Енергетичні комплекси: відходи у доходи.

Останнім часом спостерігається тенденція до переходуна альтернативні джерела енергії, зокрема деревину, яка на відміну від нафти, газу і вугілля належить до відновлюваних джерел енергії. Адже спалюванням відходів деревообробки вирішують дві проблеми: отримання дешевого джерела енергії й утилізації відходів. Тому поступово відходи деревини перетворюються із непотребу на енергоносії і джерело додаткових доходів.

Ниніна українському ринку є чимало підприємств, які пропонують обладнання для спалювання відходів деревини. Одним із перших булоспільне українсько-чеське підприємство «Ройек-Львів», яке виготовляє таке обладнання ще з 1999 року. Зараз підприємство виготовляє промислові енергетичні комплекси типу СС потужністю від 100 до 2000 кВт і пропонує піролізні котли виробництва чеської фірми ROJEK потужністю від 20 до 50 кВт для обігрівання приміщень площею до 500 м² (побутові);

Завдяки можливості обігрівання приміщень площею 500-20000 м² деревообробні, комунальні та інші промислові підприємства більше цікавлять енергетичні комплекси номінальною тепловою потужністю від 180 до 2000 кВт, які ще можна використовувати і для забезпечення тепловою енергією сушильних камер об'ємом до 400 м³. При цьому необхідну для обігрівання сушильних камер теплову потужність комплексу орієнтовно визначають з розрахунку 5 кВт на 1 м³ пиломатеріалів. Розрахована за таким співвідношенням теплова потужність комплексу дає змогу забезпечувати в камері сушіння температуру +70˚С при температурі навколишнього середовища -20˚С.

При визначенні теплової потужності комплексу, необхідної для обігрівання приміщень потрібно враховувати багато факторів: площу приміщення, його висоту, площу вікон та дверей, теплопровідність стін і тепловуізоляцію приміщення, необхідну температуру в приміщенні, втрати теплоти під час транспортування теплоносія (вода) від котла до приміщення тощо. Врахування усіх цих чинників передбачає виконання складних теплотехнічних розрахунків, на яких спеціалізуються проектні організації. Але виконання цих розрахунків потребує часу і матеріальних витрат. Саме тому для орієнтовного визначення необхідної потужності енергетичних комплексів типу СС був розроблений простий у користуванні логарифмічний графік, який враховує вплив основних факторів на величину необхідної потужності (рис. 1) (дивитись тут). Наведені на рисунку залежності розраховані таким чином, щоб можна було забезпечити температуру в середині приміщення +20˚С при зовнішній температурі -20˚С (для середньої смуги України).

Ще одним важливим фактором у виборі моделі комплексу є те, що робоче навантаження на нього доцільно розраховувати у режимі 70% від номінальної потужності. Саме така робота забезпечує тривалу експлуатацію будь-якогоо бладнання, в т.ч. і енергокомплексу, без необхідності проведення суттєвих ремонтних робіт. Якщо ж комплекс постійно експлуатувати на 100% потужності, то це призводить до скорочення терміну експлуатації.

Промислові енергетичні комплекси типу СС складаються із таких двох основних частин:

Складові та схему роботипромислового енергетичного комплексутипу СС зображено на рис. 2 (дивитись тут).

Котел є основним елементом комплексу і призначений для спалювання кускових відходів деревини довжиною до 450-1500 мм (залежно від моделі) та нагрівання води до потрібної температури, максимальне значення якої - 95˚С. Температуру води на виході із котла контролюють за допомогою двох датчиків: робочого та аварійного, який вступає в дію у випадку виходу з ладу робочого. Слід зазначити, що конструкція котла передбачає роботу при відкритій системі циркуляції водиі робочому тиску до 2,0 атм. (на замовлення - до 3,0атм.).

Кускові відходи деревини спалюють в топці котла, до якої під'єднана камера попереднього спалювання сипких відходів. Із топки котла гаряче повітря і продукти горіння деревини потрапляють в теплообмінник, де проходять через систему димогарних труб, після чого потрапляють у комин. Продукти спалювання деревини є екологічно чистими, а завдяки добре продуманій конструкції використання цих комплексів не призводить до забруднення навколишнього середовища.

Для забезпечення необхідної тяги комплекси потужністю 250-1000 кВт обладнують димотягами, встановленими безпосередньо на котлах. Комплекси потужністю до 250 кВт працюють завдяки природній тязі, а для комплексів потужністю понад 1000 кВт потрібно розраховувати димотяг індивідуально для кожного випадку. У топці котла є датчик, який визначає величину тяги. При недостатній тязі він подає сигнал системі керування, яка, в свою чергу, сповіщає про це оператора і зупиняє подавання сипкого палива. Адже при недостатній тязі відбувається неповне згоряння деревини і утворюються шкідливі для навколишнього середовища речовини. Окрім цього, недостатня тяга призводить до зменшення теплової потужності,я каотримується внаслідок спалювання деревини. Тому для забезпечення ефективної роботи комплексів на виході із котла має бути забезпечене певне значення тяги (див. технічні характеристики енергетичних комплексів)

З метою забезпечення швидкого та зручного чищення димогарних труб котел обладнано двома люками, розташованими перпендикулярно до труб (у верхній частині котла). Завдяки цьому для чищення достатньо відкрити люк і спеціальною щіткою провести по трубах. Накопичена на них сажа та інші речовини падають на дно котла, звідки їх легко видалити через люку передній стінці. Ще більш просто чистити колосникову решітку камери попереднього спалювання: достатньо відкрити дверцята і потягнути решітку на себе: вона встановлена на напрямних, конструкція яких забезпечує повне її висування. Це дуже важливо, оскільки з тирсою можуть потрапляти у камеру невеликі сторонні предмети (цвяхи, камінці, пісок), які залишаються на колосниках і можуть зменшувати піддув у зону горіння. Накопичені на колоснику залишки видаляють механічним методом за 2-3 хв. без охолодження камери, після чого процес горіння автоматично поновлюється.

АСС призначена для спалювання сипких відходів в автоматичному режимі і управління комплексом. Вона складається із:

Саме завдяки камері попереднього спалювання у цих комплексах одночасно з високою ефективністю спалюють кускові і сипкі відходи деревини - в однокамерних котлах це неможливо. Також наявність камери попереднього спалювання забезпечує можливість використання сипких відходів вологістюдо 70% (в однокамерних - до 50%). Спалювання вологих відходів дає змогу економити витрати теплової енергії завдяки відсутності операції їх сушіння.

Вологість відходівє чи не головним чинником, який впливаєна кількість теплоти, одержаної внаслідок їх спалювання: що більша вологість, то більше енергії потрібно затратити наїї випаровування. Залежність максимальної теплової потужності АСС від вологості відходів показано на рис. 3 (дивись тут). Як видно, номінальну потужність АСС розвиває при використанні сипких відходів вологістю від 14-15% до 68-70%, для комплексів потужністю 100-250 кВт, і до 60-64% для інших. Те, що із збільшенням вологості дозначення 40-45% зростає теплова потужність, пов'язано з тим, що сухі відходи більш «пухкі» (мають меншу насипну щільність), внаслідок чого при одній і тій самій швидкості подавання, сухих відходів у камеру попереднього спалювання потрапляє менше, ніж вологих.

У АСС можна спалювати сипкі відходи з розміром фракції до 30 мм, а також деревне борошно та інші дрібно фракційні відходи, але їх частка в загальному об'ємі не повинна бути більшою ніж 5%. Перевищення цього значення призводить до зменшення теплової потужності, що пов'язано із зменшенням площі горіння відходів в результаті збільшення насипної щільності.

Потрапляння у бункер шматків деревини розміром більше 30 мм, або сторонніх предметів недопускається. Але з метою запобігання заклинювання таких предметів у коробі шнека, систему подавання сипких відходів в камеру попереднього спалювання обладнано захистом. При потраплянні шматка деревини між шнеком і корпусом короба збільшується зусилля на шнеку (заклинювання) і автоматика зупиняє його з метою запобігання пошкодженням. У такому випадку здійснюється реверс (обертання шнека у зворотному напрямку). Якщо при переході на звичайний режим знову відбувається заклинювання, то цикл повторюється. При триразовому циклі система керування зупиняє процес подавання і передає операторові сигнал про заклинювання шнека. У цьому випадку потрібно зняти кришку короба і, витягнувши з нього шнек, очистити його від предметів, які призвели до заклинення. 

Додатковим захистом системи подавання палива є відсутність жорсткого з'єднання між редуктором і шнеком. Це дає змогу запобігти пошкодженню редукторів, електродвигунів чи інших елементів системи подавання при заклинюванні, адже в таких випадках клинопасова передача, розрахована на певне зусилля, просто «пробуксує».

Обладнано АСС і системою захисту від загоряння палива у коробі шнеку. Слід зазначити, що таке загоряння можливе тільки тоді, коли система подавання палива вимикається, тобто шнек перестає обертатись і подавати паливо. Короб шнека подавання відходів у камеру спалювання розміщений під таким кутом, який запобігає поширенню вогню у зворотній бік (у бункер). Але при тривалій зупинці вогонь все-таки може поширюватися коробом. Тому в коробі встановлено датчик температури, після сигналу якого система пожежогасіння з автономним живленням заливає короб водою. Після спрацювання системи пожежогасіння короб не потрібно чистити від вологих відходів - їх подають безпосередньо в камеру попереднього спалювання і робота системи відновлюється.

Камера попереднього спалювання обладнана датчиком контролю заповнення паливом, за сигналом якого зупиняється чи приводиться в дію система подавання сипкого палива. Саме тому у камеру завжди подається оптимальна для роботи комплексу кількість відходів. 

У всіх моделях комплексів передбачена можливість роботи і забезпечення підприємства тепловою енергією в аварійних режимах: відсутніст ьсипких відходів (комплекс може працювати тільки на кускових відходах), відімкнення електроенергії (зупиняється тільки АСС, а котел продовжує нормальну роботу на меншій потужності завдяки природній тязі) тощо.

Комплекси СС порівняно із котлами, обладнаними камерою попереднього спалювання інших виробників, які нещодавно з'явились на ринку, мають такі відмінності й експлуатаційні переваги:

Найбільш проблемним для утилізації відходами деревини є волога тирса, яка утворюється у великих об'ємах при розкрої колод на пилорамах:

З метою вирішення цієї проблеми на підприємстві «Ройок-Львів» впроваджується у виробництво нова система спалювання з рухомими колосниковими решітками, які дозволяють не тільки спалювати вологу тирсу, але і отримувати номінальну теплову потужність з тирси вологістю до 70%, без попередньої підсушки.

Любомир КОВАЛЬ

Рис. 1. Графік орієнтовного визначення теплової потужності для обігрівання приміщень комплексами СС

Рис. 2. Складові елементи та схема роботи промислового енергетичного комплексу типу СС

Рис. 3. Графік залежності максимальної теплової потужності АСС від вологості сипкого палива (дивитись тут)