Сжигание древесных отходов для производства тепловой и электрической энергии в Австрии

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 древесных отходах, возрос с 60 до 80–90%.Использование эффективного пылегазоулавливающего оборудования значительно уменьшило количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. Программы ЕС совместно с австрийским правительством предусматривают субсидии на использование возобновляемых видов топлива. Использование в качестве топлива древесных отходов больше распространено среди 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 Oberosterreich. 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 древесных отходах. На рис. 2 представлена тепловая схема котельной мощностью 2,35 МВт в пос. Гутау (Австрия), работающей на древесных отходах. Выработка тепловой энергии происходит 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 котлов — 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 10 Genodos фирмы Gruenbeck, которая поддерживает рН = 9,5–10. Установка состоит из насоса и бака-дозатора, работающих в автоматическом режиме. Для удаления растворенных в сетевойводе газов используется деаэратор 11 фирмы Eder, 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, работа которых регулируется в зависимости от перепада давлений между подающей и обратной магистралью. Автоматическое устройство подачи древесных 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 сплинкерная 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 обеспечивает также 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 определяется на полугодовой запас, расчитываемый по теплотворной способности сжигаемой древесины (табл. 1). Пример расчета Для имеющейся котельной тепловой мощностью 2МВт 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 м³ указанного вида древесных отходов, равное 650 кВт•ч/м³. Произведенная в течении отопительного сезона работа равняется: 2000 [кВт]x(200[дней]x24[ч])/0,85 = 11 294 120 кВт•ч/год. Годовой запас топлива: 11 294 120[кВт•ч/год]/650[кВт•ч/м³]= 17 376 м³. Для хранения полугодового запаса необходимо помещение объемом 8688 м³. 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/м³. 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 15МВт электрической энергии (продается в наружные электросети 110 кВт).В табл. 2 приведены основные техникоэкономические характеристики когенерационной установки. В качестве энергоносителя используется древесные отходы сельского и лесного хозяйств, и промышленного производства (кора, опилки, древесная пыль), а также старая 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/ч, давлением 87,3 бар); ❏ Парогазовой установки (две конденсационные паровые турбины с отбором пара мощностью 66 и 40МВт электрической, 20 и 50МВт тепловой энергии; одна газовая турбина мощностью 80 МВт электрической энергии); ❏ Котельной установки по сжиганию газа и жидкого топлива (два котла по 15 МВт) для теплоснабжения г. Воклябрука; ❏ Парогенератора мощностью 4МВт. 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: ❏ дает возможность применения различных по теплотехническим свойствам видов топлива; ❏ обеспечивает сжигание смеси различных видов твердого топлива с разными значениями 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 дешевле других традиционных видов 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 окупаемости— три-четыре года.