Здравствуйте, рад приветствовать Вас на страницах нашего ежедневного журнала о Климатическом рынке Airweek.ru! Наш сайт создан для профессионалов работающих в отрасли строительной инженерии - менеджеров, проектировщиков, инженеров, руководителей подразделений, снабженцев, рекламщиков, директоров фирм в области вентиляции, кондиционирования возду...
Многообразие водогрейных котлов на газовом и жидком топливе часто оставляет в тени такой перспективный класс теплового...
Многообразие водогрейных котлов на газовом и жидком топливе часто оставляет в тени такой перспективный класс теплового оборудования, как твердотопливное. Между тем, его применение в ряде случаев целесообразно как экономически, так и экологически. За рубежом котлы на различных видах твердого топлива получают всё большее распространение в качестве альтернативны установкам на импортируемых энергоносителях – природном газе и жидком топливе. В нашей стране твердотопливные котлы широко распространены в ряде регионов с низким уровнем газификации, пишет "Аква-Терм". Например, на Дальнем Востоке доля твердого топлива в зарегистрированных котельных превышает 70 %.
Топливо – уголь
Уголь – традиционное топливо для промышленных твердотопливных котлов. Его доля в топливном балансе российских котельных – более 40 %. Типовые конструкции отечественных твердотопливных котлов разработаны много лет назад. На их основе сформировано несколько серий оборудования, производимого котлостроительными заводами по всей стране. Котлы одной серии, изготовленные на разных заводах, во многом сходны, но имеют ряд конструктивных особенностей, свойственных оборудованию конкретных предприятий. Конечно, отечественные производители занимаются и модификацией оборудования.
В качестве примера рассмотрим угольный водотрубный котел с ручной топкой КВ-Р-0,8-95 (рис. 1) мощностью 800 кВт, выпускаемый заводом «Дорогобужкотломаш» (Смоленская обл.) и предназначенный для получения горячей воды температурой до 95 °С при давлении до 6 бар. Он состоит из топочной камеры, конвективного газохода и рамы с топочным устройством. Топочная камера экранирована трубами, входящими в коллекторы. На боковом экране установлено контрольное устройство, поддерживающее необходимое разрежение в топке. Конвективная поверхность нагрева расположена в трехходовом газоходе. На потолочной части имеются лючки для очистки и осмотра. Котел оснащен теплоизолированными бункерами для сбора золы. Поддувало и дверца для удаления золы и провала расположены на фронтальной части котла. Котел имеет газоплотное исполнение и заводскую теплоизоляцию. Предусмотрена установка вентиляторов для принудительной подачи воздуха. Кроме того, для очистки котла может применяться генератор ударных волн, устанавливаемый в кожухах на боковых экранах топочной камеры. Топливо – каменный уголь, сжигаемый на неподвижной колосниковой решетке. В зависимости от типа угля, возможно сжигание с подогревом воздуха. Загрузка топлива и чистка котла производятся вручную.
В котлах большей мощности, как правило, применяются различные средства автоматизации – подачи топлива в топку, удаления шлака и т.д. Так, водотрубный котел КВм-2,5КБ мощностью 2,5 МВт (производитель – Бийский котельный завод, Алтайский край) имеет механическую топку с шурующей планкой (ТШПм). Топка состоит из топочного блока, неподвижных и подвижных колосников, бункера подачи топлива, шурующей планки и дутьевого вентилятора. Уравновешенная тяга обеспечивается дымососом. Топливо (каменный или бурый уголь) подается транспортером через бункер подачи топлива и сжигается в слое на водоохлаждаемой трубной колосниковой решетке. Шурующая планка, приводимая в движение электродвигателем, распределяет топливо по колосниковой решетке и предотвращает спекание. Удаление шлака с колосниковой решетки производится также шурующей планкой и транспортером шлакозолоудаления.
Наряду с топками с шурующей планкой распространены механизированные топки различных конструкций. Цепной механизированной топкой оснащен, например, котел КВЗ-ТС-4 мощностью 4,64 МВт, выпускаемый заводом «Бум-маш» (Ижевск) для сжигания каменного или бурого угля.
Сегодня некоторые отечественные производители оснащают свои котлы топками с водоохлаждаемой уголковой решеткой (ОУР) из нержавеющей стали для сжигания низкокалорийных углей в так называемом полукипящем слое.
Импортные твердотопливные котлы, как правило, отличаются высоким уровнем автоматизации, а также улучшенными экологическим характеристикам. Примером автоматизированного угольного котла может служить теплогенератор С300 (рис. 2) мощностью 300 кВт, выпускаемый фирмой Carborobot (Венгрия). Его конструкция состоит из четырех основных элементов – теплоизолированного корпуса, бункера для угля, зольника и мультициклонного модуля очистки дымовых газов; в корпусе размещены топочная часть и теплообменник. Вращение цилиндрической колосниковой решетки производится шаговым электродвигателем и регулируется блоком управления в зависимости от потребности в тепле. Дозированная подача угля и удаление шлака обеспечиваются специальной конструкцией решетки. Регулирование работы котла производится блоком управления по показаниям комнатного термостата или по температуре теплоносителя. (Котел может несколько дней находиться в пассивном режиме и начинать работать автоматически по сигналу блока управления.) Продолжительность непрерывной работы – до 5 сут. Топливом служит бурый уголь (фракции размером 5–25 мм). Текущие рабочие параметры могут передаваться блоком управления на мобильный телефон оператора котельной. Ручной режим работы котла не предусмотрен. Выбросы (CO и NOx) – до 400 мг/м3.
Специально для сжигания антрацита разработаны котлы Carbocal (рис. 3) германской фирмы Omnical. Они оснащаются одной или двумя шахтными топками и имеют мощность от 0,5 до 2,5 МВт. Оптимальный режим горения достигается сочетанием распределенного первичного и регулируемого вторичного притоков воздуха в топку. Подача топлива в бункер-накопитель и далее в шахту котла происходит по шланговым транспортерам. Отходы сгорания удаляются в зольник с помощью шнекового транспортера. Работа котлов полностью автоматизирована, поддерживается дистанционное управление.
Вместе с кусковым углем различных сортов применяются и другие виды угольного топлива. Так, в теплоснабжении реализуется сжигание водоугольного топлива (ВУТ, жидкотекучая смесь преимущественно размолотого угля и воды) в вихревых топках. Другой вариант – факельное сжигание пылеугольного топлива (измельченного в углеразмольных мельницах угля), которое известно с первой половины ХХ в. и находит широкое применение как в большой, так и в промышленной энергетике. В качестве примера можно привести установки System Carbotechnik с котлами BKS-kessel мощностью от 5 до 32 МВт, выпускаемые Omnical, использующие в качестве топлива размолотый нтрацит. В специальном дозаторе создается «псевдожидкость» – равномерная угольно-воздушная (в соотношении 2:1) смесь, поступающая через перфорированный диск в подающую трубу и далее – на горелку. В ней топливная смесь проходит две стадии сжигания. В муфеле происходит сжигание 60 % смеси, которая затем поступает на пламяускорительную форсунку. Поворот дымовых газов после выхода из жаровой трубы и вход в газотрубный канал осуществляются в поворотной камере, после чего газы проходят два внешних модуля установки: перегреватель и экономайзер (таким образом, котел является четырехходовым).
Наибольшую часть российского парка угольных котлов составляют агрегаты отечественного производства. На нашем рынке представлено оборудование заводов Борисоглебского котельно-механического (Воронежская обл.), Ижевского котельного, Кировского (Калужская обл.), Нижегородского машиностроительного, Псковского котельного, «Балткотломаш» (Санкт-Петербург), «Пролетарский авангард» (Санкт-Петербург), «Сибтепломонтаж» (Новосибирск), «Уралкотломаш» (г. Березовский, Свердловская обл.) и других предприятий. Список этот далеко не полон – только в Санкт-Петербурге насчитывается более десяти производителей котельного оборудования на твердом топливе.
По нашим сведениям, объемы продаж импортных твердотопливных котлов промышленной мощности в России пока единичны. Зарубежная техника представлена продукцией Ferroli (Италия), Thermax (Индия), Erensan (Турция) и некоторых других компаний.
Топливо – древесина
Всплеск интереса к использованию древесного топлива за рубежом имеет несколько причин. Во-первых, как уже говорилось, в расширении применения возобновляемых видов топлива, в том числе древесного, видят возможность снизить зависимость от импортируемых энергоносителей – газа и жидкого топлива. Вторая причина – экологическая безопасность растительного топлива, выделяющего при сжигании тот же объем СО2, что был поглощен им из атмосферы во время роста. В-третьих, отходы деревообрабатывающего, сельскохозяйственного и других производств, где имеется доступ к собственным крупным источникам твердого топлива (древесных отходов, угля, торфа, лузги и т.д.) рассматриваются как разновидность местного топлива, использование которого в непосредственной близости от места выработки экономически эффективно. Последняя причина актуальна и для нашей страны.
Древесина сжигается в виде дров или таких мелких структур, как стружка и опилки. Самый удобный вид древесного топлива – пеллеты, получаемые из измельченных и спрессованных отходов деревообработки. Древесные гранулы имеют диаметр от 4 до 10 мм и длину от 20 до 50 мм. Теплота сгорания 1 кг пеллет – свыше 4 кВт•ч/кг (3440 ккал/кг).
Применяются следующие варианты сжигания древесных отходов: в вихревых горелках (для мелких отходов), на колосниковых решетках (подвижных и неподвижных, с распределительным стокером или без), в реторте, кипящем слое, пиролизных устройствах, во вращающейся печи.
Самый распространенный тип сжигания древесного топлива – на подвижной колосниковой решетке. Движение ее колосников обеспечивает перемещение горящего топлива и удаление золы. Первичный воздух подается непосредственно под колосники, вторичный и третичный – через боковые каналы. Температура сгорания древесины – около 1200 °С.
Примером отечественного оборудования указанного типа могут служить водогрейные котлы серии КВТ (рис. 4) мощностью от 100 до 3000 кВт, предлагаемые компанией «Ковровские котлы» (Владимирская обл.). Они предназначены для сжигания отходов деревообработки и растениеводства любой влажности (опилки, стружка, кора, щепа) и подготовленной древесины (дрова, пеллеты). Горение сыпучего или кускового топлива происходит на наклонной чугунной колосниковой решетке. Сжигание производится в четырех зонах: сушки, выделения летучих частиц и их возгорания, интенсивного горения, дожига СО в факеле. Во все зоны организована подача воздуха дутьевыми и дожиговыми вентиляторами. Топливо подается на верхнюю ступеньку колосниковой решетки шнековым транспортером или гидротолкателем. В зависимости от мощности оборудования, зольник очищается вручную или шнековым транспортером без остановки котла.
В большом количестве подобную технику изготавливают и за рубежом. В качестве примера можно привести водотрубные двухходовые котлы WoodMatic итальянской фирмы Ferroli, предназначенные для сжигания подготовленной древесины и древесных отходов. Топливо подается шнековым транспортером, розжиг – газовой или жидкотопливной горелкой, сгорание – на колосниковой решетке. Теплообмен осуществляется как конвекцией, так и излучением. Работа котла контролируется автоматикой: датчики тепловых характеристик управляют скоростью подачи древесины на решетку, вентиляторами первичного и вторичного воздуха в зависимости от вида топлива.
Другой пример – котлы BioMatic мощностью от 220 до 500 кВт, выпускаемые австрийской фирмой Herz для сжигания древесной щепы и пеллет. Принцип работы котла показан на рис 5. Теплообмен в вертикальных дымогарных трубах усиливается турбулизаторами, выполняющими также функцию очистки. Управление процессом горения полностью автоматизировано.
Различные котлы с колосниковой решеткой для древесного топлива в нашей стране выпускают ПГ «Генерация» (г. Березовский, Свердловская обл.), «Теплоуниверсал» (Санкт-Петербург), «Уралтехмонтаж» (Ижевск) и другие заводы. Среди зарубежных производителей можно назвать Arimax (Финляндия), Danstoker (Дания), Faci и Uniconfort (Италия), Grandeg (Латвия).
Наряду с прямым сжиганием древесины применяется пиролиз – сжигание смешанных с воздухом пиролизных газов, образующихся в результате температурного разложения древесины в отсутствие воздуха. Главные преимущества этой технологии – большая продолжительность горения одной загрузки и отсутствие необходимости в дорогих устройствах очистки дымовых газов. Пиролиз может применяться для сжигания не только древесного топлива, но и различных твердых бытовых и промышленных отходов, в том числе и токсичных (резина, твердые осадки сточных вод и др.).
По такой схеме работают установки Pyromat ECO австрийской фирмы KOB мощностью 150 кВт. Ширина области загрузки – 550 или 1080 мм в зависимости от исполнения. Это позволяет продлить время сжигания одной загрузки до трех дней. Управление котлом полностью автоматизировано, горение и газораспределение контролируются микропроцессорной панелью Ecotronic. Топливо – дрова, пеллеты, древесные отходы. (Фирма KOB Mаwera (Австрия), также специализирующаяся на древесных котлах, вошли в состав Viessmann, и их техника станет доступной в нашей стране через представительство этого концерна.)
За рубежом древесные пиролизные котлы мощностью свыше 100 кВт изготавливает также финская фирма Sermet. В качестве примера российских пиролизных котлов назовем древесные газогенераторные установки серий Еу (номинальная мощность – от 100 до 400 кВт) и Еу-К (от 150 до 500 кВт), предлагаемые компанией «Экодрев» (Тверь).
Топливо – отходы
Твердым котельным топливом могут служить не только традиционные горючие вещества, такие, как дерево, уголь или торф. Разработаны технологии, позволяющие использовать в этих целях целый комплекс отходов – разнообразных органических веществ, которые нередко утилизируются без выгоды или даже за плату. Биомасса, растительные отходы, стебли, шелуха, кожура и другие отходы сельского хозяйства и промышленности могут быть использованы для получения тепловой энергии.
Примером отечественного оборудования для широкого диапазона твердого топлива может служить продукция компании «Петрокотел-ВЦКС» (Санкт-Петербург). Предлагаемые фирмой котлы КВ-ФО, КВ-ТС, КЕ, ДКВр мощностью от 1,3 до 2,3 МВт, оборудованные топками высокотемпературного кипящего слоя, применяются для сжигания древесных и промышленных отходов, отсевов, угля различных сортов.
Один из мировых лидеров среди производителей оборудования для сжигания твердого топлива – индийский концерн Thermax. Котлы серий Combipac, Multimax, Multipac и Woodpac позволяют сжигать 135 различных видов твердого топлива. Вид оборудования, его характеристики и технические особенности, система автоматики и регулирования выбираются непосредственно под конкретный тип топлива, потребности в тепловой мощности и другие условия работы оборудования.
