Общая информация о процессе пиролиза и современных пиролизных котлах

Общая информация о процессе пиролиза и

современных пиролизных котлах

Пиролизный котёл  - разновидность твердотопливного, как правило, водогрейного котла, в котором топливо (например, дрова ) и выходящие из него летучие вещества сгорают раздельно. Суть процесса заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток - древесный   уголь.

В пиролизных котлах топка разделена на две части. В первой части (газифицирующая камера или камера загрузки) при недостатке кислорода медленно горит и пиролизуется топливо, а выделяющиеся при этом газы догорают во второй части (т. н. камера сгорания ), куда подаётся вторичный воздух ( двойное дутьё ). Отвод тепла из камеры загрузки минимизируется. В существующих конструкциях эти пространства разделяет колосник , на котором лежит топливо; первичный воздух проходит сквозь слой топлива сверху вниз. Таким образом, характерным отличием пиролизных котлов от других бытовых котлов является верхнее дутьё. Топки такой конструкции имеют повышенное аэродинамическое сопротивление , поэтому тяга их, как правило, принудительная и она реализуется с помощью дымососа. 

1 - топливо, 2 - первичный воздух, 3 - вторичный воздух, 4 - уходящие газы, 5, 6 - вход и выход воды 
А - камера газификации, B - колосник, C - камера дожигания, D - газоход, E - дымосос

Пиролизные котлы эффективны на топливе с высоким выходом летучих веществ: древесина (дрова, древесные отходы, брикеты, паллеты ), бурый уголь. 

Принцип действия

Дрова (или иное топливо) загружаются на колосник. Их поджигают, дверца закрывается и запускается дымосос. При недостатке воздуха и под действием высокой температуры (200-800 ° C и выше) происходит обугливание и выделение древесного газа , то есть собственно пиролиз. Выделившиеся продукты (в основном углеводороды , угарный газ и водород , плюс азот из первичного воздуха) поступают под колосник. Там к продуктам пиролиза подмешивается вторичный воздух, в котором летучие вещества сгорают, часть тепла, при этом, возвращается к нижнему слою дров и поддерживает пиролиз. Полученное тепло может быть использовано для нагрева любых теплоносителей  - воды, воздуха.

Достоинства и недостатки 

Достоинства	Недостатки
Регулируемый (подачей первичного воздуха) процесс горения позволяет работать с одной закладке достаточно длительное время.	Более высокая (в 1,5-2 раза) стоимость.
Полное сгорание топлива гарантирует экономичность горения, т.е. реже надо чистить зольник и газоходы.	Энергозависимость - без дымососа работать не могут (за редким исключением)
Двухступенчатое сжигание позволяет снизить избыток воздуха в уходящих газах (повышает экономичность).	Требовательность к влажности топлива. Как правило требуемая влажность в котлах составляет 20 – 35 %.
Процесс горения пиролизных газов легко поддается управлению и регулировке, что позволяет автоматизировать работу котла в той же степени, что и работу газовых или жидкотопливных котлов.	У некоторых моделей замечены изменения мощности в процессе возрастающего сначала, потом затухающего выхода летучих в ходе пиролиза - до 40%
Снижение выбросов вредных веществ в  атмосферу (в частности, высокая температура в верхней камере подавляет CO).	На малых (ниже 50%) нагрузках горение не стабильно, отмечается образованию дёгтя в газоходах.
Применение данного типа котлов стимулирует к отказу от применения неподсушенного топлива, что повышает эффективность хозяйствования.	Температура обратной воды должна быть не меньше 60 °C (40 °С).
Возможность сжигания крупных (даже неколотых) дров.	В дровяной пиролизный котёл нельзя организовать автоматическую подачу топлива (нужны крупные дрова).

Пиролизные котлы производства ОАО «ГСКБ».

Общие характеристики

Пиролизные котлы производства ОАО «ГСКБ» предназначены для отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий с давлением воды в системе не выше 0,6 МПа (6 бар) и максимальной температурой нагрева воды на выходе из котла 95 °С. Допускается эксплуатация котла с температурой нагрева воды до 115 °С.

Область применения – стационарные и блочно-модульные котельные, расположенные в электрофицированных зонах.

Топка котла предназначена для сжигания твердого топлива в слое.

В качестве топлива должны использоваться дрова, заготовленные из древесины хвойных и лиственных пород, отвечающие требованиям СТБ 1510, допускается использование древесных отходов, бурого угля, брикетов и пилетов на древесных отходах, угле, торфе.

Котел изготавливается в климатическом исполнении УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150.

Котел предназначен для работы на принудительной тяге.

Котел должен эксплуатироваться при температуре  окружающего  воздуха от 274 К (1°С)  до 308 К  (35°С)  и относительной влажности воздуха не более 80 % при температуре 298 К (25 °С).

Работа установленного на котле оборудования должна осуществляться от промышленной электрической сети переменного тока напряжением питания  220В, 380В и частотой (50 ± 1) Гц.

Котел должен эксплуатироваться в котельных, оборудованных датчиками загазованности СО (детекторами угарного газа).

Принцип работы:

Топливо (дрова) вручную подается в загрузочную топочную камеру котла, где при коэффициенте избытка воздуха α = 0,6, происходит процесс пиролиза топлива с выделением генераторного газа. Образующийся генераторный газ через сопла «А» и пазы  бетонных блоков «Б» попадает в камеру сгорания, где в потоке вторичного воздуха самовоспламеняется и сгорает в виде факелов. Факелы направлены в выемки кирпичной кладки, выходя из которых дымовые газы, проходя газовый тракт котла, передают тепло  воде, находящейся в коллекторах и трубах конвективных поверхностей. Циркулирующая в котле вода нагревается и служит для отопления и горячего водоснабжения. Воздух для горения поступает в загрузочную топочную камеру и камеру сгорания через воздуховоды  «В» соответственно от дутьевых вентиляторов. Дымосос создает разрежение в камере сгорания и газоходах, необходимое для качественного сжигания топлива.

Схему движения дымовых газов и подачи воздуха и схему циркуляции воды –см. на приведенных рисунках

Выбросы вредных веществ в атмосферу???????????

Предлагаемая технология сжигания позволяет избежать выбросов в атмосферу значительного числа вредных веществ: сажи, монооксида углерода, соединений хлора, оксидов серы и азота, формальдегидов, диоксинов и полиароматических углеводородов. Это обеспечивается за счет организации дожига газов в надслоевом пространстве топки при следующих условиях:

-  интенсивном смешивании газов с горячим окислителем;

-  высокой температуре процесса дожига (до 1200 °С);

-  достаточно продолжительном времени нахождения продуктов в зоне высоких температур (t > 2 сек).

Экономическая целесообразность применения пиролизных котлов

производства ОАО «ГСКБ

Экономический анализ эффективности применения пиролизных котлов выполняется для каждого конкретного случая индивидуально, исходя из:

-      стоимости применяемого топлива, газа и электроэнергии в регионе;

-      затрат по доставке топлива;

-      характеристики топлива (влажность, зольность, теплота сгорания);

-      штатного расписания;

-      условий утилизации золы и т.д.,

Специалисты ОАО "ГСКБ" готовы выполнить сравнительный экономический анализ по применению котлов, работающих на твердом топливе или же на природном газе, согласно необходимых исходных данных Заказчика.

Преимущества пиролизных котлов производства ОАО "ГСКБ"

•     высокая компактность системы, поставка полнокомплектного оборудования со всей периферией "под ключ"

•     легкое и доступное обслуживание

•     высокая степень  автоматизации  работы оборудования

•     способность работать на топливе с влажностью 60% и более (у аналогов – 30%)

•     высокий КПД котлов (достигается за счет низкой температуры уходящих дымовых газов и низкого коэффициента избытка воздуха (1,1-1,25).

•     устойчивая работа на высоковлажном   топливе без существенного снижения КПД

•     широкий диапазон регулирования теплопроизводительности котлов

•     значительная экономия денежных средств за счет применения дешевого топлива

•     за счет особенностей организации процесса горения и конструктивных особенностей котла нет необходимости установки циклонов или других устройств очистки дымовых газов, т.к. соблюдаются регламентированное содержание золы, оксида углерода в уходящих дымовых газах на выходе из котла.

•     низкие выбросы окиси углерода и азота

Элементы водогрейного пиролизного котла на примере КВп 0,45

Характеристики котлов пиролизных

Наименование показателя	Значение
Наименование котла	КВп-0,14WT	КВп-0,3WT	КВп-0,45WT	КВп-0,6WT
Вид топлива	Дрова			Щепа
Влажность топлива Wр, %,  не более	60
Номинальная теплопроизводительность, МВт  (Гкал/ч)	0,14 (0,12)	0,3 (0,26)	0,45 (0,39)	0,6 (0,52)
Диапазон регулирования теплопроизводительности по отношению к номинальной, %	20 - 100
Расход  условного топлива , кг у.т/ч	20	41	62	82
Коэффициент полезного действия, %, не менее	90
Рабочее давление воды, МПа (бар), не более	0,6 (6)
Температура воды на выходе из котла, °С	95
Температура воды на входе в котел, °С, не менее	70
Номинальный расход воды,  м3/ч	4,8	10,3	17,2	20,7
Объем воды в котле, м3	0,12	0,23	0,35	0,41
Температура уходящих дымовых газов, °С, не менее	120
Гидравлическое сопротивление, кПа, не более	45	72	51	110
Аэродинамическое сопротивление, Па, не более	260	200	350	280
Температура ограждающих поверхностей котла (при температуре окружающего воздуха не более 25 °С), °С, не более	45
Концентрация выбросов загрязняющих веществ в сухих отходящих газах при нормальных условиях (температура 0 °С и давление 101,3 кПа) и объемном содержании кислорода в отходящих газах 6% (коэффициент избытка воздуха a=1,4), мг/м3, не более ¾       твердых частиц ¾       углерода оксида	100 300
Ресурс котла до капитального ремонта, ч, не менее	18000
Назначенный срок службы, лет, не менее	10
Габаритные размеры (без комплектующего оборудования), мм: ¾       длина ¾       ширина ¾       высота	1710 1170 2030	1915 1570 2130	2275 1800 2330	2810 1800 2410
Масса котла (без комплектующего оборудования), кг, не более	3500	5340	7500	8700

Основные элементы котлоагрегата, входящие в комплект поставки

№ п/п	Наименование элементов комплекта	№ п/п	Наименование элементов комплекта
1	Котел	11	Датчик температуры ТСМ
2	Коллектор выходной	12	Манометр электроконтактный ЭКМ
3	Коллектор входной	13	Клапан предохранительный
4	Задвижка (затвор поворотный)	14	Кран шаровый
5	Манометр показывающий	15	Кран шаровый
6	Кран шаровый со спускником и переходник	16	Дымосос
7	Термометр стеклянный (0-150) оС в оправе	17	Вентиляторы дутьевые
8	Автоматический спускник воздуха	18	Пульт безопасности котла
9	Муфта	19	Штуцер к датчику разрежения
10	Реле контроля расхода	20	Колба под стеклянный термомет

Автоматизация котлоагрегата

Котлоагрегат оснащается системой контроля и управления (СКУ) устанавливаемым котельным оборудованием и системой автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП), работающие в реальном времени и выполняющие следующие функции:

-      технологический контроль и сигнализация;

-      автоматическое регулирование технологических процессов;

-      автоматическое логическое управление;

-      оперативный централизованный контроль и диагностику режима технологического процесса;

-      технологические защиты и блокировки;

-      в котлах предусмотрены заслонки для сброса продуктов сгорания мимо конвективных поверхностей теплообмена для аварийной остановки котла при пропадании электроэнергии.

Перечень выпущенных ОАО "ГСКБ" пиролизных котлов

Наименование	Топливо	Мощность котла, МВт	Количество котлов	Страна
КВп-0,14WT	дрова	0,14	1	РФ
КВп-0,45WT	дрова	0,45	5	РФ
КВп-0,45WT	дрова	0,45	9	РБ
КВп-0,45WT	дрова	0,6	4	РФ
КВп-0,45WT	дрова	0,6	3	РБ

ОПРОСНЫЙ ЛИСТ