Технологическая схема сжигания высоковлажного фрезерного торфа от «Экоэнергомаш»

А.М. Шарапов, директор ЗАО "Экоэнергомаш"

К.Г. Фандюхин, начальник КБ ЗАО "Экоэнергомаш"

А.М. Сидоров (к.т.н.), директор ООО НИЦ ПО "Бийскэнергомаш"

Вопрос снижения затрат на приобретение энергоресурсов сегодня является одним из важнейших для большинства промышленных предприятий. Между тем более дешевое местное низкосортное топливо зачастую не используется из-за того, что энергетический комплекс не адаптирован к его сжиганию. ЗАО «Экоэнергомаш» предлагает решение данной задачи, позволяющее не только достичь серьезных экономических выгод, но и значительно снизить нагрузку от вредных выбросов на окружающую среду. 

ЗАО «Экоэнергомаш» (г. Бийск, Алтайский край) является ведущим российским разработчиком котлов и котельного оборудования, предназначенного для сжигания измельченных растительных отходов (лузги подсолнечника, овса, гречихи, риса), отходов переработки зерна, древесных и других горючих отходов. Компания накопила уникальный опыт, подтвержденный большим количеством оформленных патентов и авторских свидетельств на изобретения.

На протяжении последних 10-ти лет предприятие разрабатывает технологии утилизации промышленных и бытовых отходов, осуществляет проектирование котлов, котельных, котельно-вспомогательного оборудования с учетом особенностей того вида биотоплива, которое будет сжигаться, а также ведет подряды на проектирование, ремонт и строительство объектов котлонадзора и объектов газового хозяйства (с полным комплексом работ от диагностирования, проектирования, модернизации до монтажа и пуско-наладки). В своей деятельности «Экоэнергомаш» делает ставку на улучшение экологических показателей котлов, котельно-топочных устройств и котельного оборудования, вовлечение горючих отходов в тепловой баланс предприятий и замещение дорогого топлива доступными местными видами топлива, в том числе отходами производства.

Технологии сжигания торфа

Классическая схема сжигания торфа, как показывает мировая практика, состоит в строительстве торфоперерабатывающих комплексов, с поставкой на ТЭЦ сухих топливных гранул, что значительно снижает пыление топлива при транспортировке и уменьшает его взрыво-пожароопасность. Однако оборудование по производству гранул дорогое и энергоемкое, его ресурс работы весьма ограничен.

По обращению заказчика из Украины, поставившего условие максимально сократить эксплуатационные затраты на топливо-приготовление, предприятием «Экоэнергомаш» разработана технологическая схема организации сжигания высоковлажного фрезерного торфа на ТЭЦ для получения 24 МВт электроэнергии (для чего требуется выработка 160 т/ч пара с параметрами 40/440).

Простой анализ изменения теплосодержания в топливе от изменения его влажности показывает, что эффективнее использовать сухое топливо. Однако высушивать торф, добытый практически из болота, до влажности 10%, является довольно сложной задачей, особенно когда его необходимо подготовить к сжиганию порядка 80 т/ч.

Сжигание фрезерного торфа в энергетических котлах с факельными топками характеризуется рядом серьезных проблем, главными из которых являются взрыво-пожароопасность систем топливоподготовки (включающих сушку и размол топлива), а также интенсивное шлакование поверхностей нагрева котла.

Устранение указанных недостатков достигается применением способа сжигания в кипящем слое. Это позволяет эффективно использовать низкокалорийное влажное топливо, с высоким выходом летучих, без его предварительного размола до пылевидного состояния и сушки до пожароопасного состояния. Данная технология обеспечивает требования по взрыво-пожаробезопасности и поскольку процесс сжигания осуществляется при температурах до 1000 ⁰С, что гарантирует отсутствие шлакования поверхностей нагрева. Однако, малая плотность частиц торфа и высокая их парусность предопределяют применение небольших скоростей ожижения слоя (порядка 2 м/с). Это приводит к увеличению площади воздухораспределительной решетки с соответствующим увеличением ее стоимости и эксплуатационных затрат. Оптимальным решением является гранулирование переизмельченной части торфа перед подачей в кипящий слой, что позволяет обеспечить высокую надежность использования технологии сжигания в ФКС со скоростями в слое ~ 4 …6 м/с. 

На представленной схеме предложены следующие технические решения (рис. 1). Для снижения общих затрат на подготовку топлива, применен способ предварительного разделения фрезерного торфа на две фракции. Крупная фракция (5…25 мм), после поверхностной подсушки, подается непосредственно в топку кипящего слоя. Мелкая фракция идет на стандартный гранулятор, и далее, минуя используемую в классических схемах линию охлаждения и досушивания гранул (до необходимых для длительного хранения гранул влажности и температур), подается в топку.

Топливо (торф) со склада сырого топлива (1), оборудованного по нормативным требованиям для фрезерного торфа, подается в отделение подготовки топлива. На первом этапе торф, проходя через грохоты (2), разделяется по фракционному составу.

Крупная фракция подается на продуваемый конвейер (3), где происходит удаление поверхностной влаги. Подсушенная крупная фракция торфа поступает в топливный бункер (4) и далее питателем (5) подается в топку ФКС (6).

Мелкая фракция подается на доизмельчение в молотковых мельницах (7). На мельничном участке перед подачей топлива на измельчение, предусматривается установка магнитных отделителей металлических примесей. Измельченная торфяная масса поступает в сушилки шнековые (8), где транспортирование топлива происходит при постоянном ворошении топлива шнеком. Низкопотенциальный пар со ступени промышленного отбора паровой турбины (9), так называемый пар собственных нужд, подается в паровую рубашку, подогревает торф и испаряет влагу. Сконденсированный пар, так же как и конденсат от паровой турбины (9) через систему конденсатного хозяйства (10), возвращается в деаэратор (11) питательной линии парового котла (12). При выборе сушилок учитывался тот факт, что прямая сушка торфа дымовыми газами не допускается.

Подсушенный до влажности 10..15% торф подается в экструдер (13) для получения топливных гранул, затем топливные гранулы поступают непосредственно в топку ФКС (6), в этом случае в роли топливного питателя выступает сам экструдер.

Топка ФКС, при работе на комбинированном торфе (кусковой + гранулы) обеспечивает эффективное поддержание требуемых параметров работы котла, при качественном сжигании торфа. Поддержание низкотемпературного процесса горения позволяет избежать интенсивного зашлаковывания поверхностей нагрева котла, неизбежных при слоевом сжигании.

Воздух, идущий на горение под слой топлива, подогревается теплом уходящих дымовых газов в воздухоподогревателе котла. Распределение вторичного воздуха по зонам топочного объема позволяет предотвратить интенсивный унос еще несгоревшей мелкой фракции торфа, образовывающегося при разрушении кусков и гранул в зоне горения.

При необходимости в бункер (4) подается растопочное топливо - низкосортный уголь, который, в случае, если влажность торфа поступающего в топку ФКС превысит расчетные значения, можно использовать в качестве стабилизатора горения. В этот же бункер предусматривается линия ввода кальция для подавления серы в выбросах за котлом.

В качестве сушильного агента выступает оборотный воздух. Проходя через высушиваемое топливо, воздух уносит влагу и часть торфяной пыли. После сушилок отработанный запыленный воздух направляется в очистную установку (14), где отделяется от пыли. Собранная торфяная пыль поступает в гранулятор (8), очищенный влажный воздух, пропускается через коррозионно-стойкий теплообменник (15), в котором своим теплом нагревает воду, идущую на ГВС. При этом влага, удаленная из торфа конденсируется на стенках теплообменника и затем через гидрозатвор удаляется в канализацию. Осушенный воздух подогревается до требуемой температуры в одной из ступеней воздухоподогревателя.

В котле предусматривается система рециркуляции части дымовых газов в топочный объем для снижения рабочей температуры в топке и поддержания заданных параметров температуры перегретого пара.

На сегодняшний день технологическая схема, предложенная «Экоэнергомаш», является оптимальной, поскольку фракционное разделение топлива снижает затраты на производство гранул, совместное сжигание гранул и кускового торфа позволяет эффективно использовать топку с ФКС, а использование воздуха для сушки торфа в замкнутом цикле повышает общий КПД котлоагрегата.