Повышение эффективности энергетического использования биотоплива | Improving the Efficiency of Energy Use of Biofuels

Russian. В современном мире растет доля теплоэлектростанций, потребляющих возобновляемые энергоресурсы. В качестве топлива все чаще применяются древесные и биоугольные гранулы. В технологическом цикле целлюлозно-бумажного производства образуется большое количество древесных отходов, которые необходимо эффективно использовать. Однако кородревесные отходы относятся к трудносжигаемым видам топлива, что вызывает необходимость «подсветки» факела высококалорийным невозобновляемым топливом и сопровождается образованием углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Для энергетического использования кородревесного топлива на российских предприятиях до сих пор используются котлоагрегаты КМ-75-40, снятые с производства в 1985 г. Энергетическое обследование котла КМ-75-40 при его работе на кородревесном топливе (кора хвойных и лиственных пород древесины, некондиционная щепа и опилки) показало, что конструкция и техническое состояние котлоагрегата не обеспечивают требуемую полноту выгорания горючих компонентов топлива и экологические показатели, соответствующие требованиям ГОСТ Р 50831–95. Целью данной работы является анализ возможностей комплексного повышения эффективности сжигания кородревесного топлива в котлоагрегатах КМ-75-40. По результатам выполненных исследований были разработаны первоочередные мероприятия для улучшения эффективности работы данных котлоагрегатов. Котлоагрегаты КМ-75-40 работают более 50 лет и требуют замены на современные низкоэмиссионные теплогенерирующие установки. Однако до замены рекомендуется модернизация котлоагрегатов: их перевод на работу по слое-вихревой технологии сжигания и использование в качестве добавки к кородревесному топливу биоугольных гранул для регулирования теплотехнических характеристик сжигаемого биотоплива и паропроизводительности котельных установок. Перспективными для этих целей биоугольными гранулами являются пеллеты, полученные из гидролизного лигнина, прошедшего мягкий пиролиз. Для оценки эффективности совместного сжигания кородревесного топлива и биоугольных гранул были выполнены тепловые и аэродинамические расчеты котла КМ-75-40 при разной доле гранул по тепловыделению, а также термогравиметрические исследования. При тепловом расчете учитывались: кратность циркуляции топливных частиц в вихревой зоне, гранулометрический состав сжигаемой топливной смеси, особенности расположения горелочных устройств, снижение загрязнения поверхности нагрева. Переход на сжигание данной топливной смеси по слое-вихревой технологии позволит отказаться от использования невозобновляемых видов топлива в котлоагрегатах КМ-75-40 при сжигании высоковлажного кородревесного топлива, существенно повысит КПД котлов и уменьшит негативное влияние на окружающую среду. Для цитирования: Любов В.К., Цыпнятов И.И. Повышение эффективности энергетического использования биотоплива // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 1. С. 172–185. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-172-185

English. The share of thermal power plants that consume renewable energy resources is growing worldwide. Wood and bio-coal pellets become more and more common as fuels. The technological cycle of pulp and paper production produces a large amount of wood waste, which must be used efficiently. However, bark-wood waste is hard-burning fuel, which causes the need to “light” the flare with high-calorie non-renewable fuel, is followed by the formation of carbon dioxide emitted into the atmosphere. Boilers KM-75-40, taken out of production in 1985, are still used at Russian enterprises for the use of bark-wood fuel as an energy source. Energy examination of the boiler KM-75-40 during its operation with bark-wood fuel (coniferous and deciduous wood bark, substandard chips and sawdust) showed that the design and technical condition of the boiler does not provide the required combustion rate of fuel components and environmental parameters that meet the requirements of the state standard, GOST. The present work aims at analyzing the possibilities of comprehensive improvement of efficiency of bark-wood fuel combustion in boilers KM-75-40. Highriority measures to improve the efficiency of these boilers were developed based on the research results. Boilers KM-75-40 have been in operation for more than 50 years and require replacement with modern low-emission heat generating systems. Prior to replacement, however, upgrading the boilers is recommended: their transition to the layer-vortex combustion technology and the use of biocoal pellets, as an additive to the bark-wood fuel, in order to adjust the thermal characteristics of the combusted biofuel and steam capacity of the boilers. Bio-coal pellets produced from hydrolysis lignin, which has undergone soft pyrolysis, are promising for this purpose. Thermal and aerodynamic calculations of the boiler KM-75-40 with different proportion of pellets by heat release, as well as thermogravimetric studies were carried out to assess the effectiveness of co-combustion of bark-wood fuel and bio-coal pellets. The thermal calculation included: the circulation rate of fuel particles in the vortex zone, the granulometric composition of the combusted fuel mixture, the location features of combustion equipment, reducing the contamination of the heating surface. The transition to the combustion of this fuel mixture using the layer-vortex technology will allow to refuse from using non-renewable fuels in the boiler KM-75-40 when combusting high-moisture bark-wood fuel, will significantly increase the boiler efficiency and reduce the negative impact on the environment. For citation: Lyubov V.K., Tsypnyatov I.I. Improving the Efficiency of Energy Use of Biofuels. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 1, pp. 172–185. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-172-185