А.Э. Карапетов, ООО «ИЦ КотлоПроект», г. Санкт-Петербург

Обзор технологий слоевого сжигания биотоплив

1 Общая часть

Из известных на сегодня способов энергетического использования биотоплив сжигание в неподвижном слое (fixed bed combustion, в литературе на русском языке чаще используется термин «слоевое сжигание») является наиболее распространенным применительно к единичным мощностям, характерным для промышленной и коммунальной энергетики, т.е. примерно от 500 КВт до 50 МВт. Технологии сжигания в кипящем или псевдоожиженном слое (fluidized bed combustion) и в пылевидном состоянии (pulverized combustion, используется также термин «камерное сжигание») находят применение реже, в основном ближе к верхней границе указанного диапазона мощностей. Наиболее современную и эффективную технологию – циркулирующий кипящий слой (circulating fluidized bed) используют, как правило, в крупных энергетических котлах.

Рис. 1. Обобщенная схема горения биотоплива на решетке

В статье рассматриваются основные способы слоевого сжигания биотоплив, а также некоторые топочные устройства, в которых осуществляется синтез слоевого и вихревого сжигания. Из рассмотрения исключены установки для отопления частных домов или коттеджей, например, при помощи пеллетных горелок, также не затрагиваются ручные топки, как абсолютно морально устаревшие и экологически небезопасные, доля которых неуклонно снижается даже среди установок малой мощности.

Топочные устройства, использующие принцип слоевого сжигания – это, как правило, топки, оборудованные решетками и топки с нижней подачей. Первичный воздух проходит через неподвижный слой, в котором осуществляются сушка, выделение летучих и сжигание коксового остатка. Образующиеся горючие газы дожигаются над решеткой, после ввода вторичного воздуха, зачастую в зоне сжигания, конструктивно отделенной от слоя топлива (камере дожигания).

2 Топки, оборудованные решетками

2.1. Общие положения

Разнообразие известных типов решеток, использующихся в слоевых топках, весьма велико. Это: 

• неподвижные решетки, решетки с качающимися (опрокидывающимися) колосниками, 
• переталкивающие решетки (наклонные и горизонтальные),
• решетки в виде бесконечного полотна (ленточные, чешуйчатые цепные),
• вращающиеся решетки,
• вибрационные решетки.

Каждый из этих способов сжигания имеет свои плюсы и минусы, по-разному проявляющие себя в условиях сжигания различных топлив, поэтому выбор следует осуществлять после серьезного анализа, с учетом характеристик топлива и условий эксплуатации.

В целом, топки, оборудованные решетками, подходят для сжигания биотоплив с высокой влажностью, различного фракционного состава (с ограничением по количеству мелких пылевых частиц) и с высокой зольностью. Допускается сжигание смеси топлив, однако смешение топлив древесного происхождения с соломой, лузгой, шелухой и пр. может вызывать серьезные проблемы из-за различного поведения этих топлив в процессе сжигания, обусловленного малой влажностью и низкими температурами плавления золы соломы и других сельскохозяйственных отходов. Основной задачей в этом случае является обеспечение равномерного состава смеси по сечению решетки.

Современные топки состоят из четырех основных узлов:

• системы подачи топлива,
• собственно решетки с приводом,
• системы ввода вторичного (дожигового) воздуха
• системы выгрузки золо-шлаковых отходов.

Для качественного сжигания должно обеспечиваться равномерное распределение топлива и слоя шлака по всему сечению решетки. Это важно с точки зрения оптимальной подачи первичного воздуха к различным зонам решетки. Неравномерный, некорректный подвод первичного воздуха может быть причиной зашлаковки, повышенного уноса и способствовать росту общего избытка воздуха, необходимого для полного сжигания топлива.

Следует также не допускать режим так называемого «кратерного» горения, когда воздух прорывается через небольшие участки решетки, практически не принимая участия в горении, в результате чего существенно увеличивается доля недожога – как со шлаком, так и с уносом. Возникновению этого неблагоприятного режима способствует нарушение равномерности слоя шлака и очаговых остатков на решетке.

Средства для достижения качественного сжигания – гибкая система управления движением решетки, контроль за уровнем шлака и очаговых остатков (например, с помощью инфракрасных датчиков) и регулирование (желательно частотное) первичного воздуха, подаваемого к различным зонам решетки – для обеспечения оптимального его количества, требуемого для зон сушки, выделения летучих и дожигания коксового остатка. Развитая система подвода первичного воздуха позволяет также достичь глубины регулирования порядка 25-100% от номинальной нагрузки с сохранением восстановительной атмосферы в камере сжигания, что важно с точки зрения снижения выбросов NOx. Обобщенная схема горения биотоплива на решетке представлена на рис.1. 

Для ознакомления с полным текстом журнальной версии статьи направьте пожалуйста запрос, воспользовавшись формой обратной связи или нашим электронным адресом: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Статья опубликована в журнале  "Леспром-информ" № 1 (115), 2016 г.