О создании мини-ТЭЦ (тепловых электроцентралей) на древесных отходах с использованием отечественного оборудования

О создании мини-ТЭЦ на древесных отходах с использованием отечественного оборудования Сидоров А. М., к. т. н.,.

ООО НИЦ ПО «Бийскэнергомаш», Барнаул Современные тенденции энергопотребления характеризуются увеличением объемов использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в том числе биомассы, большую долю которой составляют древесные отходы.

В 2000 г. доля энергии от ВИЭ составила 6%; из них от сжигания биотоплива — 63%. Доля древесных отходов в биотопливе может составлять до 85%. По прогнозам ВИЭ способны обеспечить около 20% общего энергопотребления. Директивой Еврокомиссии намечено к 2010 г. увеличить долю ВИЭ до 10−12%.

Технологии использования ВИЭ и, в частности, древесных отходов, решают острейшие проблемы утилизации с сохранением экологической обстановки. При этом не только экономится ископаемое топливо (уголь, нефть, природный газ), но и снижаются вредные выбросы в атмосферу. Согласно Киотскому протоколу в случае сжигания древесных отходов выбросы двуокиси углерода не учитываются. Для стимулирования использования ВИЭ, и, прежде всего биомассы, государствами Евросоюза приняты директивы, согласно которым энергия, получаемая из биомассы, налогом не облагается.

В России на фоне низких цен (относительно мировых) на энергоресурсы (особенно на природный газ) применение древесного топлива пока актуально только для лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий, располагающих древесным топливом в виде отходов переработки.

В качестве причин, определяющих перспективность использования древесных отходов, можно указать:

• — возможность организации теплои электроснабжения фактически на бесплатном топливе;
• — возможность увеличения мощности и расширения производства деревообрабатывающих предприятий за счет использования собственных энергоресурсов;
• — доступность для отдаленных населенных пунктов, которые, как правило, характеризуются наличием большого количества отходов, низким энергопотреблением при наличии печного отопления, высокой стоимостью привозного топлива (мазута и угля) и, как следствие, низким экономическим и социальным уровнем жизни.

Сегодня на Российском рынке из зарубежных фирм, изготавливающих небольшие котлы для сжигания древесных отходов, наиболее известны: Wartsila и Putkimaa OY (Финляндия); Hotab (Швеция); S.A. COMPTE (Франция). Выпускаемое ими оборудование хорошо отработано и поставляется комплексно. Однако оно не всегда адаптировано к российским условиям, очень дорого и требует значительных валютных затрат на запчасти.

В последнее десятилетие в большом количестве стали появляться предложения российских производителей. В основном они касаются водогрейных котлов небольшой мощности, которые могут устанавливаться на небольших деревообрабатывающих предприятиях, где в отходах присутствуют опилки, стружка и обрезки. В большинстве случаев для полного покрытия собственных нужд в тепловой и электрической энергии отходов предприятия бывает недостаточно. Однако для крупных леспромхозов и комбинатов с большим выходом отходов экономическая целесообразность полного покрытия энергозатрат за счет строительства собственных миниТЭЦ практически гарантирована.

Известны расчетные оценки эффективности строительства различных вариантов мини-ТЭЦ, сделанные специалистами ВТИ [1] и свидетельствующие о том, что при цене отходов порядка 200 руб./м3 и 6000 часах использования оборудования мини-ТЭЦ электрической мощностью 0,6−6 МВт являются экономически эффективными. Особенно привлекательны проекты при тарифах на электроэнергию и тепло, соответственно, более 0,8 руб/кВт.ч и 210 руб/Гкал. При низкой стоимости топлива срок окупаемости мини-ТЭЦ указанных мощностей составляет около 3 лет, а при нулевой стоимости отходов — на 0,5−0,7 года меньше.

Использование древесных отходов на деревообрабатывающих предприятиях в качестве топлива позволяет:

• — увеличить или организовать реализацию избыточного тепла и/или электроэнергии;
• — уменьшить или исключить вовсе закупку тепловой и/или электрической энергии или энергоресурсов;
• — утилизировать отходы, сократить расходы на их транспортировку и содержание отвалов;
• — увеличить надежность энергопотребления (обеспечить собственную энергобезопасность, независимость энергопотребления от поставщиков) при постоянной, фактически нулевой, стоимости отходов;
• — организовать производство более энергоемкой дорогостоящей продукции.

С учетом этого сроки окупаемости мини-ТЭЦ в составе таких предприятий могут значительно сократиться, по сравнению с самостоятельными станциями, и составить около 1,5−2 лет.

По нашим оценкам, выполненным в 2002 году для мини-ТЭЦ ЦОФ «Сибирь» (электрической мощностью 13 МВт и тепловой 30 Гкал/ч), работающей на отходах углеобогащения, себестоимость вырабатываемой электрои тепловой энергии составляла 0,268 руб/кВт.ч и 73,2 руб/Гкал при стоимости отходов 125 руб/т. А при нулевой стоимости отходов — соответственно 0,122 руб/кВт.ч и 33,4 руб/Гкал.

Экономическая привлекательность проектов строительства мини-ТЭЦ обусловлена тем обстоятельством, что все компоненты станции могут изготавливаться отечественными производителями, в частности такими, как Бийский, Белгородский и Барнаульский котельные заводы, Калужский турбинный завод и др.

Общепризнано, что сжигание биотоплива различного происхождения в кипящем слое является универсальной технологией. Она обладает наибольшей эффективностью при использовании высоковлажных низкокалорийных отходов разной крупности и состава.

Последнее особенно важно для предприятий с большим выходом кородревесных отходов, например ЦБК. До настоящего времени эти отходы утилизируются на механических колосниковых решетках, разработанных еще в 60-х годах прошлого столетия. Сжигание коры на них требует подсветки факела жидким топливом. Сегодня, из-за резкого удорожания мазута, стало практически неизбежным применение новых технических решений по сжиганию таких отходов, базирующихся на технологиях кипящего слоя. Они позволяют без использования мазута обеспечивать эффективное сжигание кородревесных отходов влажностью до 65−70%.

Богатый зарубежный опыт применения технологии кипящего слоя свидетельствует о ее высокой эффективности и минимальном вредном воздействии на биосферу.

За рубежом при строительстве новых энергоисточников часто исходят из необходимости обязательной утилизации местного биотоплива, доля которых в выработке энергии на данном объекте может доходить до 60−80%. При этом могут применяться два способа совместного сжигания базового топлива (как правило, угля) и отходов. Наиболее простым является смешение угля и биомассы на складе топлива. Если данный способ неприемлем, то применяется раздельная подача угля и биомассы. Наиболее приспособленными для совместного сжигания ископаемых топлив и биомассы являются котлы с кипящим слоем.

Сегодня ОАО «Бийский котельный завод» располагает достаточно широкой номенклатурой котлоагрегатов для сжигания древесных отходов, оснащенных как традиционными топками, например, системы Померанцева, так и топками кипящего слоя, предназначенными для всех видов древесных отходов, включая кородревесные. Мощностной ряд выпускаемого оборудования включает котлы производительностью от 10 до 35 т/ч на параметры пара — 1,4−4,0 МПа и 194−440 ОС. Данные котлы по параметрам и производительности хорошо сочетаются с турбинами, изготавливаемыми Калужским турбинным заводом, и совместно с последними являются эффективным надежным оборудованием для комплектации мини-ТЭЦ.

Единичная мощность турбин Калужского завода охватывает ряд от 0,6 до 30 МВт. Это могут быть конденсационные турбины, конденсационные турбины с регулируемым отбором пара на промышленные или отопительные нужды, турбины с противодавлением, турбины с противодавлением и отбором. Сюда же относятся турбогенераторы блочные малой мощности, которые могут быть конденсационными, конденсационными с отбором пара, конденсационными с отбором пара и бойлером для подогрева сетевой воды.

В котлах с топками кипящего слоя Бийского котельного завода помимо древесных отходов могут также сжигаться низкокалорийные высоковлажные бурые угли, что обеспечивает возможность проектирования и строительства мини-ТЭЦ с такими котлами для случаев, когда требуется совместное сжигание древесных отходов и углей. Работа котлов кипящего слоя при сжигании древесных отходов характеризуется высокой экономичностью (КПД брутто 82−84%), слабой чувствительностью к колебаниям качества топлива (по калорийности и дисперсному составу), высокой стабильностью нагрузки и параметров пара и может быть полностью автоматизирована.

Как правило, котельные заводы наряду с основной продукцией производят полный набор котельно-вспомогательного оборудования, обеспечивающего экономичную и надежную работу котлов. Это вентиляторы и дымососы, питатели топлива, оборудование шлакозолоудаления, встроенные и санитарные золоуловители, воздухоподогреватели, экономайзеры, оборудование водоподготовки и теплообменное оборудование.

Отделения мини-ТЭЦ по приему, подготовки и подачи топлива также могут быть полностью укомплектованы отечественным оборудованием (это — транспортеры ленточные, цепные, скребковые и шнековые, дезинтеграторы, корорубки, бункеры-питатели и др.), обеспечивающим подготовку и подачу в котлы любых видов отходов древесины.

НИЦ ПО «Бийскэнергомаш», занимается разработкой котельного оборудования для ОАО «Бийский котельный завод» на нетрадиционные топлива, в частности древесные отходы. В эксплуатации находятся котлы КЕ-6,5−14−225 на деревообрабатывающих предприятиях в г. Череповце и в п. Шексна (Вологодская область), котлы КЕ-10−14 в котельной ОАО «Тернейлес» (Приморский край), котел КЕ-20−16−320 на Пермском фанерном комбинате. В настоящее время монтируется котел КЕ-20−40−440 на ТЭЦ Вишерской бумажной компании. Котел рассчитан на выработку 20 т/ч перегретого до 440 0С пара давлением 4 МПа при сжигании древесных отходов и включает в себя топочный блок с ширмовой ступенью пароперегревателя и реактором кипящего слоя, конвективный блок, состоящий из конвективной ступени пароперегревателя и испарительного пучка с двумя барабанами. Котел агрегатирован системой вторичного дутья, системой регенерации и удаления материала слоя и системой возврата уноса со встроенным золоулавливающим пучком (на рисунке не показан).

Разработан также котел КЕ-20−24−370 на параметры пара 2,4 МПа 370 0С, который предполагался к установке (6 котлов) на мини-ТЭЦ по проекту «Владимирский лес» и 2 котла — на второй очереди мини-ТЭЦ Лесосибирского ЛДК-1 в Красноярском крае. Однако данные проекты не состоялись ввиду отсутствия финансирования.

В качестве примера на рисунке представлена компоновка мини-ТЭЦ (без отделения топливоподготовки) электрической мощностью 8 МВт с двумя турбинами П4−2,4/0,6 с регулируемым отбором пара Калужского завода и четырьмя котлами КЕ-25−26−330 Бийского завода.

Перечень основного установливаемого оборудования с указанием заводов — изготовителей приведен в табл.1.

Таблица 1.

энергия древесный экологический инновационный На рисунке ниже дан пример компоновки отделения топливоподготовки второй очереди мини-ТЭЦ Лесосибирского ЛДК-1.

Перечень устанавливаемого технологического оборудования (поставщик ОАО «Союзлесмонтаж») представлен в табл.2.

Таблица 2.

В заключение необходимо отметить, что для обеспечения ожидаемых экономических показателей при строительстве мини-ТЭЦ требуется уделять особое внимание отбору оборудования по параметрам надежности, экономичности использования топлива и величине эксплуатационных расходов.