По сообщению ТАСС от 23 марта 2023 года президент РФ Владимир Путин поручил органам исполнительной власти представить предложения по использованию биотоплива для обогрева жилья, в том числе частных домов. Подумать предлагается о модернизации действующих коммунальных котельных, работающих на угле и мазуте, а также о строительстве новых биотопливных котельных для вновь вводимых в эксплуатацию жилых домов.
Предложения должны включать долгосрочные тарифы на тепловую энергию и фиксированные цены на биотопливо. Правительство должно принять меры для развития выпуска отечественного котельного оборудования, работающего на биотопливе.
Учитывая, что среди реализованных мною проектов имеются спроектированные и смонтированные биотопливные котельные, то данная новость побудила сделать обзор на них, а также на применяемые «технологию» и оборудование. Отдельно рассмотрены нюансы, часто скрытые от глаз не специалиста, но которые надо учитывать при оценки и планировании мероприятий по более широкому применению биотоплива в теплоэнергетике.
О чем речь
Текущее состояние теплогенерирующей отрасли
В нашей стране для городов и части населенных пунктов реализовано централизованное теплоснабжение. Источниками тепла являются котельные и ТЭС (теплоэлектростанции), к которым через тепловые сети подключаются потребители тепла (жилые дома и инфраструктурные объекты). Производством занимаются как частные, так и муниципальные предприятия. Продажа тепла населению осуществляется не выше предельного уровня цены на тепловую энергию, которая установлена органом тарифного регулирования конкретного региона (на основании независимой экспертизы обоснованности затрат) в рамках коридора цены, определенного уже Федеральной антимонопольной службой.
Определение тарифов — краеугольный камень энергетики. Представители ресурсоснабжающих организаций считают их недостаточными, а население — завышенными. Все недовольны методиками расчета, но также с огромным недоверием относятся ко всем предложениям что-то улучшить, которые нет, да и возникают на уровне правительства.
Сейчас конкретный поставщик тепла приносит в орган регулирования информацию обо всех своих затратах, они делятся на общее количество вырабатываемого тепла, добавляется несколько процентов прибыли и все. Крупные поставщики недовольны тем, что их собственникам недостаточно получаемой прибыли. Нет стимула инвестировать в строительство новых мощностей. Теплогенерирующие компании, конечно, всеми способами ищут альтернативные способы заработка. Так несколько лет мы участвовали и на текущий момент продолжаем участвовать в проекте строительства нового блока отопительной котельной, где газовые котлы будут полностью работать на генерацию. Но у заказчика есть договоренность о покупке электроэнергии сетевой компанией и опыт работы с ней. На текущий момент объект еще не введен в эксплуатацию, хотя и продвигается вперед. Медленно, мучительно, в непримиримой борьбе за каждую копейку. Есть надежда выйти на режимную наладку до конца года.
Проблема отрасли в том, что оборудование изношено, требует реконструкции. Инвестиции очень нужны, но интереса у инвесторов в основном нет. Отсутствует даже стимул повышать энергоэффективность в рамках текущих эксплуатации, не смотря на все принятые о ней законы, ведь чем больше затрат покажешь, тем больший тариф тебе согласуют.
В продвигаемых сейчас реформах заложена концепция формирования тарифов на тепловую энергию на основе рассчитываемой федеральной службой по тарифам индикативной цены по виртуальной альтернативной (или эталонной) котельной для региона (ценовая зона теплоснабжения) и создание единой теплоснабжающей организации, на базе крупных генерирующих компаний (ТГК и ОГК), которая объединит источники тепла и тепловые сети. Это будет аналог гарантирующего поставщика электроэнергии. Единая теплоснабжающая организация в зоне своей работы будет нести полную ответственность за надежность и качество теплоснабжения. Цена тепла в регионе будет единой, не выше предельного тарифа, но включать в себя затраты на строительство и реконструкцию объектов. Считается, что она будет установлена на годы вперед (10-15 лет) и пересматриваться кроме как на уровень инфляции не будет. Механизм должен также стимулировать небольшие компании вкладываться в модернизацию оборудования, так как от его эффективной работы будет зависеть прибыль и их возможность работы на рынке в-принципе.
Методология и порядок расчета предельного уровня цены на тепловую энергию в ценовых зонах утверждены Постановлением правительства России от 15.12.2017 №1562. Переход на новый порядок формирования стоимости тепла прописан добровольным. То есть претендент на статус единой теплоснабжающей организации должен договориться с властями региона о переходе на альтернативный способ определения тарифа, а затем региональные власти должны согласовать параметры договора с федеральным центром.
Стоит отметить, что по информации СМИ, процесс перевода регионов в ценовые зоны альтернативных котельных идет тяжело. Вместе с тем, СМИ заявляют как о положительных результатах, так и конфликтах между теплогенерирующими компаниями и властями. Так или иначе, но на местах начинают идти процессы по приведению системы теплоснабжения в порядок, а население получает увеличенные тарифы на тепло, недовольство которыми оно высказывает власти.
Есть еще один барьер, который сдерживает потенциального инвестора — систематическая неопределенность.
Тепло для нашей климатической зоны базовый социальный ресурс, обеспечивающий выживание каждого члена общества в холодное время года. Ко всем телодвижениям вокруг него приковано внимание общества. Не могут добавлять оптимизма потенциальным вкладчикам регулярные популистские призывы законодателей и отдельных политиков что-то пересмотреть, заморозить тарифы, провести очередной аудит ценообразования.
Проблема также в том, что вне зависимости от того, будет ли тепло по итогу оплачено, оно все равно должно быть поставлено. На местах не раз рассказывали истории, о том, что, если что-то происходит с котельной поселка, как правило, исторически расположенной на градообразующем предприятии, тепло в дома жителей не поступает, на территории тут же становится не пропихнуться от властей, силовиков и прочих опасных для руководителей предприятия личностей.
Неопределенность дополнительно создает текущая обстановка в мире. Если в 2022 году было свернуто множество инвестиционных проектов в значительно более маржинальных областях, то что говорить про ЖКХ, где в условиях альтернативной котельной игроки заявляют доходность не более 5%.
В терминах управления проекта все вышеперечисленное — это риски. Риски имеют свою финансовую оценку, которая используется при принятии решения, как процессе реализации проекта, так на этапе инициации, при определении — стоит ли вообще его начинать.
Получение тепловой энергии
До того, как тепловую энергию продать, ее надо произвести.
В основе процесса получения тепла в котельной установке лежит преобразование химической энергии вещества (топлива) в тепловую энергию пара или горячей воды при сжигании. В себестоимости тепловой энергии на топливо может приходиться до 60% от всех затрат.
Однако топливо остается главным фактором, определяющим себестоимость производимого тепла. Даже не так, факторы топлива определяют, сколько будет по итогу стоить 1 Гигакалория для потребителя.
Вот только несколько факторов, связанных с топливом, которые должен оценить человек, перед которым поставили задачу обеспечить непрерывное производство тепловой энергии:
- насколько эффективное сжигание топлива возможно обеспечить в текущих условиях;
- стоимость топлива и оборудования для его сжигания;
- доступность (наличие) конкретных видов топлива для непрерывных поставок в данной местности;
- логистические издержки по доставке топлива;
- стоимость обслуживания и текущей эксплуатации оборудования (надежность оборудования), предназначенного для его сжигания;
- затраты на удаление вредных побочных продуктов и эффектов (включая экологические платежи и штрафы);
- рентабельность сжигания с учетом возможностей по реализации тепловой энергии.
То есть по каждому фактору для выбранного топлива в конкретной местности кто-то должен провести анализ, найти конкурентное преимущество, или хотя бы определить условия, при которых возможны условия сопоставимые с аналогами. Так, чтобы по совокупности при использовании данного вида топлива обеспечивалась заданная рентабельность. Мы ведь живем в эпоху рыночных отношений.
Что и в каких количествах сжигают в наших котельных и ТЭЦ
По состоянию на 2020 год в РФ было произведено 1126 млн. Гкал тепловой энергии, при этом 554 млн. Гкал (49%) пришлось на промышленность, а 442 млн. Гкал (39%) на население и финансируемые из бюджета организации.
Отопительные котельные в основном работают на газовом топливе, на угле и мазуте (реже дизеле). С каждым годом количество котельных, работающих на газу, увеличивается. Это очень хорошо видно по поступающим заявкам на выполнение работ. Когда к населенному пункту подводят газ, начинается перевод местной котельной на газовое топливо. Мазут (дизель) в этом случае может использоваться, как резервное и аварийное топливо. Конструкция газомазутной горелки позволяет сжигать и то, и другое в одной котельной установке с приемлемой эффективностью. Для сжигания угля для эффективного сжигания потребуется уже другое оборудование.
Природный газ на текущий момент в нашей стране наиболее востребованное, а главное, экономически выгодное топливо.
Данные, приведенные сверху весьма условны, но могут использоваться для грубой иллюстративной оценки. Тем не менее отмечу, что по той же щепе — при сжигании в специальном современном промышленном котле (КПД = 0,92), при влажности 50% 1 МВт (0.8598452 Гкал/час) можно получить из примерно 600 кг. А при сжигании щепы в каком-нибудь универсальном котле слоевого сжигания, где КПД достигает 50-60%, указанная на столбчатой диаграмме величина даже будет соответствовать действительности. Внимание: расчеты по стоимости следует вести конкретно для вашего топлива с учетом его характеристик, учитывать параметры котельного оборудования, затраты на собственные и прочие нужды.
Уголь и мазут в качестве основного топлива используется либо по историческим причинам при нерентабельности капитальных вложений на реконструкцию, либо там, где нет доступа к газу и, наоборот, в наличии близость к месту добычи (производства) этих видов топлива.
В Минэнерго отмечают, что в Сибири и на Дальнем Востоке уголь «не имеет экономически адекватных альтернатив». Газ может рассматриваться как альтернатива только в регионах Единой газотранспортной системы, а развитие АЭС ограничено европейской частью РФ из-за небольшой мощности энергосистем Дальнего Востока.
Это к вопросу о логистических затратах.
Из статистических данных видно, что около 20% отопительных котельных и ТЭС продолжают работать на угле и мазуте, вырабатывая 88,4 млн. Гкал (102,8 млн. МВт) по состоянию на 2020 год. При средней длительности отопительного сезона в стране в 250 суток очень грубо можно оценить, что мощность всех интересующих нас котельных составит 17133 МВт.
Что такое биотопливо
Биотопливо— это топливо органического происхождения, полученное не ископаемым способом (ГОСТ 33103.1 — 2017). В качестве биотоплива для сжигания в котельных могут использовать твердое топливо — дрова, кору, щепу. Используют также подсолнечную лузгу, солому, опилки, даже сушеный навоз и т. д.
Если говорить, например, о дровах, то за счет своей доступности (иногда и бесплатности для населения), биотопливо используется в домохозяйствах с древнейших времен. Но сколько нужно тех дров, чтобы даже с помощью примитивной печи с низким КПД обогреть частный дом? Мой отец на зиму для дома в сезон 22-23 года покупал машину за 14 000 рублей и ему хватило. Правда топил он не более раза-двух в день, да и не каждый день отопительного сезона. С централизованными отопительными котельными ситуация другая. Как указывалось выше, котельная — это непрерывное производство, и оно функционирует сейчас в парадигме действующих рыночных механизмов.
Давайте еще раз посмотрим на топливо с точки зрения его калорийности, то есть того, сколько тепловой энергии можно получить при его идеальном сжигании.
Теплотворная способность биотоплива, в сравнении с традиционными видами топлива небольшая. Его применение однозначно оправдано тогда, когда стоимость такого топлива для организации стремится к нулю. Это случай наших основных заказчиков — деревообрабатывающих предприятий, целлюлозно-бумажных комбинатов. Биотопливо образовывается непринужденным образом в процессе производства основной продукции и с ним все равно надо что-то делать. Замечу, что если его не сжигать, то надо вывозить и как-то утилизировать, что также стоит денег. Я видел ТЭО для строительства новой биотопливной котельной ЦБК, где именно этот фактор был положен в расчет окупаемости. И окупаемость достигалась… лет через десять. Конечно, это больше вопрос, как считать. Котлы для сжигания древесных отходов были на предприятиях деревообработки всегда и потребность в новом оборудовании по мере износа будет сохраняться пока они функционируют.
Так, о чем тогда говорит наш президент?
Дело в том, что заграницей ситуация с топливом никогда не была столь радужной. Постоянные колебания цен на газ, уголь, нефть заставляли искать альтернативы. И одна из них — это древесные топливные гранулы или пеллеты. На самом деле — это спрессованная, специальным образом обработанная древесина цилиндрической формы, размером 10-30 мм и 4-10 мм в диаметре. У пеллет выше теплотворная способность, они занимают меньший объем, обладают низкой зольностью, низкой влажностью. В общем, этот вид топлива стал популярным, а наши деревообработчики, с учетом того, что изготавливается он, по сути, из отходов, оценили перспективы получения дополнительной прибыли. Появились многочисленные производства по производству пеллет, в проектировании и строительстве которых мне также довелось неоднократно участвовать.
А сейчас во всей европейской части нашей страны эти производства остановились. Их продукцию у нас теперь не покупают. И куча оборудования, работников сейчас оказались невостребованными.
Страсти по биотопливу
Идея о переводе муниципальных котельных на биотопливо не новая. О ней регулярно вспоминают, в том числе на самых верхних уровнях нашего государства. Об этом, в частности, говорится в Обновленной Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года. Но в реальности процесс идет медленно, со скрипом. Быстрее там, где биотоплива много, а традиционных видов топлива мало и значительно медленнее там, где ситуация не так однозначна.
Вот в Коми, хотя лесов достаточно, поручение дано несколько лет назад, а воз, если верить СМИ, и ныне там (https://www.bnkomi.ru/data/news/144433/). Как обычно доставляют удовольствие комментарии. Но в целом люди ситуацию понимают правильно: нельзя просто приказать солнцу светить по-другому. Не менее трудно заставить человека работать себе в убыток, вкладывать свои (или те, за которые потом спросят и возможно — посадят) деньги за идею и обещания.
У биотоплива есть главное преимущество перед остальными видами топлива — оно возобновляемо и теоретически не может закончиться. Но это будет играть роль в отдаленном будущем, не сейчас. Второй его плюс, на который делают акцент во всяких Европах — оно экологично. Тут как еще посмотреть и смотря с чем сравнивать. Этот вопрос я оставлю экспертам-экологам, попутно отметив, что заграницей именно через экологические штрафы стимулировали развитие «зеленой» энергетики.
За более, чем десяток лет опыта работы с биотопливными котельными в мирные времена у меня был только один муниципальный проект в Бурятии, где планировалось поменять маленькие поселковые угольные котлы на те, что сжигают производные древесины (предполагалось закупать отходы местных пилорам). Но дальше разработки проектной документации дело не сдвинулось. Инициаторы проекта, которые вложили свои деньги в проектирование под честное слово концессий, много лестных слов сказали об региональных властях, которые на словах поощряют такие инициативы, а на деле не хотят создавать условия, чтобы вложения окупились хотя бы в какой-либо обозримой перспективе. Тот проект умер, не успев толком начаться.
Если открыть первый попавшийся сайт компании, занимающейся торговлей твердого топлива, то можно увидеть, что при соизмеримой стоимости за тонну, калорийность угля больше.
Было бы неправильно сравнивать топливо только по соотношению «цена/калорийность». Есть логистические затраты, про которые упоминалось не раз. Есть КПД оборудования. Нужно что-то делать с золой. Существует плата за выбросы. Каждый конкретный случай нужно просчитывать.
И тем не менее по тем расчетам, которые присылали мне, при прочих равных и текущей цене, биотопливо не демонстрирует особых преимуществ перед углем и мазутом.
В Литве, например, где биоэнергетика выбилась в лидеры в кулуарах, рассказывали, что перевели большинство коммунальных ТЭЦ на растительное топливо, конечно, же из-за жгучего стремления к энергетической независимости от России и высокой цены на газ. Благо лес оказался рядом. Надо отдать им должное, процесс они поставили на поток — оттуда в реальном времени вычищается все, что горит и непрерывным потоком доставляется на ТЭЦ. То есть под ситуацию была создана инфраструктура, в которую значительно вложилось государство. Цена такого топлива — а это даже не топливные гранула, а в прямом смысле биомасса (ветки, кусты, сухостой и т. д.) значительно ниже аналогов, а стоимость тепла для населения весьма конкурентоспособна.
Совершенно логичным видится шаг по обеспечению снижения цены на биотопливо для конечного потребителя, тем более что губернатор Коми прав в том, что ситуация сейчас относительно недавнего прошлого изменилась, спасибо западным партнерам. В 2021 году из России в ЕС было поставлено порядка 2,5 млн. тонн древесных топливных гранул. Теперь этот объем, если не закрывать производителей, должен быть реализован на внутреннем рынке. Но смогут ли производители пойти на снижение цены? Изготовление пеллет требует значительных энергетических затрат. То оборудование, которое сейчас у нас работает, как правило, импортное, построено в кредит и его окупаемость рассчитывалась исходя из определенных цен.
С другой стороны, если очень грубо прикинуть, что такое 2,5 млн. тонн пеллет, то получается, что это 12,2 млн. МВт без учета потерь (напоминаю, что потребность для рассматриваемого сектора 102,8 млн. МВт).
Но и тут есть нюанс. Пеллеты производятся в основном из отходов предприятий деревообработки. Мы еще не дошли до того, чтобы товарную древесину отправлять на изготовление топливных гранул. Отходов тем больше, чем произведено продукции. А продукция у нас тоже в основном шла на экспорт…
В общем, вопросы есть, не сказать, что не решаемые, но трудные.
Ответы на них, конечно, будут получены.
А мы плавно переходим к главной теме настоящей статьи — к оборудованию для сжигания биотоплива. Ведь проблема, заключается в том, что невозможно перевести устаревшее оборудование с потребления угля и мазута на щепу (пеллеты, топливные брикеты) по желанию. Требуется значительное техническое перевооружение или даже полная реконструкции котельной.
Это очень дорого.
Особенности сжигания биотоплива
Иногда, обладая лишь опытом приготовления шашлыков в мангале на даче, обыватель начинает размышлять о том, что нет разницы, какое топливо сжигать в топке. В случае с котельной, одномоментно сжигающей тонны горючего, это не так. Каждый вид топлива обладает своими уникальными параметрами: теплота сгорания, зольность, влажность, содержание серы и азота, химический состав золы, температура ее плавления, гранулометрический состав, выход летучих веществ и так далее. Исходя из них выбирают технологию сжигания, рассчитывают требуемый объем и конфигурацию топки, требуемую площадь зеркала горения, размещение теплоотводящих поверхностей, подачу требуемого количества воздуха в соответствующую зону сжигания и еще множество параметров.
В части газообразного и жидкого топлива за счет схожести физических свойств и условий сжигания удалось решить вопрос возможности сжигания их на одном оборудовании. Другое дело твердое топливо.
Любая угольная котельная работает не на «каком-то угле», а на угле конкретной марки, удовлетворяющем четким сертификационным характеристикам. Работа на «непроектном» угле в лучшем случае приведет к снижению эффективности производства тепла, а в худшем случае может привести к поломке оборудования. Что же говорить о принципиально другом виде топлива с иными характеристиками.
В 70-е годы для ЦБК была попытка изготовления универсальных котлов типа КМ-75-40, предназначенных для сжигания разных видов топлива: кородревесных отходов (КДО) на механической колосниковой решетке и дополнительного топлива (мазута или природного газа), подаваемого через горелки. Опыт эксплуатации их оказался неудачным: оборудование обладало низкой эксплуатационной надежностью, низким КПД (значительный недожег), для выхода на номинальные параметры необходимо было затрачивать большое количество дополнительного топлива.
Сжигание биотоплива — это сложный процесс, который состоит из последовательно протекающих гомогенных и гетерогенных реакций. Выделяют три стадии — сушку, выход и горение летучих веществ, сгорание твердого углерода (коксового остатка). Время, необходимое для каждой из этих реакций, зависит от характеристики топлива (в первую очередь минимальной калорийности, влажности, зольности), его геометрических параметров (фракционного состава), от температуры, от условий сжигания. Это определяет конструкцию топок. Они выполняются сложной конфигурации, объемные, с разделением на отдельные зоны, куда подводится разное количество воздуха. Помимо этого, внутри решаются вопросы равномерного распределения топлива и поддержания определенной высоты слоя топлива, его перемешивания.
Разные виды биотоплива будут гореть по-разному и требовать различных подходов к конструированию оборудования. Непонимание этого факта приводит к тому, что в технических заданиях на устройство биотопливных котельных часто пишут, что котлоагрегат должен работать на всем, что есть ненужного на предприятии. Добиться такого физически невозможно. Иная ошибка заключается в том, что не прописываются конкретные параметры топлива, зато четко определены гарантийные параметры приемки оборудования. С этим тоже будут серьезные трудности.
Чрезвычайно низкая калорийность ставит вопрос о возможности горения такого топлива вообще. Топлива потребуется очень много: это и повышенные нагрузки на склад, топливоподачу, другое вспомогательное оборудование. Высокая калорийность приведет к высоким температурам в топочном устройстве, необходимости охлаждения и снижению срока службы.
Высокая влажность либо также сказывается на физической возможности горения, либо требует дополнительного расхода тепла на подсушку топлива. Для сжигания топлива разной влажности конструируют разные топочные устройства. Чем выше влажность топлива, тем дороже обходится производство тепла, тем больше котел, топка, мощность вентиляторов, склад для хранения топлива, риск смерзания и т. д.
Высокая зольность способствует потерям на неполноту сгорания, уносу тепла со шлаком. Она мешает смешиванию топлива с кислородом, зашлаковывает поверхности нагрева, снижая теплопередачу и увеличивая температуру уходящих газов. Сплавленные куски минеральных примесей могут повредить оборудование.
При сжигании топлива крупной фракции увеличиваются потери от химической неполноты сжигания, так как не будет достаточного смешивания его с кислородом. Опилки не будут хорошо гореть, они будут проваливаться через колосниковую решетку топочного устройства, удаляться со шлаком и уносом в виде недогоревших частиц. Наблюдал такой случай — пожар был в транспортере золоудаления, бункере золы. Черный дым и горящие опилки выбрасывались из трубы. Чудом не случилось сильного пожара.
Также мелкая фракция взрывоопасна.
От стабильности параметров топлива зависит и стабильность работы (постоянство выработки тепла) всего котлоагрегата.
Устройство биотопливного котлоагрегата, модернизация существующих котельных
Оборудование для сжигания биотоплива состоит из ряда компонентов, которые могут быть сгруппированы следующим образом:
- система складирования и подачи топлива в топку (стокерный склад, система транспортеров);
- система сжигания (топка);
- котел;
- система дымовых газов: конденсационный экономайзер дымовых газов (для парового котлоагрегата), система очистки продуктов сгорания (мультициклон или электрофильтр), дымовая труба;
- система золоудаления: зольные конвейера, контейнер (бункер) золы;
- система управления и контроля процессами.
Это то, что подлежит однозначно замене при модернизации существующей котельной (ТЭЦ). Для случая строительства добавляются также водотехнические и паровые системы, непосредственно капитальные здания и сооружения. Впрочем, кого мы обманываем — все это потребует замены или серьезной реконструкции в любом случае.
Даже когда мы встраивали отдельную биотопливную котловую ячейку в действующую ТЭЦ, то меняли значительную часть вспомогательного общекотельного оборудования. Начиная с аккумулирующих емкостей химически очищенной воды, заканчивая системой электроснабжения. Да, котлоагрегат на этом виде топлива очень инерционный, и чтобы его без разрушений остановить при какой-либо аварийной ситуации, вода и электричество должны быть в любом случае.
Давайте для наглядности посмотрим на существующую угольную котельную, на примере муниципальной, размещенной в глубине нашей необъятной страны.
А вот и топливо, которое было определено для сжигания.
Давайте посмотрим, что предлагали в рамках проекта реконструкции. Так как отапливались в том числе социальные объекты, то требовалось полное резервирование по основному оборудованию, дополнительно учитывались нагрузки в рамках планируемого расширения тепловой сети и охвата частных домохозяйств с печным отоплением. Итоговая тепловая мощность объекта составила 2х3МВт (горячая вода 110 град. С 6 бар). Это было импортное оборудование, конечно. Порядок предложения — несколько сот миллионов рублей по состоянию на 2018 год.
- Склад топлива: скрепера с платформами, гидроцилиндры и гидростанции, вибросита, выравниватели, скребковые транспортеры.
- Два комплекта оборудования для сжигания топлива: топки 3,5 МВт, мультициклоны, вентиляторы, дымососы, газоходы. Дымовая труба высотой 20 м ставилась одна на два котла.
- Транспортеры удаления золы, бункера (контейнера) сбора золы для каждого котла.
- Два комплекта оборудования контура для генерирования тепла: жаротрубные водогрейные котлы, теплообменники, арматура, циркуляционные насосы.
- Водоподготовительная система: насосы исходной воды, система водоподготовки на 3 м3/час, насосы химочищенной воды, бак химически очищенной воды, подпиточные насосы.
- Вспомогательное оборудование: компрессоры с ресиверами для очистки поверхностей нагрева, дизель-генератор, электрощитовое распределительное оборудование, сетевые насосы.
- Оборудования управления: КИП, частотные преобразователи, шкафы управления, пульты, автоматизированные места операторов.
- Опорные конструкции, площадки обслуживания, трубопроводы, материалы для теплоизоляции, кабельная и кабеленесущая продукция.
Отдельно фундаментные и общестроительные работы, в том числе на ремонт зданий, возведения склада, административно-бытового блока. Выполнение везде инженерных систем: водоснабжения и канализации, отопления, вентиляции и кондиционирования, электроосвещения, силовой и розеточной сети, сетей связи, охранно-пожарной сигнализации.
Дополнительные работы: проектирование, экспертиза, монтаж технологического оборудования, пуско-наладочные работы.
Хорошая новость заключается в том, что большинство вспомогательного оборудования приемлемого качества так или иначе производится у нас в стране. Плохая — это не касается топочных устройств.
Топочное устройство
Ключевой подсистемой любого котлоагрегата является система сжигания, то есть топка или топочное устройство. Нельзя сказать, что в России топочные устройства для работы с биотопливом совсем отсутствуют. Стабильный интерес к сжиганию биотоплива всегда проявляли деревообрабатывающие предприятия. Для них в советское время было разработано несколько решений для сжигания древесного неликвида. Однако основной целью при конструировании такого оборудования являлась именно утилизация, а получение тепла и электроэнергии были вторичны. С наступлением рыночных отношений ситуация изменилась. На передний план выдвинулась экономическая эффективность.
Оказалось, что эффективных топок для сжигания биотоплива у нас нет. Наверное, поэтому из нескольких десятков реализованных мною проектов в области устройства биотопливных котельных только один, самый первый, был на отечественном топочном устройстве. И это будет проблемой при активном внедрении биотоплива.
Но, конечно, процесс импортозамещения идет. Никто не отменял обратного инжиниринга. При строительстве импортных котельных у генеральных проектных и подрядных организаций остается техническая документация. В ней есть пробелы, но это уже хороший задел.
Но вернемся к нашим топкам.
В зависимости от характеристик биотоплива применяются топочные устройства разных типов:
- скоростные топки Померанцева;
- слоевые топки с механическими решетками;
- топки с кипящим слоем;
- факельного типа и другие, редко применяемые для биотоплива конструкции.
Мне довелось плотно работать с первыми двумя типами топок.
Котловая ячейка на базе топки Померанцева
Проекты:
- Пристрой с котловой ячейкой КЕ-25-24-250 для фанерного предприятия в Вологодской области
- Разработка рабочей документации, изготовление шкафов управления, пуско-наладка на объекте системы автоматизированного управления парового котла (2008 г), системы управления транспортерами топливоподачи (2010 г.) для ДЕ-25 с топкой Померанцева для фанерного комбината в Вологодской области.
Первым проектом, который реализовывался под ключ с моим участием был проект реконструкция действующей котельной для фанерного комбината с установкой новой котловой ячейки на базе КЕ-25 22 тонн пара в час. Дело было в далеких 2013-2014 годах. Комбинат экономил деньги, а цель ставил сугубо утилизационную — сжигание всего того, что образуется при производстве фанеры.
Для целей реконструкции заказчика устраивала самая простая отечественная топка для сжигания древесины — предтопок профессора Померанцева.
Подача древесной смеси осуществляется сверху, через загрузочное устройство над предтопком обычно в виде подсушивающей шахты. Основное сжигание топлива происходит в зажатом слое, через который продувается подогретый с помощью воздухоподогревателя до 200—250°С воздух с напором от дутьевого вентилятора. Выделяют также зону прямоточного горения в верхней части топочного устройства. За счет использования для горения практически всего объема топки удается снизить максимальную температуру в ней, отказаться от «подсветки» газом (мазутом), снизить выбросы оксидов азота и серы.
Выдающих успехов по генерации тепла такое устройство не демонстрирует, имеет место значительный недожег топлива. КПД котла при сжигании влажных древесных отходов редко превышает 80%. Топка ограничена по возможностям регулирования процесса горения.
Котельные на базе слоевых топок с переталкивающими решетками, борьба за КПД
Остальные проекты, которые приходилось реализовывать были на базе слоевых топок с механическими переталкивающими решетками. И надо отметить, все они были производились заграницей. Если топки небольшой мощности можно найти отечественного производства, и они будут даже работать с приемлемыми параметрами, то про хорошо работающие (то есть обеспечивающие заявляемые гарантийные параметры) мощностью от 8-9МВт и выше мне слышать не доводилось. По крайней мере, со слов Заказчиков и на текущий момент.
Проекты:
- Проектирование биотопливной Мини-ТЭЦ 5,2 МВтЭ, 2х20 тн острого перегретого пара для фанерного предприятия в Пермском крае (2021-2022 гг).
- Выполнение предпроектной документации для биотопливной водогрейной котельной 2х2МВт для пеллетного производства в Ленинградской области (2019 г.)
- Проектирование водогрейной котельной 2х9 МВт для пеллетного производства в Амурской области (2018-2019 гг.).
- Проектирование паровой котельной 2х10 тонн насыщенного пара в час для целлюлозно-бумажного предприятия в Пермском крае (2017 г.).
- Проектирование и строительство паровой биотопливной котельной 16+16 тонн острого перегретого пара в час для целлюлозно-бумажного предприятия в р. Карелия (2016-2017 гг.).
- Монтаж водогрейной биотопливной котельной мощностью 2х9МВт в Архангельской области для лесопромышленного комплекса (2016г.).
- Проектирование биотопливной паровой котельной тепловой мощностью 2х7 МВт для фанерного комбината в г. Кировск (2016 г).
- Монтаж водогрейной биотопливной котельной мощностью 2х2,5МВт в Калужской области для лесопромышленного комплекса (2016г.).
- Строительство паровой биотопливной котельной мощностью 22МВт в Архангельской области (2014-2015 гг.) для фанерного комбината.
- Монтаж водогрейной биотопливной котельной мощностью 2х3МВт в Псковской области для лесозавода (2014г.).
- Монтаж паровой биотопливной котельной мощностью 36МВт в Амурской области для деревообрабатывающего предприятия (2012 г.).
Слоевая топка с переталкивающей колосниковой решеткой подходит для эффективного сжигания влажного биотоплива, влажностью от 30 до 60%, средней теплотворной способностью от 1600 ккал/кг, зольностью до 10%. Большая часть топлива должна иметь среднюю фракцию (>80%) — от 3,5 до 63 мм, с площадью сечения 6-10 см2. Допускается подмешивание топлива другого фракционного состава или даже другого типа. Так мы успешно организовывали подмес илового осадка очистных сооружений.
Выпускаются теплоагрегаты на номинальные мощности от 500 кВт до 50 (75) МВт, которые могут работать водогрейными, паровыми котлами, а также термомасляными установками.
Эффективность достигается путем равномерного распределения топлива по всему сечению решетки, куда с учетом зоны горения подается строго требуемое количество воздуха. Стабильные параметры горения обеспечиваются за счет полностью автоматизированной системы управления, регулирование достигается в пределах 30-100% от номинальных значений мощности. Для устройства характерны низкие эксплуатационные расходы.
Мы занимались их проектированием, строительно-монтажными работами, автоматизацией, запуском в эксплуатацию.
Нельзя не отметить то, как повели себя наши западные партнеры, в период санкций, просто бросая уже поставленное и даже смонтированное оборудование. Несколько котельных буквально пришлось подхватывать на последних этапах, обеспечивая пусконаладку, подготовку к запуску в эксплуатацию.
Топки с кипящим слоем
Проекты:
- реализованных проектов нет.
Вместе с тем не могу не упомянуть о данной технологии, так как достаточно часто рассматривали возможность ее применения в проектах, для случая, когда заявляемое заказчиком топливо было отвратительного качества: очень низкокалорийное, влажное (например, осадок локальных очистных сооружений ЦБК).
Преимущество данной технологии заключается в возможности сжигания низкокачественного твердого топлива разного вида. Достигается это с помощью создания в топке благоприятной для сжигания среды путем использования раскаленного инертного материала (песка), приобретающего некоторые свойства кипящей жидкости. Благодаря длительному времени пребывания топлива в таком слое и высокой интенсивности процессов тепломассообмена эффективность сжигания в топке довольно велика, несмотря на относительно низкую температуру процесса 800-900 °С.
Недостатками топок с кипящем слоем являются их большие размеры и, соответственно, более высокая стоимость. Для этих топок характерны унос большего количества пыли с топочными газами и большие потери материала слоя. Кроме того, необходимость использования мелких частиц топлива часто увеличивает затраты на предварительную подготовку топлива.
Топки с кипящим слоем занимают промежуточное положение между топками слоевого сжигания и факельными. Со слоевыми топками их объединяет, прежде всего, возможность сжигания «дробленки» с размером кусков до 10 – 20 мм и наличие решетки, через которую в слой подается воздух.
У меня лично ни один проект с топками такого типа в работу так и не пошел по причинам их дороговизны в строительстве и эксплуатации. При экономическом сравнении Заказчик останавливался на слоевых топках с переталкивающими решетками. Сжигание низкокачественного топлива осуществлялась путем его подмеса в небольшом соотношении к топливу проектного качества. Между тем, знаю, что несколько проектов были реализованы. Это оправдано, когда весь материал для сжигания плохого качества, а сжигать его нужно в обязательном порядке.
Уважаемые коллеги, желаю хорошего дня. Подписывайтесь, чтобы иметь возможность обсудить со мной вашу задачу в комментариях. Буду рад лайку, альтернативному мнению или истории по теме статьи.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №1: Оценки, суждения и предложения по рассматриваемым вопросам являются личным мнением автора.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №2: Техническая информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владелец сайта не несет никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной из данного источника.
Источники:
- Путин поручил продумать отопление домов биотопливом https://tass-ru.turbopages.org/tass.ru/s/nedvizhimost/17356127
- ГОСТ 33103.1 — 2017 Биотопливо твердое. Технические характеристики и классы топлива. Часть 1. Общие требования
- Минэнерго. Доклад о состоянии теплоэнергетики и централизованного теплоснабжения в Российской Федерации в 2020 году (minenergo.gov.ru)
- Первая угольная компания. Прайс на топливо (31.03.2023): https://gosugol.ru/price.html
- Портал о лесозаготовке и деревообработке. Перевод котельных на биотопливо: экономично, дёшево, эффективно? https://forestcomplex.ru/unikalno/perevod-kotelnyh-na-biotoplivo-ekonomichno-djoshevo-effektivno/
- БНК. Глава Коми поручил ускорить перевод котельных на биотопливо ради сохранения предприятий и рабочих мест https://www.bnkomi.ru/data/news/144433/
- Энергосберегающие технологии. Сколько газа нужно для отопления дома 100 кв: https://infradom.ru/1972/01/30/skolko-gaza-nuzhno-dlya-otopleniya-doma-100-kv-rashod-gaza-na-otoplenie-doma-primernyj-raschet/
- Журнал «Международная биоэнергетика». Чем европейский союз заменит 2 миллиона тонн российских пеллет: https://www.infobio.ru/news/5267.html
- А.Э. Карапетов. Основные принципы процесса сжигания биотоплива: https://kotloproekt.com/publications/63-osnovnye-printsipy-protsessa-szhiganiya-biotopliva.html
- Смородин С.Н., Белоусов В.Н. Оборудование энерготехнологических ТЭС: учеб. пособие — СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2021. – 123 с.
