Совместное сжигание биомассы в пылеугольных энергетических котлах - Энергетическое использование биомассы
Наибольшее количество установок в мире, используемых для выработки электроэнергии, работают по пылеугольной технологии с факельным сжиганием.
В связи с этим по причинам, изложенным ранее, заинтересованность в использовании биомассы для производства энергии особенно актуальна для этой технологии при совместном сжигании основного твердого топлива с биомассой.
Увеличение доли, вырабатываемой на биомассе энергии, связано с все большей популярностью совместного сжигания биомасс с углем в существующих пылеугольных котлах 2, 3, 5, 7, 13, 14. Применение в котлах даже небольшой доли биомасс в смеси с углем приводит к широкой утилизации биомасс без больших капитальных вложений в отличие от строительства специальных установок. Например, при замене 5 % угля биомассой на угольной ТЭС мощностью 2000 МВт, возможно использование 375 000 т биомассы в год 2, 5, 6, 7. При этом улучшается экология, уменьшается средняя стоимость сжигаемого на ТЭС топлива и вырабатываемой энергии. Однако специфические свойства биомасс в особенности их шлакующие и коррозионные свойства вынуждают ограничить долю их использования в смеси с углем в одной установке. Большинством зарубежных исследователей установлен размер этой доли не более 10...20 %, а наиболее уверенно - 5...10 % (конкретная доля определяется в зависимости от характеристик используемой биомассы и используемого топочного устройства) 2, 3, 5, 7, 13, 14. Способность топливной массы к размолу (волокнистость структуры, плотность), влажность, взрывоопасность определяют выбор технологических решений по обеспечению сушки биомассы, ее размолу и транспорту; а реакционная способность биомассы, содержание связанного углерода, отношение величины выхода летучих к величине связанного углерода - определелила предельный фракционный состав, предельную влажность подаваемой на горение биомассы и конструкцию горелочных устройств, их размещение из условий воспламенения и выгорания биомассы в топочном пространстве. Исследованиями зарубежных авторов установлено: оптимальный размер древесной биомассы подаваемой в топку 1,0 мм (проверяется возможность увеличения до 2...3 мм), влажность биомассы, поступающей на размол - 20 %, а поступающей в топку размолотой биомассы - 8 % 2, 5, 7, 13.
В процессе внедрения и освоения способов совместного сжигания в разных странах 2, 5, 7, 13 (табл. 3.13) были опробованы и проверены различные технологические схемы совместного сжигания угля с биомассой в пылеугольных котлах.
Здесь могут быть рассмотрены следующие основные из опробованных систем.
Џ По системе 1 биомасса после предварительной подготовки (измельчение, сушка) или без нее смешивается с углем в системе топливоподачи (до систем пылеприготовления); полученная в результате смесь угля с биомассой поступает в систему пылеприготовления, где осуществляется ее совместный размол; полученный после размола в системе пылеприготовления продукт направляется в горелочные устройства для совместного сжигания.
Џ По системе 2, осуществляется раздельное пылеприготовление биомассы и угля. Размолотая биомасса вводится в пылеугольный поток перед некоторыми или перед всеми горелками. В оптимизированном варианте такой схемы применяются двухпоточные (с раздельным вводом по топливу) горелки. Такая схема внедрена, например, на котле энергоблока 380 МВт в Дании для совместного сжигания угля и соломы 5.
Џ Таблица 13
Примеры промышленного внедрения проектов по совместному сжиганию углей с биомассами и отходами в пылеугольных топках [2]
Компания, внедрившая проект |
Страна |
Топливо |
Мощность установки (электрическая), МВт |
Lowa Electric Light and Power |
США |
Уголь, сельскохозяй-ственные отходы |
45 |
SEPCO |
США |
Уголь, древесные отходы |
54 |
Stockholm Energy |
Швеция |
Уголь, древесина, отходы олив |
54 |
Ames Municipal Electric |
США |
Уголь, топливо из отходов |
75 |
Saabergwerke AG |
Германия |
Уголь, бытовые отходы |
75 |
Georgia Power |
США |
Уголь, древесные отходы |
100 |
GPU GENCO |
США |
Уголь, древесные отходы |
130 |
Tennessee Valley Authority |
США |
Уголь, древесные отходы |
150 |
Midkraft Energy |
Дания |
Уголь, солома |
150 |
Vasthamnsvert CHP |
Швеция |
Уголь, древесина |
180 |
Elsam |
Дания |
Уголь, солома |
250 |
Uppsala Energy AB |
Швеция |
Уголь, торф, древесина |
320 |
Lakeland Electric and Water |
США |
Уголь, топливо из отходов |
350 |
VEAG |
Германия |
Уголь, древесина |
350 |
EPON |
Голландия |
Уголь, древесные отходы |
602 |
Џ По системе 3 биомасса приготавливается в автономной системе подачи и размола, а сжигается в горелках, оптимизированных для сжигания биомассы. По такой схеме (рис. 3.1) был реконструирован котел блока 635 МВт компании EPON для электростанции в Нидерландах (Гельдерланд). На этой ТЭС, запроектированной для сжигания древесной биомассы совместно с углем (в количестве 3,27 % по теплу), древесная щепа транспортируется на электростанцию в контейнерах, разгружается в приемные бункеры и по конвейеру подается на дробление; две дробильные установки производительностью по 10 т/ч измельчают щепу до размеров частиц 1...8 мм.
Рис. 1. Схема совместного сжигания на пылеугольной станции с помощью специальных горелок (как на угольной станции компании EPON в Голландии)
Затем дробленая древесина транспортируется в бункеры мельниц (две микромельницы); сушка производится во время конвейерной транспортировки на мельницы со снижением влажности до 8 %; размер частиц, выходящих из блоков микромельниц, менее 1 мм; они после пылеуловителя пневмоконвейером подаются на хранение в силос-бункер рядом с котлом; дозирующая система подает пыль на четыре отдельные инжекторные линии, каждая из которых соединена с горелкой тепловой мощностью 20 МВт для сжигания древесины.
Џ По системе 4 предусматривается частичное сжигание биомассы (главным образом древесины) в предварительной камере сжигания (или газификации) с последующим поступлением горячих газов из камеры предварительного сжигания в камеру пылеугольного котла (такая схема с выносной топкой и предварительной газификацией для котла блока 270 МВт проработана в США и будет рассмотрена далее подробнее).
Џ Прорабатывалась также и система 5, по которой предусматривалась подготовка и сжигание древесных суспензий (по аналогии с успешным в ряде стран опытом использования водоугольных суспензий). Однако реального развития она не получила.
Из рассмотренных схем наиболее перспективной представляется технология совместного сжигания биомассы с углем в пылеугольном котле по системе № 3 (система № 4 будет, как сказано выше, рассмотрена отдельно). Обусловливается это следующими соображениями (по надежности, экономичности, объему модернизации и стоимости):
Џ пылеугольные мельницы не способны одновременно обеспечить размол и угля и биомассы в силу разной способности к размолу и транспорту этих материалов, что требует разной вентиляции и условий размола для каждого из них (волокнистость структуры биомассы, ее разная с углем плотность, разная способность к размолу) для получения тонкомолотого материала, необходимого для пылеугольного сжигания; при различной реакционной способности биомассы и угля для каждого из них есть свой оптимальный зерновой состав с необходимой тонкостью размола по условиям воспламенения и выгорания;
Џ при совместном сжигании биомассы с углем существующие пылесистемы не всегда приемлемы по условиям взрывобезопасности;
Џ автономная система подачи, дробления, размола и сжигания биомассы позволяет снизить влияние сезонности в поставке биомассы, повышает надежность работы котла за счет возможности отключения в аварийных или негативных ситуациях (поступление некачественной и некондиционной биомассы) системы поступления биомассы;
Џ автономная система сжигания биомассы в отдельных горелках позволяет адаптировать конструкцию горелки применительно к основным характеристикам биомассы, условиям воспламенения и горения, а оптимальное размещение горелок позволяет оптимизировать влияние ввода биомассы на условия работы топочной камеры пылеугольного котла в целом (теплообмен, выбросы, регулирование);
Џ объем реконструкции, связанный с совместным сжиганием биомассы с углем в одном пылеугольном котле, является наиболее приемлемым по затратам для оптимальных (по условиям надежности и экономичности) условий по системе № 3.
В табл. 3.13 приводится перечень ТЭС по данным 2, 5, 13, 14, где осуществляется совместное сжигание биомассы с другими видами твердого топлива.
При выборе системы топливоподачи для совместного сжигания биомассы, естественно, следует исходить как из характеристик поставляемой биомассы, так и из ее гранулометрического состава, смешиваемых видов биомасс.
В России при выборе технологических решений при автономной подготовке и сжигании биомассы совместно с углем следует также учитывать, что при всей специфике характеристик биомассы, по ряду качественных свойств (повышенная влажность, высокий выход летучих, шлакующие свойства) такая, например, распространенная биомасса, как древесина, достаточно близка к уже освоенным в энергетике "молодым" топливам (торфу, лигнитам и низкозольным бурым углям марки Б1), для которых технология пылесжигания предусматривает прямое вдувание с сушкой и транспортом размолотого топлива горячими инертными топочными газами, размол в мельницах-вентиляторах и сжигание в прямоточных горелочных устройствах (рис. 3.2).
Близка к использованию биомассы схема пылесжигания, используемая при сжигании немолотого дробленного топлива (бурых канско-ачинских углей), внедренная на котле БКЗ-420-140-9 Усть-Илимской ТЭЦ (рис. 3.3). Эта же схема пылесжигания в целом, включая котел с низкотемпературным вихревым факельным сжиганием, может быть использована и при прямом (не совместном) сжигании древесной биомассы. В схеме должен быть предусмотрен подвод к топливопроводу инертных газов [30].
Рис.2. Схема системы пылеприготовления с газовой сушкой, размолом в мельницах-вентиляторах и прямым вдуванием топлива:
1 - бункер топлива; 2 - отсекающий шибер; 3 - питатель сырого топлива; 4 - сушильная шахта; 5 - мельница-вентилятор; 6 - инерционный сепаратор пыли; 7 - горелочное устройство (блок со сбросом части пыли после пылеконцентратора); 8 - окно отбора газов для сушки топлива; 9 - смесительная камера; 10 - отключающий шибер; 11 - котел; 12 - дутьевой вентилятор; 13 - воздухопровод горячего воздуха; 14 - воздухоподогреватель; 15 - взрывной клапан; 16 - клапан присадки холодного воздуха; 17 - мигалка; 18 - форсунка для впрыска воды; 19 - пыледелитель; 20 - устройство для понижения температуры сушильного агента; 21 - га - зопровод дымовых газов; 22 - пылеконцентратор
Таким образом, требования к системе пылесжигания в целом могут быть приближены к требованиям к факельному сжиганию уже освоенных в энергетике топлив типа фрезерного торфа, лигнитов, малозольных бурых углей, т. е.:
Џ прямое вдувание;
Џ сушка горячими инертными газами, взятыми из топки;
Џ размол в мельничном устройстве, позволяющем размалывать топливо с волокнистым строением материала;
Џ установка пылеконцентратора для разделения пылевого потока и сброса влаги выше основного факела;
Џ прямоточные горелочные устройства.
При этом целесообразно использовать упрощенную конструкцию сепаратора, так как, например лигниты (а они имеютWги = 13...20 %; Vdaf = 55...70 %; Wr = 45 %; Ad = 15...30 %; Qri = 1700...2600 ккал/кг), экономически целесообразно размалывать (по опыту их использования) до R90 = 65...75 % и R200 = 35...60 % при условии, что они предварительно подсушиваются до гигроскопической влажности.
Сжигание лигнитов освоено на ТЭС в Болгарии, Греции, Югославии, Румынии, в том числе и с участием российских машиностроителей 27,28.
Освоены в России схемы пылесжигания фрезерного торфа и бурых низкозольных высоковлажных энергетических углей, которые в значительной степени и могут быть использованы при совместном сжигании древесной биомассы 29, 30.
Для сжигания смеси древесных отходов из нескольких компонентов (опилки диаметром до 5 мм при влажности 50...60 %; щепа размером до 100 мм при влажности 55...60 %, расщепленный до размеров 5...35 мм кругляк) при факельном сжигании сохраняются те же требования к качеству выходного продукта, добавляются требования к обеспечению однородной смеси. Это может потребовать усложнения системы топливоприготовления за счет внесения элементов классификации продукта и его предварительного дробления.
При сжигании же указанной смеси в механических слоевых топках, а также в кипящем слое, где может допускаться размер фракций 6...25 мм (и несколько более) при влажности более 20 %, топливоприготовление значительно упрощается.
Рис. 3. Схема котла БКЗ-320-140-9 с НТВ топкой ЛПИ-БКЗ (Усть-Илимская ТЭЦ):
1 - бункер сырого угля (БСУ); 2 - шнековый питатель сырого угля (ШПСУ); 3 - топливопровод; 4 - вентилятор первичного воздуха (ВПВ-МВ-18А); 5 - горелка; 6 - воздушно-каскадный классификатор (ВКК); 7 - нижнее дутье, нижний ярус (НДНЯ); 8 - нижнее дутье, верхний ярус (НДВЯ); 9 - нагорелочный аэродинамический "козырек"; 10 - внутритопочный вертикальный радиационный пароперегреватель (ВРПП); 11 - горизонтальный радиационный пароперегреватель (ГРПП); 12 - ширмовый пароперегреватель (ШПП); 13 - конвективный пароперегреватель 1-й ступени (КПП-1); 14 - конвективный пароперегреватель 3-й и 4-й ступеней (КПП-3,4); 15 - водяной экономайзер 2-й ступени (ВЭ-2); 16 - воздухоподогреватель 2-й ступени (ВП-2); 17 - водяной экономайзер 1-й ступени (ВЭ-1); 18 - воздухоподогреватель 1-й ступени (ВП-1); 19 - вторичный воздух; 20 - третичный воздух; 21 - инертные газы
Положительные результаты получены в России при испытаниях на отходах переработки растительной биомассы топки с циркулирующим кипящим слоем (опыты проведены на установке мощностью 2 МВт); в результате открываются перспективы использования биомассы (в частности, в смеси с углем) в качестве топлива для энергетических установок средней и большой мощности. Реализация такого проекта в ближайшем будущем представляется весьма актуальной задачей.
Похожие статьи
-
Указанные технологии в силу своего принципиального характера организации процесса сжигания наиболее приспособлены к совместному сжиганию различных видов...
-
Совместное сжигание угля и биомассы, Общие положения - Энергетическое использование биомассы
Общие положения Совместное сжигание угля и биомассы для выработки тепловой и электрической энергии имеет ряд преимуществ, которые включают в себя...
-
В связи с тем, что Россия располагает свыше 25 % мировых запасов леса, занимается активной переработкой древесного материала, использование древесной...
-
Общие энергетические характеристики биомассы Как показано, биомасса состоит из разных видов и групп в пределах каждого вида. В соответствии с природой...
-
Выбор технологии для использования биомассы в энергетике определяется, в первую очередь, такими факторами, как мощность установки, вид биомассы, способ...
-
Основные источники биоэнергетического топлива - Энергетическое использование биомассы
Основные источники биоэнергетических энергоресурсов включают в себя: - отходы сельскохозяйственного производства; - органические отходы промышленности, в...
-
Ресурсы биомассы в России, как энергетического топлива - Энергетическое использование биомассы
Основными ресурсными источниками растительной биомассы являются: древесина, отходы от ее заготовки и переработки, сельскохозяйственные отходы...
-
Исследования отходов из разных исходных продуктов сельскохозяйственного производства (пшеницы, ржи, овса) на разных стадиях переработки (отсевы, отруби,...
-
Введение - Энергетическое использование биомассы
В последние годы в мире возникла большая заинтересованность в использовании биомассы для выработки тепловой и электрической энергии, ее вовлечение в...
-
Предприятия угольной промышленности оказывают существенное отрицательное влияние на водные и земельные ресурсы. Основные источники выброса вредных...
-
Энергия биомассы - Возможности использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии
Понятие "биомасса" относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В...
-
Атомные электростанции - Рациональное использование энергии в целях сохранения природных ресурсов
Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является...
-
Котельные являются наиболее распространенными источниками загрязнения атмосферного воздуха среди предприятий железнодорожного транспорта (на их долю...
-
Получение электроэнергии. Энергосодержащие отходы можно использовать сразу без какой-либо переработки в качестве топлива для двигателей или, переработав...
-
Для котлов, оборудованных топками с неподвижной, цепной решеткой, с пневмомеханическим забрасывателем и для шахтных топок с наклонной решеткой суммарное...
-
Использование энергии солнца - Экологические проблемы энергетики
Солнечная энергия обладает неоспоримыми преиму-ществами перед традиционными органическим и ядер-ным горючим. Это исключительно чистый вид энер-гии,...
-
Водородная энергетика - Рациональное использование энергии в целях сохранения природных ресурсов
Водород, самый простой и легкий из всех 'химических элементов, можно считать идеальным топливом. Он имеется всюду, где есть вода. При сжигании водорода...
-
Выброс бенз(а)пирена, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), рассчитывается по уравнению: Мбп=-Vcr-Вр-kп, (1.15) Где Сбп - массовая...
-
Солнечная энергия - Исследование экономических особенностей использования природных ресурсов
Один из источников энергии - Солнце. По классификации астрономов, Солнце - желтый карлик очень "средняя" для Галактики звезда по своим параметрам: массе,...
-
А. Введение Специфика белорусской энергетики - значительная ее зависимость от природного газа, что при отсутствии собственных запасов природного газа и...
-
Атомная энергетика. Влияние на окружающую среду - Экология
Атомные электростанции - третий "кит" в системе современной мировой энергетики. Техника АЭС, бесспорно, является крупным достижением НТП. В случае...
-
Перед началом расчета тонкослойных отстойников, которые работают по противоточной схеме (рис. 4.1), принимают: высоту яруса по вертикали hв, угол наклона...
-
Энерго-сырьевые проблемы - Основные глобальные проблемы человечества
История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для...
-
Расчет содержания бенз(а)пирена - Расчет выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива
Количество бенз(а)пирена (БП), поступающее в атмосферу с дымовыми газами паровых котлов тепловых электростанций при факельном сжигании органических...
-
Факельные установки предназначены для сжигания некондиционных газов, образующихся при пуске, продувке оборудования или в процессе работы, дальнейшая...
-
Отходы производства -- это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов химических соединений, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении...
-
Ключевым классифицирующим признаком отходов является "происхождение отходов". В Законе Республики Беларусь "Об обращении с отходами" в статье 15...
-
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек....
-
Ценность воды, как и других природных ресурсов, заключается в том, что при ее использовании возникают доходы. Аналогично другим факторам производства...
-
5 Энергия гниения - Исследование экономических особенностей использования природных ресурсов
В Минэнерго определенные надежды возлагают на получение энергии из биомассы, используя в качестве энергоносителей отходы лесозаготовок и лесообработки,...
-
ШУМ ПРИ ФАКЕЛЬНОМ СЖИГАНИИ ГАЗА - Экология нефтегазодобывающих комплексов
Шум возникает при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Механические колебания в диапазоне частот 20-20000 Гц воспринимаются...
-
Одним из основных факторов экономики любой страны, являются энергоресурсы. Их наличие, виды, доступ к ним значительно влияют на экономическое развитие...
-
В последние десятилетия человеческая цивилизация столкнулась с глобальными проблемами в экономической, экологической и информационной сферах. Социальная...
-
Право специального использования лесных ресурсов
Вступление Использование лесных ресурсов осуществляется в порядке общего и специального использования. В порядке общего использования лесных ресурсов...
-
Энергетический кризис, Основные положения - Экологические проблемы энергетики
Основные положения Энергетический кризис - явление, возникающее, когда спрос на энергоносители значительно выше их предложения. Его причины могут...
-
Поперечное рассеивание примеси в пространстве - Экологическая экспертиза энергетических средств
Оценка влияния метеорологических условий на содержание примеси в атмосфере при исследовании Поперечного рассеивания примеси осуществляется...
-
Вертикальное рассеивание примеси в пространстве При моделировании процесс переноса примеси концентрации веществ в пространстве рассматривается как...
-
Геотермальная энергия - Рациональное использование энергии в целях сохранения природных ресурсов
Энергетика Земли - геотермальная энергетика - базируется на использовании природной теплоты Земли. Верхняя часть земной коры имеет термический градиент,...
-
Энергия мирового океана - Проблема использования энергоресурсов
Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссаль-ны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перег-реву поверхностных вод океана по...
-
Тепловые электростанции Тепловая электростанция (ТЭС) - электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой...
Совместное сжигание биомассы в пылеугольных энергетических котлах - Энергетическое использование биомассы