Авторы А. Котенко, магистр, инженер компании Energie AG Ober ц sterreich W К rme GmbH , И. Фюредер, руководитель компании Energie AG Ober ц sterreich W К rme GmbH , Э. Видхальм, дипл. инженер, руководитель компании Energie AG Ober ц sterreich W К rme GmbH

В последние 10 лет большое распространение в странах ЕС получило использование в качестве топлива возобновляемых источников энергии (ВИЭ) с целью уменьшения энергетической зависимости от природного газа, жидкого топлива и каменного угля.

В Австрии основным топливом для выработки тепловой энергии являются природный газ (53% общего

потребления первичных энергоносителей) и каменный уголь (21%). Доли жидкого и ВИЭ примерно равны (по 12-14%). Доля древесных отходов, используемых в качестве топлива для выработки тепловой энергии из возобновляемых видов топлива, составляет 95% (виде коры, щепы и опилок). За последние 15 лет КПД котлов, работающих на древесиных отходах, возросло с 60% до 80-90%. Использование эффективного пыле- газоулавливающего оборудования значительно уменьшило количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.

Программы ЕС совместно с австрийским правительством предусматривают субсидии на использование возобновляемых видов топлива.

Большее распространение использование в качестве топлива древесных отходов получило для теплоснабжения потребителей в сельской местности, небольших городах, а также крупных промышленных зон.

Одним из крупнейших австрийских концернов, занимающихся строительством и эксплуатацией котельных и ТЭЦ по сжиганию древесных отходов, является Energie AG Ober ц sterreich .

С 1993 г. компания построила и эксплуатирует в Верхней Австрии и на юге Германии более 70 котельных мощностью от 2 до 10 МВт ( рис. 1 ) и ряд крупных ТЭЦ, работающих на указанном топливе.

Котельные тепловой мощностью до 10 МВт. На рис. 2 представлена тепловая схема котельной мощностью 2,35 МВт в поселке Гутау (Австрия), работающей на древесных отходах.

Выработка тепловой энергии производится в двух котлах фирмы Kohlbach .

Котел мощностью 1,6 МВт работает в режиме максимальной нагрузки, второй котел мощностью 0,75 МВт — в переходный период.

КПД указанных котлов находится в диапазоне 83-88% в зависимости от режима их работы.

Теплоноситель — горячая вода с параметрами 90/70 °С. Максимальная температура котловой воды 110 °С.

Водогрейные котлы с теплоносителем температурой выше 110 °С по австрийским правилам «О паровых котлах» относятся к котлам с повышенными требованиями по их эксплуатации, что связано с большими капиталовложениями при их установке.

Питание котлов водой требуемого качества осуществляется дозирующей установкой Genodos фирмы Gr ь nbeck (10), которая поддерживает рН 9,5-10.

Установка состоит из насоса и бака-дозатора, работающих в автоматическом режиме.

Для удаления растворенных в сетевой воде газов используется деаэратор фирмы Eder (11), который также выполняет функции расширительного бака (8) и подпиточных насосов системы теплоснабжения. Его работа производится с пульта управления, оснащенным мультимедийным дисплеем.

Для подпитки тепловых сетей используется вода без содержания накипеобразующих солей, запас которой хранится в баках питательной воды (9).

Подача теплоносителя к потребителям тепла осуществляется при помощи двух циркуляционных насосов (12), ра- бота которых регулируется в зависимости от перепада давлений между подающей и обратной магистралью.

Автоматическое устройство подачи древесиных отходов (3) подает их на «движущиеся полы» (4) и поперечный транспортер (5), на котором находятся датчики температуры. При температуре древесного топлива выше 65 °С срабатывает световая и акустическая сигнализация, при температуре выше 70 °С — включается аварийная сприклерная система пожаротушения.

Колосниковая решетка (6) имеет контур водяного охлаждения (7), который позволяет повысить температуру воды перед подачей в котел на 3-5 °С.

При температуре теплоносителя в обратной магистрали менее 48 °С ее подогрев осуществляется за счет теплоты конденсации уходящих дымовых газов, что производит так же их дополнительную очистку.

Продукты сгорания удаляются дымососом, часть их при помощи рециркуляционного вентилятора подается в топку котла. Регулирование расхода газов, идущих на рециркуляцию, обеспечивается работой заслонки с электроприводом.

Очистка дымовых газов осуществляется в батарейных циклонах.

Топливо (древесные отходы) хранится в пристроенном к зданию котельной открытом помещении ( рис. 3 ).

Объем этого помещения рассчитывается на полугодовой запас, расчитываемый по теплотворной способности сжигаемой древесины ( табл. 1 ).

Пример расчета

Для имеющейся котельной тепловой мощностью 2 МВт по сжиганию отходов лесопильного производства рассчитать объем помещения для хранения полугодового запаса топлива. Котельная обеспечивает теплом для нужд отопления группу зданий.

Среднее КПД котлов, установленных в котельной равняется 85%. Продолжительность отопительного сезона 200 дней.

По табл. 1 находим значение произведенной работы 1 м 3 указанного вида древесных отходов, равное 650 кВт . ч/м 3 .

Произведенная в течении отопительного сезона работа равняется:

(2000 кВт . (200 дн . 24 ч)) / 0,85 = 11 294 120 кВт . ч/год.

Годовой запас топлива равняется:

11294120 кВт . ч/год / 650 кВт . ч/м 3 = 17376 м 3 .

Для хранения полугодового запаса необходимо помещение объемом 8 688 м 3 . При этом влажность древесины не должна превышать 50% ( оптимальное значение 30-35%). При влажности более 50% древесину необходимо смешивать с более сухой.

Среднее значение произведенной работы для ориентировочного расчета принимают 750 кВт . ч/м 3 .

Контроль работы котельной ведется оператором при помощи компьютера с установленным на нем программным обеспечением фирмы Kohlbach .

Теплоноситель при помощи циркуляционных насосов системы теплоснабжения подается потребителям тепла. Система теплоснабжения двухтрубная, выполнена из предизолированных труб фирмы ISOPLUS .

Прокладка подземная бесканальная. Перед засыпкой траншей система предварительно прогревается горячей водой с температурой 80 °С, что обеспечивает частичную компенсацию тепловых удлинений во время ее эксплуатации.

ТЭЦ, работающие на древесных отходах. В период с 2003 по 2006 гг. концерном Energie AG велись работы по расширению существующей ТЭЦ в г. Тимелькам (Австрия) ( рис. 4 ).

В феврале 2006 г. в эксплуатацию была сдана когенерационная установка, работающая на древесных отходах, производительностью 15 МВт тепловой (на нужды теплоснабжения двух близлежащих поселков) и 15 МВт эл е к т р и ч е с ко й энергии (продается в наружные электросети 110 кВ).

В табл. 2 приведены основные технико-экономические характеристики указанной когенерационной установки. В качестве энергоносителя используется древесные отходы сельского и лесного хозяйств, и промышленного производства (кора, опилки, древесная пыль), а также старая древесина (старая мебель, доски и т.д.). Ее состав приведен в табл. 3 .

Величина влажности древесины колеблется в больших пределах и для некоторых фракций может составлять более 60%.

ТЭЦ в г.Тимелькам состоит из:

❏ когенерационной установки по сжиганию древесины ( рис. 4 );

❏ котельной установки по сжиганию каменного угля (производительностью 230 т пара в час, давлением 87,3 бар);

❏ парогазовой установки (2 конденсационные паровые турбины с отбором пара мощностью 66 МВт и

40 МВт электрической, 20 МВт и 50 МВт тепловой энергии; 1 газовая турбина мощностью 80 МВт электрической энергии);

❏ котельной установки по сжиганию газа и жидкого топлива (2 котла по 15 МВт) для теплоснабжения г. Воклябрук;

❏ парогенратора мощностью 4 МВт. Из-за большой влажности древесины ее сжигание предусмотрено в котле с кипящим слоем ( рис. 5 ). Сжигание древесины с размером частиц более 1 мм происходит непосредственно в кипящем слое, древесная пыль сжигается в верхней части топки при помощи газовой горелки. Кипящий слой с температурой 750 °С состоит из древесины, песка, золы и присадок к топливу.

В верхней части топки температура не превышает 900 °С, что позволяет уменьшить эмиссию угарного газа.

В нижнюю часть топки подается первичный воздух, который смешивается с дымовыми газами, идущими на рециркуляцию.

Очистка дымовых газов происходит в два этапа:

1. некатолическое удаление азота;

2. сухая очистка в тканевом фильтре.

Применение котла со сжиганием топлива в кипящем слое имеет ряд преимуществ:

❏ возможность применения различных по теплотехническим свойствам видов топлива;

❏ сжигание смеси различных видов твердого топлива с разными неличными влажности и размерами частиц;

❏ высокий КПД;

❏ малая эмиссия СО и NO x ;

❏ компактность.

Использование древесных отходов для выработки тепловой и электрической энергии позволяет уменьшить зависимость от импорта газа и нефти, снизить выброс вредных веществ в атмосферу, создать новые рабочие места.

Древесное топливо является более дешевым по сравнению с традиционными видами топлива. Затраты на строительство котельных по сжиганию древесины выше затрат на аналогичные котельные, работающие на природном газе и жидком топливе. Для их строительства необходимы правительственные субсидии. Срок их окупаемости равняется 3-4 года.

Для условий Украины при постоянно растущих ценах на газ опыт Австрии по выработке тепловой и электрической энергии с использованием в качестве топлива древесных отходов, безусловно, актуален.