Проблемы малой энергетики

 
Контактная информация

Новосибирск
ул. Королева, д.40 к.33

Телефоны:
+7(383)289-80-40
+7(383)289-80-74
+7-923-124-24-00

Электронная почта:
marsibtm@mail.ru


Иркутская область
г. Усть Илимск

Телефон:
+7(39535)2-61-50

 
Главная О компании Статьи  Проблемы малой энергетики

На сегодняшний день уже практически все европейские страны отказались от центральной системы отопления, перейдя на использование автономных мини-котельных. И это не удивительно, так как индивидуальное котельное оборудование дает ряд преимуществ, которые сделали стальные отопительные котлы наиболее распространенным средством обогрева помещения во всем мире. Во всем мире, но не у нас. Из-за того, что до середины восьмидесятых годов в Советском Союзе в основном строились и развивались крупные системы теплофикации и централизованного теплоснабжения, совсем мало уделялось внимания малой и особенно коммунальной энергетике. В результате к настоящему времени энергетика оказалась в критическом состоянии. Так, по последним данным, основное оборудование котельных в стране морально и физически устарело, к тому же изношено на 70%, а в отдельных районах Новосибирской области и на 80%.

Обратив внимание на районы Севера, Сибири и Дальнего Востока, мы увидим, что доля тепла, получаемого по системе централизованного теплоснабжения здесь ничтожно мала. Учитывая климатические условия, удаленность и труднодоступность некоторых потребителей, огромную протяженность трубопроводов (а, следовательно, большие потери тепла при транспортировке – до 30%), отсутствие средств на ремонт и обслуживание, можно говорить о том, что малая энергетика в данном регионе играет значительно большую роль, чем в целом по стране. И осознание этого факта привело к появлению компаний, строящих свою деятельность на удовлетворении этой потребности региональной энергетики.
В коммунальной энергетике Сибири и Новосибирской области, в частности, широко распространенны водогрейные котлы малой мощности, работающие на каменных и бурых углях. На таких котлах применяются слоевые топочные устройства с ручным забросом топлива и выгрузкой шлака. Таким котлам присущи существенные недостатки:

  • с уменьшением мощности увеличивается отношение периметра экранированных стен к сечению топки, т.е. отношение тепловосприятия экранов к теплопроизводительности топки. В результате снижается температура в объеме топки, что затрудняет выжиг газов и частиц в надслоевом пространстве.
  • процессы горения нестационарны во времени. После загрузки топлива во время выхода летучих, возникает недостаток воздуха для горения, что способствует образованию сажи и взрывом газов в газоходах котла. При выгорании кокса увеличивается избыток воздуха и, соответственно, потеря тепла с уходящими из котла газами;
  • из-за трудности полного выжига горючих велики потери тепла с механическим недожогом. Котлы с ручными топками имеют по указанным причинам к.п.д. 50– 60%, что при существующих ценах на топливо не приемлемо. К тому же требуется тяжелый ручной труд по обслуживанию котлов.

Проведенный анализ показал, что существенное улучшение работы котлов возможно только путем перехода на стационарные процессы в котле, т.е. путем их механизации

Существующие механизированные топки котлов малой мощности не устраняют полностью недостатки котлов с ручными топками. В связи, с этим отечественными предприятиями ООО НПО "Сибтепломаш" разработаны механизированные топочные устройства, устраняющие отмеченные недостатки.

Значительное улучшение качества котлов обеспечивает газоплотное исполнение. Водогрейные котлы с выходной температурой воды 95°С или 115°С имеют низкую температуру стенки экранов. Поэтому газоплотное исполнение позволяет упростить и удешевить изоляцию котлов, повысить плотность изоляции, уменьшить габариты котлов и потери через ограждающие поверхности.

Внедряемые в настоящее время топочные устройства не учитывают полностью особенности свойств низкосортных углей и отходов углеобогащения, сельскохозяйственных отходов.

Российская Федерация издавна являлась крупнейшим производителем и поставщиком лесоматериалов. Топливом для огромного количества котельных деревообрабатывающих предприятий нашей страны зачастую служат отходы собственного производства, так как в связи с большой отдаленностью различных деревень и поселков важной составляющей цены на топливо является транспорт.

В то же время в этих местностях производятся рубки древесины для промышленного использования или в целях высвобождения земельных площадей. При этом остается множество древесных отходов, которые в данных условиях, кроме как для использования в качестве топлива применения не находят.

В большинстве европейских стран реализовываются программы по переводу энергетики на использование альтернативных видов топлив. Наиболее актуальным в данном аспекте видится использование биотоплив, и в частности древесины, как основного вида возобновляемых энергетических источников. Его использование позволяет снизить экологически вредные выбросы процесса сжигания, так как выделяющийся при сгорании древесного топлива углекислый газ повторно используется в процессе прироста биомассы. Одной из важнейших задач развития энергетики России, является частичная замена ископаемого топлива на возобновляемые биотоплива, что в свете Киотского протокола и квот на выбросы углекислого газа выглядит весьма целесообразным.

В связи с увеличением цен на энергоносители многие предприятия и отопительные котельные всё больше отдают предпочтение более дешёвым видам топлива, использование которых, не потребует больших капитальных затрат на их разработку и транспортировку. И позволит максимально выгодно и рационально использовать имеющиеся у них в распоряжении топливные ресурсы.

Для сжигания древесных отходов существует большое количество котельных агрегатов: от котлов с топками со свободно-залегающим слоем и наклонной колосниковой решеткой до топок с низкотемпературным кипящим слоем, высокотемпературным кипящим слоем, вихревых топочных устройств и топок скоростного горения ЦКТИ системы В.В. Померанцева с «зажатым» слоем.

Однако при нагрузках, близких к номинальным, в большинстве существующих схем утилизации древесных отходов наблюдается значительный вынос частиц топлива из зоны горения. Вследствие большой парусности и малого удельного веса частицы древесного кокса с размерами 5 мм и меньше легко подхватываются дымовыми газами и уносятся за пределы котельных агрегатов. Этот унос угольных частиц приводит, во-первых, к потерям тепла от механической неполноты сгорания и, во-вторых, коксовые частицы загрязняют территории предприятий.

Существующие на данный момент технологии сжигания древесных отходов имеют целый ряд недостатков, не позволяющих полностью использовать заложенную в них энергию.

Применение в энергетике альтернативных видов топлив затруднено недостаточной изученностью свойств этих топлив и их поведения в топочных процессах.Исходя из анализа теплофизических свойств нетрадиционных топлив исследованных научными сотрудниками ООО НПО "Сибтепломаш" совместно с кафедрой Котло и Реакторостроения АлтГТУ, можно дать некоторые рекомендации по конструированию топочных устройств для их сжигания:

  • Воздушно-газовая сушка при использовании древесных отходов в качестве топлива неэффективна. Топочная камера должна обладать высокой теплоёмкостью, чтобы обеспечить быструю сушку и термическое разложение древесины.
  • Частицы древесного топлива, как и самого древесного кокса, обладают высокой парусностью и легко выносятся из топки. Необходимо более длительное удержание в топочной камере частиц во время горения. Поэтому такая топка должна обладать высокими сепарационными свойствами, обеспечивающими более длительное пребывание частиц в камере горения.

Из-за невозможности стабильных поставок альтернативных топлив в течение года, топочная камера должна обладать определённой универсальностью, пригодностью её для сжигания в ней традиционных топлив.
На базе, разработанной сотрудниками кафедры Котло и Реакторостроения АлтГТУ, технологии сжигания древесного топлива, обоснованной теоретически и экспериментально, создано топочное устройство, адаптированное для сжигания этой гаммы топлив, с учетом всех специфических особенностей последних.
Подобная разработка имеет большое прикладное значение, вызванное целесообразностью использования альтернативных топлив в малой энергетике.
Алтайский край и Новосибирская область обладает следующими преимуществами для использования лесных отходов:

  • большие лесные массивы, имеющиеся в крае и области, следовательно, большой потенциал обеспечения древесиной в пределах небольшого радиуса (примерно 20 - 30 километров для небольшой котельной районного центра или деревни), что ведет к снижению транспортных расходов на доставку топлива;
  • необходимость замены многих уже морально устаревших котлов, работающих на угле. Эти котлы очень старые и примитивные, имеют низкий к.п.д. и высокий уровень выбросов;
  • интерес лесничества к обеспечению древесиной;
  • большие расстояния для перевозки угля и высокая цена качественного топлива, неоправданно завышенная угледобывающими корпорациями;

Безусловно, положительным аспектом применения древесных и растительных отходов является тот факт, что данный вид топлива есть один из самых главных возобновляемых источников энергии на планете.

Если прореживание лесных массивов будет проводиться в соответствии с требованиями, это обеспечит более высокие темпы роста леса. Такие виды лесных отходов могут быть использованы для производства тепла. Работы по прореживанию лесных массивов должны проводиться в большем объеме.

К положительным аспектам использования отходов лесозаготовительной и сельскохозяйственной промышленности можно отнести и то что, утилизация отходов, путём их сжигания – это наиболее дешевый, простой и эффективный способ кардинального решения проблемы защиты окружающей среды от загрязнения.

Для экспериментальных исследований в лабораториях кафедры Котло и Реакторстроения АлтГТУ была спроектирована и создана аэродинамическая модель топочной камеры.

На экспериментальном стенде исследованы аэродинамические свойства предложенного топочного устройства с целью выявления характеристик движения газовых потоков в топке, влияние на движение газовых потоков конструктивных элементов топочной камеры, таких как угол наклона решетки, размеры сопла, размеры выходного окна.

Математически и экспериментально доказана возможность удержания парусных частиц внутри топочной камеры до их полного выгорания.

Модель топочной камеры имела достаточно высокую эффективность улавливания, при небольшом аэродинамическом сопротивлении.

Используя результаты исследований данной работы конструкторским бюро предприятия ООО НПО "Сибтепломаш" разработан котельный агрегат, имеющий топочное устройство, адаптированное для сжигания древесных отходов, соломы, лузги и низкосортных углей, учитывающее свойства этих топлив и решающее проблему механизации топочного процесса в котлах малой мощности.