Твердопаливні котли як альтернатива опалення газом

к. т. н., доцент Павлюст В. М., інж. Шелепило І. М.

В умовах стрімкого зростання цін на газове паливо та великої вірогідності нестабільного його постачання комунальні підприємства, деревообробні підприємства та інші споживачі теплової енергії шукають альтернативні способи забезпечення своїх потреб тепловою енергією з одночасним підвищенням випуску продукції та зменшенням витрат ресурсів (енергетичних, матеріальних, трудових) в енергомістких процесах

За науковими оцінками наша цивілізація за час свого існування вже використала енергію, яка відповідає приблизно 500 млрд т. у. п. (тонн умовного палива), причому 2/3 цієї енергії було використано протягом останнього століття. Без сумніву, промисловість, рушійною силою якої є конвенціональна енергетика, що спирається на викопне паливо (вугілля, нафта і газ), негативно змінила, а подекуди й знищила наше природне середовище. Адже, продукти спалювання викопного вуглеводневого палива – це, перш за все, вуглецевий пил, окиси сірки, азоту і вугілля, які отруюють воду, повітря і ґрунт. Тому припинення подальшого винищення природного середовища веде не тільки до модернізації конвенціональної енергетики, але також до поступової відмови від викопного палива (яке вже вичерпується) і заміщення їх альтернативними та відновлюваними джерелами енергії. До відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) належать енергія води, вітру, біомаси, сонячна енергія, геотермальна енергія і багато інших. Під терміном «біомаса» зазвичай розуміємо рослинний матеріал, починаючи від продуктів та відходів процесу обробки дерева і закінчуючи специфічними рослинами, вирощуваними завдяки високому вмісту особливих органічних компонентів (цукру чи олії).

Енергія, що міститься у біомасі, є джерелом найменш капіталомісткої відновлюваної енергії. Її виробництво може відбуватися у природному середовищі або на землях, непридатних для товарного та продовольчого с/г виробництва, а також в океанах, морях і водосховищах прісної води.

Біомаса є результатом реакції фотосинтезу, який проходить у рослинах під впливом сонячного проміння. Протягом року кількість утвореної біомаси в результаті фотосинтезу на загал у світі становить у перерахуванні на суху масу 220 мільярдів тонн. Під час спалювання частини біомаси, утвореної для спалювання, побічним продуктом є СО₂. Однак, у цьому випадку цей СО₂ вважається «нейтральним» до природного середовища, оскільки завдяки процесу фотосинтезу він циркулює у природі, подібно до природного обігу води. Час циклу відновлення біомаси – в межах від кількох місяців до кількадесяти років, залежно від виду рослини. Для енергетичних цілей найбільш доцільно використовувати дерев’яні відходи у лісівництві та деревообробній промисловості безпосередньо на підприємстві, оскільки таке використання відходів власного виробництва виключає транспортну статтю витрат. Також доцільно переробляти біомасу в паливні гранули, включно з використанням с/г відходів товарного виробництва (соломи, лушпиння, відходів олійних і бобових культур тощо).

Найважливіші аргументи щодо ефективного використання біомаси:

• постійне і повне постачання вітчизняного носія енергії (на відміну від імпортної нафти або газу);
• створення нових робочих місць;
• обмеження емісії СО₂ з невідновлюваних видів палива, що на відміну від СО₂ з біопалива не є нейтральним до середовища і може впливати на загальну емісію атмосферних забруднювачів та збільшувати парниковий ефект;
• економія значних коштів на фільтрацію та нейтралізацію токсичних димових газів;
• децентралізація виробництва теплової енергії, що підвищує енергетичну безпеку.

Виходячи з викладеного вище, можна зробити висновок, що найбільш доцільно використовувати котли на деревній біомасі безпосередньо на деревообробних та меблевих підприємствах.

На даний час у Європейському союзі, а також в Україні налагоджено випуск широкої гами біопаливних котлів, що працюють на відходах деревини, та супутнього обладнання до них. В Україні, наприклад, таке обладнання виробляє ТзОВ «Металіст», Львівська обл, див. рис. 1-3.

Рис. 1. Спеціалізоване обладнання для спалювання відходів деревини потужністю від 100 до 1600 кВт

Котли на біопаливі та додаткове обладнання до них

Біопаливні котли можна класифікувати як двоходові та триходові. Останні мають вищий ККД і таким чином є ефективнішими та економнішими. Спалювання покупних деревних паливних гранул у котлах безпосередньо на деревообробних підприємствах економічно невигідно через значну вартість самих паливних гранул. Паливні гранули можна використовувати в котлах, які виробляють теплову енергію для соціальних об’єктів, а саме: лікарень, шкіл, адміністративних закладів, супермаркетів і т. ін. Використання паливних гранул, виготовлених з відходів олійних культур, має такий недолік: попіл з деяких видів біопалива при високій температурі спалювання спікається, засалює колосникову решітку,тому виникає необхідність його механічного розбивання та чищення топок, що пов'язано з тимчасовим простоєм котельного обладнання.

Використання в цих котлах брикетів не дає можливості автоматизувати подачу палива. Отже, використовувати брикети найкраще в котлах невеликої теплової потужності (до 80 кВт), які встановлюються для обігріву житлових будівель.

Для деревообробних підприємств, які крім оброблювального обладнання використовують в технологічному процесі й лісопильне обладнання, найбільш економічно вигідним буде безпосередньо спалювати в котельних установках тирсу, тріску та кускові відходи, без будь-якої додаткової підготовки (додаткове підсушування тирси та кускових відходів). Сучасні твердопаливні котельні дозволяють здійснювати таке спалювання вологих матеріалів, причому, не надто знижуючи свою теплову потужність завдяки різним конструктивним вирішенням зазначеної проблеми, див. рис. 1. Такі установки призначені для систем гарячого водопостачання, водяного опалення приміщень, сушильних камер, теплиць т. ін., а також для забезпечення теплом технологічних процесів.

Енергетичні установки складаються з котла відповідної теплопродуктивності та системи автоматичного спалювання, див. рис. 2. Системи автоматичного спалювання (САС) забезпечують можливість спалювати тирсу вологістю до 70% (пилорамної), хоча при цьому частково втрачається їх максимальна потужність. Сучасні модернізовані системи автоматичного спалювання обладнуються універсальним бункером (тирса, тріска (щепа), гранули) та підсиленим шнеком і механізмом подачі палива.

Рис. 2. Системи автоматичного спалювання відходів деревини з підвищеною вологістю потужністю від 150 до 3000 кВт

При використанні на сушильних комплексах САС обладнуються пультами керування з високотемпературними датчиками, кутовими передтопками, іскрогасниками, скребковими транспортерами тощо.

Однак в Україні існує та випускається спеціальне обладнання, що дозволяє висушувати відходи деревини підвищеної вологості, рис. 3. Це обладнання продуктивністю від 300 до 1000 кг/год може використовувати вихідні топкові гази та/або гаряче повітря.

Рис. 3. Сушильні аеродинамічні комплекси для висушування деревних відходів з підвищеною вологістю

Деревообробні підприємства із значними річними програмами переробки деревини, що характеризуються накопиченням значної кількості деревних кускових відходів, необхідно додатково оснащувати дробарками для дерева, що переробляють його в тріску. Така додаткова технологічна операція одночасно вирішує для підприємства дві проблеми, а саме: значно зменшує площі для зберігання біопалива і дає можливість котельним комплексам працювати в автоматичному режимі спалювання.

Промислові котельні комплекси на твердому палеві

Біопаливні котельні комплекси (їх ще називають енергетичними комплексами, установками енергетичними і т. ін.) за останні 15-20 років стали широко використовуватись на деревообробних і меблевих підприємствах нашої держави, оскільки дали можливість підприємствам, які мають свої відходи деревини, не тільки повністю відмовитися від природного газу, рідкого палива і т. ін., але й утилізувати ці відходи. Такі твердопаливні котельні бувають різних типів та конструкцій.

Установки першого типу складаються з котла водогрійного або парового та бункера подачі палива (тирси, тріски і т. ін.). У тердотопливних котлах цих установок топка обов'язково викладена вогнетривким матеріалом (шамотна цегла, блоки з вогнетривкої суміші та ін.), для того, щоб під час роботи котла згенерувати якомога більшу кількість тепла та високу температуру для підсушування сирого палива, його часткової газифікації та якісного і повного згоряння.

Установки другого типу складаються з твердопаливного котла водогрійного або парового, пальника для тирси, тріски та ін. (який ще називають спалювачем, теплогенератором, газогенератором, передтопком та ін.) і бункера подачі палива. У цих установках котел має цілковито сталеву топку без використання шамотних чи інших матеріалів.

Шамотна цегла або блоки з вогнетривкої суміші використовуються у пальнику, де проходить згоряння та часткова газифікація подрібненого палива (тирси, тріски та іншої біомаси) за рахунок циклічної або постійної подачі палива з бункера і повітря, що подається вентилятором. У цьому випадку в котел потрапляє лише факел вогню та невелика кількість золи, яка осідає в зольнику котла. При такій роботі ККД установок другого типу вищий, ніж установок першого типу.

У твердопаливних котлах першого типу крім тирси та тріски можна спалювати дрова, кускові відходи та брикет, але лише тоді, коли відключений автоматичний режим подачі подрібненого палива (тирси, тріски чи іншої біомаси). У котлах другого типу періодично, постійно або паралельно з роботою пальника в топці котлів можна спалювати кускові відходи та дрова. В цьому випадку вищий ККД має перший тип котлів.

У котлах першого типу вогнетривкий матеріал, яким викладена топка котла, може бути механічно пошкоджений внаслідок експлуатації їх на дровах та кускових відходах (особливо при завантаженні дров і чищенні топки). Відповідно, ці котли потребують регулярного ремонту (один раз на 1-2 роки). У котлах другого типу під час завантаження та згоряння палива топка механічно не пошкоджується.

У твердопаливних котлах першого типу, щоби безпечно для обслуговчого персоналу почистити теплообмінник (димогарні труби) та топку, потрібно від 2-х до 12-ти годин (в залежності від потужності котла) для остигання вогнетривкого матеріалу в топці котла. Після чищення потрібно майже стільки ж часу, щоб вивести котел на робочий режим. Для котлів другого типу процес остигання та введення в режим займає від і0-ти хвилин до 2-х годин (в залежності від потужності котла), оскільки сталевий матеріал, з якого зроблений котел, швидко передає тепло воді, яка циркулює в системі.

Особливості вибору твердопаливного котла

При виборі твердопаливних котлів для підприємств більшість покупців не враховує можливості зупинки котла для технічного обслуговування (чищення, ремонту), навантажень у різні пори року, а також можливості появи різного роду форс-мажорних обставин (виходу з ладу обладнання або деяких його складових).

Найкращим, але не значно дорожчим вирішенням цієї проблеми є встановлення пари котлів меншої потужності, які поодинці можуть частково перекрити необхідну потужність для обігріву або інших технологічних процесів.

Також при виборі твердопаливного котла потрібно орієнтуватись на доступні види палива та враховувати, чи буде обраний котел ефективно працювати саме на цьому паливі (дрова, кускові відходи, паливні гранули, тирса, тріска і т. ін.).

І побутові, і промислові твердопаливні котли потребують належної уваги, для чого слід мати обслуговчий персонал належної кваліфікації. Для уникнення різного роду проблем потрібно чітко виконувати інструкції та рекомендації виробників котлів.

Наостанок зауважимо: треба враховувати, що котли, які виробляються в Україні та в Європейському союзі, мають подібні технічні та економічні показники, але зазвичай котли однакової теплової потужності Європейського виробництва будуть у декілька разів дорожчими, тому, обираючи відповідне обладнання, особливу увагу слід приділити саме виробам української промисловості.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 3 924