Повышение эффективности энергетического использования биотоплива
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-172-185Ключевые слова:
котел, древесное топливо, биоугольные гранулы, гидролизный лигнин, вредные вещества, потери тепла, коэффициент полезного действия, слое-вихревое сжиганиеАннотация
В современном мире растет доля теплоэлектростанций, потребляющих возобновляемые энергоресурсы. В качестве топлива все чаще применяются древесные и биоугольные гранулы. В технологическом цикле целлюлозно-бумажного производства образуется большое количество древесных отходов, которые необходимо эффективно использовать. Однако кородревесные отходы относятся к трудносжигаемым видам топлива, что вызывает необходимость «подсветки» факела высококалорийным невозобновляемым топливом и сопровождается образованием углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Для энергетического использования кородревесного топлива на российских предприятиях до сих пор используются котлоагрегаты КМ-75-40, снятые с производства в 1985 г. Энергетическое обследование котла КМ-75-40 при его работе на кородревесном топливе (кора хвойных и лиственных пород древесины, некондиционная щепа и опилки) показало, что конструкция и техническое состояние котлоагрегата не обеспечивают требуемую полноту выгорания горючих компонентов топлива и экологические показатели, соответствующие требованиям ГОСТ Р 50831–95. Целью данной работы является анализ возможностей комплексного повышения эффективности сжигания кородревесного топлива в котлоагрегатах КМ-75-40. По результатам выполненных исследований были разработаны первоочередные мероприятия для улучшения эффективности работы данных котлоагрегатов. Котлоагрегаты КМ-75-40 работают более 50 лет и требуют замены на современные низкоэмиссионные теплогенерирующие установки. Однако до замены рекомендуется модернизация котлоагрегатов: их перевод на работу по слое-вихревой технологии сжигания и использование в качестве добавки к кородревесному топливу биоугольных гранул для регулирования теплотехнических характеристик сжигаемого биотоплива и паропроизводительности котельных установок. Перспективными для этих целей биоугольными гранулами являются пеллеты, полученные из гидролизного лигнина, прошедшего мягкий пиролиз. Для оценки эффективности совместного сжигания кородревесного топлива и биоугольных гранул были выполнены тепловые и аэродинамические расчеты котла КМ-75-40 при разной доле гранул по тепловыделению, а также термогравиметрические исследования. При тепловом расчете учитывались: кратность циркуляции топливных частиц в вихревой зоне, гранулометрический состав сжигаемой топливной смеси, особенности расположения горелочных устройств, снижение загрязнения поверхности нагрева. Переход на сжигание данной топливной смеси по слое-вихревой технологии позволит отказаться от использования невозобновляемых видов топлива в котлоагрегатах КМ-75-40 при сжигании высоковлажного кородревесного топлива, существенно повысит КПД котлов и уменьшит негативное влияние на окружающую среду.
Для цитирования: Любов В.К., Цыпнятов И.И. Повышение эффективности энергетического использования биотоплива // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 1. С. 172–185. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-172-185
Скачивания
Библиографические ссылки
Башмаков И.А., Мышак А.Д. Затраты и выгоды реализации стратегий низкоуглеродного развития России: перспективы до 2050 г. // Вопр. экономики. 2014. № 8. С. 70–91. Bashmakov I., Myshak A. Costs and Benefits of the Transition to Low-Carbon Economy in Russia: Perspectives up to 2050. Voprosy Ekonomiki, 2014, no. 8, pp. 70–91. (In Russ.). https://doi.org/10.32609/0042-8736-2014-8-70-91
Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. М.: Лесн. пром-сть, 1987. 221 с. Golovkov S.I., Koperin I.F., Naydenov V.I. Energy Use of Wood Waste. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1987. 221 p. (In Russ.).
Жучков П.А. Тепловые процессы в целлюлозно-бумажном производстве. М.: Лесн. пром-сть, 1978. 407 с. Zhuchkov P.A. Thermal Processes in Pulp and Paper Production. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1978. 407 p. (In Russ.).
Кокорин А. Новые факторы и этапы глобальной и российской климатической политики // Экон. политика. 2016. Т. 11, № 1. С. 157–176. Kokorin A.O. New Factors and Stages of the Global and Russian Climate Policy. Economic Policy, 2016, vol. 11, no. 1, pp. 157–176. (In Russ.). https://doi.org/10.18288/1994-5124-2016-1-10
Любов В.К., Владимиров А.М. Комплексная эффективность применения древесных гранул в энергоустановках // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1. С. 159–172. Lyubov V.K., Vladimirov A.M. Complex Efficiency of Using Wood Pellets in Power Plants. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2021, no. 1, pp. 159–172. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-1-159-172
Любов В.К., Любова С.В. Повышение эффективности энергетического использования биотоплив. Архангельск: САФУ, 2017. 533 с. Lyubov V.K., Lyubova S.V. Efficiency Improvement of the Biofuels Energy Use. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2017. 533 p. (In Russ.).
Макаров И.А., Чен Х., Пальцев С.В. Последствия Парижского климатического соглашения для экономики России // Вопр. экономики. 2018. № 4. С. 76–94. Makarov I.A., Chen H., Paltsev S.V. Impacts of Paris Agreement on Russian Economy. Voprosy Ekonomiki, 2018, no. 4, pp. 76–94. (In Russ.). https://doi.org/10.32609/0042-8736-2018-4-76-94
Методика измерения массовой концентрации сажи в промышленных выбросах и в воздухе рабочей зоны: утв. ОАО НИИ «Техуглерод». Ярославль, 2005. 10 с. Measurement Procedure of the Mass Concentration of Soot in Industrial Emissions and in the Air of the Working Area: Approved by OAO Scientific Research Institute “Tekhuglerod”. Yaroslavl, 2005. 10 p. (In Russ.).
Мохирев А.П., Безруких Ю.А., Медведев С.О. Переработка древесных отходов предприятий лесопромышленного комплекса, как фактор устойчивого природопользования // Инж. вестн. Дона. 2015. № 2, ч. 2. С. 81. Mokhirev A.P., Bezrukikh J.A., Medvedev S.O. Recycling of Wood Wastes of Timber Industry, as a Factor of Sustainable Resource Management. Engineering Journal of Don, 2015, no. 2, part 2, art. 81. (In Russ.).
Патент 2756712 С1 РФ. МПК F23B 10/00. Комбинированное топочное устройство для сжигания кородревесного топлива: № 2021106499: заявл. 12.03.2021: опубл. 04.10.2021 / В.К. Любов. Liubov V.K. Combined Bark-Wood Firing Device. Patent RF, no. RU 2 756 712 C1, 2021. (In Russ.).
Сафонов Г.В., Стеценко А.В., Дорина А.Л., Авалиани С.Л., Сафонова Ю.А., Беседовская Д.С. Стратегия низкоуглеродного развития России. Возможности и выгоды замещения ископаемого топлива «зелеными» источниками энергии. М.: ТЕИС, 2016. 48 с. Safonov G.V., Stetsenko A.V., Dorina A.L., Avaliani S.L., Safonova Yu.L., Besedovskaya D.S. The Strategy of Low-Carbon Development of Russia. Opportunities and Benefits of Substitution of Fossil Fuels with Green Energy Sources. Moscow, TEIS Publ., 2016. 48 p. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.1.2954.5200
Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 272 с. Collected Procedures for Determining the Concentrations of Pollutants in Industrial Emissions. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1987. 272 p. (In Russ.).
Тепловой расчет котлов (нормативный метод) / РАО «ЕЭС России», ВТИ, НПО ЦКТИ. СПб., 1998. 257 с. Thermal Calculation of Boilers (Standard Method). Saint Petersburg, 1998. 257 p. (In Russ.).
Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1991. 414 с. Trembovlya V.I., Finger E.D., Avdeeva A.A. Heating Tests of Boilers. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1991. 414 p. (In Russ.).
Финкер Ф.З., Дульнева Л.Т., Кубышкин И.Б., Митрюхин А.Г., Дробышевский М.А. Результаты модернизации котла ПК-38 Назаровской ГРЭС с использованием ВИР-технологии «Политехэнерго» // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС: межвуз. сб. науч. тр. СПб.: СПбГТУРП, 2005. С. 141–146. Finker F.Z., Dul’neva L.T., Kubyshkin I.B., Mitryukhin A.G., Drobyshevskiy M.A. Results of Modernization of the Boiler PK-38 of the Nazarovo Power Station Using the Technology of Secondary Use of Roofing Felt “Politekhenergo”. Issues of Saving the Fuel and Energy Resources at the Industrial Enterprises and Thermal Power Stations: Collection of Academic Papers. Saint Petersburg, SPb STUPP Publ., 2005, pp. 141–146. (In Russ.).
Финкер Ф.З., Кубышкин И.Б., Митрюхин А.Г., Шлегель А.Э., Сидоров Н.В., Царев С.А. Камерное сжигание дробленых назаровских углей на котле ПК-38 по схеме «Политехэнерго» // Новое в российской электроэнергетике. 2005. № 5. С. 34–41. Finker F.Z., Kubyshkin I.B., Mitryukhin A.G., Shlegel’ A.E., Sidorov N.V., Tsarev S.A. Chamber Combustion of Crushed Nazarovo Coals in a PK-38 Boiler According to the “Politekhenergo” Scheme. Novoye v rossiyskoy elektroenergetike, 2005, no. 5, pp. 34–41. (In Russ.).
Arshadi M., Gref R., Geladi P., Dahlqvist S.-A., Lestander T. The Influence of Raw Material Characteristics on the Industrial Pelletizing Process and Pellet Quality. Fuel Processing Technology, 2008, vol. 89, iss. 12, pp. 1442–1447. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.07.001
Bergman P. Torrefaction for Biomass Co-Firing in Existing Coal-Fired Power Stations BIOCOAL. ECN Report No. ECNC-05-013. Netherlands, 2005. 75 p.
Flach B., Bendz K., Krautgartner R., Lieberz S. EU-27. Biofuels Annual. GAIN Report No. NL3034. The Hague, USDA, 2013. 34 p.
Gera D., Mathur M.P., Freeman M.C., Robinson A. Effect of Large Aspect Ratio of Biomass Particles on Carbon Burnout in a Utility Boiler. Energy & Fuels, 2002, vol. 16, iss. 6, pp. 1523–1532. https://doi.org/10.1021/ef0200931
Kruggel-Emden H., Wirtz S., Scherer V. An Experimental Investigation of Mixing of Wood Pellets on a Forward Acting Grate in Discontinuous Operation. Powder Technology, 2013, vol. 233, pp. 261–277. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.08.029
Lyubov V.K., Popov A.N., Maryandyshev P.A. Research of Efficient Burning of Bark and Wood Fuel. International Science and Technology Conference “EastConf”. Vladivistok, 2019, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/EastConf.2019.8725391
Magdziarz A., Wilk M., Straka R. Combustion Process of Torrefied Wood Biomass. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2017, vol. 127, pp. 1339–1349. https://doi.org/10.1007/s10973-016-5731-0
Maryandyshev P.А, Chernov A.А., Popova E.I., Lyubov V.K. Thermal Decomposition and Combustion of Coals, Fuel Wood, and Hydrolytic Lignin, as Studied by Thermal Analysis. Solid Fuel Chemistry, 2016, vol. 50, iss. 3, pp. 167–176. https://doi.org/10.3103/S0361521916030095
Poletto M., Zattera A.J., Forte M.M.C., Santana R.M.C. Thermal Decomposition of Wood: Influence of Wood Components and Cellulose Crystallite Size. Bioresource Technology, 2012, vol. 109, pp. 148–153. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.11.122
Porfiriev B.N., Roginko S.A. Energy on Renewable Sources: Prospects for the World and for Russia. Herald of the Russian Academy of Sciences, 2016, vol. 86, iss. 6, pp. 433–440. https://doi.org/10.1134/S101933161606006X
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
