Универсальный котёл на альтернативных видах топлива

В настоящее время больше половины всех возобновляемых энергоресурсов, потребляемых в ЕС, составляет биомасса. Практически все страны ЕС уделяют значительное внимание развитию технологий использования биомассы. В России это направление разработано в значительно меньшей степени. Между тем, ежегодно на территории нашей страны продуцируется до 14-15 млрд т биомассы, общая энергия которой эквивалентна примерно 8 млрд т у.т.. По оценкам экспертов, технически возможно ежегодно получать до 150 млн т у.т. благодаря использованию биомассы [1, 2].

Для развития данного направления в энергетике и коммунальном хозяйстве России необходима разработка современного высокоэффективного оборудования использования биомассы. К такому оборудованию можно отнести конструкцию универсального котла (рис.1), разработанную в г. Челябинске для прямого сжигания биомассы (древесного топлива).

Как показывает практический опыт [3-5], стабильная работа котла на древесных отходах в значительной степени зависит от технического решения (устройства) по транспортировке топлива непосредственно в топку котла. Большинство производителей котельного оборудования применяют шнековую подачу топлива. Это в первую очередь вызвано простотой изготовления. На практике шнековая подача топлива требует более качественной подготовки топлива по фракции. Для этого требуется установка дополнительного оборудования по измельчению крупнокусковых древесных отходов — шредеров, дробилок, измельчителей. В противном случае, из-за отсутствия контроля за фракционным составом топлива, имеют место частые случаи заклинивания шнеков, и, как следствие, остановка котла и нарушение режима горения. На практике также установлено, что даже использование щепы после рубительной машины часто приводит к нарушениям работы шнекового транспортера и не решает вопросы надёжности топливоподачи и работы котла.

Для устранения вышеуказанных узких мест системы топливоподачи в разработанной конструкции котла применен питатель топлива с гидравлическим приводом. Габаритные размеры питателя в сечении составляют 500×700 мм. Это позволяет использовать топливо различное по фракционному составу: кора, ветки, обрезь, отторцовка. В этом техническом решении заключён первый момент универсальности котла.

Из теории сжигания биомассы [6] известно, что горение древесных опилок протекает в гетерогенном режиме, т.е. в режиме гетерогенного воспламенения — скачкообразного перехода от кинетического к диффузионному режиму протекания гетерогенной реакции. Процесс горения состоит из следующих стадий:

1. подсушивание топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ;
2. воспламенение летучих веществ и их выгорание;
3. нагревание кокса до воспламенения;
4. выгорание горючих веществ из кокса.

На практике одним из важнейших факторов, влияющих на качественное и стабильное горение древесных отходов, является их исходная влажность. Чем выше влажность топлива, тем продолжительнее по времени процесс горения.

В рассматриваемой конструкции топки котла с учетом теории горения древесных отходов применены следующие технические решения:

• для уменьшения времени протекания стадии горения 1 установлен горизонтальный колосник и верхний свод радиационного излучения (рис.1);
• для стадий горения 2 и 3 установлен наклонный колосник и нижний свод радиационного излучения;
• стадия горения 4 протекает на нижнем горизонтальном колоснике. Для полного сгорания вредных веществ (CO) предусмотрены двухзонный регулируемый подвод воздуха и два радиационных свода (верхний и нижний).

В заключение следует отметить, что основными достоинствами разработанной конструкции котла на древесных отходах являются:

• надежная, проверенная технология сжигания, пригодная для всех видов древесных отходов;
• широкий диапазон фракционного состава древесных отходов, используемых в качестве топлива;
• возможность сжигания древесных отходов высокой влажности;
• использование теплообменников разных конструкций и производителей.

Список литературы

1. Универсальный котёл на альтернативных видах топлива [Электронный ресурс]. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech stat/stat shablon.php?id=3734 (дата обращения: 16.12.2021).
2. Производство и использование биомассы // Энергосбережение. 2007. №5.
3. Ахтямов Ф.Г. Энергосберегающие технологии у профессионалов деревообработки // Энергетика и промышленность России. 2009. №14 (июль).
4. Ахтямов Ф.Г. Реконструкция котельных с заменой каменного угля древесными отходами // Новости теплоснабжения. 2006. №5.
5. Ахтямов Ф.Г. Опыт реконструкции котла Е-1-9 с переводом на сжигание древесных отходов // Промышленная энергетика. 2008. №1.
6. Кудрявцева Л.А. Мазуркин П.М. Изучение закономерности роста температуры горения древесных опилок // Современные проблемы науки и образования.

Автор: Щемилкин И.А. (студ. гр. ТГВбд-41), руковод. Ямлеева Э.У. (к.т.н., доцент)

Источник: Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: сборник работ студентов — сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки». Выпуск 20 [Электронный ресурс]. — Электронные данные. Ульяновск : УлГТУ, 2022. — 131 с.