Внимание опросНужна ли в Украине ассоциация солнечной энергетики? Голосовать
Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Решения возобновляемой энергетики - Превышая ваши ожидания
enuaru

Блог

Главная » Блог » Технологии и принципы работы теплогенераторов на альтернативных видах топлива

В настоящей статье кратко рассмотрены существующие технологии сжигания твердого биотоплива, применяемые в эксплуатируемых системах генерации тепловой энергии на возобновляемых видах топлива от отечественных и зарубежных производителей.

Сжигание на «колосниковых» решётках

Сжигание на «колосниковых» решётках — это самый древний способ сжигания твердого топлива. Как правило, эта технология применяется для сжигания крупнофракционного и кускового топлива, находящегося на колосниковой решетке, сквозь слой которого продувается воздух. Имеет современные высокотехнологичные модификации, например — сжигание в кипящем слое. Наиболее популярные и эффективные разновидности: сжигание на неподвижной наклонной колосниковой решетке; сжигание на подвижной наклонной колосниковой решетке.

Сжигание биомассы на "колосниковых" решётках

— Технология сжигания на неподвижной наклонной колосниковой решетке

Эта технология позволяет эффективно сжигать все виды рафинированного и сухого биотоплива, кроме топлив с высокой зольностью и низкой температурой плавления и спекания золы.

Топка, как правило, имеет форму параллелепипеда. Колосники устанавливаются каскадом (как черепичная крыша) так, что каждый следующий колосник частично накрывает предыдущий, при этом между колосниками в вертикальной плоскости имеется щель, через которую продувается воздух. Топливо шнеком или гидротолкателем подается на самый верхний колосник. Под действием давления вновь поступающих порций топлива, оно двигается в стороны и в низ, заполняя всю площадь поверхности колосников. Направление движения дутьевого воздуха совпадает с направлением движения топлива, благодаря чему воздух также способствует перемещению топлива в нужном направлении.

В самых качественных и технологичных топках над наклонной поверхностью колосников имеется специальный прижимной экран из огнеупорного материала, выдерживающего температуру 1650 °С. Данный экран направляет пламя снизу вверх, в противоток движению топлива. Это дает следующие преимущества: пламя проделывает более длинный путь, чем обеспечивается более полное сгорание топлива, уменьшается количество искр; поднимающееся над влажным топливом, пламя подсушивает его, улучшая процесс его сжигания; процесс горения протекает более интенсивно и с более высокой температурой.

Окончательный дожиг топлива происходит на самом нижнем — горизонтальном колоснике со щелевыми отверстиями, через которые зола просыпается в зольник.

Преимущества технологии сжигания на неподвижной наклонной колосниковой решетке: предельная простота теплогенератора и минимальное количество движущихся частей, соответственно; низкая цена и короткий срок окупаемости; высокая интенсивность процесса сжигания на минимальной площади зеркала горения, соответственно, оборудование занимает минимальную площадь, имеет минимальную массу; рекордно малое энергопотребление — менее 1 кВт электроэнергии на 1 МВт производимой тепловой; минимальное время старта (несколько минут); очень высокая скорость регулирования мощности (секунды); очень широкий диапазон регулирования мощности — от 10 до 100%.

К недостаткам технологии относятся: плохая эффективность или даже невозможность работы на топливах с высокой зольностью ввиду блокирования дутьевых щелей колосниковой решетки спекающейся золой; средний срок службы футеровки вследствие её прямоугольного сечения.

— Технология сжигания на подвижной наклонной колосниковой решетке

Эта технология позволяет эффективно сжигать все виды биотоплива, кроме пылевидного. Однако, применение данной технологии для сжигания рафинированного топлива имеет смысл только при использовании топлив с высокой зольностью и низкой температурой спекания золы (сжигание рафинированного топлива с низкой зольностью экономически более эффективно на неподвижной колосниковой решетке или в вихре).

Топка, как правило, имеет форму параллелепипеда. Колосники устанавливаются каскадом (как черепичная крыша) так, что каждый следующий колосник частично накрывает предыдущий. При этом ряды колосников делятся на подвижные и неподвижные. Между колосниками в вертикальной и горизонтальной плоскостях имеются сопла, через которые осуществляется дутье в слой топлива и под него.

Подвижные ряды колосников, двигаясь вперёд и назад по неподвижным колосникам, сталкивают топливо к низу решётки и при этом шуруют его, это существенно улучшает условия горения топлив с пониженной калорийностью и (или) повышенной зольностью. Подвижные колосники приводятся в движение специальным приводом, как правило, — гидравлическим. В приводном механизме обычно имеется возможность регулирования частоты возвратно-поступательных движений колосников, чем обеспечивается регулирование производительности решётки. Топливо шнеком или гидротолкателем подается на самый верхний колосник. Под действием давления вновь поступающих порций топлива, оно двигается в стороны и в низ, заполняя всю площадь поверхности колосников. Направление движения дутьевого воздуха совпадает с направлением движения топлива, благодаря чему воздух также способствует перемещению топлива в нужном направлении.

В самых качественных и технологичных топках над наклонной поверхностью колосников имеется специальный прижимной экран из огнеупорного материала, выдерживающего температуру 1650 гр. С. Данный экран направляет пламя снизу вверх, в противоток движению топлива. Это дает следующие преимущества: пламя проделывает более длинный путь, чем обеспечивается более полное сгорание топлива, уменьшается количество искр; поднимающееся над влажным топливом, пламя подсушивает его, улучшая процесс его сжигания.

Окончательный дожиг топлива происходит на самом нижнем — горизонтальном колоснике со щелевыми отверстиями, через которые зола просыпается в зольник.

Преимущества технологии сжигания на подвижной наклонной колосниковой решетке: возможность работы на топливах с низкой энергетической ценностью, высокой влажностью и зольностью, низкой температурой спекания золы; высокая стабильность процесса сжигания сложных видов топлива; высокие экологические показатели процесса сжигания, что особенно важно для утилизации сложных и сильно загрязненных видов топлива.

Недостатки технологии: средняя сложность конструкции теплогенератора, большое количество движущихся частей, соответственно, — высокая цена и длительный срок окупаемости; большая занимаемая площадь и масса оборудования; большое время старта и остановки, относительно низкая скорость изменения мощности; эксплуатационные расходы выше среднего; средний срок службы футеровки вследствие её прямоугольного сечения.

Сжигание в «вихревых» топках

Более технологичный способ сжигания твердых биотоплив. Как правило, применяется для сжигания мелкофракционного топлива (размер частиц — до 6 мм), в т.ч. пылевидного. При этом способе большая часть топлива не находится на решетке, а вращается в вихревом потоке дутьевого воздуха, т.е. это — способ сжигания топлива во взвешенном состоянии. Сжигание в вихре идеально подходит для сухих древесных опилок и стружек, шлифовальной пыли, измельченной соломы, лузги подсолнечника и т.п. Разновидности данной технологии: сжигание с горизонтальной осью вращения вихря и сжигание с вертикальной осью вращения вихря.

Сжигание биомассы в "вихревых" топках

Топка чаще всего имеет форму цилиндра. На внутренней поверхности камеры сгорания имеются расположенные тангенциально дутьевые отверстия. Нагнетаемый вентиляторами дутьевой воздух через тангенциальные сопла попадает в зону горения, создавая вихревое движение смеси воздуха и топлива. Частицы топлива при этом находятся в подвешенном состоянии — витают в воздухе, двигаясь по максимально длинной траектории. Возникающая при этом центробежная сила прижимает частицы топлива к внутренней раскаленной поверхности топки, способствуя более полному их сгоранию и препятствуя выносу недогоревших частиц из топки. Топливо подается в топку с горизонтальной осью вращения также тангенциально, а в топку с вертикальной осью вращения может подаваться в зону разряжения по оси сверху.

Преимущества технологии сжигания в вихре: предельная простота теплогенератора и минимальное количество движущихся частей, соответствен; низкая цена и короткий срок окупаемости; высокая интенсивность процесса сжигания, соответственно, оборудование занимает небольшую площадь, имеет относительно низкую массу; минимальные эксплуатационные расходы; короткое время старта; высокая скорость регулирования мощности; очень широкий диапазон регулирования мощности — от 10 до 100%; максимальный срок службы футеровки вследствие её цилиндрической формы (гарантия — до 8 лет); высокая универсальность — позволяет сжигать горбыль, дрова и т.п., при добавлении соответствующих горелок может работать на газе или дизельном топливе (в качестве альтернативы).

Недостатки технологии: высокое удельное энергопотребление; плохая эффективность работы на топливах с высокой влажностью и зольностью (но только с низкой температурой плавления золы) ввиду покрытия внутренней поверхности топки спекающейся золой; сложность удаления спекшейся золы.

Сжигание в «пиролизном» котле

Пиролизный котёл — разновидность твердотопливного, как правило, водогрейного котла, в котором топливо (например, дрова) и выходящие из него летучие вещества сгорают раздельно. Обычно как синоним употребляется название газогенераторный котёл, изредка делают различие. Фактически, пиролиз (разложение и частичная газификация под действием нагревания) происходит при любом способе сжигания твёрдого органического топлива.

Сжигание твердого биотоплива в "пиролизном" котле

Пиролизные котлы эффективны на топливе с высоким выходом летучих соединений — древесине (дрова, древесные отходы, топливные брикеты и пеллеты), буром угле; некоторые модели потребляют каменный уголь (класса «орех 1» или «камень») и даже кокс. Данный тип котлов предъявляет достаточно высокие требования к влажности топлива — для дров не более 20–35%. Это связано с тем, что водяной пар разбавляет пиролизные газы и мешает горению (см. ниже), при работе на влажном топливе мощность резко падает или котёл вообще потухает. В ситуациях, когда сухого топлива нет — это серьёзный недостаток.

В пиролизных котлах топка разделена на две части. В первой части (газифицирующая камера, или камера загрузки) при недостатке кислорода медленно горит и пиролизуется топливо, а выделяющиеся при этом газы догорают во второй части (т. н. камера сгорания), куда подаётся вторичный воздух (двойное дутьё). Отвод тепла из камеры загрузки минимизируется. В существующих конструкциях эти пространства разделяет колосник, на котором лежит топливо; первичный воздух проходит сквозь слой топлива сверху вниз. Таким образом, характерным отличием пиролизных котлов от других бытовых котлов является верхнее дутьё. Топки такой конструкции имеют повышенное аэродинамическое сопротивление, поэтому тяга их, как правило, принудительная. Часто по технологическим соображениям она реализуется с помощью дымососа, а не дутьевого вентилятора(более характерного для небольших котлов); в статьях обычно всё равно употребляется термин «вентилятор».

Дрова (или иное топливо) загружаются на колосник. Их поджигают, дверца закрывается и запускается дымосос. При недостатке воздуха и под действием высокой температуры (200–800 °C и выше) происходит обугливание и выделение древесного газа, то есть собственно пиролиз. Выделившиеся продукты (в основном углеводороды, угарный газ и водород, плюс азот из первичного воздуха) поступают под колосник. Там к продуктам пиролиза подмешивается вторичный воздух, в котором летучие сгорают; часть тепла при этом возвращается к нижнему слою дров и поддерживает пиролиз. Полученное тепло может быть использовано для нагрева любых теплоносителей — воды, воздуха.

Основной конкурент пиролизных котлов в сфере сжигания дров — традиционные котлы с единой топкой с нижним дутьём. При этом следует иметь в виду, что во многих их современных моделях тоже есть возможность подачи вторичного воздуха в факел (в некоторых более старых котлах весь воздух подавался под колосник, вследствие чего летучие вещества могли сгорать не полностью).

Обычный диапазон нагружения котлов 50–100%, КПД в нём сохраняется на уровне 85–92%; при разгрузках до 30% работа возможна, но производители часто не рекомендуют это.

Достоинства технологии: регулируемый (подачей первичного воздуха) процесс горения позволяет работать с одной закладки достаточно длительное время, до 12 часов (у обычных дровяных котлов порядка 3–4 часов, однако у котлов верхнего горения этот показатель больше — от 30 часов на дровах до 6–7 дней на угле), можно обеспечить автоматическое регулирование параметров; полное сгорание топлива — как следствие, гарантирована экономичность горения, реже надо чистить зольник и газоходы; дДвухступенчатое сжигание позволяет снизить избыток воздуха в уходящих газах (повышает экономичность); процесс горения пиролизных газов легко поддается управлению и регулировке, что позволяет автоматизировать работу такого котла приблизительно в той же степени, что и работу газовых или жидкотопливных котлов; снижение выбросов вредных веществ в атмосферу (в частности, высокая температура в верхней камере подавляет CO); применение данного типа котлов стимулирует к отказу от применения неподсушенного топлива, что повышает эффективность хозяйствования; возможность сжигания крупных (даже неколотых) дров; как следствие, экономичность данного типа котлов по сравнению с «традиционными» аналогами может быть выше на 4-7%.

Недостатки технологии: более высокая (в 1,5–2 раза) стоимость; энергозависимость — без дымососа работать не могут; требовательность к влажности топлива; у некоторых моделей замечены изменения мощности в процессе сначала возрастающего, потом затухающего выхода летучих в ходе пиролиза закладки — до 40%; на малых (ниже 50%) нагрузках горение не стабильно, отмечается образование дёгтя в газоходах; температура обратной воды должна быть не меньше 60 °C (редко 40°) во избежание выпадения в газовом тракте конденсата и низкотемпературной коррозии(это обычное требование к котлам, проблема легко решается подмесом прямой воды к обратной); в дровяной пиролизный котёл нельзя организовать автоматическую подачу топлива (нужны крупные дрова); вместе с тем есть пеллетные пиролизные котлы; значительная часть публикаций о пиролизных котлах носит ярко выраженный рекламный характер, в результате сформировать объективное представление о них порой проблематично.

Компания Рентехно предлагает вам свои услуги по переводу традиционных зерносушилок, работающих на дизельном топливе или газу, на более дешевые виды топлива, такие как солома, щепа, пеллеты или торф. Более детальную информацию вы найдете на странице «Твердотопливные теплогенераторы».


Печать

Остались вопросы по назначению наших услуг?
Оставьте нам заявку. Наши специалисты проконсультируют Вас

Тема вашего запроса
Заказать звонок

^