В послевоенные годы бурное развитие добычи угля, нефти и газа практически полностью вытеснило торф, растительные, древесные и другие горючие отходы из теплового баланса в СССР. Это было связано как с трудностью организации крупнотоннажного производства и заготовки этих топлив, так и с большими проблемами организации их эффективного сжигания. За рубежом эти виды топлив широко применялись и применяются сейчас, особенно в коммунальной и малой теплоэнергетике. Их использование часто дотируется государством, например путем организации рубок ухода в лесничествах с производством дешевой щепы и при организации других природоохранных мероприятий.

Вступление России в полосу кризисов, в том числе энергетического, создало предпосылки для развития коммунальной и малой энергетики на базе использования дешевых и легкодоступных низкосортных местных топлив и горючих отходов.

Обычно доля топлива в стоимости отпускаемого тепла составляет 40 60 %. Поэтому переход от использования дорогих энергетических углей, газа и мазута к бесплатным горючим отходам и дешевым местным топливам дает существенные выгоды. Кроме того, применение своих топлив, разработка торфяников и местных месторождений низкосортных углей хотя и потребует затрат на ведение этих работ, но в целом скажется положительно благодаря открытию новых рабочих мест в удаленных регионах. К тому же сжигание отходов, т. е. огневое обезвреживание горючих отходов, – это наиболее простой и эффективный способ кардинального решения проблемы защиты окружающей среды от загрязнений. Сжигание отходов позволяет существенно поднять экономическую устойчивость и рентабельность предприятия еще и за счет исключения затрат на экологические штрафы, на вывоз отходов, мусора и на содержание предприятием пожароопасных свалок отходов.

Низкосортное топливо будет гореть

Основным препятствием перехода на сжигание местных низкосортных углей, торфа, растительных и древесных отходов является сложность организации устойчивого топочного процесса. Самым простым по технологии является способ слоевого сжигания на колосниковых решетках. Однако отходы и местные угли, как правило, в таких топках не горят.

Многолетний опыт показывает, что практически все имеющиеся типовые топки и котлы не приспособлены для сжигания древесных отходов, торфа и низкокачественных топлив типа переувлажненных бурых и других сортов местных углей. Поэтому для перевода котельных на сжигание нетрадиционных топлив требуются новые топочные устройства и новые технологии сжигания.

За рубежом после энергетического кризиса 1970 80 х годов экономические и экологические соображения, принимаемые во внимание при проектировании и эксплуатации котельно топочной техники, стали определяющими. При этом главным направлением улучшения технико-экономических и экологических показателей котельных установок стало развитие топок кипящего слоя с низкой температурой сжигания.

Топочные процессы с использованием низкотемпературного кипящего слоя или сильно загруженных инертными частицами (золой) циркулирующих потоков создают многократное увеличение тепловой инерции топки за счет введения частиц. Это стабилизирует топочный процесс, обеспечивает его изотермичность и позволяет осуществлять сжигание при относительно низкой температуре, порядка 800 1000 °С.

Экология и эффективность

Эффективность низкотемпературного сжигания объясняется принципиальной возможностью снижения вредных выбросов в дымовых газах по сравнению с широко применяемыми высокотемпературными процессами горения. При этом удовлетворяются жесткие санитарные нормы по оксидам серы и азота без применения дорогостоящих схем газоочистки.

Отечественный опыт и зарубежная практика показывают, что топки кипящего слоя соответствуют постоянно ужесточающимся и расширяющимся по номенклатуре ограничениям на выбросы широкого круга вредных веществ. Количество образующихся органических соединений типа угарного газа, бензапиренов, диоксинов и др. уменьшается благодаря равномерному и высокоэффективному перемешиванию и выжиганию в топочном объеме. Помимо этого, при пониженной температуре топочного процесса возгонка минеральной части (золы) топлива минимальна и, следовательно, минимальны загрязнения поверхностей нагрева, а оксиды серы и «кислые соединения» других элементов типа хлора и фтора могут подавляться золой или серопоглотителями, – например дробленым известняком.

Изотермичность и хорошее перемешивание в топке обеспечивают низкую (меньше нескольких процентов) концентрацию горючих в золе. Такие топочные процессы характеризуются, во первых, высокой степенью выгорания горючих и, соответственно, малыми потерями угля, а во вторых – позволяют сжигать различные горючие отходы и самые низкосортные топлива. При слоевом сжигании углей, даже энергетических, котельный шлак содержит до 70 80 % горючих и может успешно сжигаться в топках кипящего слоя.

«Всеядные» котлы

В настоящее время все более отчетливо выявляются реальные пути преодоления кризиса теплоснабжения, наполовину обусловленного неэффективным и расточительным использованием топливных ресурсов и пренебрежением собственными резервами. Применение дешевых местных углей, древесных отходов, отходов зернопереработки, торфа, гидролизного лигнина, отходов углеобогащения и других отходов, зачастую имеющих «отрицательную» стоимость, позволяет решить или хотя бы снять остроту экономических вопросов жилищно-коммунальных и промышленных предприятий, а также значительно снизить себестоимость вырабатываемого тепла.

В качестве примера можно привести Теплоозерский цементный завод, где в 1998 г. запущен котел ТП-35У с топкой низкотемпературного кипящего слоя, работающий на местных бурых углях, – и была снята проблема мазута. Такой же способ сжигания применен на котлах КЕ-10 в п. Чегдомын, ДКВр-20 в г. Бикине и КЕ-25 в г. Хоре (Хабаровский край). Проведены успешные реконструкции котла ТС-35 на Читинской ТЭЦ-2, котлов КВТС-20, ДКВр-10, ДКВр-20 в г. Лесосибирске, котла ДКВр-20 на бурых углях в г. Красноярске.

Котлы с топками кипящего слоя обладают уникальной «всеядностью» к топливам, отличными показателями по выбросам оксидов серы и азота, высоким коэффициентом полезного действия и особенно перспективны при переходе на сжигание высокозольных переувлажненных углей, а также древесных и других горючих отходов.

Результаты испытаний котлов теплопроизводительностью от 2,2 до 22,9 Гкал/ч с топками кипящего слоя при сжигании различных топлив показали, что КПД реконструированных котлов достаточно высок. Лишь в случае опытного сжигания отсева антрацита АСШ из за значительного (~9 %) механического недожога КПД котлов КВ 1,6 и Ке-6,5 не превысил 77,5 %. Но в дальнейшем были разработаны проекты котлов для сжигания АСШ с КПД не ниже 82 %.

В настоящее время НИЦ ПО «Бийскэнергомаш» для котлов производительностью выше 20 Гкал/ч использует более совершенную технологию, приближающуюся по своим параметрам к циркулирующему кипящему слою. Такая технология была применена при реконструкции котлов ТС-35У ст. № 7 и 8 Читинской ТЭЦ-2. Выбранная инженерами конфигурация топки и система вторичного дутья позволили:
улучшить выжиг топлива (механический недожог не превышает 2,5 – %) без применения дорогостоящих систем возврата-уноса, применяемых на котлах с циркулирующим кипящим слоем; КПД котла на номинальной нагрузке составил при этом 86,0 %;
в два раза снизить выбросы оксидов азота, концентрация которых на – реконструированном котле не превышает 200 мг/м3;
устранить потери тепла с – химическим недожогом.

В результате удалось получить более надежный и управляемый котел с КПД брутто не менее чем на 4 % выше, чем до реконструкции.

Сжигание в вихре

Не менее перспективной является технология сжигания топлив в низкотемпературном вихре. Она применима для обычных энергетических и местных углей, а также древесных и растительных отходов. По стабильности горения, глубине выгорания топлива и экологическим показателям котлы с низкотемпературным вихревым сжиганием приближаются к характеристикам котлов с топками кипящего слоя.

На вихревой способ сжигания переведено три котла ЭЧМ-60 производительностью 60 Гкал/ч в котельной ЖКХ г. Междуреченска Кемеровской области. Реконструкция позволила отказаться от подсветки факела мазутом. А до реконструкции около 30% нагрузки котлов обеспечивалось сжиганием мазута. Эта же технология использована в котлах КЕ-4 и КЕ-6,5 для сжигания подсолнечной лузги в г. Барнауле.

В Абазинском лесокомбинате в Хакасии работа одного котла КВ 1,6 95ВД с вихревой топкой на древесных отходах за один отопительный сезон дала экономию средств на оплату централизованного теплоснабжения от ТЭЦ, достаточную для покрытия затрат по строительству и оснащению собственной котельной.

Приведенный перечень примеров является далеко не полным и касается лишь так называемых «особых» котлов. Экономические проекты, основанные на использовании таких котлов, чрезвычайно выгодны. Срок окупаемости вложенных средств составляет от 3 месяцев до 1,5 лет в зависимости от конкретных условий.

Необходимо также отметить, что типовое котельное оборудование можно использовать с не меньшей выгодой. Не секрет, что в силу монопольно высоких тарифов на отпускаемые энергоносители многие руководители предприятий желают «отсоединиться» от ТЭЦ. Экономия в этом случае получается весьма значительной. К примеру, собственная котельная, состоящая из трех котлов типа ДЕ-25, построенная в одном из опустевших производственных цехов завода «Трансмаш» в г. Барнауле, окупилась за шесть месяцев.

Серийное типовое оборудование может быть адаптировано к местным топливам и условиям выработки и потребления энергии. Им могут комплектоваться ТЭЦ малой мощности с турбинами до 12,5 МВт для покрытия собственных потребностей в электроэнергии, технологическом паре и отоплении.
Выгодным мероприятием для теплопроизводящих предприятий является замена устаревшего, изношенного парка котлов, зачастую изготовленных полукустарным способом, на современное высокоэффективное оборудование. При этом снижается расход угля, повышается надежность работы, улучшаются экологические показатели котельной и условия труда персонала.

Александр МАШТАКОВ, Александр СИДОРОВ
Энергетика и промышленность России