Выбросы твердотопливных котлов

25.05.2020

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

Вид топлива

Выбросы в атмосферу без систем очистки, тонн на 1 тыс. тонн натурального топлива

 

СО2

2

SO2

Твердые частицы

ВСЕГО

Древесные брикеты, пеллеты

4,68

9,31

0,28

4,11

18,38

Древесина дровяная

4,9

9,4

0,3

4,3

18,9

Опилки древесные

5,0

9,6

0,5

5,0

20,1

Древесные отходы, обрезки

5,2

9,9

0,4

5,2

20,7

Быстрорастущая древесина

4,8

9,5

0,0

8,4

22,7

Треска, сучки, кора

5,6

11,4

0,8

13,4

31,2

Мазут

5,20

5,20

35,30

0,30

46

Брикеты торфяные

8,04

26,81

3,00

13,02

50,87

Каменный уголь

9,58

63,56

9,20

65,32

147,66

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.

Поделиться в соцсетях