CC BY
50
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В.К. ЛЮБОВ, проф. каф. промышленной теплоэнергетики Архангельского ГТУ, д-р техн. наук, В.В. ГОРЮНОВ, асп. каф. промышленной теплоэнергетики Архангельского ГТУ
vlubov@atknet.ru; vasek.goryunov@mail.ru
На предприятиях Архангельской области на протяжении многих лет успешно ведутся работы по обеспечению комплексного использования древесного сырья. Очередные крупные шаги в данном направлении были сделаны ЗАО «Лесозавод 25», где смонтированы и запущены в работу мини-ТЭЦ и цех по производству древесных гранул.
Мини-ТЭЦ, выполненная по проекту австрийской фирмы POLYTECHIK Luft und Feuerunqstechnik GmbH, оборудована двумя котлоагрегатами PRD-7500 номинальной паропроизводительностью 9,5 т/ч каждый, вырабатывающими перегретый пар давлением 2,4 МПа с температурой 420 0С (рис. 1). Для выработки электроэнергии и обеспечения потребностей предприятия в тепловой энергии установлена противодавленческая турбина мощностью 2,2 МВт. Мини-ТЭЦ имеет два склада топлива, оборудована автоматическими системами топливоподачи и системами управления всеми процессами технологической схемы.
В топочных камерах котлоагрегатов PRD-7500 реализована трехступенчатая схема сжигания. Для дополнительного повышения экологических показателей котла и жизненного цикла колосниковой решетки и обмуровки
смонтированы две линии рециркуляции дымовых газов. В одну из них с помощью дымососа рециркуляции направляются отработанные газы после воздухоподогревателя, а в другую - продукты сгорания из камеры очищенного газа золоуловителя. Топка оборудована наклон-но-переталкивающей колосниковой решеткой, с позонным вводом первичного воздуха. Для увеличения времени пребывания дымовых газов в ней установлено два промежуточных свода. Температурный уровень обмуровки топочной камеры контролируется с помощью термоэлектрических датчиков, а высота слоя топлива на решетке с помощью четырех фотоэлектрических «барьеров».
Котлоагрегаты оборудованы двухходовыми дымогарными газоводяными теплообменниками, конвективными пароперегревателями с пароохладителями впрыскивающего типа, водяными экономайзерами, золоуловителями и рекуперативными трубчатыми воздухоподогревателями. Для поддержания требуемого уровня солесодержания котлы имеют непрерывные и периодические продувки. Очистка поверхностей нагрева котлоагрегатов от золовых отложений осуществляется с помощью пневмообдувки.
58
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
16 15
9
Рис. 2. Технологическая схема линии гранулирования: 1 - теплогенерирующая установка; 2 - приемный бункер теплогенератора; 3 - дозировочный бункер древесного сырья; 4 - барабанная сушилка; 5 - золоуловитель; 6 - дымовая труба; 7 - циклонный пылеуловитель; 8 - сборный бункер пылеуловителя; 9 - дымовая труба; 10 - продольный цепной конвейер; 11 - бункер сухого материала; 12- мельница; 13 - система пневмотранспорта; 14 - приемный бункер пресс-гранулятора; 15 - пресс-гранулятор; 16 - устройство сортировки гранул
Для обеспечения полного использования отходов, образующихся в технологическом цикле предприятия, на лесозаводе были смонтированы и запущены в работу две линии (рис. 2) цеха по производству древесных гранул из отходов лесопильного производства, которые обеспечили выпуск гранул диаметром 8 мм. Цех оборудован складами топлива, исходного сырья и готовой продукции, имеет автоматическую систему управления процессами технологической схемы, большая часть электропривода имеет частотное регулирование.
На каждой из линий сушильный агент вырабатывается с помощью теплогенерирующих установок 1, работающих преимущественно на коре и оборудованных наклон-но-переталкивающими решетками. В топках теплогенераторов реализована двухступенчатая схема сжигания. Для подготовки сушильного агента в смесительную камеру, расположенную за камерой догорания, подается воздух, прошедший по охлаждающей «рубашке» газохода перед барабанной сушилкой и «рубашке» золоуловителя теплогенератора. Сушильный агент после очистки в батарейном золоуловителе 5 поступает в смесительный участок перед одноходовой сушилкой барабанного типа, где подхватывает влажное сырье и транспортирует его в сушилку 4, длина которой составляет 12,6 м, а диаметр 2,8 м. Высушенное сырье отделяется от сушильного агента в циклонном пылеуловителе 7, отрабо-
танный сушильный агент дымососом направляется в индивидуальную трубу 9 высотой 24 м. Сухое сырье измельчается в молотковой мельнице 12. Древесная мука до поступления в пресс-гранулятор 15 с цилиндрической матрицей увлажняется паром, поступающим с мини-ТЭЦ. Готовые гранулы после охладительной установки проходят сортировку 16 и поступают на склад готовой продукции.
Для комплексной оценки эффективности работы установленного оборудования были проведены энергетические обследования мини-ТЭЦ и цеха по производству древесных гранул. Для повышения оперативности и точности обработки результатов энергетических обследований использовался программно-методический комплекс (ПМК), блок-схема которого представлена на рис. 3. ПМК реализован в виде комплекса компьютерных программ, способных работать как вместе, так и автономно, прошедших тестирование при проведении промышленных испытаний более 150 различных энергоустановок. ПМК позволяет определять технико-экономические и экологические показатели работы теплоэнергетического оборудования с учетом горения топлива, теплообмена, образования вредных веществ, оценивать надежность работы поверхностей нагрева и техническое состояние оборудования; анализировать работу газовых и воздушных трактов; обрабатывать результаты теплотехнического и гранулометрического анализов топлив и очаговых остатков.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
59
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Рис. 3. Блок-схема программно-методического комплекса
Таблица 1
Некоторые результаты энергообследования котлоагрегатов PRD-7500
Наименование величины Обозначение, размерность Котел №1 Котел №2
Опыт №10 Опыт №11 Опыт №13 Опыт №14
Паропроизводительность Апп, т/ч 5,9 7,4 4,3 6,1
Давление перегретого пара Рп.п, МПа 2,54 2,52 2,6 2,6
Температура перегретого пара /п.п,°С 388 389 401 403
Давление питательной воды Рп.в, МПа 3,05 3,01 3,09 3,06
Температура питательной воды А,, оС 103,3 103,3 101,1 101,3
Влажность топлива W, % 59,66 59,66 59,66 59,66
Зольность топлива Аг, % 2,18 2,18 2,18 2,18
Теплота сгорания Qri, МДж/кг 6,13 6,13 6,13 6,13
Температура первичного воздуха в 1 и 2/ в 3-ю зоны t °С *1,2/3’ ^ 110/76 113/76 114/97 116/96
Температура газов до и после ВЭ Э ’/Э ’’ оС 267/163 267/163 270/176 272/180
Температура газов до и после ВП Э /Э оС 162/138 161/138 171/119 173/121
Избыток воздуха в уходящих газах аух 1,52 1,50 1,86 1,72
Потери теплоты: с уходящими газами 42, % 9,77 9,69 9,29 9,01
с химнедожогом 4з, % 0,03 0,06 0,02 0,04
с мехнедожогом q4, % 0,50 0,50 0,38 0,38
от наружного охлаждения 45, % 2,3 1,84 3,10 2,19
КПД котла брутто Пбр, % 87,24 87,75 87,04 88,22
Полный расход биотоплива Вдр, т/ч 3,047 3,802 2,255 3,161
Эмиссия СО СО, мг/МДж 31 67 22 41
Эмиссия NO,, NOх, мг/МДж 201 208 235 240
Эмиссия твердых частиц Этв.ч, мг/МДж 53,5 52,7 54,1 52,8
60
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 2
Результаты энергетического обследования линий гранулирования
Наименование величины Обозначение, размерность Линия «А» Линия «Б»
Опыт №1 Опыт №2 Опыт №5 Опыт №6
Производительность теплогенератора Q, МВт 3,48 3,43 3,64 3,80
Влажность топлива W, % 47,45 47,45 47,45 47,45
Зольность топлива Ar, % 0,88 0,88 0,88 0,88
Низшая теплота сгорания топлива Qri, МДж/кг 9,11 9,11 9,11 9,11
Температура первичного и вторичного воздуха tв, оС 18 18 18 18
Температура газов на выходе из топки Ф о О 1187 1196 1160 1172
Потери теплоты: с химнедожогом Яз, % 0,69 0,80 0,40 0,93
с мехнедожогом Я4, % 0,23 0,23 0,23 0,23
от наружного охлаждения Я5, % 1,80 1,80 1,80 1,80
Полный расход биотоплива В, т/ч 1,410 1,390 1,471 1,542
Эмиссия N0* N0*, мг/МДж 723 754 777 815
Эмиссия СО СО, мг/МДж 231 246 131 301
КПД брутто топки теплогенератора Пбр, % 97,24 97,13 97,53 97,00
Температура газов перед сушилкой Зсуш, оС 551 523 533 543
Избыток воздуха в сушильном агенте асуш 3,82 4,12 4,12 4,12
Количество сушильного агента на 1 кг сырья Яь кг/кг 2,42 2,58 2,53 2,50
Сопротивление барабанной сушилки Мсуш, Па 390 440 500 470
Температура газов за сушилкой Зух, “С 74 73 76 79
Избыток воздуха в газах за сушилкой аух 4,16 4,52 4,29 4,29
Суммарные потери теплоты от наружного охлаждения установки Я, % 2,61 2,62 2,54 2,43
Влажность сырья до и после сушилки W/, % 55,3/11,81 55,3/11,76
Зольность сырья до и после сушилки Ad, % 0,07/0,28 0,07/0,28
Выход летучих веществ до и после сушилки Vdaf, % 84,87/84,34 84,87/84,2
Теплота сгорания сырья до и после сушилки Qri, МДж/кг 7,11/16,46 7,11/16,47
Сопротивление пылеуловителя ДУу, кПа 1,51 1,49 1,62 1,64
Удельный расход услов. топлива на 1 т гранул в, кг у.т/т 135,6 136,4 135,9 137,4
Влажность древесных гранул W[, % 7,58
Зольность гранул на сухую массу Ad, % 0.39
Выход летучих веществ на горючую массу Vdaf, % 83,53
Кажущаяся плотность Рк, г/см3 1,237
Низшая теплота сгорания гранул Qr, МДж/кг 17,52
Выполненные исследования показали, что котлоагрегаты PRD-7500 способны развивать мощность до 9-9,5 МВт каждый, при этом турбоагрегат длительно обеспечивал нагрузку до 2,5 МВт. Реализация преимуществ комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на основе использования древесных отходов позволила производить более дешевую тепловую и электрическую энергию (в 8-10 раз, чем получаемую от ОАО «АГК»), а также обеспечила значительное уменьшение загрязнения окружающей среды и зависимости предприятия от внешних источников энергии. Энергообследование показало, что конструкция котлоагрегатов и система автоматического регулирования режимов
их работы обеспечивают высокую полноту выгорания горючих компонент топлива, так концентрация монооксида углерода в уходящих газах составляла КСО = 38...186 мг/нм3 (при К02 = 6 %), содержание горючих веществ в уносе не превышало Сгун < 5,7 %, а в шлаке Сгшл < 3,8 %. Установка золоуловителей инерционного типа в газовых трактах котлоагрегатов до рекуперативных воздухоподогревателей не только обеспечила достаточно высокую степень очистки продуктов сгорания (узу = 88,6.90,2 %), но и повысила эффективность и надежность работы воздухоподогревателей. Суммарное сопротивление котлоагрегатов при номинальной нагрузке не превышало 2,0 кПа.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
61
