О выбросах твердотопливных котлов

Известно, что любой твердотопливный котел обеспечивает помещение теплом с помощью сгорания топлива, при этом образуется угарный газ и другие вредные вещества.

Большинство современных котлов оснащены автоматической подачей топлива (включая бытовые устройства). Кроме этого, они, как правило, лучшую систему регулирования процесса горения, по сравнению с котлами с ручной подачей топлива. Для них обычно требуется топливо стандартной и постоянного качества.

В Европе твердое биотопливо на основе растительной биомассы (в основном древесной) с каждым годом все больше вытесняет с рынка тепла ископаемые виды топлива (нефть, уголь, газ). Таким образом реализуются на практике мероприятия по защите окружающей среды за счет сокращения выбросов парниковых газов и пыли в атмосферу.

Выбросы, вызванные неполным сгоранием, в основном, являются результатом недостаточного смешивания воздуха горения и топлива в топочной камере, общим недостатком имеющегося кислорода, слишком низкой температурой, коротким временем пребывания и слишком высокой концентрацией.

В результате неполного сгорания в котлах в атмосферу могут попадать следующие компоненты: угарный газ (CO), твердые частицы (ТЧ) и неметановые летучие органические соединения (НМЛОС), аммиак (NH₃), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), а также полихлорированные дибензопарадиоксины и фураны (ПХДД / Ф).

Небольшое количество аммиака может выделяться в результате процесса неполного сгорания всех азотсодержащих видов твердого топлива. Это происходит в тех случаях, когда температура сгорания очень низкой (камины, печи, котлы старой конструкции).

Выбросы, в большинстве случаев, можно сократить с помощью основных мероприятий, направленных на сокращение продуктов неполного сгорания и повышения эффективности.

Общее количество взвешенных частиц - твердые частицы в топочных газах, образующихся в результате сжигания топлива (в частности, твердых видов минерального топлива и биомассы), можно определить как углерод, дым, сажа, твердые частицы с дымохода.

Их можно разделить на три группы продуктов сжигания топлива:

Первая группа образуется с помощью газообразной фазы сжигания или пиролиза в результате неполного сгорания топлива (продукты неполного сгорания (ПНС)):

• сажа и органические частицы углерода образуются в процессе сжигания и из газообразных исходных веществ;
• СО и некоторые минеральные соединения в виде каталитических соединений;
• смолы / доли тяжелых ароматических соединений в результате неполного сгорания угля / биомассы, продуктов удаления летучих веществ / пиролиза (с первого этапа сжигания) и вторичных серных и азотных соединений.

Конденсированные тяжелые углеводороды (смолистые вещества) является важным, а в некоторых случаях, основным источником общего уровня выбросов частиц с мелкомасштабных приборов сжигания твердого топлива, таких как камины, печи и котлы старой конструкции.

Следующие группы (вторая и третья) могут содержать частицы золы или ценосфер, которые, в основном, образуются из минеральных веществ в топливе. Они содержат оксиды и соли (S, Cl) металлов Са, Mg, Si, Fe, K, Na, P, тяжелых металлов и несгоревший углерод, образовавшийся в результате неполного сгорания углеродных материалов, черный углерод или элементарный углерод.

Выбросы твердых частиц с твердотопливных котлов во многом зависит от условий сжигания. Оптимизация процесса сжигания твердого топлива благодаря установлению непрерывно регулируемых условий (автоматическая подача топлива, распределение воздуха горения) приводит к уменьшению выбросов общего количества взвешенных частиц и к изменению распределения твердых частиц.

Как видим, котлы могут иметь широкий спектр выбросов твердых частиц, и эти выбросы могут разделяться на фильтровые и конденсированные фракции. Пропорции варьируются, и определения выбросов твердых частиц в значительной степени зависит от метода измерения.

Сокращение выбросов в результате процесса горения может достигаться путем предотвращения образования таких веществ (первичные меры) или путем удаления загрязняющих веществ из отработанных газов (вторичные мероприятия).

Первичные меры имеют несколько общих возможностей:

• изменение состава топлива и улучшения его качества; подготовка и повышение качества твердого топлива, в частности, угля (по отношению к S, Cl, зольности и фракционному составу топлива) изменение гранулометрии топлива путем прессования - брикетирования, таблетирования; предварительная очистка - очистка путем промывания; выбор крупности в соответствии с потребностями нагревательных приборов (печей, котлов) и контроль его гранулометрии; частичная замена угля биомассой (реализация технологии совместного сжигания, что позволяет сократить количество SO2, NOx), применение модификатора горения; каталитических добавок и добавок S-сорбента (известняк, доломит), сокращение и изменение содержания влаги в топливе, особенно в случае твердого топлива из биомассы;
• замена угля современным вторичным твердым топливом, биомассой;
• оптимизация регулирования процесса горения;
• управления количеством топок замена отопительных приборов низкой эффективности более современными и надзор за их распределением с помощью обязательной системы сертификации; надзор за бытовыми и коммунальными системами отопления;
• улучшение конструкции топок; внедрение передовых технологий в конструкции котлов.

Дополнительные меры по сокращению выбросов: для установок малого сжигания могут применяться вторичные меры по удалению выбросов, особенно ТЧ. Таким образом, выбросы загрязняющих веществ, связанных с ТЧ, такими, как тяжелые металлы, ПАУ и полихлорированные дибензопарадиоксины и фураны (ПХДД / Ф), можно значительно снизить вследствие их удаления вместе с твердыми частицами.

Для твердых частиц могут быть рассмотрены следующие варианты:

• пылеоседательные камеры: самораспределение характеризуется низкой эффективностью сбора и неэффективно для мелких фракций частиц;
• циклонные сепараторы - широко применяются, но имеют сравнительно низкую эффективность сбора для мелких частиц (<85%);
• для более высокой эффективности (94-99%) применяются блоки с несколькими циклонами (блоки циклонов);
• электростатические фильтры (их эффективность составляет 99,5% - 99,9%) или тканевые фильтры (с эффективностью около 99,9%) могут применяться для больших объектов в диапазоне ≤50МВтт, но скорее всего будут чрезмерными для меньших объектов.

Уровень выбросов при сжигании различных видов топлива

Из таблицы видим, что древесное топливо (в первую очередь пеллеты и брикеты) имеет больше преимуществ с точки зрения загрязнения атмосферы по сравнению с мазутом (тем более с углем), так как имеет практически минимальный эффект по выбросам парниковых газов, прежде всего СО₂ .

К сожалению, полностью исключить образование взвешенных твердых частиц при сжигании твердого топлива невозможно. Если на больших котельнях, за счет совершенствования установок пылеулавливания, циклонов, строительства высоких труб и т. п., концентрацию твердых частиц удается значительно снизить, то для небольших котлов есть только два решения:

Использование качественного низкозольная сухого топлива

Что касается более экологичного вида топлива - пеллеты, то главным критерием качества является наличие сертификата ENplus. При этом ENplus - не просто стандарт, регламентирующий физико-химические свойства пеллет, а целая система, которая контролирует качество по всей цепочке от сырья до конечного потребителя, ставит к качеству древесных пеллет строгие требования и разделяет их на 3 класса.

EN plus - A1 - К этому стандарту пеллет предъявляются самые жесткие требования. Их можно применять только для бытового назначения. Требования к зольности очень строгие - 0,5% для пеллет из хвойных пород деревьев и 0,7% для пеллет из лиственных деревьев.

EN plus - A2 - Сорт plus - A2 уже может применяться не только в частном секторе, но и в котельнях. Зольность этих пеллет может достигать 1%, а гранулы могут быть получены из смешанных пород деревьев, в то время как гранулы первого сорта получают только с определенной породы.

EN-B - Сорт EN-B - промышленные или индустриальные пеллеты, которые могут применяться на тепловых станциях. Требования к ним менее строгие. Но абсолютно для всех пеллет действует правило о том, что они не должны производиться с химически обработанного дерева.

Для каждого сорта существуют такие параметры, как: насыпная плотность, диаметр и длина, теплота сгорания.

Качественные пеллеты имеют блестящую поверхность без трещин, что свидетельствует о соблюдении технологии производства. Цвет древесных пеллет сам по себе не может служить критерием качества и по нему можно определить только сырье, которое было использовано производителем. Также цвет может сказать об условиях хранения и транспортировки.

Если залить пеллеты водой, через некоторое время они должны превратиться в кашеобразную массу. Если же этого не произошло, то это свидетельствует о низком качестве сырья и применения производителем внешних химических веществ. Также применение такого метода дает возможность определить объем тяжелых частиц, что свидетельствует о наличии в пеллетах пыли и песка.

Чтобы проверить пеллеты на прочность, используют лигнотестер, в котором пеллеты нагружаются до 70 мАтм и помещаются в быстрый воздушный поток. После этого сверяется вес пеллет до проверке и после. Качественные пеллеты теряют в весе не более 2,3%. Вообще, чем тверже пеллеты, тем лучше, так как мягкие пеллеты крошатся при перегрузке в бункер и подачи в зону горелки.

Как правило, пеллеты пахнут тем деревом, из которого были изготовлены или не пахнут вообще. С другой стороны, пеллеты при длительном хранении впитывают влажность из окружающего воздуха и, соответственно, запахи.

Выбирая в качестве топлива дрова, нужно помнить, что для оптимального горения и КПД вашего котла нужно использовать качественные, хорошо просушенные дрова минимум полгода в хорошо проветриваемом помещение или под навесом естественным путем. Влажность дров должна быть в более 30%.

Зольность является одним из основных показателей, определяющих качество угля. Чем меньше минеральных примесей имеет уголь, тем меньше вредных веществ попадает в атмосферу. Для высокосортного угля процент зольности составит примерно 25%.

Для максимально эффективного сжигания такого биотоплива, как щепа, желательно использовать котлы с шамотированной топкой, которые обеспечивают высокотемпературное сжигания топлива. Таковыми есть котлы на биотопливе модели ALTEP BIO.

Внедрение новых технологий сжигания

Работа любого твердотопливного котла предусматривает такие процессы как разжигание, горение и тление. Минимизировать процесс тления (а вместе с ним существенно уменьшить количество вредных выбросов) поможет буферная емкость - теплоаккумулятор ALTEP. Его использование позволит обеспечить:

• оптимальный процесс горения твердого топлива;
• увеличение времени работы системы на одной загрузке;
• повышение КПД котла.

Обеспечить длительное горение топлива поможет также использование факельного горелки. Дозированная подача качественного топлива в зону его сжигания сможет сделать весь процесс эксплуатации отопительного оборудования более автоматизированным и сохранит экологический баланс окружающей среды.

Котлы с автоматической подачей топлива имеют широкий ряд мощностей (как для бытовых нужд, так и промышленных масштабов). Согласно международному стандарту ГОСТ 33016-2014 (EN 303-5: 2012) при работе котлов ALTEP с соблюдением всех требований производителя по подключению и эксплуатации, использовании качественного вида топлива (в частности, пеллет) значения допустимых выбросов не превышает норму.