Котлы на биомассе: производство пара из скорлупы фундука, пеллет, оливкового жмыха и опилок

Скорлупа фундука, жмых, пеллеты или опилки: во многих промышленных регионах эти виды топлива являются либо отходами производства, либо доступным ресурсом в непосредственной близости. Правильно спроектированный котел на биомассе превращает эти виды топлива в экономичный и постоянный источник пара. Но не вся биомасса горит одинаково; ее влажность, зольность и объем напрямую влияют на конструкцию котла.
В этой статье мы сравниваем типичные значения теплотворной способности, влажности и зольности наиболее распространенных видов биотоплива; рассматриваем риски образования шлака и коррозии, хранение и подачу, как рассчитывается размер вращающейся колосниковой решетки в зависимости от топлива, а также экономическую сторону вопроса.

Что такое котел на биомассе?

Котел на биомассе – это котел, который производит пар, перегретую воду или горячую воду путем сжигания топлива растительного происхождения, такого как скорлупа фундука, древесные пеллеты, жмых, опилки и шелуха подсолнечника. В промышленности обычно используется водотрубный котел с автоматической подачей топлива и системой удаления золы, чаще всего с вращающейся колосниковой решеткой.
Биотопливо состоит из отходов сельского хозяйства, пищевой и лесной промышленности или пеллет, произведенных для этой цели. По сравнению с углем, оно имеет низкую теплотворную способность и высокое содержание летучих веществ. Поэтому для получения того же количества пара требуется больше массы топлива, больший объем хранения и специальный режим сжигания. Основная задача при проектировании парового котла на биомассе – адаптировать котел к топливу. Мы объяснили, как вращающаяся колосниковая решетка подает, сжигает и удаляет золу биомассы в нашей статье «Как работает вращающаяся колосниковая решётка».

Сравнение видов биотоплива: теплотворная способность, влажность и зольность

В таблице ниже приведены типичные значения наиболее часто встречающихся в промышленности видов биотоплива и импортного угля для сравнения.

Примечание: Значения в таблице являются типичными/приблизительными диапазонами; они варьируются в зависимости от источника топлива, сезона и условий хранения. Для точных значений необходим анализ образца. В Çiftel мы запрашиваем анализ топлива, которое будет использоваться, прежде чем начать проект по биомассе.

Скорлупа фундука

Это один из самых беспроблемных видов биотоплива благодаря своей сухости, твердости и низкой зольности. Его текучая структура облегчает подачу шнеком. Основная проблема для котла, сжигающего скорлупу фундука, заключается в сезонности поставок и планировании места для хранения, достаточного на весь год.

Древесные пеллеты

Благодаря стандартному размеру, низкой влажности и высокой плотности, это наиболее простое в эксплуатации биотопливо. Пеллетный котел хорошо работает со стокером при небольшой мощности и с вращающейся колосниковой решеткой при большой мощности. Поскольку это переработанное топливо, удельная стоимость энергии обычно выше, чем у топлива из отходов.

Жмых

Это отходы производства оливкового масла; сушеный и обезжиренный жмых имеет хорошую теплотворную способность. Поскольку содержание золы относительно высокое, следует учитывать производительность системы удаления золы и склонность к образованию шлака. При проектировании котла, сжигающего жмых, также учитывается изменение влажности от партии к партии.

Опилки и щепа

Это отходы лесной и мебельной промышленности. Теплотворная способность в значительной степени зависит от влажности: сухие опилки хорошо горят, тогда как у влажной щепы теплотворная способность может снизиться вдвое. Для котла, сжигающего опилки, из-за легкой и волокнистой структуры следует отдельно рассмотреть объем хранения и образование сводов в бункере.

Шелуха подсолнечника

Это отходы производства подсолнечного масла; она сухая и имеет высокую теплотворную способность. Содержание золы выше, чем у скорлупы фундука, и в некоторых партиях может наблюдаться склонность золы к размягчению при низких температурах. Поэтому температура слоя и распределение воздуха приобретают важное значение.

Почему взаимосвязь между влажностью и теплотворной способностью так важна?

Вода в топливе не горит; наоборот, она расходует собственную энергию топлива для испарения. Поэтому по мере увеличения влажности биомассы низшая теплотворная способность значительно снижается. Строка с опилками в таблице ясно это показывает: те же опилки в сухом состоянии могут превышать 4 000 ккал/кг, тогда как в очень влажном состоянии они снижаются до примерно 2 000 ккал/кг.
Это имеет три последствия для эксплуатации:

• Больше топлива: Расход топлива для получения того же количества пара может увеличиться почти вдвое; система подачи и удаления золы также увеличивается соответственно.
• Больше дымовых газов: Испаряющаяся вода увеличивает объем дымовых газов; вентилятор и газоход переносят больший объем, увеличиваются потери тепла с дымовыми газами.
• Более низкая температура топки: Горение охлаждается, воспламенение затрудняется, и зона сушки на колосниковой решетке удлиняется.

Практический результат таков: по возможности храните топливо в закрытом и вентилируемом помещении, договоритесь с поставщиком о пределе влажности. Вы можете самостоятельно увидеть стоимость влажности, экспериментируя с различными значениями теплотворной способности в инструменте «Расчёт расхода топлива котла».

Температура плавления золы, шлакование и коррозия

Значительная часть эксплуатационных проблем в котле на биомассе связана с поведением золы. Содержание золы в биомассе обычно ниже, чем в угле; однако поведение золы не менее важно, чем ее количество. Температура плавления золы – это температура, при которой зола размягчается, плавится и становится липкой. Если температура слоя приближается к этому значению, зола образует шлак, забивает воздушные зазоры колосниковой решетки и горение локально нарушается.
В некоторых сельскохозяйственных отходах может быть выше содержание щелочных металлов, таких как калий, и хлора. Эти компоненты могут приводить к образованию липких отложений на теплопередающих поверхностях котла, то есть к загрязнению и, в долгосрочной перспективе, к коррозии. Основные меры предосторожности:

• Запрашивать температуру плавления золы и, по возможности, содержание щелочей и хлора при анализе топлива
• Регулировать толщину слоя и распределение воздуха под колосниковой решеткой таким образом, чтобы контролировать температуру слоя
• Смешивать рискованное топливо с более подходящим топливом
• Планово очищать теплопередающие поверхности и отложения сажи

Насыпная плотность, хранение и подача топлива

Биомасса имеет как более низкую теплотворную способность, так и более низкую насыпную плотность по сравнению с углем. Например, древесные пеллеты обычно имеют насыпную плотность 600–700 кг/м³, тогда как опилки и щепа обычно имеют насыпную плотность 150–350 кг/м³. Для хранения того же количества энергии для опилок требуется в несколько раз больший объем бункера и склада, чем для пеллет.
Линия подачи топлива также выбирается в зависимости от топлива:

• Легкосыпучие виды топлива (скорлупа фундука, пеллеты, шелуха подсолнечника) бесперебойно транспортируются шнеком из бункера.
• Волокнистые и легкие виды топлива (опилки, щепа) могут образовывать своды в бункере; может потребоваться бункер с мешалкой или подвижным дном и более крупный шнек.
• Влажные и липкие виды топлива (влажный жмых) могут прилипать к стенкам бункера; геометрия бункера и скорость подачи определяются соответствующим образом.

В котлах на биомассе с вращающейся колосниковой решеткой Çiftel топливо забирается из бункера шнеком и равномерно распределяется по колосниковой решетке; толщина слоя регулируется автоматически. Проектирование линии подачи вместе с котлом предотвращает значительную часть простоев на месте.

Как рассчитывается размер вращающейся колосниковой решетки для биомассы?

В котле на биомассе вращающаяся колосниковая решетка рассчитывается в зависимости от калорийности топлива, зольности, влажности, содержания летучих веществ и температуры плавления золы. Для одной и той же паропроизводительности колосниковая решетка, сжигающая скорлупу фундука, и колосниковая решетка, сжигающая влажные опилки, не будут одинакового размера. Основные параметры проектирования:

• Ширина колосниковой решетки: Определяется в зависимости от часового расхода топлива и целевой толщины слоя; для низкокалорийного топлива требуется более широкая колосниковая решетка.
• Длина колосниковой решетки: Должна соответствовать времени сушки, газификации, горения и образования золы топлива на колосниковой решетке; влажное топливо требует более длинного пути.
• Толщина слоя: Регулируется в зависимости от размера и проницаемости топлива; слишком толстый слой затрудняет прохождение воздуха, слишком тонкий слой переносит несгоревшее топливо в золу.
• Количество и распределение воздуха: Воздух для горения подается снизу колосниковой решетки и обычно распределяется по зонам вдоль колосниковой решетки; для биомассы с высоким содержанием летучих веществ распределение воздуха в камере сгорания также приобретает важное значение.

Запатентованная система сжигания твердого топлива с вращающейся колосниковой решеткой Çiftel работает с нашими водотрубными котлами, в первую очередь с водотрубным паровым котлом с вращающейся колосниковой решеткой коллекторного типа. Общую структуру системы мы описали в нашем руководстве по паровым котлам с вращающейся колосниковой решеткой, а ее отличия от других вариантов колосниковых решеток – в нашем сравнении типов колосниковых решеток котлов.

Удаление золы

Вращающаяся колосниковая решетка непрерывно и автоматически удаляет золу в конце колосниковой решетки. Между жмыхом с зольностью 3–6% и пеллетами с зольностью 0,5–1,5% количество золы отличается в несколько раз; шнек для золы, конвейер и контейнер для золы выбираются в соответствии с этой разницей.

Выбросы и фильтрация дымовых газов

При сжигании биомассы наиболее важным выбросом является пыль, то есть твердые частицы, в дымовых газах. Для крупных частиц циклон или мультициклон является распространенной первой ступенью; в случаях, когда требуются более строгие ограничения, рассматривается дополнительная фильтрация. Требуемый уровень очистки определяется в проекте в зависимости от топлива, мощности котла, действующего законодательства о выбросах и условий разрешения объекта.

Экономичен ли котел на биомассе?

Экономичность биомассы измеряется не ценой за килограмм, а стоимостью единицы энергии. Влажное и кажущееся дешевым топливо может оказаться более дорогим в пересчете на ккал, чем более сухое, но кажущееся дорогим топливо. Поскольку цены варьируются в зависимости от региона, сезона и влажности, сравнивайте с актуальными предложениями и с помощью инструмента «Сравнение стоимости топлива».
Что касается углерода, биомасса обычно считается углеродно-нейтральной, исходя из предположения, что CO₂, выделяющийся при сгорании, уравновешивается углеродом, поглощенным растением из атмосферы во время роста. Это предположение не охватывает выбросы, возникающие при переработке и транспортировке топлива. Вы можете оценить влияние перехода с угля на биомассу на выбросы вашего предприятия с помощью инструмента «Расчёт выбросов CO₂».
Преимущество местного топлива также важно; чем короче расстояние транспортировки, тем ниже как стоимость, так и риск поставок:

• Скорлупа фундука: Черноморский регион, где сосредоточено производство фундука
• Жмых: Эгейский и Средиземноморский регионы, где сосредоточено производство оливкового масла
• Опилки и щепа: Регионы, где сосредоточена лесная, лесопильная и мебельная промышленность
• Шелуха подсолнечника: Фракия, где сосредоточено производство подсолнечного масла

Давайте вместе определим подходящий котел на биомассе для вашего топлива

Правильный котел на биомассе начинается с анализа топлива: без знания теплотворной способности, влажности, зольности и температуры плавления золы невозможно правильно рассчитать размер колосниковой решетки, системы подачи и фильтрации. Çiftel Kazan с 1986 года проектирует и производит водотрубные паровые котлы с вращающейся колосниковой решеткой в Кемальпаше (Измир). Чтобы поделиться информацией о вашем топливе и потребностях в паре, свяжитесь с нами или позвоните по номерам +90 232 479 11 21 / +90 544 479 11 21.