Программа развития ООН
Глобальный Экологический фонд
Проект Правительства Республики Беларусь
Проект № BYE/03/G31
Дата первой редакции - 17 июня 2005 г.
Публикация подготовлена для ПРООН/ГЭФ
Применение энергии биомассы для отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь
Методические рекомендации по применению передовой практики
Часть A: Сжигание биомассы
Выходные данные
Автор:
Джон Вос (John Vos)
BTG Biomass Technology Group BV
c/o University of Twente
P.O. Box 217
7500 AE Enschede
The Netherlands
Тел.: +31-53-4861186
Факс: +31-53-4861180
http://www.btgworld.com/
office@btgworld.com
Содержание
1 Введение
2 Общие свойства и характеристики горения древесины
2.1 Введение
2.2 Состав древесины
2.3 Технический и элементарный анализ
2.3.1 Технический анализ
2.3.2 Элементарный анализ
2.4 Влажность и теплотворная способность (МДж/кг)
2.5 Средние значения характеристик древесной щепы
2.6 Теория процесса горения древесины
2.6.1 Этапы сгорания древесины
2.6.2 Наиболее важные переменные характеристики процесса сгорания биомассы
3 Методы промышленного сжигания биомассы
3.1 Введение
3.2 Сжигание топлива в неподвижном слое
3.2.1 Топки с колосниковыми решетками
3.2.2 Топки с нижней подачей топлива
3.3 Сжигание топлива в псевдоожиженном слое
3.3.1 Сжигание топлива в кипящем псевдоожиженном слое (КПС)
3.3.2 Сжигание топлива в циркулирующем псевдоожиженном слое (ЦПС)
3.4 Пылевое сжигание
3.5 Обобщенные данные о технологиях сжигания биомассы
3.6 Системы утилизации тепла и возможности повышения КПД установки
3.7 Технико-экономические аспекты проектирования установок, предназначенных для сжигания биомассы
4 Производство и комбинированное производство тепловой и электрической энергии
4.1 Введение
4.1.1 Процессы с замкнутым циклом
4.1.2 Процессы с разомкнутым циклом
4.2 Паровые турбины
4.3 Паровые поршневые двигатели
4.4 Винтовые паровые двигатели
4.5 Органический цикл Ранкина
4.6 Турбины с замкнутым циклом
4.7 Двигатели Стирлинга
4.8 Сравнение процессов производства тепла, производства электроэнергии и комбинированного производства тепловой и электрической энергии
4.9 Заключение и выводы
5 Выбросы, образующиеся при сгорании биомассы
5.1 Введение
5.2 Выбросы, образующиеся при полном сгорании
5.3 Выбросы, образующиеся при неполном сгорании
5.4 Уровни выбросов
5.5 Первичные меры по снижению уровня выбросов
5.5.1 Изменение уровня влажности топлива
5.5.2 Изменение размеров частиц топлива
5.5.3 Выбор соответствующего оборудования для сжигания топлива
5.5.4 Оптимизация управления процессом горения
5.5.5 Ступенчатый впуск воздуха при сжигании топлива
5.5.6 Ступенчатый впуск воздуха и дожиг
5.6 Вторичные меры по снижению уровня выбросов
5.6.1 Методы контроля содержания частиц
5.6.2 Методы контроля NOx
5.7 Предельно допустимый уровень выбросов
6 Описание примеров установок и технологий
6.1 Введение
6.2 ТЭЦ, работающая на биомассе с ОЦР, Адмонт
6.2.1 Общие данные
6.2.2 Описание
6.2.3 Технические характеристики
6.2.4 Инициаторы и стороны, участвующие в реализации проекта
6.2.5 Финансирование
6.2.6 Результаты
6.2.7 Потенциал для воспроизведения
6.2.8 Где получить дополнительную информацию
6.2.9 Библиография
6.3 Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии и холода на биомассе Фишер/FACC, г. Райд
6.3.1 Общие данные
6.3.2 Описание установки
6.3.3 Технические характеристики
6.3.4 Инициаторы и участники реализации проекта
6.3.5 Финансирование
6.3.6 Результаты
6.3.7 Потенциал для воспроизведения
6.3.8 Где получить дополнительную информацию
6.3.9 Библиография
6.4 Котельная установка местного коммунального теплоснабжения на биомассе, Сондре, Ниссум
6.4.1 Общие данные
6.4.2 Описание
6.4.3 Инициаторы и участники реализации проекта
6.4.4 Финансирование
6.4.5 Результаты
6.4.6 Потенциал для воспроизведения
6.4.7 Где получить дополнительную информацию
6.4.8 Библиография
6.5 ТЭЦ на биомассе на предприятии Хонкаракенне Ой, Карстула
6.5.1 Общие данные и цели
6.5.2 Описание
6.5.3 Технические данные
6.5.4 Инициаторы и участники реализации проекта
6.5.5 Финансирование
6.5.6 Результаты
6.5.7 Потенциал для воспроизведения
6.5.8 Где получить дополнительную информацию
6.5.9 Библиография
6.6 Замена установки на биомассе системы централизованного теплоснабжения на установку ТЭЦ на биомассе, г. Эксйо
6.6.1 Общие данные
6.6.2 Описание
6.6.3 Технические характеристики
6.6.4 Инициаторы и участники реализации проекта
6.6.5 Финансирование
6.6.6 Результаты
6.6.7 Потенциал для воспроизведения
6.6.8 Где получить дополнительную информацию
6.6.9 Библиография
6.7 Переоборудование котла в тепличном комплексе, г. Еленя Гура
6.7.1 Общие данные
6.7.2 Описание
6.7.3 Инициаторы и стороны, участвующие в реализации проекта
6.7.4 Финансирование
6.7.5 Результаты
6.7.6 Потенциал для воспроизведения
6.7.7 Где получить дополнительную информацию
6.7.8 Библиография
Список рисунков
Рис. 2.1 Среднее содержание химических веществ в древесных видах топлива
Рис. 2.2 Химический состав различных видов твердого топлива.
Рис. 2.3. Отношение между различными видами теплотворной cпособности.
Рис. 2.4. Воздействие влажности на величину теплоты сгорания древесины.
Рис. 2.5. Схема сжигания древесины.
Рис. 3.1. Схемы основных технологических процессов сжигания биомассы.
Рис. 3.2. Схема процесса горения в неподвижном слое топлива.
Рис. 3.3. Классификация методов сжигания топлива: с параллельным потоком; с поперечным потоком; со встречным потоком.
Рис. 3.4. Принципиальная схема двухкамерной топки.
Рис. 3.5. Принцип действия колосниковой решетки с движущимся полотном.
Рис. 3.6. Конструкция топки с колосниковой решеткой с движущимся полотном,
подача топлива в которую производится забрасывателем-распределителем.
Рис. 3.7. Наклонная неподвижная колосниковая решетка.
Рис. 3.8. Современная топка с разделенной на секции колосниковой решеткой, оснащенная инфракрасной системой контроля и устройством управления подачей первичного воздуха.
Рис. 3.9. Наклонная подвижная решетка.
Рис. 3.10. Изображение наклонной подвижной решетки. .
Рис. 3.11. Вид сверху и сбоку системы сжигания топлива топки с
горизонтальной подвижной колосниковой решеткой.
Рис. 3.12. Схема вибрационной колосниковой решетки с подачей топлива забрасывателем-распределителем.
Рис. 3.13. Вращающаяся колосниковая решетка с нижней подачей топлива.
Рис. 3.14. Схема вращающейся колосниковой решетки с нижней подачей топлива.
Рис. 3.15. Схема вращающейся конусной топки.
Рис. 3.16. Общий вид печи с нижней подачей топлива.
Рис. 3.17. Схема топки с нижней подачей топлива.
Рис. 3.18. Топка с нижней подачей топлива.
Рис. 3.19. Схема вихревой камеры продуктов сгорания с индуцируемым вихревым потоком.
Рис. 3.20. Котлоагрерат с КПО производства фирмы Kvaerner.
Рис. 3.21. Схематическое изображение процесса СПО.
Рис. 3.22. Циклонная топка для сжигания топлива во взвешенном состоянии.
Рис. 3.23. Схема установки для пылевого сжигания (муфельная печь).
Рис. 3.24. Зависимость КПД установки от содержания кислорода в топочном газе.
Рис. 3.25. Воздействие содержания кислорода в топочном газе на количество теплоты, утилизируемой на установках конденсации топочного газа.
Рис. 3.26. Схема устройства конденсации топочного газа установки, предназначенной для сжигания биомассы
Рис. 3.27. Зависимость КПД установок, предназначенных для сжигания биомассы, оснащенных устройствами конденсации топочного газа, от температуры топочного газа.
Рис. 3.28. Пример распределения производства тепловой энергии при базовой и пиковой нагрузках в соответствии с годовым графиком производства тепловой энергии.
Рис. 3.29. Сравнение величины удельных затрат на инвестиции для строительства котельных установок на биомассе в Австрии и Дании в зависимости от размеров котлов.
Рис. 3.30 Величина удельных затрат на инвестиции для строительства котельных установок на биомассе в зависимости от мощности и степени использования котлов на биомассе.
Рис. 4.1. Одноступенчатая радиальная паровая турбина с валом-шестерней и генератором, используемая на установке ТЭЦ, работающей на биомассе, мощностью прибл. 5 МВтт и 0.7 МВтэ.
Рис. 4.2. Ротор двухступенчатой радиальной паровой турбины. (2.5 МВтэ).
Рис. 4.3. Осевая паровая турбина, часто используемая на предприятиях лесной промышленности.
Рис. 4.4. Цикл Ранкина в ТЭЦ с противодавленческой турбиной, предназначенной для комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Схема технологического процесса и график Т/s (температура/энтропия).
Рис. 1.1. Зависимость КПД парового цикла от параметров острого пара и противодавления.
Рис. 4.6. Конденсационная установка, использующая пар промежуточного давления для выработки энергии с учетом колебаний нагрузки.
Рис. 4.7. Пример четырехцилиндрового парового двигателя установки на Спилингверк.
Рис. 4.8. Принципиальная схема и график зависимости T/s парового цикла с насыщенным паром в паровом поршневом двигателе и паровом винтовом двигателе.
Рис. 4.9. Чертеж винтового двигателя в разрезе.
Рис. 4.10. Различные технологические процессы с применением винтовых двигателей на графике T/s .
Рис. 4.11. Схема когенерации (комбинированного производства тепловой и электрической энергии), в которой управление двигателем осуществляется посредством редукционного клапана и дроссельного клапана.
Рис. 4.12. Принцип работы и компоненты установки с ОЦР.
Рис. 4.13. Схема когенерации (комбинированного производства тепловой и электрической энергии (сверху) и график зависимости T/s процесса.
Рис. 4.14. Художественное изображение установки с ОЦР на биомассе, расположенной в Эсслингене, Германия.
Рис. 4.15. Схема и график зависимости T/s технологического процесса турбины с замкнутым циклом.
Рис. 4.16. Установка ТЭЦ на биомассе с двигателем Стирлинга.
Рис. 4.17. Принцип работы двигателя Стирлинга.
Рис. 4.18. Пример двигателя Стирлинга V-образной конфигурации.
Рис. 4.19. Экспериментальная установка ТЭЦ с двигателем Стирлинга мощностью 35кВтэ.
Рис. 4.20. Процентное отношение тепловой и электрической энергии, вырабатываемой котельными установками, установками комбинированного производства тепловой и электрической энергии и электростанциями.
Рис. 4.21. Сравнение КПД котельной установки, ТЭЦ и электростанции по эксергически взвешенному КПД.
Рис. 5.1. Измеренная доля топливного азота, преобразованного в NOx, в различных видах топлива, применяемого на различных установках, работающих на древесном топливе, в зависимости от содержания азота в топливе и линия тренда.
Рис. 5.2. Уровень и типы выбросов NOx в зависимости от температуры и видов топлива.
Рис. 5.3. Зависимость уровня выбросов СО от коэффициента избытка кислорода.
Рис. 5.4. Зависимость уровня выбросов СО в мг/Нм3 от температуры горения и качественное сравнение с воздействием температуры горения на уровень выбросов ПАУ.
Рис. 5.5. Зависимость уровня выбросов NOx от величины коэффициента избытка воздуха на экспериментальном реакторе мощностью 25 кВт, построенного организацией Веренум Рисерч.
Рис. 5.6. Три принципа сжигания топлива. Схемы слева направо: сжигание топлива в топке обычного типа, сжигание топлива со ступенчатой подачей воздуха, ступенчатое сжигание топлива.
Рис. 5.7. Зависимость характеристик степени улавливания некоторых методов контроля содержания частиц от размера частиц.
Рис. 5.8. Осадительная камера.
Рис. 5.9. Принцип действия циклона.
Рис. 5.10. Принцип действия мультициклона.
Рис. 5.11. Электростатический фильтр установки, работающей на биомассе.
Рис. 5.12. Принцип действия электростатического фильтра.
Рис. 5.13. Различные типы электростатических фильтров.
Рис. 5.14. Мешочные фильтры.
Рис. 5.15. Скрубберы.
Рис. 5.16. Схема ротационного сепаратора частиц.
Рис. 5.17. Сравнение уровней снижения содержания NOx в результате применения различных мер по снижению выбросов NOx.
Рис. 6.1. Деревообрабатывающий завод STIA.
Рис. 6.6. Схема рабочего процесса ОЦР установки на биомассе.
Рис. 6.3. Схема технологического процесса установки ТЭЦ, работающей на биомассе, (STIA), Адмонт.
Рис. 6.4. Поставка системы ОЦР.
Рис. 6.6. Разгрузка топлива, предназначенного для установки на биомассе.
Рис. 6.6. Монтаж установки на биомассе.
Рис. 6.7. Установка на биомассе после окончания строительно-монтажных работ.
Рис. 6.8. Котельная установка в Сондре Ниссум.
Рис. 6.9. Котельная установка. работающая на соломе.
Рис. 6.10. Схема котельной установки, работающей на соломе, в Сондре Ниссум.
Рис. 6.11. Хонкаренне Ой, Карстула, Центральная Финляндия.
Рис. 6.16. Древесное сырье и использование древесного топлива в компании "Хонкаракенне Ой".
Рис. 6.13. Котел компании "Вартсила", оснащенный системой "БиоГрэйт".
Рис. 6.14. Технологическая схема установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии на древесном топливе, г. Карстула.
Рис. 6.15. Схема установки до и после переоборудования котлоагрегата централизованной системы теплоснабжения в соответствии с технологическим решением компании " Эскйо".
Рис. 6.16. Оборудование перед монтажом: расширительная камера, турбина и вакуумный конденсатор, соответственно.
Рис. 6.17. Оборудование после монтажа: расширительная камера, турбина и вакуумный конденсатор, соответственно.
Рис. 6.18. Котельная в Ееленя Гура.
Рис. 6.19. Теплица в Ееленя Гура.
Рис. 6.20. Цепочка поставки топлива и котельная установка.
Список таблиц
Таблица 2.1 Значения теплоты сгорания отдельных видов топлива.
Таблица 2.2 Физические характеристики отдельных древесных видов топлива.
Таблица 3.1. Технологическая оценка и области применения различных технологий сжигания биомассы.
Таблица 3.2. Типичные характеристики мощности установок и характеристики топлива, используемых в различных методах сжигания древесины.
Таблица 3.3. Влияние различных мер на тепловой КПД установок, предназначенных для сжигания биомассы.
Таблица 3.4. Сравнение удельных затрат на инвестиции с затратами на топливо для установок, работающих на биомассе и нефтяном топливе.
Таблица 4.1. Процессы с замкнутым циклом, используемые для производства энергии посредством сжигания биомассы.
Таблица 4.2. Технологическая оценка паровых турбин, применяемых в установках, работающих на биомассе.
Таблица 4.3. Выходная мощность парового двигателя при использовании сухого и насыщенного пара с расходом 10 тонн/ч.
Таблица 4.4. Технологическая оценка паровых поршневых двигателей.
Таблица 4.5. Tехнологическая оценка процесса ОЦР.
Таблица 4.6. Технологическая оценка процесса с двигателем Стирлинга.
Таблица 4.7. Типичные значения КПД существующих котельных установок, ТЭЦ и электростанций и КПД, прогнозируемые в будущих применениях.
Таблица 1.1. Типичные значения КПД существующих котельных установок, ТЭЦ и электростанций и КПД, прогнозируемые в будущих применениях.
Таблица 5.1. Выбросы, свойства которых, в основном, определяются технологией сжигания топлива и условиями технологического процесса.
Таблица 5.2. Выбросы, характеристики которых определяются свойствами топлива.
Таблица 5.3. Уровни выбросов различных установок, работающих на древесине, использующих в качестве топлива ДСП, древесную щепу, МДФ и кору.
Таблица 5.4. Характеристики отдельных методов контроля содержания частиц.
Таблица 5.5. Типичные размеры частиц, удаляемых с помощью некоторых методов контроля содержания частиц.
Таблица 5.6. Технологическая оценка различных апробированных методов контроля содержания частиц.
Таблица 1.2. Обзор предельно допустимых уровней выбросов при сжигании биомассы ТЭЦ.
Достарыңызбен бөлісу: |
