Одним из предпочтительных вариантов использования биомассы являются системы с предварительной ее газификацией в выносной топке. При этом снимаются такие проблемы, как шлакование и загрязнение поверхностей нагрева, переменность энергетических характеристик биомассы, в том числе ее влажность, а также в значительной для технологии степени – гранулометрический состав исходной массы.
Такие системы могут использоваться как при отдельном сжигании биомассы, так и при совместном использовании ее с углем.
Примером технологии предварительной газификации биомасс при совместном сжигании ее с углем может служить технология использования для газификации биомассы выносной топки (рис. 4, 5), проверенная в США для пылеугольных котлов 270 МВт. При этом была выполнена реконструкция пылеугольного котла для сжигания смеси из 10 % древесных отходов и 90 % угля. Древесные отходы сжигались в выносной топке со слоевой решеткой, где на первой стадии происходит процесс газификации биомассы. Полученные газы на второй стадии дожигаются и направляются через огнеупорный газоход в топку пылеугольного котла с температурой 980…1200 °С. Эта технология сжигания имеет следующие преимущества:
- из-за очень низкого содержания твердых частиц в газе больше 99 % древесного шлака остается в выносной топке (на первой ступени установки), откуда он удаляется встроенной в эту ступень системой шлакоудаления. Это позволяет значительно уменьшить нагрузку на существующую систему очистки котла;
- при использовании в выносной топке решетки с большой площадью поверхности ее температура при сжигании древесных отходов редко превышает 650 °С, что на 300 °С ниже, чем точка кипения калия (960 °С) и больше чем на 205 °С ниже точки кипения натрия (880 °С). В результате количество паров калия и натрия, уносимых в котел продуктами сгорания, весьма незначительно, а это приводит к минимальным отложениям щелочей. Этот способ сжигания позволяет повысить надежность использования биомассы, обогащенной щелочными элементами;
- преимуществом совместного сжигания с технологией выносной топки является гибкость (универсальность) в отношении вида сжигаемой вместе с углем биомассы и ее влажность (от 10 % до 65 % на рабочую массу);
- на второй ступени сжигания «генераторного» газа (огнеупорный газоход без поверхностей нагрева) температура газов составляет 980…1200 °С, практически разрушаются все молекулы диоксинов и фуренов, имеющихся в топливе;
- универсальность такой схемы сжигания состоит в том, что в качестве биомасс могут быть использованы как древесные отходы, так и сельскохозяйственные (включая рисовую шелуху, отличающуюся повышенным содержанием щелочей), а кроме биомассы различных видов могут также сжигаться и различные бытовые отходы (их смеси);
- высокая маневренность установки за счет регулирования скорости получения генераторного газа на первой ступени;
- может быть обеспечено до 20 % тепловой производительности котла за счет соответствующей (1:5 по отношению к основному котлу) производительности выносной топки;
- в аварийной ситуации газы от выносной топки могут освободиться по байпасу непосредственно в дымовую трубу, не оказывая никакого отрицательного влияния на работу пылеугольного котла;
- упрощенная система топливоприготовления.
Рис. 4. Котел на 90 т/ч с выносной топкой для совместного сжигания с помощью 3 установок Envirocycler с общей дымовой трубой. Вертикальный разрез
Рис. 5. Котел с выносной топкой для совместного сжигания с помощью 3 установок Envirocycler с общей дымовой трубой. Вид в плане
Итак, основным преимуществом указанной технологической схемы является возможность сжигать в этом устройстве широкого диапазона (по качественным характеристикам) биомасс (и даже бытовых отходов) в количестве не менее 10 % по теплу (и даже более). Предел обусловлен более низкой радиационной теплопередачей топочным экранам и трубам пароперегревателя от продуктов сгорания, выносной топки с температурой 1200 °С при температуре сгорания угольной пыли 1650 °С.
Производство электроэнергии на такой модернизированной установке с пылеугольным котлом 270 МВт с тремя выносными топками-газификаторами обходится в 300 долл./кВт (сюда входит стоимость бункера для древесных отходов, конвейеры и газоходы; системы размола при этом не требуется, а древесные отходы (опилки) подаются немолотыми).
