Продовження. Початок у №11/2015
М. Занько, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник, завлабораторії наукових досліджень і випробувань машин для збирання та первинної переробки врожаю, УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого
Твердопаливний теплогенератор потужністю 2 МВт (ТОВ «Біоресурс Україна»,
м. Ізюм) працює як на кусковому крупнофракційному паливі (обрізки, дрова, обаполи, кора, поліна тощо), так і на дрібнофракційному (тирса, стружки, лушпиння, солома тощо).
Для використання останнього теплогенератор має бункер із системою автоматичного подавання палива в топку. Функція теплогенератора — вироблення гарячого повітря (теплоносія) для подальшого сушіння рослинної сировини (біомаси) шляхом високоефективного спалювання низькосортного твердого палива.
Конструктивно теплогенератор є двостінним сталевим циліндром. Внутрішній циліндр футеровано шамотною високотемпературною цеглою. У футерівці розміщено спеціальні наддувні сопла, виготовлені із матеріалу, що витримує температуру 1650°С. У зовнішньому циліндрі є отвори, через які повітря нагнітається вентиляторами у порожнину між зовнішнім і внутрішнім циліндрами. Там воно нагрівається, одночасно охолоджуючи внутрішній циліндр, і потім через наддувні сопла потрапляє у зону піролізу та доспалювання. В обох цих зонах наддувні сопла розміщені тангенціально, тому потік повітря створює вихор, змушуючи частки палива рухатися максимально довгою траєкторією і притискатися до розпеченої поверхні футерівки, що забезпечує практично повне їхнє згорання.
Наддувне повітря для розпалювання топки також подається тангенціально і піддається підігріванню. Теплогенератор може бути виготовлений у двох варіантах — як у горизонтальному, так і вертикальному виконанні залежно від параметрів будівлі, в якій планується встановлення обладнання. Зазвичай поширеніше горизонтальне виконання. Для досягнення максимальної ефективності роботи твердопаливних теплогенераторів рекомендується використовувати для спалювання попередньо підсушене паливо: сухі обрізки, дрова, обаполи, кору, деревні відходи (тріску, тирсу та ін.). Теплогенератор має низку інноваційних технічних рішень, які забезпечують спалювання палива в два етапи: спочатку за високої температури і нестачі кисню відбувається газифікація (піроліз), а потім — доспалювання піролізних газів із надлишком кисню. Обидва процеси відбувається у вихорі, а утворені під час їхнього перебігу іскри і попіл уловлюються іскрогасником і попеловловлювачами.
Теплогенератори для зерносушарок, що працюють на відходах (ТОВ — «Біоресурс Україна», що є офіційним представником двох польських технічних компаній — виробників твердопаливних піролізних теплогенераторів), представлені трьома моделями потужністю 0,55–0,95 МВт. Вони придатні для комплектації ділянки теплогенерації із тепловою потужністю 4–5 МВт, призначення якої — підготовка теплоносія для зерносушарки із заданою температурою і тепловою енергією. Теплова потужність таких ділянок теплогенерації може бути від 1 до 10 МВт. Це дає змогу забезпечити теплоносієм широкий модельний ряд зерносушарок різних виробників та потужності і висушувати від 100 до 900 т/добу зерна кукурудзи (зняття вологи від 35 до 15%) або іншого зерна. Паливом для ділянки теплогенерації можуть слугувати: солома у тюках і рулонах, подрібнені деревні відходи (щепа, кора, тирса), паливні гранули із соломи, лушпиння соняшнику та інших агровідходів, саме лушпиння соняшнику, рису, гречки, льону тощо, відходи зерносушіння: насіння бур’янів, стебло-соломисті частки, сухі стручки (ріпакові, бобові), шишки і т. п.
Конструкція і принцип роботи. Конструктивно твердопаливний піролізний теплогенератор складається із топки з бункером для завантаження біомаси і теплообмінника, з’єднаних між собою газоходом. Носієм теплової енергії (тепловим агентом), вироблюваної у процесі роботи твердопаливного піролізного теплогенератора, можуть бути повітря, вода або пара. Це дає змогу використовувати теплогенератор для різних цілей.
До базової комплектації теплогенератора входять: топка, теплообмінник, з’єднувальний газохід, бункер для завантаження палива (соломи в рулонах/тюках, тріски/тирси або іншої біомаси), вентилятор основний (димовідведення), вентилятор подавання теплового агента, димовідвідна труба, шафа управління з автоматикою регулювання температури. Як додаткові опції постачаються: пристрій автоматичного завантаження тюків соломи, контейнерне виконання, автоматична система керування процесом із можливістю підключення до загальної системи управління технологічним комплексом.
Теплогенератори відповідної потужності, що працюють на соломі, використовують також у складі зерносушильних комплексів із продуктивністю сушіння кукурудзи 24, 125 та 250 т/добу. Наприклад, для забезпечення продуктивності зерносушарки MC-852, що входить до складу цих комплексів, на рівні 30 т/год застосовано теплогенератор із такими параметрами: максимальна теплова потужність — 1800 кВт, продуктивність за виробленням гарячого повітря — 17 м3/с, температура теплоносія — регульована (до 130°С), витрата палива (соломи в тюках) за її вологості 40–50% — 10–12 т/добу. Теплогенератори на альтернативному паливі використовують також у складі зерносушарок Strahl, які забезпечують високу продуктивність — до 2300 т/добу.
Теплогенератори твердопаливні ГТУ (компанія «Агрополюс») призначені для одержання теплого повітря у великому обсязі за мінімальних витрат палива, оскільки матеріалом для спалювання слугують відходи деревообробних виробництв (тирса, стружка), пелети, а також рослинні відходи сільськогосподарського виробництва: лушпиння соняшнику, полова зернових, подрібнена солома, щепа, костриця. Цільове призначення повітряного теплогенератора ГТУ: переобладнання зернових сушарок для роботи на біопаливі, обігрівання теплиць, складів, цехів, ангарів та інших виробничих приміщень, сушіння деревини і т. д.
До складу теплогенератора входять: камера згорання, повітряна сорочка (повітропроводи), двері камери згорання, сопло горіння, вентилятор високого тиску, регульовані колеса (рамки), осередок горіння (топка), пульт управління, вал-перемішувач, шнек подавання палива, регульована опора бункера, двигун-редуктор шнека, опори труби сопла, футерівка (шамотною цеглою). Для зручності експлуатації є можливість установлення люка (з правого або лівого боку) для полегшення запуску та обслуговування теплогенератора. Також, щоб уникнути зависання вологого палива над подавальним шнеком, у паливному бункері передбачена система перемішування палива, яка розміщена безпосередньо над шнеком. Обов’язковим елементом теплогенератора є теплообмінник. Із теплогенераторами «у тандемі» працюють теплообмінники виробництва компанії «Агрополюс». Разом з тим, вони також можуть легко інтегруватися із теплообмінником інших видів, які вже придбав замовник. Застосування теплообмінника першочергово спрямоване на зменшення непродуктивних витрат тепла.
Теплообмінник працює із будь-якими видами органічного палива (відходи деревообробних виробництв, полова зернових, лушпиння соняшнику, костриця тощо). Перехід на нові види палива допомагає істотно знизити собівартість продукції, що випускається, оскільки частка енерговитрат значно зменшується. Можливе компонування теплообмінника універсальними пальниками компаній Ekoflem, UNIGAS, Oilon, Cuenod, Buderus Logatop, LAMBORGHINI caloreclima, Max Weishaupt GmbH, Babcock Wanson, Oroflam, «Огнемаш» тощо. У результаті вдосконалений таким чином теплообмінник можна назвати теплогенератором, який працює на зрідженому і природному газі або дизельному паливі. Система автоматичного видалення попелу дає змогу значно скоротити кількість і час проведення регламентних робіт, а також цикли зупинки/запуску агрегату, що позитивно позначається на термінах служби обладнання. Для уникнення перегрівання робочої поверхні корпуса теплообмінника передбачено датчик контролю надлишкової температури, який інтегрований в АСУ ТП теплогенератора.
Технічне обслуговування теплообмінника полягає у своєчасному видаленні продуктів горіння, які накопичуються у камері нагрівання, а також огляд зовнішніх і внутрішніх поверхонь установки на предмет появи тріщин, розривів, прогорілих ділянок.
Теплогенератор типу СВДТ (Україна) — піролізний, призначений для модернізації парового котла низького тиску типу E на промислових і сільськогосподарських підприємствах у сушарках зерна, в тому числі барабанного типу. Одне із призначень теплогенератора — модернізація газових повітряних зерносушарок. Як паливо застосовують дрова, буре вугілля, тріски, тирсу, пелети, брикети, лушпиння соняшнику, солому, торф тощо.
Теплогенератор СВДТ є зварною конструкцію, що виконана із високоякісної жароміцної сталі з товщиною стінок 6, 8 і 10 мм. Внутрішня частина теплогенератора повністю футерована вогнетривкою цеглою, яка витримує високі температури (до 1600°С). У теплогенераторі використана унікальна система охолодження корпуса. Забір повітря для підтримання горіння відбувається по всьому периметру нижньої частини теплогенератора, потім воно підіймається вгору до вентиляторів і подається у камеру згорання вже підігрітим до температури 45…50°С. Колосники, на яких відбувається процес горіння, виготовлені із вогнетривкої цегли, що збільшує термін експлуатації теплогенератора, запобігає їхньому перегоранню та деформації. За потреби їх можна легко замінити. Подавання палива — автоматичне або ручне. Камера попереднього згорання — вихрова, також є камера доспалювання. Внутрішнє облицювання виконано із вогнетривкої цегли. Такі унікальні (предтопкові) теплогенератори дають можливість використовувати котлоагрегати без втрати їхньої теплової потужності.
Цей вид обігрівачів дає змогу монтувати їх на вже наявну на підприємстві систему теплогенерації. Автоматичне подавання палива та очищення від попелу дає змогу системі працювати безперервно 24 год/добу протягом цілого тижня, забезпечуючи тим самим безперебійне вироблення теплоагента . Теплогенератор СВДТ — це сучасна конструкція і новітній підхід у спалюванні біопалива, що відбувається у два етапи. Спочатку горіння відбувається в основній камері згорання та газифікації, другий етап проходить у вихровій камері, де з допомогою додатково поданого повітря відбувається абсолютне згорання генераторного газу, що забезпечує отримання високого ККД — на рівні 95% (до того ж за такого ефективного спалювання палива зменшується викид шкідливих продуктів згорання в атмосферу). Такі камери спалювання із вторинним подаванням повітря виготовляють потужністю від 1 МВт.
Система управління дає змогу теплогенератору працювати в автоматичному режимі: користувач на контролері тільки обирає потрібний тиск пари. Як додаткова опція система управління комплектується дистанційним управлінням — з допомогою телефону або ПК. Бункер із автоподаванням палива виготовляють індивідуально, із урахуванням конкретних умов розміщення конструкції. Як додаткова опція також можливе комплектування датчиками рівня палива.
Видалення попелу відбувається у ручному режимі. Для палива, якому характерне утворення значної кількості попелу, теплогенератор комплектують автоматизованою шнековою системою його видалення. Завдяки автоматизації управління обслуговування теплогенератора зводиться до мінімуму і полягає у періодичному заповненні бункера паливом. Використання частотних перетворювачів допомагає максимально автоматизувати процес, користувачеві потрібно лише вибрати необхідні параметри тиску пари та температури на водонагрівальних котлах і сушарках. Робота автоматики управління теплогенератора заснована на отриманні сигналу від датчиків тиску або температури. Задані параметри тиску або температури підтримуються програматором, у якому програмно пов’язана робота частотних перетворювачів систем подавання палива і систем нагнітання повітря. За зміни навантаження пропорційно змінюється подавання палива і повітря, в автоматичному режимі підтримується заданий тиск або температура. У разі потрапляння в бункер стороннього об’єкта, що призводить до зупинки шнека, другий шнек працює інтенсивніше, щоб поповнити нестачу палива. У теплогенераторі використовується система повітряного охолодження корпуса, після чого нагріте повітря подається до камери згорання, що поліпшує процес спалювання біопалива. Далі буде