Новейшие эффективные технологии и оборудование переработки биомассы

Технологии сжигания твердого биотоплива

Последнее время во всем мире и, особенно – в Европе огромными темпами растет потребление биотоплива. Соответственно, разработано значительное количество различных способов его сжигания. Эти способы отличаются как по виду используемого биотоплива, так и принципам его сжигания. Для возможности сравнивания технологий сжигания биотоплива между собой и осуществления осознанного выбора наиболее подходящей для каждого конкретного случая применения, - сначала эти технологии нужно классифицировать. Для упрощения систематизации технологий сжигания биотоплива мы рассмотрим только самые распространенные из них. Классифицировать технологии будем по влажности и степени подготовленности топлива к сжиганию. Это вызвано, прежде всего, тем, что для сжигания биотоплива различной влажности необходима разная температура и количество дутьевого воздуха, и, как следствие, необходимо применение топок различных конструкций. Внутри каждой категории при классифицировании будем рассматривать наиболее популярные технологические решения.

Таким образом, все технологии сжигания твердого биотоплива в зависимости от влажности и степени подготовленности топлива к сжиганию можно разделить на 3 основные категории:
- технологии сжигания рафинированного биотоплива;
- технологии сжигания сухого неподготовленного биотоплива;
- технологии сжигания влажного биотоплива.

 До описания технологий сжигания твердого биотоплива необходимо определиться с формулировками деления его на категории:

Рафинированное биотопливо.
К этой категории относятся уже широко известные топливные гранулы и брикеты, немного менее известные разновидности топливных брикетов – топливные шайбы и четвертаки, пока малоизвестные торрефикаты (торрефицированные гранулы и щепа) и, конечно же, - пыль (биотопливо, измельченное до размеров долей миллиметра). Основные отличительные характеристики этой категории: минимальная влажность (как правило, - не более 10%), минимальная зольность (обычно – до 2%) и стандартизированные размеры частиц топлива.

Сухое неподготовленное биотопливо.
К этой категории относится биотопливо с влажностью до 30%. Это отходы столярного производства (сухие опилки и стружки), отходы сушки зерна, солома, лузга подсолнечника, риса и т.п. Зольность и размер частиц топлива в этой категории не стандартизированы, но разброс этих параметров незначителен.

Влажное биотопливо.
К этой категории относится топливо с влажностью 31 … 55%. Это влажные древесные отходы (опилки, щепа), торф, подстилочный помет и навоз, лигнин и т.п. Это самые трудносжигаемые виды топлива, чаще всего – с высокой зольностью и большим разбросом размеров частиц сырья.

 Также необходимо указать 3 основных способа сжигания твердых топлив по отношению к подводимому для сжигания воздуху:

Сжигание в слое (слоевое сжигание).
Это самый древний способ сжигания твердого топлива. Как правило, применяется для сжигания крупнофракционного и кускового топлива, находящегося на колосниковой решетке, сквозь слой которого продувается воздух. Имеет высокотехнологичные модификации, например – сжигание в кипящем слое.
Наиболее популярные и эффективные разновидности:
- сжигание на неподвижной наклонной колосниковой решетке;
- сжигание на подвижной горизонтальной колосниковой решетке;
- сжигание на подвижной наклонной колосниковой решетке;
- сжигание в кипящем (псевдоожиженном) слое.
Сжигание в вихре (вихревое сжигание).
Более технологичный способ сжигания твердых биотоплив. Как правило, применяется для сжигания мелкофракционного топлива (размер частиц – до 6 мм). При этом способе большая часть топлива не находится на решетке, а вращается в вихревом потоке дутьевого воздуха.
Разновидности:
- сжигание с горизонтальной осью вращения вихря;
- сжигание с вертикальной осью вращения вихря.
Сжигание в факеле (факельное сжигание).
Высокотехнологичный способ сжигания твердого биотоплива. Сжигание происходит в камере, в которую специальными пылевыми горелками подается смесь воздуха с предварительно измельченным в пыль биотопливом. Оптимальный размер частиц топлива – 0,2 мм., максимальный – 0,5 мм. Колосниковая решетка в этом способе может отсутствовать.

 Технологии сжигания рафинированного биотоплива.

Рафинированное твердое биотопливо – топливо, прошедшее специальную подготовку к сжиганию. Соответственно, его можно сжигать всеми перечисленными способами. Однако, для каждого подвида рафинированного биотоплива лучше использовать специально разработанную технологию сжигания.

1. Технология сжигания гранул (пеллет), шайб, четвертаков и торрефицированной щепы. Все эти виды биотоплива изначально имеют фракцию, пригодную для сжигания в слоевых топках. Поскольку все они имеют хорошую текучесть и минимальную влажность – оптимальным способом сжигания является сжигание на наклонной неподвижной колосниковой решетке. Вторым применимым способом является сжигание в вихревой топке с горизонтальной осью вращения. В Европе наиболее популярным и эффективным способом сжигания этих видов биотоплива является факельное сжигание в камерных топках при помощи пылевых горелок. Однако, при этом подразумевается, что гранулы, брикеты, шайбы, четвертаки и торрефицированная щепа должны быть предварительно измельчены до пылевидного состояния.

2. Технология сжигания пылевидного топлива. Данный вид топлива эффективно и безопасно можно сжигать единственным способом – факельным сжиганием. Все остальные технологии сжигания не приемлемы по следующим причинам:
1) пыль при перемешивании с дутьевым воздухом создает пылевоздушную смесь с чрезвычайно высокой взрывоопасностью;
2) ввиду высочайшей летучести пылевидного топлива при иных способах сжигания будет высокий механический недожог и, как следствие, - низкий КПД.

 При рассмотрении вопроса о подборе необходимой технологии сжигания рафинированного биотоплива необходимо помнить, что отдельные виды этого биотоплива имеют специфические особенности и, соответственно, требуют особых подходов. К таким особенным видам рафинированного биотоплива относятся гранулы и брикеты из соломы, торфа, лузги, тростника и др. материалов. Главной отличительной особенностью этих материалов, вызывающей необходимость особого подхода, является высокая зольность и способность золы спекаться. По этой причине сжигание этих сложных видов рафинированного биотоплива производится при пониженных температурах (до 850 градусов). Соответственно, наиболее подходящими технологиями сжигания будут: сжигание на наклонной подвижной колосниковой решетке, сжигание в кипящем слое.

 Технологии сжигания сухого неподготовленного биотоплива.

Сухое неподготовленное биотопливо - это мелкофракционное биотопливо с влажностью до 30%.
К этой категории относятся: отходы столярного производства (сухие опилки и стружки), отходы сушки зерна, измельченная солома, лузга подсолнечника, риса и т.п.

Большая часть подвидов такого топлива имеет очень высокую летучесть, поэтому наиболее эффективной технологией сжигания таких топлив будет сжигание в вихревых топках с горизонтальной осью вращения и в вихревых топках с вертикальной осью вращения. При этом также нельзя забывать об особых видах топлив с высокой зольностью и спекаемостью золы, для которых оптимальными будут сжигание в кипящем слое или на подвижных колосниковых решетках.

 Технологии сжигания влажного биотоплива

Влажное неподготовленное твердое биотопливо – это мелкофракционное или кусковое топливо с влажностью 31 … 55%. К этой категории относятся: отходы лесопиления (влажные опилки), щепа, торф, подстилочный помет и навоз, лигнин и т.п.

Это наиболее трудносжигаемые виды топлива. Процесс сжигания должен начинаться с подсушки топлива, поэтому наиболее подходящими технологиями для этих видов топлива будут: сжигание на подвижной наклонной колосниковой решетке, сжигание на подвижной горизонтальной колосниковой решетке, сжигание в кипящем (псевдоожиженном) слое.