VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В тепловом балансе котельного агрегата наибольшими являются потери теплоты с уходящими газами q₂. При сжигании высоковлажных древесных отходов (Wp>50%) эти потери могут достигать до 15 % от располагаемого количества теплоты топлива. Снижение температуры уходящих газов ведет к существенному росту КПД котлоагрегата и обычно достигается путем установки хвостовых поверхностей нагрева. Теоретически она могла бы снижаться до температуры воды, входящей в водяной экономайзер, или воздуха, входящего в воздухоподогреватель. Практически нижний предел температуры уходящих газов при сжигании влажных древесных отходов определяется из условия предотвращения конденсации водяных паров в дымовых газах при их парциальном давлении. При влажности древесного топлива Wp=55% и коэффициента избытка воздуха α=1,2…1,5 эта величина колеблется в пределах 57…65⁰С. Вероятность возникновения сернокислой коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева при сжигании древесных отходов очень мала[1]. Однако снижение температуры уходящих газов до нижнего предела связано с резким увеличением поверхностей нагрева. При этом возрастает их стоимость и расходы на электроэнергию для снабжения тягодутьевых устройств и насосов. Определение оптимальной температуры уходящих газов производится на основании технико-экономических расчетов с учетом затрат на древесное топливо, на ремонт поверхностей нагрева, их стоимость, установку необходимого оборудования. Величина оптимальной температуры уходящих газов находится в пределах 120⁰С.

После проведения анализа работы котлов ДКВр паропроизводительностью 4; 6,5: 10 т/ч, работающих на древесных отходах, была предложена схема компоновки хвостовых поверхностей. В качестве дополнительных поверхностей нагрева за воздухоподогревателем по ходу дымовых газов устанавливается экономайзер питательной воды и теплофикационный экономайзер[2]. Теплофикационный экономайзер служит для подогрева воды, которая затем поступает в водяной калорифер и в свою очередь подогревает воздух. Воздух, нагретый в калорифере, поступает в воздухоподогреватель, в результате чего, температура дымовых газов за воздухоподогревателем и температура воздуха, нагнетаемого в топку, повышается. Увеличение температуры дымовых газов позволяет между воздухоподогревателем и теплофикационным экономайзером вставить экономайзер питательной воды и нагревать воду, поступающую в котел. Нагрев воздуха промежуточным теплоносителем необходим, так как в противном случае из-за малого температурного напора за воздухоподогревателем потребуется дополнительная поверхность нагрева недопустимо больших размеров. Расчет хвостовых поверхностей котлоагрегатов проводится по общеизвестной методике. В ЦНИИМЭ были выполнены расчеты хвостовых поверхностей котлоагрегатов производительностью 4; 6,5; 10 т пара в час, при работе этих котлоагрегатов на отходах лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий. Обобщенные результаты этих расчётов позволило определить в первом приближении оптимальные температурные показатели работы отдельных элементов предложенной схемы хвостовых поверхностей нагрева для котельных, работающих на древесных отходах.

При проектировании хвостовой части рекомендуется выдерживать следующие температурные характеристики.

Расходы электроэнергии на тягодутьевые устройства и питательные насосы необходимо подсчитывать с учётом величины удельного расхода электроэнергии (0,5…1)· 10^-2 кВт/м² дополнительных поверхностей нагрева.

Предлагаемая схема утилизации вторичных тепловых ресурсов позволит увеличить КПД котлоагрегатов на 4…5 %. Экономия топлива при реализации предложенной схемы для котлов различной мощности составит: для котлов типа ДКВр-4-13 – 120 т усл. Топлива в год, для котлов ДКВр-6,5-13 – 190; для ДКВр-10-13 – 300.

Срок окупаемости дополнительных затрат составит 1,5…2 года.

Возможно также использование теплоты отходящих газов котельных установок в различных сушильных агрегатах, как отдельно стоящих, так и встроенных в котельные установки. Применяются для этой цели барабанные сушилки, трубы-сушилки, спирально-циклонные сушилки, где агентом сушки являются дымовые газы за котлом с температурой 250…350 ⁰С. На основании предварительных проработок установлено, что барабанная сушилка способна обеспечить котельную установку подсушенным топливом мелкого или крупного фракционного состава, но имеет большие габариты и металлоемкость. Труба-сушилка не может быть рекомендована для подсушки древесных отходов в обычных условиях лесопромышленных предприятий, так как требует большой однородности фракционного состава топлива. Циклонно-спиральная сушилка при совместной работе с котлом может обеспечить последний сухим топливом, но только в случае его мелкого фракционного состава. При подсушке же крупных частиц топлива она должна работать от индивидуальной топки. Приведенные соображения позволяют считать, что экономически более целесообразно применять традиционные схемы использования теплоты уходящих газов с помощью воздухоподогревателей и экономайзеров.

Выбирая загородный дом или землю под застройку, потенциальные покупатели обращают особое внимание на газоснабжение участка. В нашей стране более половины сел и малых городов еще не газифицированы, и выбор между соляркой и твердым топливом (электричество как массовый источник тепла вообще не рассматривается) население делает в пользу последнего - дешевого, либо вообще бесплатного. К тому же древесина является воспроизводимым видом топлива и имеет так называемый нейтральный баланс СО₂ - при сжигании выделяется такое же количество СО₂, какое поглощает растущее дерево в процессе фотосинтеза.

Традиционно выбираются обычные твердотопливные котлы, обладающие небольшой теплотворной способностью топлива. Так, для отопления дома площадью около 250 кв.м. только дровами потребуется около 27 куб.м., а углем - до 7 т. за сезон. Такое топливо приходится довольно часто загружать в топку: уголь - обычно каждые 6-8 ч., дрова - через 2-3 ч. Горение происходит неравномерно, с переменной интенсивностью и выделением сажи. Для более высокой теплотворной способности твердотопливного котла необходимо оптимизировать процесс горения древесины с применением пиролизных котлов.

В твердотопливных котлах сгорает не только древесина, но и древесный газ, выделяющийся под действием высокой температуры, топливо не разгорается пламенем, а тлеет. В слой тлеющих углей, находящихся в бункере для топлива, вентилятором подается первичный воздух. Под действием высокой температуры топливо разлагается на углерод, водяной пар, смолы и масла. Дальнейшая реакция между кислородом и углеродом обеспечивает температуру, достаточную для образования окиси углерода (СО) - главного горючего компонента вырабатываемого газа. Смолы и масла также разлагаются на газы, содержащие водород. Возникающий в результате генераторный газ обладает высокой теплотворной способностью. Далее он проходит через форсунку (как правило, керамическую), где смешивается с вторичным воздухом. Газовоздушная смесь воспламеняется в камере сгорания, при этом не только выделяется теплота, но и сгорают тяжелые соединения и частицы сажи. Вентилятор пиролизного котла дает возможность управлять процессом сжигания, а значит, мощностью котла[3].

В качестве топлива рекомендуют сухие поленья, влажностью до 20%. Решающее влияние на мощность и КПД котла, а также на интервал закладки топлива имеет порода древесины. Если топливо, а также расход первичного и вторичного воздуха подобраны правильно, генераторный газ горит практически белым пламенем. Медленное тление большой порции древесины позволяет газогенераторным котлам работать до 10 часов на одной загрузке топлива.

Список литературы:

1. Кондратьев Р.В., Кочева М.А. Использование альтернативных видов топлива в северных районах нижегородской области./ Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 306-307.

2. Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 224 с

3. Донцов Д.П., Кочева М.А Повышение эффективности использования тепловой энергии из газогенераторов с помощью теплоаккумуляторов./ Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 300-301

Код для цитирования: Скопировать