В России энергоснабжение отдаленных районов осуществляется посредством завоза жидкого топлива, поставки угля и различного вида древесины. В связи с увеличением стоимости жидкого топлива, растет спрос на дешевое местное топливо. К данной категории можно отнести и вторичные энергоресурсы деревообрабатывающей промышленности.
Замена основного топлива на альтернативные ВЭР позволит реализовать государственные программы по нескольким направлениям: увеличить спрос на остаточные энергоресурсы, что служит для предприятий дополнительной материальной выгодой, так и сократить экологическое загрязнение биосферы неутилизированными отходами. Для получения тепловой энергии необходимы устройства и установки с соответствующими параметрами и характеристиками.
В соответствии с Федеральным законом от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ (ред. от 28.12.2016) «Об отходах производства и потребления» производители обязаны внедрять в производство наилучшие доступные малоотходные технологии. Принцип данной программы включает в себя также использование вторичных энергоресурсов с перерасчетом понижающего коэффициента по отношению к нормативу утилизации [1].
Для генерирования твердых видов топлива в тепловую энергию разработаны специализированные устройства. Твердотопливные котлы непосредственно относятся к категории теплогенераторов. Такие котлы имеют относительно упрощенную конструкцию и хорошую ремонтопригодность. Универсальные твердотопливные котлы характеризуются способностью сжигания нескольких видов твердого топлива, включая вторичные энергоресурсы. Такие установки можно использовать основным или резервным источником тепловой энергии, например, в районах с предприятиями по переработке древесины, в соответствии с требованием № 261 ФЗ «Об энергосбережении» [2, ст. 14].
Физические процессы, происходящие в камере сгорания котлов на различном топливе во многом схожи. Математическую модель работы твердотопливных котлов можно описать по методу Р. Г. Заха. Однако, применение данной методике возможно только при условии уточнения определенных параметров для разных видов топлива (брикеты, пеллеты, опилки, щепа и другие виды древесного происхождения).
Разработка математической модели универсального твердотопливного котла включает в себя разработку схемы работы котлоагрегата для достижения максимального обеспечения тепловой энергией потребителя.
Процесс горения представляет собой быстрое и полное окисление горючего вещества. Данный процесс сопровождается выделением тепла. В процессе горения участвуют два вещества: окисляемое вещество и окислитель. При этом процентное соотношение данных компонентов варьируется и относится к каждому конкретному виду топлива. Не малую роль играют значения зольности, влажности, спекаемости.
В топках котельных агрегатов распространенным и доступным окислителем выступает воздух. Характер подвода кислорода к топливу описывает особенности процесса горения: кинетическое, диффузионное или промежуточное горение осуществляется в топке котла.
Важным моментом в правильности выбора математической модели является определение химических и механических параметров топлива. Зольность, влажность и выход летучих веществ определяет параметр теоретически необходимого объема воздуха для горения. Так как содержание кислорода в атмосферном воздухе по объему равно примерно 21 %, то данный параметр составляет:
, м3/кг,
где,
— теоретическое объемное количество кислорода, необходимое для сгорания, м3/кг,
— рабочая масса углерода, водорода, серы, кислорода в топливе.
При разработке математической модели необходимо рассчитывать объемное количество углекислоты, сернистого ангидрида в дымовых газах. Азот, входящий в состав дымовых газов, поступает из воздуха, затраченного на горение, и топлива. Водяные пары в дымовых газах образуются в результате сгорания водорода топлива и испарения влаги, а также вносятся воздухом, поступающим для горения, так как в нем содержится некоторое количество влаги. Количество водяных паров, попадающих в дымовые газы с теоретически необходимым воздухом для горения, определяется из того условия, что в 1 кг сухого воздуха содержится приблизительно 10 грамм водяных паров, то есть, что влагосодержание воздуха 0,01 г/кг.
Необходимость расчетов параметров избыточного объема водяных паров и воздуха, соотношение теоретических объемов продуктов сгорания к действительным объемам позволяет оценить рациональность применения ресурса в виде топлива. Избыточный воздух, подаваемый в топку, в процессе горения не участвует, но увеличивает количество дымовых газов, образующихся на 1 кг сожженного топлива. При этом объем углекислоты остается неизменным, а объем двухатомных газов (включая кислород) увеличивается.
Литература:
- Федеральный закон 24 июня 1998 г. (ред. от 28.12.2016) № 89 ФЗ «Об отходах производства и потребления» // Российская газета от 30 июня 1998 г.
- Энергосбережение за рубежом [Электронный ресурс] // GISEE.RU: Государственная инновационная система в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. URL: https://gisee.ru/articles/foreign_experience/20020/ (дата обращения 17.10.2017).
