Ми продовжуємо серію публікацій, що присвячені темі використання скидної теплової енергії, конденсаційних утилізаторів і підвищення ефективності використання енергії палива та ділимося успішним досвідом реалізованих проєктів.
Особливості процесу спалювання палива низької якості
Використання низькоякісної біомаси як палива вимагає складних інженерних рішень та спеціальних організаційних умов. Однак великий потенціал такої сировини, доступність і низька вартість створюють можливості для широкого використання, необхідного для подальшого розвитку енергетичної сфери в Україні.
Високий вміст вологи, низька енергетична щільність і низька теплота згорання, підвищена зольність, різноманітний фракційний склад та непостійність паливних характеристик є основними показниками палива низької якості. Використання такого палива потребує не лише спеціальних умов організації заготівлі і зберігання, а й організації ефективних умов спалювання в спеціальному обладнанні, що забезпечує енергетичну ефективність та екологічну безпеку. Вартість такого обладнання може в декілька разів перевищувати вартість аналогічного обладнання, що призначене для роботи на якісному біопаливі.
Зниження якості призводить до збільшення витрати палива, зростання викидів забруднювальних речовин, зниження теплової потужності обладнання і скорочення інтервалів між плановими зупинками. Таке паливо є складним для використання, а тому його використання в побутовому секторі або в установках малої потужності зазвичай невиправдане. В той же час більш високі інвестиційні витрати можуть бути економічно доцільними для промислових проєктів з виробництва теплової та електричної енергії за умови використання дешевого палива. Це відкриває нові можливості реалізації енергетичних проєктів в промисловості та в системах теплопостачання населених пунктів.
Надмірна вологість сировини погіршує паливні характеристики оскільки частина теплової енергії від спалювання витрачається на підігрів і випаровування вологи. Прихована теплота випаровування/конденсації води становить 2,3 МДж/кг, а тому для випаровування 1 кг вологи (води) необхідно у 5,5 разів більше енергії, ніж для її підігріву з 0 0С до 100 0С. Зазвичай волога з палива у вигляді водяних парів викидається з димовими газами, і разом втрачається значна кількість явної і прихованої теплової енергії. Покращити ефективність використання енергії палива можна не лише за рахунок зниження температури димових газів, але й за рахунок рекуперації прихованої теплової енергії – використання конденсаційних утилізаторів. За спалювання біомаси з вологістю 45% додатково можна отримати 20-25% низькопотенційної теплової енергії, а за вологості палива 55% цей показник може зрости до 35%.
Конденсація водяних парів розпочинається за температури, що є нижчою за температуру точки роси – нижче 53 0С. Охолодження газів до такої температури потребує наявності охолоджувального робочого тіла з температурою 40-50 0С, роль якого може виконувати зворотна вода теплової мережі. Температура зворотної води залежить від характеристик теплової мережі, що має відповідати температурному графіку роботи теплової мережі. Для прикладу, температура зворотної води на рівні 50 0С досягається за температури зовнішнього повітря для мереж КП «Київтеплоенерго» – мінус 2 0С, КП «Вінницяоблтеплоенерго» – мінус 6 0С, КП «Сумитеплоенерго» – мінус 4 0С, ПТМ «Ковельтепло» – мінус 20 0С. Підвищення температури зворотної води погіршує умови конденсації та знижує ефективність роботи утилізатора. Таким чином, тривалість часу коли температура зворотної води є нижчою за 50 0С є важливим фактором впливу на економічну ефективність роботи конденсаційного утилізатора. Зазвичай досягнути 100% утилізації прихованої теплоти є вкрай важко, що призводить до різкого зростання вартості обладнання і зниження/втрати економічної доцільності. Таким чином, енергетична ефективність конденсаційного утилізатора має обиратися з врахуванням техніко-економічної оцінки та реальних умов експлуатації.
Реалізовані проєкти
У країнах ЄС використання біомаси для виробництва теплової і електричної енергії є поширеним явищем, як і використання конденсаційних утилізаторів. Широке застосування утилізаторів спостерігається у скандинавських країнах і країнах Балтії. Кількість встановлених утилізаторів збільшується разом із кількістю нових котельних і ТЕЦ на біомасі в країнах східної Європи. Характерною особливістю є те, що нові проєкти будівництва відразу передбачають встановлення установок із рекуперації скидного тепла.
ТЕЦ у м. Шауляй, Литва
У 2012 році введено у промислову експлуатацію біо-ТЕЦ у м. Шяуляй потужністю 11 МВт. Як паливо використовується волога деревна тріска з вологістю 30-60%, що спалюється в котлі виробництва компанії DP Clean Tech Europe A/S (Данія) паропродуктивністю 50 т/год, 45 бар, 460 0С. Для виробництва електроенергії встановлена парова турбіна MARK 2-H01 виробництва «МАN TURBO» (Німеччина) з генератором НТМ-110С04 «ELIN Motoren» (Австрія).
Система очищення димових газів із використанням електростатичного фільтру та з двома конденсаційними економайзерами виробництва фірми Axis Industries за ліцензією SRE OPCON Group (Швеція) має теплову потужність Q ≥ 4,9 MВт. Річне споживання біопалива – близько 200 тис. тонн, а екологічні показники є нижчими, аніж вимоги екологічного законодавства: NOх – 100,4-226 мг/м³, СО – 60-620 мг/м³, тверді частки за електрофільтром – 40-200 мг/м³.
- Подивитися відео про проєкт за посиланням.
ТЕЦ компанії TTS у м. у місті Требіч, Чеська Республіка
У 2010-2012 роках компанія SRE OPCON Group (Швеція), що є виробником конденсаційних утилізаторів, поставила 3 установки для компанії TTS у м. у місті Требіч, Чеська Республіка. Теплоцентраль у Требічі має котел на біомасі потужністю 7,9 МВт. За встановлення конденсатора димових газів енергоефективність підвищилася на 25-30%. Водночас викиди часток пилу значно зменшилися, до рівня нижче 20 мг/нм3.