходом из которого стало использование возобновляемых и нетрадиционных источников энергии. Многолетний опыт стран ЕС в использовании биомассы (БМ) является хорошим наглядным примером для стран, где потенциал БМ составляет десятки и сотни млн. т. у.т. в год, из которых основную часть следует использовать в коммунальном хозяйстве.

БМ относится к сектору, который должен быть развит в наибольшей степени и в кратчайшие сроки. Она сегодня составляет больше половины всех возобновляемых источников энергии (ВИЗ), используемых в ЕС. Такое широкое применение БМ получила благодаря тому, что имеет относительно низкую стоимость.

Компания «ЭкоТерм» с 2003 года специализируется на внедрении котельных, работающих на древесных отходах. Смонтировано и запущено в эксплуатацию более 20 автономных производственных и отопительных котельных на территории России в Калужской, Владимирской, Свердловской, Челябинской, Иркутской областях и Республики Башкортоста (2,3,4)

На основе приобретенного практического опыта в компании «ЭкоТерм» разработана конструкция УНИВЕРСАЛЬНОГО КОТЛА НА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА «Экотерм-Универсал» (Рис.1)

Ниже представлены основные технические аспекты в конструкции котла “Экотерм-Универсал”, влияющие на устойчивую работу котельного агрегата и котельной в целом.

Фракция топлива и топливоподача в топку котла

Стабильная работа котла на древесных отходах в значительной степени зависит от технического решения (устройства) по транспортировке топлива непосредственно в топку котла. Большинство производителей котельного оборудования применяют шнековую подачу топлива. Это в первую очередь вызвано простотой изготовления. На практике шнековая подача топлива требует более качественной подготовки топлива по фракции. Для этого требуется установка дополнительного оборудования по измельчению крупнокусковых древесных отходов — шредеров, дробилок, измельчителей.

В противном случае из-за отсутствия контроля за фракционным составом топлива имеет место частые случаи заклинивания шнеков, и как следствие остановка котла и нарушение режима горения. На практике установлено также, что и щепа после рубительной машины часто приводит к нарушениям работы шнекового транспортера и не решает вопросы надежности топливоподачи и работы котла.

Для устранения вышеуказанных узких мест в котле «ЭкоТерм-Универсал» применен питатель топлива с гидравлической подачей. Габаритные размеры питателя в сечении составляют 500х700 мм. Это позволяет использовать топливо различное по фракционному составу — кора, ветки, обрезь, отторцовка. В этом первый момент универсальности топки.

Влажность топлива и конструкция топки

Из теории сжигания биомассы (1) — горение древесных опилок протекает в гетерогенном режиме, т. е. гетерогенного воспламенения как скачкообразного перехода от кинетического к диффузионному режиму протекания гетерогенной реакции. Процесс горения состоит из следующих стадий:

Стадия1. Подсушивание топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ;
Стадия2. Воспламенение летучих веществ и их выгорание;
Стадия3. Нагревание кокса до воспламенения;
Стадия4. Выгорание горючих веществ из кокса.

На практике одним из важнейших факторов влияющих на качественное и стабильное горение древесных отходов является их исходная влажность. Чем выше влажность топлива, тем процесс горения (стадии горения) увеличивается по времени его протекания.

В рассматриваемой конструкции топки с учетом теории горения древесных отходов применены следующие технические решения:

Для уменьшения времени протекания стадии горения 1 установлен горизонтальный колосник и свод радиационного излучения
Для стадий горения 2 и 3 установлен наклонный колосник и свод радиационного излучения
Стадия горения 4 протекает на нижнем горизонтальном колоснике.

Для полного сгорания вредных веществ (СО) предусмотрены 2-х зонный регулируемый подвод воздуха и 2 радиационных свода.

В данном случае универсальность топки включает в себя использование исходного топлива влажностью в широком диапазоне от 10 до 60% (естественная).

Теплообменник котла

При выборе конструкции теплообменника в техническое задание были заложены следующие требования:

Теплообменник водотрубный со змеевиковыми поверхностями нагрева. По мнению специалистов компании «ЭкоТерм» применение газотрубных теплообменников для работы на таком виде топлива, как древесные отходы, неоправданно ввиду быстрого засорения дымогарных труб отложениями золы и сажи и как следствие снижение мощности котла и КПД.

Применение импульсных систем очистки дымогарных труб от отложений приведет к усложнению и удорожанию котельного агрегата.

Радиационная часть поверхностей нагрева должна составлять до 30%
Конвективная часть поверхностей нагрева должна составлять оставшиеся 70%
Поверхности теплообмена должны быть изготовлены в блочном исполнении для своевременной и малотрудоемкой операции по их демонтажу для очистки или замены.
Высокий КПД при работе на твердом топливе — не менее 80%
Низкая металлоемкость с хорошей теплоизоляцией.

На Рис.2 представлен котельный агрегат «ЭкоТерм-Универсал» — топка со змеевиковым теплообменником.

Рис.2 Общий вид котельного агрегата на древесных отходах «ЭкоТерм-Универсал»

Универсальность котельного агрегата включает в себя адаптирование конструкции топки к конструкции теплообменника разных производителей. (Рис.3) Это в первую очередь позволит проводить реконструкцию существующих угольных котлов с переводом их на сжигание древесных отходов.

Также можно проводить замену топок со шнековой подачей в случаях изменений фракционного состава применяемого топлива.

Рис.3. Пример использования топки «Экотерм-Универсал» с теплообменником вертикального исполнения

Технические характеристики котла «ЭкоТерм-Универсал»

Показатели

Номенклатурныйряд мощностей

Номинальная тепловаямощность, кВт

500

800

1200

1500

2000

3000

Расход топлива, кг/ч

210

340

510

645

860

1290

Максимальная температуратеплоносителя, °C

115

Потребляемая электрическаямощность, кВт

Вентилятор № 1

Вентилятор № 2

0,75

Гидростанция

5,5

Температура уходящихгазов, °C

Не более 270

КПД, %

Не менее 80

Заключение

Основными достоинствами предлагаемой конструкции котла на древесных отходах «Экотерм-Универсал» являются:

надежная, проверенная технология сжигания, пригодная для всех видов древесных отходов
широкий диапазон фракционного состава древесных отходов, используемых в качестве топлива
возможность сжигания древесных отходов высокой влажности
использование теплообменников разных конструкций и производителей

Список использованных статей:

«Изучение закономерности роста температуры горения древесных опилок» Л. А. Кудрявцева, П. М. Мазуркин ГОУ ВПО Марийский государственный технический университет
«Энегосберегающие технологии у прфессионалов дереобработки» Ф. Ахтямов Компания «ЭкоТерм»
«Древесные отходы заменяют каменный уголь. Реконструкция котельных» Ф. Ахтямов Компания «ЭкоТерм»
«Практический пример реконструкции котла Е 19 с переводом на сжигание древесных отходов» Ф. Ахтямов Компания «ЭкоТерм»

Компания “ЭкоТерм” г. Челябинск
www. ekoterm-chel. narod. ru