Энергетическое использование биомассы

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.

4.2.4 Совместное сжигание биомассы с предварительной ее газификацией в выносной топке

Одним из предпочтительных вариантов использования биомассы являются системы с предварительной ее газификацией в выносной топке. При этом снимаются такие проблемы, как шлакование и загрязнение поверхностей нагрева, переменность энергетических характеристик биомассы, в том числе ее влажность, а также в значительной для технологии степени - гранулометрический состав исходной массы.