Система утилизации тепла отходящих газов

Отходящие топочные газы из термоблока направляются в котел-утилизатор, который установлен на термоблоке и имеет все необходимые сертификаты соответствия техническому регламенту Таможенного союза.

Параметры работы газового тракта:

· Для нагрева реактора температура газов снижается с 950−1000°C до 800−850°C путем контролируемого подсоса воздуха.
· Перед подачей в котел-утилизатор температура дополнительно снижается до 450−500°C (через регулирующий клапан).

Котел питается химически очищенной водой из бака запаса. Подача воды контролируется датчиками уровня. Требования к качеству питательной воды соответствуют паспортным данным теплотехнического оборудования.

Дымосос мощностью 15 кВт (с частотным регулированием) обеспечивает тягу и направляет охлажденные дымовые газы через котел-утилизатор в дымовую трубу.

Ключевые особенности технологии:

· Непрерывный режим работы.
· Использование перегретого пара для очистки углеродного продукта и предотвращения забивания газоходов.
· Автотермичность — работа на собственном пирогазе после выхода на режим.
· Многоступенчатый контроль температуры в различных зонах для оптимизации выхода продук

Агрегат предназначен для непрерывной термической утилизации измельченных автомобильных шин и других отходов резины производительностью до 500 кг/ч.

Продукты переработки

В результате пиролиза образуются следующие целевые компоненты:

· Жидкое топливо — 40% от массы загрузки, температура вспышки не менее 60 °C.
· Углеродный остаток (технический углерод) — 35% от массы загрузки, содержание топливных фракций не более 1%.
· Пиролизный газ (пирогаз) — остаточный горючий газ, который направляется на дожигание в топку для поддержания процесса.

Агрегат работает в автотермическом режиме на собственном пирогазе. Пусковая дизельная горелка используется только для первоначального разогрева системы.

Конструктивное исполнение

Установка смонтирована на двух соединенных между собой рамах-основаниях (рис. 1), на которых размещены все основные узлы:

· Рама 1 служит основанием для термоблока и обеспечивает необходимую высоту для выгрузки углеродного остатка в приемный бункер шнека удаления золы. Во внутренних нишах рамы размещены топливный бак, компрессор, кабельные трассы, трубопроводы сжатого воздуха и системы водоснабжения.
· Рама 2 является основанием для обслуживающей платформы и содержит кабельные каналы. На раме под углом закреплен шнек выгрузки углеродного остатка.

Термоблок и платформа соединены газоходами и трубопроводами (водяными и паровыми). Котел-утилизатор устанавливается непосредственно на термоблоке.

Система загрузки сырья

Загрузка сырья (измельченной резины) осуществляется со стороны заказчика (конвейер) через систему двойных откидных пневмоклапанов (поз. 30, рис. 1). Клапаны выполняют функцию шлюзового затвора, предотвращая попадание воздуха в реактор.

При непрерывной подаче конвейера клапаны работают циклически (до 6 циклов/мин): сырье накапливается в промежуточном бункере, после чего порционно проваливается в реактор. Требуемый размер измельчения сырья — 50×50 мм (допустимое отклонение ±20 мм).

Реакторный блок

Трехшнековый реактор расположен в термоблоке с заливной футеровкой. Конструктивно реактор размещен сбоку от топки для разделения их термических режимов.

Основные параметры работы реактора:

· Рабочая длина реактора (L) — 4 м.
· Время нагрева сырья до температуры пиролиза — не менее 15 минут.
· Температура пиролиза — 400−450°C.
· Температура греющих топочных газов — 800−850°C.
· Рабочая температура в топке — 950−1000°C.
· Скорость вращения шнеков — до 2,5 об/мин (регулируется частотным преобразователем).
· Мощность мотор-редуктора — до 5,5 кВт.

Система выгрузки и обработки углеродного остатка

Углеродный остаток выгружается из реактора через аналогичные двойные клапаны (поз. 30) и поступает в шнек выгрузки (поз. 5, рис. 1). Шнек оборудован водяной рубашкой для охлаждения продукта до 50−60°C, что обеспечивает безопасность при дальнейшем обращении.

Для поддержания чистоты углеродного продукта (содержание топливных фракций не более 1%) в зону выгрузки реактора подается перегретый пар. Пар подается многоструйным поперечным потоком в количестве 25−30% от массы загрузки сырья, выполняя две функции:

1. Создание паровой завесы, дополнительно предотвращающей подсос воздуха.
2. Очистка углеродного остатка от летучих компонентов.

Пар перегревается до температуры 400−450°C в трубном змеевике, проходящем вдоль и вокруг корпуса реактора, используя тепло процесса пиролиза.

Система конденсации и утилизации пирогаза

Пиролизный газ в смеси с паром поступает из реактора в конденсатор. Благодаря присутствию перегретого пара газ не насыщается парами топливной фракции, что предотвращает преждевременную конденсацию в трубопроводах.

В конденсаторе происходит выделение жидкой фракции:

· Жидкое топливо самотеком через сливную трубу поступает в накопительную емкость заказчика.
· Несконденсированный пирогаз вентилятором подается в топку термоблока на дожигание.

Дожигание пирогаза происходит при температуре 950−1000°C. Воздух, необходимый для горения, подается тем же вентилятором (его производительность регулируется частотным преобразователем). Поддержание горения обеспечивается пусковой горелкой с минимальным расходом топлива, достаточным для воспламенения пирогаза в смеси с отработанным паром.

Котлоагрегаты с Топкой кипящего слоя

Проблемы традиционных технологий

Эффективное сжигание низкосортных топлив предполагает полную утилизацию с минимизацией вредных выбросов. Однако традиционные слоевые топки сталкиваются с рядом проблем:

· высокая влажность и зольность топлива
· образование спеков и шлакование колосниковой решетки
· низкий КПД и неустойчивое горение
· низкий уровень механизации и автоматизации

Ключевые особенности сжигания в кипящем слое:

· Отсутствие температурных перекосов благодаря интенсивному перемешиванию частиц, что предотвращает шлакование.
· Высокая интенсивность теплопередачи: коэффициент теплоотдачи к поверхностям нагрева достигает ~250 Вт/м²·К.
· Интенсификация горения за счет увеличения удельной поверхности окисления и постоянного обновления поверхности частиц (истирание и дробление).

Экологические преимущества
Технология позволяет избежать выбросов сажи, CO, соединений хлора, оксидов серы и азота, формальдегидов, диоксинов и полиароматических углеводородов. Это достигается организацией дожига газов в надслоевом пространстве при:

· интенсивном смешивании газов с окислителем;
· высокой температуре (до 1200 °С);
· времени пребывания продуктов в высокотемпературной зоне более 2 секунд.

Экономическая эффективность (на примере торфа)
Экономический анализ применения торфяных котлов проводится индивидуально с учетом:

· региональных цен на топливо и электроэнергию;
· логистических затрат;
· характеристик торфа (влажность, зольность, теплота сгорания);
· условий утилизации золы и штатного расписания.

Важно отметить: использование фрезерного торфа позволяет замещать природный газ в объеме 131,58 м³ на 1 Гкал произведенного тепла.

Основные преимущества котлов с топками кипящего слоя:

· Высокая компактность и комплектная поставка.
· Простое и доступное обслуживание.
· Полностью автоматизированная работа.
· Контролируемая температура во всем объеме слоя.
· Устойчивая работа на высоковлажном и высокозольном топливе без подсветки.
· Отсутствие спекания золы.
· Автоматическая адаптация подачи топлива к изменениям его свойств.
· Для средне- и высокозольных топлив не требуется покупной инертный материал (слой формируется из собственной золы).
· При использовании низкоминерального топлива применяется доступный кварцевый песок (фракция 0,8−1,2 мм).
· Отсутствие традиционных теплообменных поверхностей в слое повышает безопасность и снижает материалоемкость.
· Низкие выбросы CO и NOx.

Принцип работы котла с кипящим слоем
Сжигание происходит в слое инертного материала (например, песка), который под воздействием воздуха переходит во взвешенное состояние («кипение»). Это обеспечивает интенсивный тепло- и массообмен.

Воздух подается под слой через воздухораспределительную решетку. При достижении определенной скорости потока частицы материала переходят во взвешенное состояние. Горелка разогревает слой до температуры воспламенения топлива, после чего топливо подается в слой, и горелка отключается. Температура поддерживается автоматически регулированием подачи топлива и воздуха.

Вторичный воздух подается в среднюю часть топки для дожигания летучих веществ. Продукты сгорания проходят теплообменник (водогрейный или паровой), где отдают тепло теплоносителю. Дымовые газы очищаются в рукавных фильтрах (остаточная запыленность <10 мг/м³) и выбрасываются в атмосферу.

Для поддержания оптимального состава слоя осуществляется циклический слив и просеивание инертного материала с возвратом мелкой фракции в топку. Унос из теплообменника также собирается и удаляется.

Автоматизация
Котлоагрегат оснащается системой управления (АСУ ТП), которая обеспечивает:

· контроль параметров и сигнализацию;
· автоматическое регулирование процессов;
· пуск, останов и работу во всем диапазоне нагрузок;
· диагностику оборудования;
· визуализацию параметров на мониторе и GSM-передачу данных.

Программируемый логический контроллер управляет всеми процессами автоматически. Система проста в эксплуатации: оператор контролирует данные на мониторе. Видеонаблюдение позволяет визуально контролировать ключевые узлы.

Системы очистки дымовых газов
В зависимости от требований могут применяться:

· Центробежные фильтры — для улавливания частиц от 5 мкм с эффективностью 96−98% (без сменных элементов).
· Рукавные фильтры — с эффективностью 99,9% и остаточной запыленностью не более 10 мг/м³.
· Конденсоры — для объемной конденсации, улавливания тонкодисперсных частиц и утилизации тепла конденсации водяных паров.

Система топливоподачи
Автоматическая система включает расходный бункер с подвижным дном и систему конвейеров. Топливо подается на дисковый сепаратор для удаления крупных включений (камней, корней), после чего поступает в бункер котла. Управление полностью автоматизировано по сигналам датчиков уровня, предусмотрена защита от аварийных перегрузок и ручной режим для наладки.

Технология сжигания в кипящем слое для низкосортных топлив

Современная стратегия устойчивого развития требует приоритетного использования возобновляемых и местных энергоресурсов. Это позволяет экономить ископаемое топливо, сокращать выбросы парниковых газов и токсичных продуктов сгорания (SOx, NOx, пыли), а также снижать зависимость от внешних поставок энергии. В мировой энергетике наблюдается ускоренный рост производства энергии из фрезерного торфа, отходов древесины, сельскохозяйственных и промышленных отходов, бытового мусора и осадков сточных вод.

Преимущества технологии кипящего слоя
Для решения этих проблем разработаны современные котлы с топками кипящего слоя (КС), которые сочетают многолетний конструктивный опыт и новейшие достижения науки и техники. Они отличаются компактностью, надежностью, полной автоматизацией и простотой обслуживания.

Котлы единичной мощностью до 10 МВт позволяют получать следующие теплоносители:

· воду с температурой до 130 °C;
· органическое масло с температурой до 300 °C (для генерации электроэнергии с ORC-установками);
· пар давлением до 1,6 МПа.

Данное оборудование предназначено для высокоэффективного сжигания топлив, которые малоэффективны или не поддаются сжиганию традиционными методами:

· влажность топлива может достигать 65%;
· содержание золы на сухую массу — от 30% (при пониженной влажности — до 40% и выше).

Топки кипящего слоя адаптируются для сжигания широкого спектра материалов:

· древесные отходы мебельного производства с фенолформальдегидными смолами;
· осадки и илы бытовых сточных вод;
· технологические осадки бумажных производств;
· отходы пивоварения;
· другие высоковлажные материалы, обычно не подлежащие утилизации сжиганием.

При влажности топлива свыше 65% возможен подмес других низкосортных ресурсов: фрезерного торфа (без подготовки), коры, некондиционной щепы, веток, твердых бытовых отходов.

Для некоторых отходов (например, осадков сточных вод) сжигание в кипящем слое является оптимальным методом максимального сокращения объемов и получения дешевой тепловой энергии. Процесс может происходить за счет собственной теплотворной способности осадка.