GrabDuck

Рациональный выбор топлива для муниципальной котельной или при каких условиях уголь ...

:

С.М. Назаров, Э.В. Калинин, Министерство промышленности, энергетики и природных ресурсов Ростовской области;
Р. Л. Исьемин, Тамбовский региональный учебно-информационный центр биоэнергетики;
С.Н. Кузьмин, В. В. Коняхин, А. В. Михалев, Тамбовский государственный технический

университет;
М.Е. Ковалерчик, ЗАО «СМНУ «Воскресенское», г. Воскресенск Московской области

Проблема роста тарифов в ЖКХ, в том числе и на услуги коммунальной энергетики, как и проблема высокой степени износа оборудования и коммуникаций в системе ЖКХ России, общеизвестна, также как общеизвестны и трудности финансирования модернизации коммунальной энергетики. Опыт коммунальщиков многих областей России показывает, что модернизация идет, как правило, по пути перевода угольных и мазутных котельных на сжигание природного газа (с заменой старого котельного оборудования). При этом постулируется, что перевод котельной на сжигание природного газа резко снижает стоимость вырабатываемой тепловой энергии, улучшает экологические показатели работы котельной, условия труда обслуживающего персонала. Однако заключение об экономической эффективности применения газа как энергоносителя делается, как отмечалось ранее [1], без учета возможности применения

котлов, в которых возможно сжигание низкосортных и более дешевых углей. В последнем случае, как будет показано ниже, вывод об эффективности использования в качестве энергоносителя природного газа не столь очевиден.

Сравнение вариантов

Рассмотрим результаты технико-экономического анализа перевода угольной котельной на сжигание природного газа.

Предположим, что некоторая котельная с присоединенной нагрузкой 1 МВт была укомплектована котлами «Универсал-6», которые, как известно [2], предназначены для сжигания грохоченного антрацита (при сжигании рядового антрацита или даже каменного грохоченного угля теплопроизводительность котлов этого типа падает в два раза). При переводе котельной на сжигание природного газа в ней должны будут установить два котла КВа-0,63 Гн (производства ОАО «Борисоглебский котельно-механический завод»). При этом затраты на реконструкцию подобной котельной, включая выполнение проектных работ, приобретение оборудования, демонтаж старого, монтаж и пуско-наладку нового оборудования в ценах 3-го квартала 2005 г., должны составить 3199 тыс. руб. (по данным 000 «Газтехпроект», г. Тамбов, выполнивший проект газификации подобной котельной).

Расчеты показывают, что стоимость 1 Гкал тепла, вырабатываемой такой переведенной на сжигание природного газа котельной составит 649,6 руб. (без учета накладных расходов коммунального теплоэнергетического предприятия). Это почти в полтора раза ниже, чем при сжигании в котельной угля (антрацит класса «семечко», теплота сгорания 25,12 МДж/кг). В расчете принято, что стоимость 1 т антрацита «семечко» составляет 2363 руб., стоимость природного газа - 1620,94 руб./нм3, стоимость 1 кВт.ч электроэнергии - 3 руб. В стоимость этих энергоресурсов включены затраты на их доставку и распределение. Ежемесячная заработная плата обслуживающего персонала котельной принята равной 3000 руб. (без единого социального налога). При этом в расчете учитывается только зарплата операторов (кочегаров) котельной, а срок службы внутрикотельного оборудования принят равным 10 годам.

Основные показатели для такого расчета сведены в таблицу.

Между тем, опыт использования разработанных Ассоциацией КАРТЭК, Тамбовским государственным техническим университетом (ТГТУ) и изготавливаемых ЗАО СМНУ «Воскресенское» водогрейных котлов для сжигания низкосортных углей показывает, что стоимость 1 Гкал вырабатываемого котельной тепла может быть еще больше снижена и без дополнительных капитальных затрат, которые неизбежны при газификации котельной. Для этого необходимо использовать низкосортные угли, такие как антрацитовый штыб или угольные шламы. К примеру, антрацитовый штыб имеет теплоту сгорания 4700 ккал/кг (19,7 МДж/кг), его зольность может доходить до 33%, но стоимость (с учетом транспортной составляющей) составляет всего 996 руб./т.

Однако сжигание штыба в обычных водогрейных котлах, оборудованных чугунными колосниковыми решетками для сжигания сортовых углей в неподвижном слое, невозможно, т.к. штыб более чем на 90% состоит из частиц размером до 6 мм. Такие мелкие частицы будут проваливаться через щели колосников. Применение так называемых уголковых водоохлаждаемых решеток, как показывает наш опыт, при сжигании антрацитового штыба также проблематично - из-за опасности быстрого прогорания колосников при очень высокой (выше 1900 ОС) температуре слоя горящего топлива.

В жаротрубно-дымогарных котлах конструкции КАРТЭК-ТГТУ применяется ступенчатая водоохлаждаемая воздухораспределительная решетка, устанавливаемая в нижней части жаровой трубы. Конструкция котла с такой решеткой защищена Евразийским патентом № 006130 и подробно описана в предыдущих публикациях [4, 5, 6].

Возвращаясь к вопросу выбора рационального энергоносителя для анализируемого выше случая модернизации котельной с присоединенной нагрузкой 1 МВт необходимо отметить, что в такой котельной могут быть установлены два котла КВр-0,8 АК и КВр-0,5 АК. При этом капитальные затраты на реконструкцию котельной составят 1 млн 115 тыс. руб. (в 2,7 раза меньше, чем при переводе котельной на природный газ), а стоимость 1 Гкал вырабатываемого тепла составит 631 руб. Основные технико-экономические показатели работы котельной при сжигании антрацитового штыба также даны в таблице.

Как видно из таблицы, при переводе котельной с сортового угля на штыб затраты на топливо снижаются примерно на 700 тыс. руб., т.е. немногим более чем за один отопительный сезон могут быть окуплены все затраты на перевод котельной и замену котлов. При этом замена действующего оборудования возможна без привлечения дополнительных денежных средств, а только за счет маневрирования средствами, предусмотренными бюджетом местного уровня для закупки топлива. Именно по такому пути пошла администрация Инжавинского района Тамбовской области, которая уже второй год осуществляет замену старых секционных котлов на котлы КВр-АК в своих муниципальных котельных. При этом отмечается, что в котельной с расчетным годовым потреблением угля в 500 т фактический расход топлива сократился на 70 т (из-за повышения КПД котлов и ряда других факторов).

Следует также отметить, что в котлах КВр-АК можно сжигать не только антрацитовый штыб, но и штыбы каменных углей, отсевы, угольные шламы.

Совместное сжигание угля и биомассы

Нам могут возразить, что уголь (особенно антрацитовый штыб, который содержит около 2% серы) является более «грязным» в экологическом плане топливом, чем природный газ. Однако и здесь все не так «безнадежно». Действительно, последние исследования ТГТУ показали, что экологические показатели угольной котельной могут быть существенно улучшены при совместном сжигании угля (того же штыба) и биомассы. Причем, для того чтобы снизить расходы на транспортировку, биомассу предлагается использовать в виде гранул (пеллет), производство которых в настоящее время разворачивается по всей России. Для южных регионов России это могут быть гранулы из лузги подсолнуха, выпускаемые ООО «Гринлат» (г. Ростов-на-Дону) или ООО «Южный полюс» (г. Кропоткин, Краснодарский край). В частности, гранулы, выпускаемые последним предприятием, имеют следующие характеристики: теплота сгорания 18,46 МДж/кг, влажность - 7,7%, зольность -5,4%, выход летучих веществ - 67,9%, содержание серы (общей) - 0,1%, содержание азота -0,7%. Стоимость гранул из лузги подсолнуха составляет около 1000-1200 руб./т.

Было исследовано совместное сжигание штыба и гранул в различном соотношении и установлено, что содержание гранул в топливной смеси не должно превышать 40%, т.к. в противном случае резко возрастает эмиссия окислов азота в атмосферу [6]. При сжигании же топливной смеси, содержащей, например, 30% гранул, получаются результаты, представленные на рис. а и б (все значения концентраций приведены к нормальным физическим условиям и коэффициенту избытка воздуха за котлом равном 1). Судя по характеру изменения концентрации кислорода в уходящих газах (рис. а), смесь штыба и гранул воспламеняется быстрее (резко уменьшается концентрация кислорода) и горит с большей скоростью (концентрация кислорода в уходящих газах восстанавливается быстрее), чем при сжигании одного штыба.

Кроме того, при совместном сжигании гранул и штыба в указанной выше пропорции эмиссия двуокиси серы в атмосферу сокращается примерно в два раза в сравнении со сжиганием одного штыба (рис. б). При замене части угля на биотопливо соответствующим образом снижается эмиссия в атмосферу двуокиси углерода (биомасса считается СО2-нейтральным топливом), что немаловажно в связи с вступлением в действие Киотского протокола.

В качестве биотоплива можно использовать не только гранулы из лузги подсолнечника, но и гранулы из древесных отходов, а также гранулы из зерноотходов и лузги проса (производство таких гранул налаживается, на пример, на ОАО «Романовский комбинат хлебопродуктов»).

Насыпной вес гранул составляет 630-750 кг/м3, они поставляются навалом или в мешках повышенной вместимости («биг-бегах») и их перевозка не вызывает больших проблем. Учитывая небольшую производительность котлов, приготовление смеси гранул и угля может осуществляться вручную или с помощью несложных механизмов.

Если же сжигаются угли с малым содержанием серы, то удовлетворяющие действующие стандарты показатели по выбросам окиси углерода, пыли, двуокиси серы и азота в атмосферу достигаются и при сжигании угля и без добавления биогранул.

Выводы

1. При проведении сравнительного экономического анализа для выбора оптимального энергоносителя для котельной необходимо учитывать возможность применения котлов, конструкция которых позволяет сжигать низкосортные угли (штыбы, шламы, отсевы), а также рядовые угли.

2. При переводе котельной на сжигание низкосортных углей и оборудование котельной котлами с топками кипящего слоя, в которых возможно сжигание такого топлива, стоимость вырабатываемой тепловой энергии оказывается ниже, чем при переводе котельной на сжигание природного газа и установке в котельной газовых котлов.

3. Для снижения выбросов окислов серы в атмосферу при сжигании низкосортных углей рекомендуется совместное сжигание угля и биомассы, в том числе, и в виде биогранул.

Литература

1. Осипов А.Д., Исьемин Р.Л., Акользин А.П. Методика выбора рациональной схемы энергоснабжения объектов сельскохозяйственного производства // Промышленная энергетика. 1991. №5. С. 42-45.

2. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энер-гоатомиздат. 1989. 488 с.

3. Исьемин Р.Л., Кузьмин С.Н., Коняхин В.В., Михалев А.В., Будкова Е.В. Экологические и экономические преимущества применения жаротрубно-дымогарных водогрейных котлов, оборудованных топками «полукипящего» слоя//Уголь. 2002. № 10. С. 57-61.

4. Исьемин Р.Л., Коняхин В.В., Кузьмин С.Н., Будкова Е.В., Кондуков Н.Б. Трехходовой водогрейный жаротрубно-ды-могарный котел с топкой полукипящего слоя для сжигания низкосортных углей. Результаты четырехлетней эксплуатации // Новости теплоснабжения. 2002. № 11. С. 21-25.

5. Кузьмин С.Н., Будкова Е.В., Исьемин Р.Л., Кондуков Н.Б. Разработка котла для сжигания низкосортного твердого топлива // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2004. № 5. С. 73-78.

6. Isemin R.L., Kuzmin S.N., Konjakhin V.V., Mikhalev A.V., Zorin A.T., Stern T.D. Research of co - combustion of anthracite and biopellets in the high temperature fluidized bed // Proceedings Swedish - Finnish Flame days 2005, Boras, Sweden, 18-19. 10. 2005, pp. 143-145.