Всі, напевно, знають про успіхи у розвитку відновлюваної енергетики в ЄС: усе йде до того, що план досягнення 20% енергії з відновлюваних джерел в енергобалансі буде виконано. Але навряд чи багато хто знає, що частка біоенергетики в цьому успіху становить 64%.
Частина виробництва енергії з біомаси у виробництві «зеленої» енергії у країнах ЄС коливається від 15% (Мальта) до приблизно 90% (Чехія, Угорщина, Латвія) і навіть 100% (Естонія). У середньому, цей показник для ЄС становить 64%.
Останнім часом в Україні дуже гостро постала проблема енергозбереження та зменшення енергоємності різних процесів та технологій. Не оминула ця проблема і сільське господарство. Впровадження нових ефективних технологій дозволяє суттєво знижувати собівартість, підвищувати продуктивність та якість виробленої продукції. Також нові технології дозволяють більш ефективно використовувати вже наявне обладнання.
Так як компанія PENTA GROUP має власні розробки на одержанні теплової енергії з біопалива, то в даній статті ми розглянемо параметри підбору обладнання для сушильних процесів, а саме для технології сушіння зерна.
Більшість зерносушарок у нашій країні-це досить застаріле та дуже енергоємне обладнання. Не кожне фермерське господарство може дозволити собі купити сучасну імпортну економічну установку для сушіння зерна. Багато хто використовують старе обладнання, яке проектувалося та будувалося в ті часи, коли газ та дизельне паливо коштували копійки та їхньою економією ніхто особливо не займався. Тому, наше першочергове завдання, це отримати на вже побудованих зерносушарках максимально ефективний процес, тобто спалити мінімум твердого біопалива та висушити максимальну кількість сільгосппродукції: зерна, соняшника, кукурудзи.
Ще одна проблема це-ціна на енергоносії. Природний газ та дизельне паливо на яких працювали зерносушильні комплекси постійно зростають у ціні. Дозвільні документи для використання газового обладнання отримати все складніше та проблемніше. Крім бюрократичної тяганини, облгази нав’язують додаткові платні послуги, постійно змушують переробляти старі проекти та документи, це все забирає багато часу та коштів у фермерів та власників сільгосп підприємств. Дизельне паливо має тенденцію до сезонних коливань цін. І якраз у сезон сушіння його вартість може зрости на 15-20%, тобто собівартість сушіння виросте так само на ці 15-20%, у грошовому еквіваленті, додаткові витрати, залежно від потужності зерносушарки, можуть становити від 150 000 грн. та вище за сезон. Єдиний плюс стандартних енергоносіїв-це зручність користування, і практично відсутність впливу людського фактора на подачу тепла на сушіння зерна.
У компанії PENTA GROUP працюють фахівці, які вже 16 років займаються процесами спалювання різного біопалива. Ми накописили величезний досвід і продовжуємо вдосконалювати нашу продукцію.
В англомовній літературі зі спалювання біопалива можна часто зустріти термін “Three T’s” – Temperature, Time, Turbulence (“Три Т” – температура, час, турбулентність або перемішування). Ці Three T’s, три умови, повинні бути забезпечені для досягнення повного і високоефективного спалювання. Основні інструменти для виконання умов такі:
■ правильно обрані для використовуваного способу спалювання величини теплонапруг топкового об’єму та дзеркала горіння;
■ конфігурація топкової камери, що забезпечує, при необхідності, віджимання гарячих продуктів згоряння до ділянки, на яку подається свіже паливо, що виключає наявність застійних зон тощо;
■ розміщення тепловідвідних поверхонь у камерах спалювання та допалювання з урахуванням характеристик, в першу чергу, вологості палива, що спалюється;
■ якомога більш рівномірна подача палива, що виключає разові завантаження великих порцій палива;
■ рівномірний розподіл шару палива на решітці (для шарового спалювання), підтримання необхідної висоти шару, забезпечення перемішування та, при необхідності, шурування шару;
■ організація повітряного дуття, що забезпечує рівномірне поле температур за об’ємом та перерізом камери згоряння;
■ забезпечення оперативного контролю за ключовими параметрами (температурою газів у зонах спалювання, допалювання, на виході з топкової камери; вмістом О2 і СО у газах, що виходять з котла);
Зазначається, що змішування газів з повітрям слід вважати основним фактором, що обмежує якість спалювання біопалива, в той час як забезпечення необхідної температури і часу перебування в камері спалювання може бути досягнуто без особливих проблем.
Перше, на що треба звернути увагу при покупці теплогенератора для сушіння зерна-наскільки правильно організовано горіння та спалювання палива в топці котла. Якщо з дірки теплогенератора йде велике полум’я, це не означає, що він добре працює, більшість виробників не робила жодних вимірювань,-типу горить-жарко і добре, а то що там винесення, хімічний недопал, СО і зайве повітря надміру ніхто не здогадується. Тільки при неправильно організованому спалюванні можна втратити до 40% ККД. Хоча візуально все виглядатиме дуже добре.
Наше обладнання проходить попереднє випробування і всі параметри знімаються газоаналізатором, який чітко показує склад димарозів, надлишок повітря, і дозволяє дуже точно налаштувати процес спалювання біопалива. Також ми дуже точно можемо налаштувати повітряний теплогенератор під будь-яке паливо. Оскільки кожен вид палива має власний склад, від якого залежить метод його спалювання, подача повітря, час допалювання. Ще один важливий фактор, це гнучкість регулювання потужності без втрати ККД. Ми успішно впоралися із цим завданням і наші енергоустановки можуть працювати в діапазоні від 30% до 110% теплового навантаження.
Проектування теплогенераторів компанія PENTA GROUP розпочала з вибору схеми спалювання палива.
Існують три схеми шарового спалювання на решітці залежно від взаємного напрямку руху палива та продуктів згоряння (мал.1).
Протиточна схема є найбільш придатною для спалювання палива, що характеризується високою вологістю та низькою теплотою згоряння. Гарячі топкові гази, що віджимаються до фронтової стіни склепінням, проходять над поверхнею свіжого палива, завдяки чому конвективна складова теплообміну доповнює радіаційну, що забезпечує прискорення випаровування вологи та виходу летючих. Цей метод вимагає ефективного перемішування топкового газу з вторинним повітрям (турбулізації) для запобігання утворенню стійких (умовно ламінарних) потоків, збагачених незгорілими газами.
Спалювання палива за прямоточною схемою застосовується при спалюванні сухого палива, такого як відходи деревини або солома, або в установках з попереднім підігрівом первинного повітря. При використанні цього методу збільшується тривалість перебування в камері згоряння газів, що не згоріли, що виділилися з шару палива та їх контакту з шаром палива в задній частині колосникових грат, що сприяє скороченню викидів NO2. Недоліком прямоточної схеми спалювання є підвищений винесення частинок золи та палива з ґрат.
Перехресна схема, що є поєднанням прямоточної та протиточної схем, найчастіше застосовується в установках з вертикальними вторинними топковими камерами.
Мал. 1. Схеми шарового спалювання (зліва направо): протиточна, прямоточна, перехресна
Компанія PENTA GROUP вирішила випускати теплогенератори з перехресною схемою спалювання палива.
Ця схема дозволяє об’єднати переваги двох попередніх схем. Догоряння твердого залишку відбувається у «ламінарній аеродинамічній» зоні. Це дозволяє мінімізувати винесення золи в зону сушіння зерна.
Дуже велике значення для ефективного спалювання палива має вибір типу колосникових грат. При виборі типу топкового пристрою, на жаль, були знайдені довідкові дані тільки по дровах, але їх вистачило для порівняльного аналізу.
З урахуванням того, що основним видом палива використовується пелет та подрібнені відходи, виходячи з максимальної теплонапруги колосникових грат, було прийнято рішення застосувати топку з похилим шаром колосників.
Вітчизняні виробники теплогенераторів у своєму обладнанні використовує топку з горизонтальним шаром. Це призводить до здешевлення вартості обладнання. Але, за відгуками споживачів, фактична потужність відповідає заявленої.
Аналізуючи досвід європейських країн, фахівці PENTA GROUP дійшли висновку про доцільність застосування на теплогенераторах потужністю понад 4 мВт схеми з похило-перештовхувальними колосниковими гратами.
Перештовхувальні грати (англ. reciprocating grate) можуть бути похилими та горизонтальними. Найбільшого поширення набули похили-перештовхувальні грати, які складаються з послідовних рядів нерухомих та рухомих колосників (мал. 2).
Колосники, що рухаються, здійснюють зворотно-поступальні рухи, що забезпечує переміщення палива вздовж решітки. Частинки палива, що горить, перемішуються зі свіжими частинками палива, поверхня шару палива, звернена до топкового простору, оновлюється, досягається рівномірний розподіл шару палива по довжині решітки. Зазвичай грати розділені на кілька секцій колосників з незалежними приводами, що дозволяє переміщати паливо з різною швидкістю, відповідно до стадії горіння: сушіння, виділення летких і допалювання коксового залишку. Також по зонах – окремо під кожну секцію колосників – подається первинне повітря, що дозволяє спалювати на похило-перештовхувальних ґратах різні види біопалива. Колосники, що охолоджуються тільки первинним повітрям, яке проходить через бічні канали між колосниками, застосовуються при спалюванні вологого палива: кори, тирси, тріски, зерновідходів.
Мал. 2. Похило-перештовхувальні грати
У Західній Європі спосіб спалювання біопалива на похилих решітках переважає в сегменті котлів малої та середньої потужності (3-15 МВт). Ця технологія всебічно відпрацьована; вузли та механізми систем подачі палива, вивантаження золи, грат – оптимізовані з точки зору матеріалів і конструкторських рішень, що застосовуються. Для забезпечення якомога вищого ступеня вигоряння палива при мінімальному надлишку повітря в газах, що йдуть, застосовуються дуже складні схеми підведення повітря для допалювання. Серед зарубіжних виробників котлів і топок з похилими решітками для спалювання біопалива можна відзначити постачальників зі Скандинавських країн, а також фірми Polytechnik (Австрія) та Vyncke (Бельгія).
Використання налонно-перештовхуючих грат дозволяє підтримувати рівномірний розподіл шару палива на решітці (для шарового спалювання), підтримку необхідної висоти шару, забезпечення перемішування і, при необхідності, шурування шару.
Наступним важливим чинником, що впливає якість спалювання палива, є правильна організація подачі повітря на горіння.
У теплогенераторах на біопаливі з шаровими топками та топками киплячого шару традиційною є ступінчаста схема підведення повітря в топку. При цій схемі частина повітря (наддув, первинне повітря) подається під ґрати, а частина в зону над ґратами, можливо, у кілька ярусів (дожіг – вторинний і третинний повітря). Подібна схема покликана забезпечити якісне перемішування (turbulence) повітря з продуктами газифікації і неповного згоряння, що піднімаються з грат.
При ступінчастій подачі повітря можна говорити про поділ камери топки котла на дві зони: камеру спалювання і камеру спалювання. Ці зони можуть просто розташовуватися одна над іншою, як це прийнято в котлах з киплячим шаром, або бути розділеними конструктивно, в цьому випадку для спалювання камери часто використовується термін «передтопок». У камеру спалювання подається все паливо і частина повітря, так званого наддувного або первинного, який вводиться під шар палива знизу (під грати). У камері спалювання здійснюється підготовка палива (випаровування вологи, виділення летких) та його часткове спалювання. При спалюванні вологого палива потрібна значна кількість теплової енергії, необхідна для випаровування вологи, тому в камері спалювання зазвичай не розміщують тепловідвідні поверхні нагріву. Введення “дожигового” вторинного повітря здійснюється у верхній частині камери спалювання або на вході в камеру допалювання. Іноді для більш рівномірної подачі по ходу газів у камері спалювання організують третинне дуття.
Причому необхідно враховувати той факт, що біопаливо є досить специфічним видом твердого палива. Біопаливо має великий вихід «летючих».
Подача вторинного та третинного повітря необхідна для ефективного спалювання летких. Тому частка вторинного і третинного дуття становить близько 60%, тоді як частка первинного дуття лише 40%.
Деякі виробники теплогенераторів не враховують цей фактор, в їхньому обладнанні не передбачена навіть організація вторинного дуття, не кажучи про третинне. Багатоступінчаста подача повітря широко використовується провідними європейськими виробниками, наприклад VYNCKE.
Важливим фактором є організація рівномірної подачі палива, що виключає разові завантаження великих порцій палива.
Компанія PENTA GROUP визнала циклічний спосіб подачі палива неперспективним. У теплогенераторах PENTA GROUP застосована безперервна подача палива. Зміна потужності досягається за рахунок зміни кількості обертів паливного шнека. Це дозволяє точніше регулювати теплову потужність теплогенератора. Також фахівцями «ПентаАгро» було розроблено спеціальний вузол введення палива-пневматичний транспортер подачі палива. За рахунок цього дістається рівномірне подання палива на великій площі. Паливо подається на рівномірно на палаючий шар. За рахунок цього також вдалося уникнути утворення “куп” палива, що властиво при прямій подачі палива шнеком у зону горіння. Також це дозволило вивести деталі паливного шнека із зони високих температур, що відповідно підвищило надійність та довговічність його роботи. Таку схему подачі палива застосовує компанія VYNCKE.
При проектуванні обладнання фахівцями PENTA GROUP було враховано всі перераховані вище фактори. Це дозволило створити нашій компанії обладнання європейського рівня.
