Викиди твердопаливних котлів

25.05.2020

Відомо, що будь який твердопаливний котел забезпечує приміщення теплом за допомогою згорання палива, при цьому утворюється чадний газ та інші шкідливі речовини.

Більшість сучасних котлів оснащені автоматичною подачею палива (включаючи побутові пристрої). Крім цього, вони мають, як правило, кращу систему регулювання процесу горіння, в порівнянні з котлами з ручною подачею палива. Для них зазвичай потрібне паливо стандартної і постійної якості.

У Європі тверде біопаливо на основі рослинної біомаси (в основному деревної) з кожним роком все більше витісняє з ринку тепла викопні види палива (нафта, вугілля, газ). Таким чином реалізуються на практиці заходи, щодо захисту навколишнього середовища за рахунок скорочення викидів парникових газів і пилу в атмосферу.

Викиди, викликані неповним згоранням, в основному, являються результатом недостатнього змішування повітря горіння та палива в топковій камері, загальним браком наявного кисню, занадто низькою температурою, коротким часом перебування і зависокою концентрацією.

В результаті неповного згорання в котлах, в атмосферу можуть потрапляти такі компоненти: чадний газ (CO), тверді частинки (ТЧ) і неметанові леткі органічні сполуки (НМЛОС), аміак (), поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ), а також поліхлоровані дібензопарадіоксіни і фурани (ПХДД/Ф).

 Невелика кількість аміаку може виділятися в результаті процесу неповного згоряння всіх азотовмісних видів твердого палива. Це відбувається в тих випадках, коли температура згоряння є дуже низькою (каміни, печі, котли старої конструкції).

Викиди , в більшості випадків, можна скоротити за допомогою основних заходів, спрямованих на скорочення продуктів неповного згоряння і підвищення ефективності.

Загальна кількість зважених часток – тверді частинки в топкових газах, які утворюються  внаслідок спалювання палива (зокрема, твердих видів мінерального палива і біомаси), можна визначити як вуглець, дим, сажа, тверді частинки з димоходу.

Їх можна розділити на три групи продуктів спалювання палива:

Перша група утворюється за допомогою газоподібної фази спалювання або піролізу  внаслідок неповного згоряння палива (продукти неповного згоряння (ПНЗ)):

  • сажа та органічні частки вуглецю утворюються в процесі спалювання та з газоподібних вихідних речовин;
  • СО і деякі мінеральні сполуки у вигляді каталітичних сполук;
  • смоли / частки важких ароматичних сполук внаслідок неповного згоряння вугілля / біомаси, продуктів видалення летючих речовин / піролізу (з першого етапу спалювання) і вторинних сірчаних і азотних сполук.

Конденсовані важкі вуглеводні (смолисті речовини) є важливим, а в деяких випадках, основним джерелом загального рівня викидів частинок з дрібномасштабних приладів спалювання твердого палива, таких як каміни, печі та котли старої конструкції.

Наступні групи (друга і третя) можуть містити частинки золи або ценосфер, які, в основному, утворюються з мінеральних речовин у паливі. Вони містять оксиди і солі (S, Cl) металів Са, Mg, Si, Fe, K, Na, P, важких металів і незгорілий вуглець, що утворився  внаслідок неповного згоряння вуглецевих матеріалів, чорний вуглець або елементарний вуглець.

Викиди твердих частинок з твердопаливних котлів багато в чому залежить від умов спалювання. Оптимізація процесу спалювання твердого палива завдяки встановленню безперервно регульованих умов (автоматична подача палива, розподіл повітря горіння) призводить до зменшення викидів загальної кількості зважених часток і до зміни розподілу твердих частинок.

Як бачимо, котли можуть  мати широкий спектр викидів твердих частинок, і ці викиди можуть розділятися на фільтровані і конденсовані фракції. Пропорції варіюються, і визначення викидів твердих частинок в значній мірі залежить від методу вимірювання.

Скорочення викидів в результаті процесу горіння може досягатися шляхом запобігання утворенню таких речовин (первинні заходи) або шляхом видалення забруднюючих речовин з відпрацьованих газів (вторинні заходи).

Первинні заходи мають кілька загальних можливостей:

  • зміна складу палива і поліпшення його якості; підготовка і підвищення якості твердого палива, зокрема, вугілля (по відношенню до S, Cl, зольності і фракційним складом палива); зміна гранулометрії палива шляхом пресування - брикетування, таблетування; попереднє очищення - очищення шляхом промивання; вибір крупності відповідно до потреб нагрівальних приладів (печей, котлів) і контроль його гранулометрії; часткова заміна вугілля біомасою (реалізація технології спільного спалювання, що дозволяє скоротити кількість SO2, NOx ), застосування модифікатора горіння; каталітичних добавок і добавок S-сорбенту (вапняк, доломіт), скорочення і зміна змісту вологи в паливі, особливо в разі твердого палива з біомаси;
  • заміна вугілля сучасним вторинним твердим паливом, біомасою;
  • оптимізація регулювання процесу горіння;
  • управління кількістю топок: заміна опалювальних приладів низької ефективності більш сучасними і нагляд за їх розподілом за допомогою обов'язкової системи сертифікації; нагляд за побутовими і комунальними системами опалення;
  • поліпшення конструкції топок; впровадження передових технологій в конструкції котлів.

Додаткові заходи по скороченню викидів: для установок малого спалювання можуть застосовуватися вторинні заходи з видалення викидів, особливо ТЧ. Таким чином, викиди забруднюючих речовин, пов'язаних з ТЧ, такими, як важкі метали, ПАУ і поліхлоровані дібензопарадіоксіни і фурани (ПХДД /Ф), можна значно знизити внаслідок їх видалення разом з твердими частинками.

Для твердих частинок можуть бути розглянуті наступні варіанти:

  • пилоосідаючі камери: саморозподіл характеризується низькою ефективністю збору і є неефективним для дрібних фракцій частинок;
  • циклонні сепаратори - широко застосовується, але мають порівняно низьку ефективність збору для дрібних частинок (<85%);
  • для більш високої ефективності (94-99%), застосовуються блоки з кількома циклонами (блоки циклонів);
  • електростатичні фільтри (їх ефективність становить 99,5% - 99,9%) або тканинні фільтри (з ефективністю близько 99,9%) можуть застосовуватися для більших об'єктів в діапазоні ≤50МВтт, але швидше за все будуть надмірними для менших об'єктів.

 

Рівень викидів при спалюванні різних видів палива

 

Вид палива

Викиди в атмосферу без систем очищення, тонн на 1 тис. тонн натурального палива

 

СО2

2

SO2

Тверді частинки

ВСЬОГО

Деревинні брикети, пелети

4,68

9,31

0,28

4,11

18,38

Деревина дров'яна

4,9

9,4

0,3

4,3

18,9

Тирса деревна

5,0

9,6

0,5

5,0

20,1

Деревинні відходи, обрізки

5,2

9,9

0,4

5,2

20,7

Швидкоросла деревина

4,8

9,5

0,0

8,4

22,7

Тріска, сучки, кора

5,6

11,4

0,8

13,4

31,2

Мазут

5,20

5,20

35,30

0,30

46

Брикети торф'яні

8,04

26,81

3,00

13,02

50,87

Кам'яне вугілля

9,58

63,56

9,20

65,32

147,66

 

З таблиці бачимо, що деревинне паливо (в першу чергу пелети і брикети) має більше переваг з точки зору забруднення атмосфери, у порівнянні з мазутом (тим більше з вугіллям), так як має практично мінімальний ефект за викидами парникових газів, перш за все СО2.

На жаль, повністю виключити утворення суспендованих твердих частинок при спалюванні твердого палива неможливо. Якщо на великих котельнях, за рахунок вдосконалення установок пиловловлювання, циклонів, будівництва високих труб і т. п., концентрацію твердих частинок вдається значно знизити, то для невеликих котлів є тільки два рішення :

Використання якісного низькозольного сухого палива

Що стосується більш екологічного виду палива - пелети, то головним критерієм якості є наявність сертифікату ENplus. При цьому ENplus - не просто стандарт, який регламентує фізико-хімічні властивості пелет, а ціла система, яка контролює якість по всьому ланцюжку від сировини до кінцевого споживача, що ставить до якості деревних пелет найсуворіші вимоги і розділяє їх на 3 класи.

EN plus – A1 - До цього стандарту пелет пред'являються найжорсткіші вимоги. Їх можна застосовувати тільки для побутового призначення. Вимоги до зольності дуже строгі - 0,5% для пелет з хвойних порід дерев і 0,7% для пелет з листяних дерев.

EN plus – A2 - Сорт plus - A2 вже може застосовуватися не тільки в приватному секторі, але і в котельнях. Зольність цих пелет може досягати 1%, а гранули можуть бути отримані зі змішаних порід дерев, у той час як гранули першого сорту отримують тільки з певної породи.

EN-B - Сорт EN-B - промислові або індустріальні пелети, які можуть застосовуватися на теплових станціях. Вимоги до них менш суворі. Але абсолютно для всіх пелет діє правило про те, що вони не повинні вироблятися з хімічно обробленого дерева.

Для кожного сорту існують такі параметри, як: насипна щільність, діаметр і довжина, теплота згоряння.

Якісні пелети мають блискучу поверхню без тріщин, що свідчить про дотримання технології виробництва. Колір деревних пелет сам по собі не може служити критерієм якості і по ньому можна визначити лише сировину, яку було використано виробником. Також колір може сказати про умови зберігання та транспортування.

Якщо залити пелети водою, через деякий час вони повинні перетворитися на кашоподібну масу. Якщо ж цього не сталося, то це свідчить про низьку якість сировини і застосування виробником зовнішніх хімічних речовин. Також застосування такого методу дає можливість визначити обсяг важких частинок, що свідчить про наявність в пелетах пилу і піску.

Щоб перевірити пелети на міцність, використовують лігнотестер, в якому пелети навантажуються до 70 мАтм і поміщаються в швидкий повітряний потік. Після цього звіряється вага пелет до перевірки і після. Якісні пелети втрачають у вазі не більше 2,3%.  Взагалі, чим твердіше пеллети, тим краще, так як м'які пелети кришаться при перевантаженні в бункер і подачі в зону пальника.

Як правило, пеллети пахнуть тим деревом, з якого були виготовлені або не пахнуть взагалі. З іншого боку, пеллети, при тривалому зберіганні вбирають вологість з навколишнього повітря і, відповідно, запахи.

Обираючи в якості палива дрова, потрібно пам’ятати, що для оптимального горіння і ККД вашого котла потрібно використовувати якісні, добре просушені дрова мінімум півроку у добре провітрюваному приміщення або ж під навісом природним шляхом. Вологість дров має бути на більшою 30%.

Зольність є одним із основних показників, які визначають якість вугілля. Чим менше мінеральних домішок має вугілля, тим менше шкідливих речовин потрапляє в атмосферу. Для високосортного вугілля відсоток зольності складатиме приблизно 25%.

Для максимально ефективного спалювання такого біопалива, як тріска, бажано використовувати котли з шамотованою топкою, які забезпечують високотемпературне спалювання палива. Такими є котли на біопаливі моделі ALTEP BIO.

Впровадження нових технологій спалювання

Робота будь-якого твердопаливного котла передбачає такі процеси як розпалювання, горіння та тління. Мінімізувати процес тління (а разом із  ним суттєво зменшити кількість шкідливих викидів) допоможе буферна ємність – теплоакумулятор ALTEP. Його використання дозволить забезпечити:

  • оптимальний процес горіння твердого палива;
  • збільшення часу роботи системи на одному завантаженні;
  • підвищення ККД котла.

Забезпечити тривале горіння палива допоможе також використання факельного пальника. Дозована подача якісного палива в зону його спалювання зможе зробити весь процес експлуатації опалювального обладнання більш автоматизованим та збереже екологічний баланс навколишнього середовища.

Котли з автоматичною подачею палива мають широкий ряд потужностей (як для побутових потреб, так і промислових масштабів). Згідно міжнародного стандарту ГОСТ 33016-2014 (EN 303-5:2012) при роботі котлів ALTEP з дотриманням всіх вимог виробника з підключення та експлуатації, використанні якісного виду палива (зокрема, пелет) значення допустимих викидів не перевищує норму.

Поділитися в соцмережах