Какое топливо сжигать

В конце второй половины 1990-х годов, когда бизнес из торговли ширпотребом начал делать робкие шаги в промышленное производство, первооткрывателями этого движения стали деревопереработчики. Пришло понимание, что если круглый лес распилить на доски, то прибавочная стоимость сразу увеличивается, ну и дальше по нарастающей, высушенная и остроганная доска становится вагонкой, половой доской и т. д., принося дополнительные доходы в казну производителя и требуя решения как это сделать более качественно и с наименьшими затратами.

Сушильных камер советская промышленность производила очень мало, поэтому у предпринимателей было вариантов немного, а конкретно всего два. Первый — это сделать самому из подручных материалов и оснастить тем, что было на зарождающемся рынке, и второй — это купить импортное, но для этого требовались немалые средства. С источником тепла для этой технологии ситуация была примерно такая же.

Электричеством сушить дорого, жидким топливом тоже получалось недёшево, котлов небольшой мощности (до 2,5 МВт), работающих на неподготовленных деревоотходах советская промышленность в наследство не оставила, а импортное оборудование было дорого, и позволить себе его могли немногие. Появление первых отечественных котлов этого сегмента вызывает некоторое недоверие у покупателя, ведь все привыкли, что сырые опилки не горят просто так без дополнительного источника энергии.

Но когда поняли, что это не очередной «вечный двигатель», то все пошло если не на ура, то совсем неплохо. Конечно, почти никому не было дела до КПД этих котлов, ведь топливом для них были отходы, которые необходимо было куда-то девать. Чем больше котел мог скушать этих отходов, тем меньше нужно было везти на свалку или просто в овраг.

С тех пор прошли годы, пришли новые технологии, изменилось законодательство, сейчас уже не получится безнаказанно вывалить на пустыре или где-то в другом месте свои опилки, да и почти нет этой проблемы сейчас по крайней мере в средней полосе. Часть забирают животноводы для подстилки скоту, часть берут производители биотоплива, которые появились за эти годы. И здесь уже встает вопрос, а насколько эффективно мы сжигаем вот эти неподготовленные деревоотходы в своих топках.

Если попробовать подавать в котёл щепу и опилку не естественной влажности (это около 50% относительной), а подсушить, например, до 30%, то общий тепловой баланс агрегата показывает нам, что мы можем сжигать на 30% меньше топлива для получения такого же количества тепла. Самое простое решение подобного типа — это применение воздухоподогревателя, который забирает тепло от дымовых газов, нагревает воздух, который подастся в топку подогретым тем самым подсушивая топливо и делая работу котла более эффективной.

Есть схемы более сложные, это когда в технологической цепочке подготовки топлива устанавливается сушилка, в которой топливо подсушивается до определенной влажности и уже подсушенное топливо поступает в топку котла. Такие схемы могут применяться на котельных где стоит несколько котлов и есть участок подготовки и хранения топлива.

Следует сразу отметить, что при любой исходной влажности древесных отходов, предварительная сушка их перед сжиганием теплотехнически обоснована, при условии, что процесс осуществляется за счёт вторичных тепловых ресурсов (например, тепла дымовых газов).

На подсушку влажного топлива требуется тепловая энергия в объёме необходимом для испарения удаляемой части влаги. Зная, что скрытая теплота парообразования для воды составляет порядка 640 ккал/кг и, к примеру, при высушивании топлива от 55% исходной влажности до 30% перед подачей его в топку, количество удаленной влаги из одной тонны составит 360 кг. Соответственно расход теплоты на проведение процесса составит 640*360=230400 ккал или 0,23 Гкал.

Теплота сгорания древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы стволовой древесины практически постоянна и равна 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг). На основании стабильности горючей массы стволовой древесины и независимости её от породы теплота сгорания для любой влажности и зольности будет иметь следующий вид: Qнр=18900-214*Wр-189*Ар, где Qнр (кДж/кг) — теплота сгорания стволовой древесины про влажности Wр и зольности Ар.

Не трудно вычислить, что подсушивание влажного древесного топлива на 25 % (как приведено выше в примере) увеличивает его теплоту сгорания на 214х(Wр1- Wр2)=214х25=5350 кДж/кг (1278 ккал/кг). И это составляет 44% прироста по теплотворной способности, соответственно, на столько же меньше требуется подать подсушенного топлива, сохраняя тепловую мощность котлоагрегата.

Теперь о применении воздухоподогревателя

Обычно котлы оборудуют трубчатыми воздухоподогревателями, где тепловая энергия от продуктов сгорания передается к воздуху, подаваемому в топку котла.

Оценка эффективности котельного агрегата обычно оценивается по отношению всех составляющих потерь тепловой энергии к полезному теплу топлива.

Применение воздухоподогревателя даёт снижение потерь тепла с уходящими газами и увеличивает тепло поступаемое в топку с нагретым воздухом.

Подробная оценка повышения коэффициента полезного действия котлоагрегата производится при выполнении пуско-наладочных работ. Обычно, использование воздухоподогревателя даёт увеличение КПД на 10-15%.

Кроме того, происходит качественное изменение в протекании всех топочных процессов.

Прежде всего, сокращается время нагрева и сушки топлива, а это ускоряет выход, так называемых, летучих их сгорании в факеле над слоем топлива. Интенсивнее становится лучистый теплообмен в топке и конвективный в поверхностях нагрева. Все это дополнительно влияет на повышение эффективности работы тепловой установки.

В настоящее время несколько котельных уже работают по данной схеме, пользователи отмечают высокую эффективность данной схемы.