Теплогенераторы малой мощности,
работающие на отходах древесины.
Кремнева Е.В.
Национальная Металлургическая академия Украины, .Днепропетровск
В процессе лесозаготовки и первичной разделки древесины до 60% ее переходит в отходы [2]. Количество древесных отходов, которые образуются в Украине, а также их энергетический потенциал представлены в таблице 1.[1]
Таблица 1
Тип отходов древесины
Количество, млн пл.м3
Энергетический потенциал,млн
т. у. т.
Невывезенная древесина на лесосеках (порубочные остатки ),W=50-60% p>
1.406
0.314
Отходы в гослесхозах при распиловке кругляка, W=40-45%
0.425
0.114
Отходы на ДОКах при изготовлении готовой продукции, W=25-30%
0.656
0.180
Дрова, вывозимые с лесосеки, W=40-45%
3.853
0.969
Всего
6.367
1.577
Для большинства районов Украины, сегодня наиболее доступным топливом являются отходы древесины, а также сельскохозяйственные отходы. Поставщиками данного вида топлива могут быть предприятия деревообрабатывающей промышленности (опилки, щепа, кора, обрезки), сельскохозяйственные предприятия (неиспользованная солома, лузга и т.д.).
Необходимо также учитывать, что в настоящее время переработкой органических отходов, как правило, занимаются те предприятия, на которых они накапливаются. Предприятия – производители отходов, как правило, заинтересованы в получение тепловой энергии для удовлетво-
рения собственных нужд, таким образом, целесообразно утилизировать отходы непосредственно на месте их получения. При этом исключаются затраты на транспортировку.
В настоящее время в качестве альтернативы газовым и мазутным отопительным установкам индивидуального пользования для домов с относительно невысоким уровнем потребления в тепловой энергии рассматриваются котлы на древесном топливе с предварительной газификацией древесины [3].
Получение теплоты в виде горячего воздуха, пара и горячей воды из биомассы экономически выгодно уже сейчас. Украина обладает достаточным техническим потенциалом, чтобы начать собственное производство котлов, которые используют в качестве топлива биомассу [1].
Данное направление довольно широко развито и продолжает развиваться за рубежом. Всего в Европе известны более100 производителей маломощных топок работающих на древесине, угле, соломе и других органических отходах сельского хозяйства, причем больше всего их в Германии. При этом в качестве перечисленных видов топлива в предлагаемых установках в 59% используется древесина[6].
До последнего времени использование химической энергии твердого топлива для получения тепла осуществлялось в основном путем прямого сжигания топлива, осуществляемого различными способами. Основные технологии сжигания древесной биомассы достаточно подробно описаны в работе [4].
Несмотря на то, что прямое сжигание представляет собой старейшую и наиболее развитую технологию получения энергии из биомассы до сих пор имеется потенциал для ее дальнейшего развития с точки зрения увеличения КПД и улучшения экологических характеристик.
Разрабатываемые в настоящее время новые теплогенераторы для переработки биомассы основаны на слоевом обращенном сжигании [5].
В Национальной Металлургической Академии Украины в течение ряда лет разрабатываются отопительные устройства малой мощности для получения горячего воздуха и воды, работающие на биомассе.
В данной работе предложен способ регулируемого сжигания биомассы с предварительной ее газификацией с целью получения горячего воздуха.
На рисунке 1 представлен экспериментальный образец теплогенератора, предназначенный для получения горячего воздуха с температурой 80-850С. Тепловая мощность данного агрегата составляет 20-25кВт, площадь поверхности нагрева 1,5м2. В качестве топлива в опытах использовались отходы древесины с размером кусков от 5 до 20см, влажностью 18-25%.
Газификатор представляет собой вертикальную шахту, куда сверху загружаются отходы древесины. Собственно газификация происходит в нижней части газогенератора в высокотемпературной зоне при температуре порядка 8000С куда подается необходимое, регулируемое количество воздуха (первичный воздух). Первичный воздух вместе с горячими газами обеспечивает подсушку топлива, отвод водяных паров которые вместе с продуктами газификации поступают в зону горения расположенную ниже. Сюда же подается вторичный воздух необходимый для сжигания продуктов газификации (вторичный воздух). Заканчивается горение в зоне дожигания. Таким образом, в газогенераторе представляющем собой вертикальную шахту можно выделить, но ходу топлива три зоны: зону запаса топлива, зону подсушки, пиролиза горения и газификации топлива и зону дожигания продуктов газификации и древесного угля. В зависимости от вида древесины одной загрузки хватает на 2-4 часа работы.
КПД данного агрегата составляет 80-85%.
К недостаткам данного типа теплогенераторов можно отнести ограничения по содержанию в сырье мелкодисперсной фракции. Преимуществами такого способа сжигания являются:
· возможность регулирования тепловой мощности теплогенератора в широком диапазоне нагрузки, как на стадии газификации топлива, так и на стадии дожигания путем перераспределения потоков воздуха;
· возможность автономной работы длительное время;
· высокий коэффициент поленого действия;
· малое гидравлическое сопротивление котла (25-35Па) позволяет работу на естественной тяге, что делает возможным эксплуатацию агрегата без затрат электроэнергии.
Перечень Ссылок
1. Г.Г. Гелетуха, Т.А.Желєзная, Тишаєв С.В., Кобзар С.Г., Копєйкін К.О.. Концепція розвитку біоенергетики в Україні. Інститут технічної теплофізики НАН України Науково – технічний центр “Біомасса” ГО “Енергія майбутнього століття”, Київ – 2001.
2. В.И. Ягодин, Ю.Д. Юдкевич/ Новый Энерготехнологический комплекс “ПОЛИКОЗ” для производства древесного угля и тепловой энергии из лесосечных отходов. Нетрадиционная энергетика информационный бюллетень ст 63,№1- 2002
3. Газификатор древесины – отопительный котел и солнечная установка. Отопительная техника для домов с малой потребностью в энергии. Holzvergaser-Heizkessel und Solaraniage. Heiztechnik fur Niedrigenergiehauser/ Sibbertsen Jan // Ikz – Haustechn. – 2000. – 55, №3. – с. 34,36,38-39.-Нем.
4. Г.Г. Гелетуха, Т.А.Железная ./ Обзор современных технологий сжигания древесины с целью выработки тепла и электроэнергии. Часть1 – Экотехнологии и ресурсосбережение, №5 ,1999г.
5. И.И. Борисов, А.А. Халатов, / Теплогенераторы, работающие на биомассе: анализ рынка Украины. - Промышленная теплотехника, №1, 2002г.
6.Маломощные топки для древесины.Kleinfeuerungsanlagen fur Holz. Marktbedeutung und Schadstoffausstob / Hartmann Hans, laurhardt Thomas // Kund L Mag.-1996.-10,№5.-с.16,18,20.-Нем.