Сжигание древесных отходов по двухкамерной технологии

В процессе промышленной переработки древесины неизбежно возникают древесные отходы. Сжигание с помощью современного оборудования позволяет не только утилизировать их на месте производства, но и решить задачу выработки тепловой и электрической энергии с использованием местного топлива. Таким образом, сжигание древесных отходов позволяет снизить затраты как на их вывоз (вплоть до полного отказа от него), так и на закупку топлива.

Современные энергетические установки по производству тепловой и электрической энергии, работающие на древесных отходах, представляют собой сложные технические системы с большим числом компонентов. В их состав входят: склад топлива и система его подачи; топка; котлоагрегат (водогрейный, паровой или котел с высокотемпературным органическим теплоносителем – ВОТ); модуль по выработке электроэнергии; резервный котел, используемый в случае неисправности основного или при пиковых нагрузках; системы утилизации тепла (экономайзер и воздухоподогреватель), золоудаления, очистки дымовых газов; дымовая труба; оборудование управления и визуализации рабочих параметров.

Топки с подвижной колосниковой решеткой, применяемые в установках для сжигания древесных отходов, характеризуют долговечность работы и высокая эффективность сжигания. Они имеют индивидуальную систему топливоподачи, обеспечивающую точное дозирование твердотопливной смеси и оснащены предохранительными устройствами, препятствующими обратному возгоранию топлива. Хорошо зарекомендовавшие себя на практике системы подвижных полов и цепочно-скребковых транспортеров обеспечивают неприхотливость и высокую производительность в самых жестких условиях. Транспортировочное оборудование (подвижные полы, транспортеры, шнеки, промежуточные бункеры, ворошители, дозаторы и шлюзы) подбирается с учетом особенностей конкретного деревообрабатывающего производства, а также максимальной мощности колосниковой топки.

Для сжигания влажных древесных отходов в энергоустановках мощностью до 6 МВт лучше всего подходят выносные топки с эффективной теплоизоляцией, в которых топочный объем полностью отделен от теплопоглощающих поверхностей котла. Конструкция такой топки с подвижной колосниковой решеткой предусматривает условное разделение топочного пространства на несколько разнотемпературных зон, обеспечивающих термическую обработку топлива в зависимости от его фракции, состава и влажности.

Первичная и вторичная стадии сжигания топлива осуществляются в отдельных модулях. В топочной камере (также называемой предтопком), куда вентилятором подается первичный воздух, происходят частичное сжигание и газификация древесины. Горючий газ и продукты сгорания, полученные на первой стадии сжигания, подаются через соединительный фланец в котельный модуль, где происходит их окончательное окисление и осуществляется процесс теплообмена.

Поддержание необходимой адиабатической температуры горения (около 950 °C) достигается путем регулирования подачи первичного и вторичного воздуха при постоянном контроле содержания остаточного кислорода в дымовых газах, а также рециркуляцией продуктов сгорания обратно в зону горения. Подача вторичного воздуха в зоне соединительного фланца создает турбулентность в потоке газов первого цикла, что улучшает смешение продуктов неполного сгорания топлива с воздухом и повышает общую степень сгорания топлива.

Колосниковая решетка имеет горизонтальное исполнение в целях оптимальной шуровки влажного топлива, а также максимального дожигания углерода. Подвижность решетки в сочетании с низкой температурой горения в полностью обмурованной топке препятствует образованию шлаков, что особенно важно при сжигании таких видов древесных отходов, как шлифовальная пыль и кора. Площадь колосниковой решетки определяется в зависимости от влажности и плотности топлива.

Колосники изготавливаются из специального сплава с высоким содержанием хрома, чем обеспечиваются их повышенная термостойкость и механическая прочность. В зависимости от предполагаемого топлива применяются колосники разной формы.

Специальная конструкция обмуровки предусматривает встроенный водотрубный экран, служащий для минимизации тепловых потерь и принудительного охлаждения шамотной футеровки. В критических ситуациях (например, при аварийном отключении электроэнергии) водотрубный экран обеспечивает надежный отбор избыточного тепла.

Водяной контур экрана увязывается с контуром газоводяного экономайзера и отдельным контуром системы отопления или горячего водоснабжения. С контуром водотрубного экрана также связана система охлаждения золоудаляющего шнека. Таким образом исключается попадание тлеющих частиц в зольный контейнер (что особенно актуально для систем сухого золо- и шлакоудаления) и продлевается срок службы шнека.

Возможность работы топки с минимальной мощностью на протяжении продолжительного времени достигается благодаря теплоаккумулирующим свойствам обмуровки. Диапазон регулирования мощности топок для сжигания древесных отходов, предлагаемых ведущими производителями, достигает 5–100 % номинального значения. При наличии на предприятии дежурной бригады допускается эксплуатация теплогенератора в полностью автоматическом режиме без обслуживающего персонала.

Общий термический КПД колосниковой топки, определяемый по степени сжигания содержащегося в топливе углерода (с учетом горючих, оставшихся в золе, шлаке и уносе), может достигать 95 %.

Выбор котла для работы с топкой, сжигающей древесные отходы, зависит в первую очередь от типа теплоносителя и его необходимых параметров. Это могут быть водогрейные жаротрубные котлы с вертикальным или горизонтальным расположением дымогарных трубок. Исходя из практического опыта, можно утверждать: одно из наиболее удачных решений – это водогрейный котел с несколькими вертикальными газоходами, оборудованный автоматической системой золоудаления. Установка с таким котлом имеет наиболее высокий коэффициент готовности и продолжительности безаварийной работы, позволяет обеспечить максимальную мощность в течение длительного срока между плановыми остановками даже при циклических колебаниях нагрузки.

Для получения пара применяют жаро- или водотрубные теплообменники цилиндрической или меандровой (змеевидной) конструкции с системой автоматической очистки поверхностей нагрева.

При использовании высокотемпературного органического теплоносителя может применяться газожидкостный прямоточный трехходовый гладкотрубный котел горизонтальной или вертикальной конструкции с последовательным подключением змеевиков и автоматической системой очистки поверхностей нагрева.

Термомасляный котел-утилизатор может работать совместно со специальным модулем по выработке электроэнергии (технология ORC). В этом случае конструкция предусматривает разделение поверхности нагрева на радиационную и конвективную части.

В отличие от ископаемых энергоносителей, древесное топливо нейтрально по отношению к выделению в атмосферу СО2: при его сжигании выделяется такое же количество углекислого газа, которое было поглощено из нее растущим деревом в процессе фотосинтеза.

Для минимизации выбросов загрязняющих веществ, образующихся при сжигании древесных отходов, применяется комплекс мероприятий. Низкое содержание угарного газа (СО) и оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания обеспечивается поддержанием оптимальной температуры горения и дозированной рециркуляцией дымовых газов в зону горения для дожигания.

Для уменьшения выбросов оксидов азота может также использоваться технология селективного некаталитического восстановления диоксидов азота (процесс SNCR), применяющая в качестве реагента карбамид (мочевину).

Минимальное содержание в дымовых газах летучей пыли, как правило, достигается с помощью батарейных циклонов. В случае более жестких требований дополнительно устанавливается электрофильтр.

Дополнительную защиту от вредных выбросов обеспечивает компьютерная система управления, оптимизирующая все топочные и теплообменные процессы в зависимости от режима работы энергоустановки.