Котлы для сжигания биотоплива. Технологии сжигания твердого биотоплива

С помощью тепла сжигаемой биомассы:

- приготовляют пищу, обогревают жилище , почти половина населения планеты использует древесину и другие виды биотоплива для при-готовления пищи и других домашних нужд. Средний уровень потребле-ния топлива составляет примерно 0,5…1 кг сухой биомассы на человека в сутки (10…20 МДж/сут, что соответствует примерно 150 Вт);

- сушкатехническихкультур (копра, какао, кофе, чай, фрукты) для обеспечения их сохранности обычно сопровождается сжиганием древесины или отходов от переработки самих культур либо использованием излишков тепла от производства электроэнергии.

- сжиганиеотходов – рациональный способ использования биотоплива, находящегося вблизи от места потребления энергии. Сжигание в эффективных печах позволяет получать потоки чистых горячих выхлопных газов при температуре около 1000 °С, которые могут быть приведены к требуемой температуре за счет подмешивания холодного воздуха.

- производствотеплаиэлектроэнергии. Пар для обеспечения производства обычно получают, сжигая различные отходы биомассы в топках паровых котлов. В качестве примера рассмотрим ТЭЦ, работающую на биомассе с органическим циклом Ранкина (ОЦР), Адмонт. В 1999 г. установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии (ТЭЦ) на биомассе с ОЦР была введена в экс-плуатацию на деревообрабатывающем заводе «STIA» в Адмонте (Австрия). В качестве топлива используются опилки и древесные отходы, не подвергавшиеся химической обработке.

Спиртовая ферментация (брожение)

Методыполученияспирта. Этиловый спирт (этанол) С2Н5ОН в естественных условиях образуется из сахаров соответствующими мик-роорганизмами в кислой среде, рН – от 4 до 5. Подобный процесс спир-товой ферментации во всем мире используют для получения питьевого спирта. Наиболее часто используемые микроорганизмы – дрожжи вида Saccharomyces cere-visiae – погибают при концентрации спирта выше 10 , поэтому для повышения концентрации используют перегонку или фракционирование. После перегонки (дистилляции) получается кипя-щая при постоянной температуре смесь: 95 % этанола и 5 % воды.

Необходимую тепловую энергию можно получить, сжигая остающиеся отходы биомассы.

Производство этанола из различных культур в порядке возрастания трудностей переработки.

1. Непосредственно из сахарного тростника.

2. Из сахарной свеклы вначале получают сахар для сбраживания, но свекла не дает достаточного количества отходов для получения тепла. Из-за этого этанол дорожает.

3. Из растительного крахмала, например, из злаковых или манио-ка; крахмал можно также подвергнуть гидролизу на сахар. Это основ-ной энергоаккумулирующий углевод растений.

4. Из целлюлозы, которая содержит до 40 % всей сухой биомассы и потенциально является обширным возобновляемым источником энер-гии. Имеет полимерную структуру связей молекул глюкозы. В основе промышленного процесса лежит использование измельченной древесной массы или старых газет.

Использованиеэтанолавкачестветоплива. Жидкие топлива чрезвычайно важны из-за удобства использования и хорошего управления сгоранием в двигателях. Можно вводить в несколько переделанные бензиновые двигатели прямо 95%-й этанол, а можно подавать в обычный двигатель смесь из 100%-го этанола (обезвоженный) с бензином в соотношении 1:10.

В другом варианте смешивают бензин с обезвоженным этанолом (20 % по объему) и используют эту смесь (газохол) в обычных бензиновых двигателях.

Газохол в настоящее время – обычное топливо в Бразилии (этанол там получают из сахарного тростника и маниока), используют его и в США (этанол из кукурузы). Важная особенность этанола – способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, из-за этого он гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца, вызывающего серьезные за-грязнения атмосферы. Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20%-е увеличение мощности по сравнению с чистым бензином. Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40 ниже, чем бензина (39 МДж/м3). Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности.

Стоимость этанола сильно зависит от местных условий и цен, устанавливаемых для альтернативных видов топлива. Чрезвычайно важна политика правительств в этой области. Обычно при благоприятных обстоятельствах цена этанола в качестве топлива может быть сравнима с ценой бензина (в ценах 1984 г.)

Котельные на биотопливе — общая информация

Почему вообще выгодно использовать биомассу в качестве топлива? Общеприняты два варианта ответа: есть причины экономические и экологические. Экология особенно важна для западных потребителей, однако в России лишь немногие «продвинутые» производители энергии, — будь то частное лицо, обогревающее свое жилище, предприятие, отапливающее свои производственные и административные помещения, или крупная муниципальная котельная, — задумываются об экологии.

Очень жаль! Однако для всех потребителей очень важным является вопрос экономики. Последние расчеты и анализ цен на основные виды топлива показывают, что биомасса во многих случаях превосходит традиционные виды топлива (не только дрова или уголь, но и жидкое топливо — дизель и мазут) по экономике использования. Конечно, при этом необходимо смотреть не на цену 1 тонны топлива, а на стоимость 1 кВт энергии, произведенного при использовании этого топлива. Предлагаем Вашему вниманию сравнительную таблицу 1 стоимости 1 кВт энергии, произведенного с использованием различных видов топлива. Как видно, биотопливо является неплохой альтернативой для тех регионов, где существуют запасы древесины и стоимость древесных отходов не очень велика вследствие их немалого количества.

Особенно выгодно устанавливать котельные на биотопливе на предприятиях лесопереработки и деревообработки. К тому же тенденции развития ТЭК России говорят о том, что цены на жидкое топливо и газ будут постоянно расти до уровня мировых. Следовательно, использование биомассы в качестве топлива становится все более актуальным и для нас с Вами. Очень важно понимать, что для каждого вида биотоплива существует своя специальная и специфическая технология. Котельные, предназначенные для биомассы влажностью менее 30%, не будут эффективны ни для сжигания влажного биотоплива с содержанием воды около 50%, ни для рафинированного биотоплива.

Влажное сырье не будет сгорать по причине того, что ему необходима очень высокая температура внутри котла, достигать которой нет смысла, если использовать более сухую биомассу. Рафинированное топливо, гранулы, сгорать в таком котле будут, но при этом потеряют экономическую целесообразность, поскольку стоимость котла на гранулах ниже, чем на влажной или сухой (до 35%) биомассе — опилках, щепе и т.д. В следующих разделах мы кратко опишем существующие технологии сжигания биотоплива различной влажности. К слову, первые котлы на биотопливе появились в России (как и многие другие гениальные разработки). До 60-х годов прошлого столетия в СССР было разработано и смонтировано немало таких котлов.

Однако тогда была другая экономическая и политическая ситуация. Поэтому и задача для конструкторов котлов ставилась другая: «Главное — утилизировать!». Европа же успешно воспользовалась советскими разработками в этой области для решения несколько иной задачи (точнее, кардинально иной): добиться максимального КПД для того, чтобы снизить себестоимость произведенной энергии. Для этого они очень глубоко изучили природу горения различных видов биотоплива. Нюансов в сжигании биотоплива очень много. Например: в топливной щепе из верхушек деревьев хвойных пород присутствует хвоя. При сжигании хвои (в результате цепочки химических реакций) в топке образуется щелочь натрия.

Что такое щелочь натрия для стальных котлов объяснять не надо. Но есть технологии, позволяющие нейтрализовать вредные эффекты — и об этом тоже знают европейские производители. Сегодня в России, однако, появились производители котлов, которые утверждают, что могут эффективно сжигать практически любое биотопливо в котле, предназначенном для сжигания биомассы 30%-ной влажности. Однако проведенный анализ с привлечением иностранных специалистов показал, что КПД таких котлов будет крайне низок (о КПД — читай нашу статью). Более того, сжигание биомассы в таких котлах противоречит самой идее использования биомассы, как экологически дружественного топлива взамен вредного для окружающей среды ископаемого топлива.

Вредные выбросы при неправильном сжигании биомассы велики и очень пагубно влияют на окружающую среду, людей, растительный и животный мир. На сегодняшний день российские производители и потребители мало задумываются о последствиях, а ведь они проявятся в долгосрочной перспективе — на здоровье будущих поколей. Если же говорить об экономике использования таких котлов, то ситуация довольно плачевна — низкий КПД и безмерное «пожирание» топлива ведет не к увеличению прибыли при инвестировании в такой котел, а к ее потере. Конечно, решающий аргумент производителя — стоимость конструкции; но стоит ли покупать дом, если в нем невозможно жить? В данном случае, действительно, «скупой платит дважды», если не больше...

Котельные на сыром (до 55%) и сухом (до 35%) биотопливе

В настоящее время в Европе разработан достаточно широкий ряд и тип котлов на биотопливе: это котлы на прессованном биотопливе — гранулах и брикетах (см. п. 9), а также на сухом биотопливе (влажность до 30%) и на влажном биотопливе (влажность до 55%). Назначение таких котлов — весьма разнообразно: кроме традиционного сжигания качественного прессованного биотоплива (из хвойных пород) и некачественного прессованного биотоплива (из хвойных и лиственных пород), а также биомассы в виде щепы и опилок, разработаны котлы для сжигания торфа и смесей из торфа, для сжигания коры и смесей из коры, для сжигания другого органического сырья (в т.ч. и ТБО, мусора) и даже для утилизации плохо сгораемого сырья. Биотопливные котлы, в зависимости от их конкретных характеристик, могут быть ориентированы на самые разные сегменты рынка: от частных лиц до муниципальных властей, предприятия, имеющие доступ к сырью или производящих сырье до предприятий-производителей и потребителей тепловой энергии.

Как уже было сказано выше, пионерами в разработке котлов на биотопливе были советские ученые, однако задачу эффективного сжигания биотоплива решили западные специалисты, прежде всего из стран Северной Европы — Швеции, Финляндии, Дании. Они взяли за основу российские разработки и довели их до совершенства. Это стоило им огромных инвестиций, специальных законов по мотивации использования биотоплива, постоянная пропаганда экологически чистого топлива. Однако и для них, как и для России, экономика первична. Любое новое оборудование, и котлы на биотопливе — не исключение, призвано решить основную задачу — заработать при замене устаревшего оборудования новым; ведь инвестиции делают для того, чтобы заработать!

Инвестировать средства для замены самортизированного оборудования на новое только ради замены — аморально. Для того, чтобы заработать на производстве тепловой энергии необходимо ставить высокоэффективные котлы, с высоким КПД, при этом максимально автоматизированные, требующие минимальных затрат на обслуживание, и очень надежные. Ссылки на то, что такое оборудование нельзя ставить в леспромхозах, несостоятельны. Даже в самых глухих лесных поселках люди ездят на «иномарках» и проблем со сложным оборудованием не испытывают. Можно обучить собственный персонал или заключить договор на сервисное обслуживание. К сожалению, российские производители пока такого оборудования для сжигания биотоплива предложить не могут. Попытки разработать самим что-то эффективное не увенчались успехом, хотя КПД декларируется на уровне 90-95%. Почему до сих пор не получилось создать что-то эффективное? Во-первых, слабо знают теорию сжигания разных видов биотоплива.

Во-вторых, во всяких разработках есть какое-то ноу-хау, которое не всегда можно увидеть. Пример: в России до сих пор эксплуатируется очень много паровых биотопливных котлов марки Е и ДКВР с топкой Померанцева и с подсветкой, т.е. с дополнительной горелкой на мазуте или дизтопливе. Считается, что это очень эффективно. Вывод экспертов, проведших обследования таких котлов, звучит примерно так: «Это ужасающе!». И они не преувеличивают. Вот краткое описание последствий: «Опилки содержат золу. В состав золы входят различные металлы. Если эти металлы окажутся в среде с очень высокой температурой, то они расплавятся. Расплавленная зола называется шлаком и создает большие «камни» в камере сгорания.

Шлак также может образовываться перед котельными трубами и изолировать их от излучения тепла, которое производит мазутное топливо! Таким образом, при сжигании жидкого топлива и опилок в одной камере образуется шлак, что в свою очередь может уменьшить теплоизлучение жидкого топлива. То небольшое количество тепла, которое получается в результате излучения от сжигания опилок при низкой температуре достаточно легко подсчитать. Таким образом, вышеприведенные факты показывают, что сжигание опилок — это уничтожение опилок и энергетическая катастрофа, если сжигание происходит одновременно со сжиганием мазута. Представленная выше информация является упрощенной, так как существует еще ряд факторов, имеющих существенное влияние при рассмотрении данной проблемы!».

Раз мы вспомнили про мазут или дизтопливо, скажем и про очевидное отличие между жидким топливом и биотопливом. Какова теплотворная способность этого топлива? Но впрочем, важна не сама величина (ккал/кг), а то, что эта величина — теплотворная способность — всегда постоянна. Поэтому процесс горения и проходит автоматически. А биотопливо (мы говорим здесь о непрессованной биомассе)? Эта величина почти всегда переменная. Разве можно управлять вручную управлять процессом горения в этом случае и заработать при этом на продаже тепловой энергии? Отечественные производители котлов пока не могут предложить полного комплекта автоматики и контроля за отпуском тепла и процессом горения.

Если нет такой автоматики, то о каком КПД в 90% может идти речь? И как можно говорить об экологически безвредных выбросах? Наоборот — неполное сгорание биотоплива приводит к тому, что в атмосферу попадают крайне вредные вещества, которые в долгосрочной перспективе убивают все, что растет и живет в районе такой котельной — в первую очередь это касается лесов, животных, а также будущих поколений людей. Но и это не главное. Для эффективного горения древесины необходимо, чтобы во всем объеме топки температура была не ниже 800°С. В предлагаемых отечественных котлах это невозможно в принципе, т.к. они конструктивно имеют топочное пространство с охлаждаемыми водой стенками, которые мешают равномерному и достаточно высокому нагреву топки. Поэтому пока остается покупать импортные котлы и ждать, пока продвинутые российские производители, «ЗИОСАБ» или «РЕМЭКС» к примеру, разработают и начнут выпуск эффективных отечественных котлов.

Что еще важно помнить покупателям котлов на биотопливе?

1. Невозможно эффективное сжигание биотоплива влажность до 30% и, тем более, выше 30% без предтопков.
2. Котлы на биотопливе эффективно работают в номинальном режиме (75-80% мощности), как и автомобиль, для которого оптимальным является движение на пятой передаче при скорости 90-100 км/час.
3. Котлы на биотопливе имеют нижний предел горения на уровне 30% от максимальной мощности. Поэтому проектировщикам важно четко определить мощность подбираемого котла. Здесь не проходит случай «больше — не меньше», поскольку это обстоятельство сильно влияет на КПД котла.
4. ...И есть еще множество других не менее важных нюансов...

Несколько слов о таком виде биотоплива, как дрова. В некоторых лесных регионах замену самортизированных котлов на котлы, сжигающие дрова, возвели в ранг приоритета региональной политики в области теплоснабжения. На рынке появилось много новых котлов на дровах мощностью до 2 МВт и более и с заявленным КПД 70-80%. А цена?.. Дешевле только даром! Фантастическое предложение: очень дешевые котлы, никаких затрат на переработку дров, высокий КПД и т.д. — это то, о чем последние 50 лет мечтает вся мировая энергетика. Надо срочно подавать заявки в Нобелевский Комитет. Почему? Потому что для того, чтобы получить 2 МВт тепловой энергии за 1 час, необходимо сжечь 1,5 м3 дров средней влажности (30%) при КПД 80%.

Представьте, что такое 1,5 м3 древесины! Как нужно организовать горение, чтобы это количество сгорело за 1 час с КПД 80%? А за 1 сутки необходимо перетаскать 36 м3 дров. Сколько нужно физически сильных кочегаров на такую котельную? Сколько надо дров для такой котельной на весь отопительный сезон? Тут необходимо создавать бригаду с лесозаготовительной техникой. Сколько будет стоить топливо и сколько будет стоить 1 Гкал тепла, произведенной в такой котельной, которую будет оплачивать потребитель? Но ведь дрова у нас влажностью 50%. О проблемах горения материалов с такой влажностью мы уже говорили выше. Реальный КПД таких котлов не может превышать 30%!

Чтобы не быть голословным, у кого такая котельная есть — поставьте, пожалуйста, теплосчетчик на границе раздела котельной. Он Вам сосчитает произведенное котельной тепло за отопительный сезон. Вы знаете, сколько сожгли дров в этой котельной. Теплотворная способность дров 2660 ккал/кг или 1,729 Гкал/м3. Можно легко сосчитать

КПД: КПД = Е/Q*V,

где Е — количество выработанной энергии, Q — теплота сгорания топлива и V — объем сжигаемого топлива в м3. КПД будет не больше 30%! К сожалению, в таких котельных нет теплосчетчиков и потребителям приходится оплачивать не полученное тепло, а то количество тепа, которое должно было получиться при КПД 80%. Интересно? Проверьте! И подсчитайте, какова же реальная стоимость 1 Гкал на такой котельной.

Котлы и камины на гранулах и брикетах

В Европе в среднем 50% производителей брикетов и 64% производителей гранул имеют покупателей, у которых установлены котлы средней мощности — от 100 кВт до 1 МВт. Обычно такие печи устанавливаются в больших частных домах, где живет много семей, а также в школах, на небольших предприятиях и в официальных учреждениях. Достоинство котельных на гранулах по правлению с любыми другими котельными в условиях города — небольшое и экологически чистое топливное хозяйство, которое можно разместить даже внутри здания. Это невозможно ни для дизельной котельной, ни для котельной на влажной биомассе. Камины на гранулах и брикетах — это специфический продукт.

Они работают не как котлы, а как воздухонагреватели, поэтому не требуют системы трубопроводов. Чаще они используются (как и традиционные камины) в качестве дополнительного средства обогрева, хотя небольшого, мощностью до 10 кВт, вполне хватит для обогрева частного дома, если грамотно его разместить. Основными преимуществами каминов являются: автоматический процесс горения, легкость в использовании, малый объем золы, регулировка тепла, быстрый нагрев воздуха в отапливаемом помещении. Кроме того, установив такой камин Вы получаете несравненное эстетическое удовольствие.

Сжигатели для установки на жидкотопливные котлы

В настоящее время количество продаж малых сжигателей в Европе быстро растет. Если в 2000 году только в Швеции было продано 6 000 сжигателей, то в 2001 году эта цифра возрастает в той же Швеции до 12 000 штук. 86% производителей гранул и 83% производителей брикетов имеют клиентов, у которых установлены сжигатели малой мощности. В начале 1990-х практически все продажи гранул приходились на большие котельные, но сегодня рынок сжигателей растет очень быстрыми темпами. Жидкотопливные котлы небольшой мощности (до 100 кВт) получили в 1990-х гг. широкое распространение в России. Их устанавливали в частных домах, коттеджах, на небольших предприятиях и т.д.

Срок службы самих котлов довольно большой, а вот горелки выходят из строя быстрее. Требуется их замена, а это дорогостоящая операция. Общепринятое в Европе недорогое решение при переходе с дизельного топлива на гранулы — модификация (подгонка) старого котла с дизельной горелкой новым сжигателем для гранул. Тем не менее, котлы на жидком топливе не предназначены для сжигания топлива, которое оставляет золу, поэтому в таких случая требуется достаточно частая чистка сжигателя для того, чтобы избежать снижения эффективности или заполнения камеры сгорания золой. Насколько часто необходимо проделывать эту простую операцию зависит от сезона, а также от качества гранул, которые используются. Для более быстрой и качественной очистки сжигателя от золы часто прибегают к помощи специального вакуумного очистителя («золосос»). Другой популярный метод — заправить в обычный пылесос мешок для золы. В настоящее время в Европе все большее распространение получают установки КПТЭ — Комбинированное Производство Тепла и Электроэнергии, — работающие на гранулах.

Отчасти это вновь создаваемые станции централизованного теплоснабжения поселков, микрорайонов и т.п., отчасти — модернизируемые старые котельные, работавшие прежде на жидком топливе или угле.

Последнее время во всем мире и, особенно - в Европе огромными темпами растет потребление биотоплива. Соответственно, разработано значительное количество различных способов его сжигания. Эти способы отличаются как по виду используемого биотоплива, так и принципам его сжигания. Для возможности сравнивания технологий сжигания биотоплива между собой и осуществления осознанного выбора наиболее подходящей для каждого конкретного случая применения, - сначала эти технологии нужно классифицировать. Для упрощения систематизации технологий сжигания биотоплива мы рассмотрим только самые распространенные из них. Классифицировать технологии будем по влажности и степени подготовленности топлива к сжиганию. Это вызвано, прежде всего, тем, что для сжигания биотоплива различной влажности необходима разная температура и количество дутьевого воздуха, и, как следствие, необходимо применение топок различных конструкций. Внутри каждой категории при классифицировании будем рассматривать наиболее популярные технологические решения.

Таким образом, все технологии сжигания твердого биотоплива в зависимости от влажности и степени подготовленности топлива к сжиганию можно разделить на 3 основные категории:
- технологии сжигания рафинированного биотоплива;
- технологии сжигания сухого неподготовленного биотоплива;
- технологии сжигания влажного биотоплива.

До описания технологий сжигания твердого биотоплива необходимо определиться с формулировками деления его на категории:

Рафинированное биотопливо.
К этой категории относятся уже широко известные топливные гранулы и брикеты, немного менее известные разновидности топливных брикетов - топливные шайбы и четвертаки, пока малоизвестные торрефикаты (торрефицированные гранулы и щепа) и, конечно же, - пыль (биотопливо, измельченное до размеров долей миллиметра). Основные отличительные характеристики этой категории: минимальная влажность (как правило, - не более 10%), минимальная зольность (обычно - до 2%) и стандартизированные размеры частиц топлива.

Сухое неподготовленное биотопливо.
К этой категории относится биотопливо с влажностью до 30%. Это отходы столярного производства (сухие опилки и стружки), отходы сушки зерна, солома, лузга подсолнечника, риса и т.п. Зольность и размер частиц топлива в этой категории не стандартизированы, но разброс этих параметров незначителен.

Влажное биотопливо.
К этой категории относится топливо с влажностью 31 … 55%. Это влажные древесные отходы (опилки, щепа), торф, подстилочный помет и навоз, лигнин и т.п. Это самые трудносжигаемые виды топлива, чаще всего - с высокой зольностью и большим разбросом размеров частиц сырья.

Также необходимо указать 3 основных способа сжигания твердых топлив по отношению к подводимому для сжигания воздуху:

Технологии сжигания сухого неподготовленного биотоплива.

Сухое неподготовленное биотопливо - это мелкофракционное биотопливо с влажностью до 30%.
К этой категории относятся: отходы столярного производства (сухие опилки и стружки), отходы сушки зерна, измельченная солома, лузга подсолнечника, риса и т.п.

Большая часть подвидов такого топлива имеет очень высокую летучесть, поэтому наиболее эффективной технологией сжигания таких топлив будет и . При этом также нельзя забывать об особых видах топлив с высокой зольностью и спекаемостью золы, для которых оптимальными будут или на .

Технологии сжигания влажного биотоплива

Влажное неподготовленное твердое биотопливо - это мелкофракционное или кусковое топливо с влажностью 31 … 55%. К этой категории относятся: отходы лесопиления (влажные опилки), щепа, торф, подстилочный помет и навоз, лигнин и т.п.

Это наиболее трудносжигаемые виды топлива. Процесс сжигания должен начинаться с подсушки топлива, поэтому наиболее подходящими технологиями для этих видов топлива будут: , .

На данной странице Вы сможете ознакомится с основными свойствами технологии
сжигания различного биотоплива, в том числе гранул и брикетов.

Сжигание
биомассы. Котлы и котельные на биотопливе

Сравнение Российских и Западных Почему вообще прибыльно использовать биомассу в
качестве горючего? Приняты два варианта ответа: есть предпосылки экономические и
экологические. Экология в особенности принципна для западных потребителей, но в
Рф только немногие «продвинутые» производители энергии, — будь то
личное лицо, обогревающее свое жилище, предприятие, отапливающее свои
производственные и административные помещения, или большая городская
котельная, — задумываются о экологии. Очень жаль! Но для всех потребителей
очень принципным является вопрос экономики. Последние расчеты и анализ цен на
главные виды горючего показывают, что биомасса во практически всех вариантах превосходит
классические виды горючего (не только дрова или уголь, ну и жидкое горючее —
дизель и мазут) по экономике использования. Естественно, при всем этом необходимо
глядеть не на цена 1 тонны горючего, а на цена 1 кВт энергии,
произведенного при использовании этого горючего. Предлагаем Вашему вниманию
сравнительную таблицу цены 1 кВт энергии, произведенного с внедрением
различных видов горючего:

Как видно, биотопливо является неплохой кандидатурой для тех регионов, где
есть припасы древесной породы и цена древесных отходов не очень велика
вследствие их огромного количества. В особенности прибыльно устанавливать котельные на
биотопливе на предприятиях лесопереработки и деревообработки. К тому же
тенденции развития ТЭК Рф молвят о том, что цены на жидкое горючее и газ
будут постоянно расти до уровня глобальных. Как следует, внедрение биомассы
в качестве горючего становится все более животрепещущим и для нас с Вами.

Очень принципно обдумывать, что для каждого вида биотоплива существует своя
особенная и специфичная разработка. Котельные, предназначенные для биомассы
влажностью менее 30%, не будут эффективны ни для сжигания влажного биотоплива с
содержанием воды около 50%, ни для рафинированного биотоплива. Мокрое сырье не
будет сгорать из-за того, что ему нужна очень высокая температура
внутри котла, достигать которой нет смысла, нежели использовать более сухую
биомассу. Рафинированное горючее, гранулы, сгорать в таком котле будут, но при
этом растеряют экономическую необходимость, потому что цена котла на
гранулах ниже, чем на влажной или сухой (до 35%) биомассе — опилках, щепе и
т.д. В следующих разделах мы кратко опишем имеющиеся технологии сжигания
биотоплива различной влажности.

К слову, 1-ые котлы на биотопливе появились в Рф (как и практически все другие
наиумнейшие разработки). До 60-х годов прошедшего столетия в СССР было сотворено
и смонтировано много таких котлов. Но тогда была другая финансовая и
политическая ситуация. Поэтому и задача для конструкторов котлов ставилась
другая: «Основное — Утилизировать!». Европа же успешно воспользовалась
русскими разработками в данной области для решения несколько другой задачи
(точнее, кардинально другой): добиться большего КПД для того, чтобы снизить
себестоимость произведенной энергии. Для этого они очень глубоко изучили
природу горения различных видов биотоплива. Качеств в сжигании биотоплива очень
много. Например: в топливной щепе из верхушек деревьев хвойных пород
находится хвоя. При сжигании хвои (в конечном итоге цепочки хим реакций)
в топке возникает щелочь натрия. Что такое щелочь натрия для стальных котлов
объяснять не надо. Но есть технологии, позволяющие нейтрализовать вредные эффекты
— и о этом тоже знают европейские производители.

На данный момент в Рф, но, появились производители котлов, которые молвят,
что могут отлично сжигать практически хоть какое биотопливо в котле,
предназначенном для сжигания биомассы 30%-ной влажности. Но проведенный
анализ с привлечением зарубежных экспертов показал, что КПД таких котлов
будет очень низок. Более того, сжигание биомассы в таких котлах противоречит
самой идее использования биомассы как экологически дружеского горючего взамен
вредного для среды ископаемого горючего. Вредные выбросы при
неправильном сжигании биомассы значительны и очень плохо оказывают влияние на окружающую
среду, людей, растительный и животный мир. На сегодняшний денек российские
производители и потребители не довольно задумываются о последствиях, а ведь они
проявятся в долговременной перспективе — на здоровье будущих поколей. Нежели же
гласить о экономике использования таких котлов, то ситуация довольно плачевна
— небольшой КПД и безмерное «пожирание» горючего ведет не к увеличению
прибыли при инвестировании в такой котел, а к ее потере. Естественно, решающий
аргумент производителя — цена конструкции; но стоит брать дом, нежели
в нем нереально жить? В этом случае, взаправду, «жадный платит
дважды», нежели не больше!

В настоящее время в Европе разработан достаточно широкий ряд и тип котлов на
биотопливе: это котлы на прессованном биотопливе — гранулах и брикетах (см.
п.9), также на сухом биотопливе (влажность до 30%) и на влажном биотопливе
(влажность до 55%).

Предназначение таких котлов —
очень многообразно: не считая обыденного сжигания качественного прессованного
биотоплива (из хвойных пород) и отвратительного прессованного биотоплива (из
хвойных и лиственных пород), также биомассы в виде щепы и опилок, разработаны
котлы для сжигания торфа и смесей из торфа, для сжигания коры и смесей из коры,
для сжигания другого органического сырья (в т.ч. и ТБО, мусора) и даже для
утилизации плохо сгораемого сырья.

Биотопливные котлы, зависимо от их определенных черт, могут быть
нацелены на самые разные сегменты рынка: от личных лиц до городских
властей, компании, имеющие доступ к сырью или производящих сырье до
предприятий-производителей и потребителей термический энергии.

Как уже было сказано выше, пионерами в разработке котлов на биотопливе были
российские ученые, но задачу действующего сжигания биотоплива решили
западные спецы, поначалу из стран Северной Европы — Швеции,
Финляндии, Дании. Они взяли за базу российские разработки и довели их до
совершенства. Это стоило им огромных инвестиций, особенных законов по
мотивации использования биотоплива, постоянная пропаганда экологически незапятнанного
горючего. Да и для их, как и для Рф, экономика первична. Хоть какое новое
оборудование, и котлы на биотопливе — не исключение, призвано решить основную
задачу — заработать при замене устаревшего оборудования новым; ведь инвестиции
делают для того, чтобы заработать! Инвестировать средства для замены самортизированного
оборудования на новое только ради замены — безнравственно. Для того, чтобы
заработать на производстве термический энергии необходимо ставить
высокоэффективные котлы, с высоким КПД, при всем этом очень
автоматические, требующие малых издержек на сервис, и очень
надежные. Ссылки на то, что такое оборудование нельзя ставить в леспромхозах,
несостоятельны. Даже в самых глухих лесных поселках люди ездят на
«импортных машинах» и заморочек со сложным оборудованием не испытывают. Можно обучить
собственный персонал или заключить договор на сервисное сервис.

К огорчению, российские производители пока такого оборудования для сжигания
биотоплива предложить не могут. Пробы сделать самим что-то эффективное не
увенчались успехом, хотя КПД декларируется на уровне 90 — 95% (про КПД можно посмотреть здесь). Почему до
сих пор не вышло сделать что-то эффективное? Во-1-х, слабо знают теорию
сжигания разных видов биотоплива. Во-2-х, во всяких разработках есть
какое-то ноу-хау, которое не повсевременно можно узреть.

Пример: в Рф ранее времени эксплуатируется очень много паровых биотопливных
котлов марки Е и ДКВР с топкой Померанцева и с подсветкой, т.е. с
дополнительной горелкой на мазуте или дизтопливе. Считается, что это очень
отлично. Вывод экспертов, проведших обследования таких котлов, звучит
примерно так: «Это ужасающе!». И они не преувеличивают. Вот куцее
описание последствий:

«Опилки содержат золу. В состав золы входят различные сплавы. Нежели эти
сплавы окажутся в среде с очень высокой температурой, то они расплавятся.
Расплавленная зола называется шлаком и делает большие «камни» в
камере сгорания. Шлак также может создаваться перед котельными трубами и
изолировать их от излучения тепла, которое производит мазутное горючее!

Таким образом, при сжигании жидкого горючего и опилок в одной камере возникает
шлак, что в свою очередь может уменьшить теплоизлучение жидкого горючего. То
малюсенькое количество тепла, которое выходит в конечном итоге излучения от
сжигания опилок при низкой температуре достаточно легко подсчитать.

Таким образом, вышеприведенные факты показывают, что сжигание опилок — это
уничтожение опилок и энергетическая катастрофа, нежели сжигание происходит сходу
со сжиганием мазута.

Представленная выше информация является облегченной, так как существует еще ряд
обстоятельств, имеющих существенное воздействие при рассмотрении данной задачи…»

Раз мы вспомнили про мазут или дизтопливо, скажем и про явное отличие меж
жидким топливом и биотопливом. Какова теплотворная способность этого горючего?
Но вообще, принципна не сама величина (ккал/кг), а то, что данная величина —
теплотворная способность — повсевременно постоянна. Поэтому процесс горения и
проходит автоматом. А биотопливо (мы говорим здесь о непрессованной
биомассе)? Данная величина фактически повсевременно переменная. Разве можно управлять вручную
управлять действием горения в этом случае и заработать при всем этом на продаже
термический энергии? Российские производители котлов пока не могут предложить
полного комплекта автоматики и контроля за отпуском тепла и действием горения.

Нежели нет такой автоматики, то о каком КПД в 90% может идти речь? И как можно
гласить о экологически безопасных выбросах? Напротив — неполное сгорание биотоплива
приводит к тому, что в атмосферу попадают очень вредные вещества, которые в
долговременной перспективе убивают все, что вырастает и живет в районе такой
котельной — поначалу это касается лесов, животных, также будущих
поколений людей.

Ну и это не основное. Для действующего горения древесной породы необходимо, чтобы во
всем объеме топки температура была не ниже 800 оС. В предлагаемых русских
котлах это нереально в принципе, т.к. они конструктивно имеют топочное
место с охлаждаемыми водой стенками, которые мешают равномерному и
достаточно высокому нагреву топки.

Поэтому пока остается брать завезенные из других государств котлы и ждать, пока продвинутые
российские производители, «ЗИОСАБ» или «РЕМЭКС» к примеру,
разработают и начнут выпуск действующих русских котлов.

Что еще принципно держать в голове покупателям котлов на биотопливе?

1. Нереально эффективное сжигание биотоплива влажность до 30% и, тем более,
выше 30% без предтопков.

2. Котлы на биотопливе отлично работают в номинальном режиме (75% — 80% мощности),
как и кар, для которого неплохим является движение на пятой передаче
при скорости 90 — 100 км/час.

3. Котлы на биотопливе имеют нижний предел горения на уровне 30% от
большей мощности. Поэтому проектировщикам принципно правильно отыскать мощность
подбираемого котла. Здесь не проходит вариант «больше — не меньше»,
потому что это событие очень оказывает влияние на КПД котла.

4. … И есть еще огромное количество других более принципных качеств …

Несколько слов о таком виде биотоплива, как дрова. В некоторых лесных регионах
замену самортизированных котлов на котлы, сжигающие дрова, построили в ранг
приоритета региональной политики в области теплоснабжения. На рынке появилось
много новейших котлов на дровах мощностью до 2 МВт и более и с заявленным КПД 70%
— 80%. А цена? … Дешевле только даром! Удивительное предложение: очень
дешевые котлы, никаких издержек на переработку дров, высокий КПД и т.д. — это то,
о чем последние 50 лет грезит вся глобальная энергетика. Необходимо срочно подавать
заявки в Нобелевский Комитет. Почему? Потому что для того, чтобы получить 2 МВт
термический энергии за 1 час, необходимо сжечь 1,5 куб.м. дров средней влажности
(30%) при КПД 80%. Представьте, что такое 1,5 куб.м. древесной породы:

Как нужно организовать горение, чтобы это количество сгорело за 1 час с КПД
80%? А за 1 денек необходимо перетаскать 36 куб.м. дров. Сколько нужно
физически массивных кочегаров на такую котельную? Сколько необходимо дров для такой
котельной на весь отопительный сезон? Тут необходимо создавать бригаду с
лесозаготовительной техникой. Сколько будет стоить горючее и сколько будет
стоить 1 Гкал тепла, произведенной в такой котельной, которую будет оплачивать
потребитель?

Но ведь дрова у нас влажностью 50%. О проблемах горения материалов с такой
влажностью мы уже гласили выше. Реальный КПД таких котлов не может превосходить
30%! Чтобы не быть голословным, у кого такая котельная есть — поставьте,
пожалуйста, теплосчетчик на границе раздела котельной. Он Вам сосчитает
произведенное котельной тепло за отопительный сезон. Вы осознаете, сколько сожгли
дров в данной котельной. Теплотворная способность дров 2660 ккал/кг или 1,729
Гкал/куб.м. Можно просто сосчитать КПД:

КПД = Е / Q x V,

Где Е — количество выработанной энергии, Q — теплота сгорания горючего и V —
размер сжигаемого горючего в куб.м.

КПД будет не больше 30%! К огорчению, в таких котельных нет теплосчетчиков и
потребителям приходится оплачивать не обретенное тепло, а то количество тепа,
которое должно было получиться при КПД 80%. Интересно? Проверьте! И
подсчитайте, какова же реальная цена 1 Гкал на такой котельной.

В Европе в среднем 50% производителей брикетов и 64% производителей гранул
имеют покупателей, у каких установлены котлы средней мощности — от 100 кВт до
1 МВт. Обычно такие печи инсталлируются в больших личных домах, где живет
много семей, также в школах, на малеханьких предприятиях и в официальных
учреждениях. Достоинство котельных на гранулах по правлению с хоть какими другими
котельными в аспектах города — малюсенькое и экологически незапятнанное топливное
хозяйство, которое можно расположить даже внутри строения. Это нереально ни для
дизельной котельной, ни для котельной на влажной биомассе.

Рисунок 1. Котел на гранулах Тх мощностью 350 кВт.

Рисунок 2. Камин на гранулах PelleX K6 мощностью 6 кВт в действии.

Камины на гранулах и брикетах — это специфичный продукт. Они работают не как
котлы, как воздухонагреватели, поэтому не требуют системы трубопроводов. Чаще
они употребляются (как и классические камины) в качестве доп
средства обогрева, хотя малеханького мощностью до 10 кВт стопроцентно хватит для
обогрева личного дома, нежели отлично его расположить. Основными преимуществами
каминов являются: автоматический процесс горения, легкость в использовании, малый
размер золы, регулировка тепла, быстрый нагрев воздуха в отапливаемом помещении.
Не считая того, установив такой камин Вы получаете несравнимое эстетическое
удовольствие.

В настоящее время количество продаж малых сжигателей в Европе стремительно вырастает.
Нежели в 2000 году только в Швеции было продано 6 000 сжигателей, то в 2001 году
эта цифра вырастает в той же Швеции до 12 000 штук.

86% производителей гранул и 83% производителей брикетов имеют клиентов, у каких
установлены сжигатели малой мощности. Поначалу 1990-х практически все реализации
гранул приходились на большие котельные, но на данный момент рынок сжигателей вырастает
очень быстрыми темпами.

Рисунок 1. Сжигатель гранул, установленный на прошедший котел на дизельном
горючем.

Рисунок 2. Сжигатель гранул 20 kW, установленный на котел на гранулах.

Рисунок 3. Открытый сжигатель гранул; процесс удаления золы вручную.

Жидкотопливные котлы небольшой мощности (до 100 кВт) получили в 1990-х гг.
пространное распространение в Рф. Их устанавливали в личных домах, коттеджах,
на малеханьких предприятиях и т.д. Срок службы самих котлов довольно большой, а
вот горелки выходят из строя быстрее. Требуется их замена, а это дорогостоящая
операция. Принятое в Европе доступное решение при переходе с дизельного
горючего на гранулы — модификация (подгонка) старого котла с дизельной горелкой
новым сжигателем для гранул (рисунок 1). Тем паче, котлы на жидком горючем
не предназначены для сжигания горючего, которое оставляет золу, поэтому в таких
варианта требуется достаточно частая чистка сжигателя для того, чтобы избежать
снижения эффективности или заполнения камеры сгорания золой. Как часто
необходимо проделывать эту ординарную операцию находится в зависимости от сезона, также от
характеристики гранул, которые употребляются (рисунок 3). Для более быстрой и
качественной очистки сжигателя от золы часто прибегают к помощи специального
вакуумного очистителя («золосос»). Другой пользующийся популярностью метод —
заправить в обыденный пылесос мешок для золы.

В настоящее время в Европе все большее распространение получают установки КПТЭ
— Комбинированное Создание Тепла и Электроэнергии, — работающие на
гранулах. Отчасти это вновь создаваемые станции централизованного
теплоснабжения поселков, микрорайонов и т.п., отчасти — модернизируемые старые
котельные, работавшие ранее на жидком горючем или угле.

Измельченные древесные отходы (кора, щепа, опилки) имеют теплоту сгорания сухой массы 18.20 МДж/кг. После механического обезвоживания в отжимных аппаратах они имеют влажность W P = 55...60% и теплоту сгорания около 6 МДж/кг. Отходы обычно сжигаются в котлах- утилизаторах, оборудованных слоевыми топками с наклонными колосниковыми решетками. Под решетку подается нагретый воздух. На наклонной решетке за счет лучистой теплоты, воспринимаемой от топочных газов, происходит нагрев, подсушивание и воспламенение отходов, а затем выделение и сгорание летучих веществ - CO, H 2 , углеводородов. Коксовый остаток дожигается на движущейся механической цепной решетке.

Для растопки котла и обеспечения устойчивого горения используются мазутные или газовые горелки. Уходящие из котла дымовые газы используются для сушки отходов. При снижении влажности отходов до 40% повышаются КПД и стабильность работы котла, снижается расход мазута или газа

На целлюлозно-бумажных комбинатах наряду с производством целлюлозы применяется технология термохимической обработки древесных отходов для получения сахаров и смол, на основе которых вырабатываются кормовые дрожжи и технические спирты. Побочным продуктом этого производства является лигнин, включающий полисахариды, фенольные группы, смолы. Исходный лигнин представляет собой влажную массу, содержащую до 65% воды, 21% углерода, 2% водорода, 1,4% серы. Теплота сгорания сухой массы около 20 МДж/кг. Выход лигнина в целлюлозно-бумажной промышленности России составляет около 5 млн. т в год.

Лигнин сжигают в камерных топках паровых котлов, оборудованных мельницами-вентиляторами. Предварительно топливо подсушивают нагретым воздухом и отходящими газами котла.

Близкие к лигнину свойства имеет черный щелок, содержащий около 60% органических веществ. Сухой щелок имеет теплоту сгорания около 16 МДж/кг. Щелок распыляют механическими форсунками грубого распыла в камерных топках котлов. После испарения из капель влаги мелкодисперсные частицы слипаются в ококсованные гранулы, называемые в эксплуатации огарком. Огарок выпадает на под топки, поэтому сгорание происходит частично в слое и частично - в объеме топки. Соответственно применяется двухступенчатая подача воздуха в топку: первичный воздух подается на слой огарка, вторичный - в области расположения форсунок. Расход первичного воздуха составляет 50.60% от общего расхода. Выделяемая теплота частично расходуется на реакцию разложения щелока (пиролиз).