РОЗДІЛ 28. ТЕхнології виробництва твердого палива з біомаси

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

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

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.