Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технических решений для создания политопливных теплогенерирующих систем на местных и возобновляемых топливных ресурсах

Докладчик: Зайченко Виктор Михайлович

Должность: ведущий научный сотрудник, заведующий ладораторией

Цель проекта:
Разработка научных и технологических основ частичного или полного перевода угольных и жидкотопливных (мазут и печное топливо) котельных тепловой мощностью до 500 кВт на экологически чистое местное и возобновляемое топливо на основе торфа и древесины.

Основные планируемые результаты проекта:
В соответствии с задачами ПНИ, сформулированными в п.6, в ходе выполнения проекта предполагается получить следующие результаты:
1. Лабораторный регламент процесса пиролиза древесины и торфа
2. Экспериментальный образец пиролизера мощностью 100 кВт для переработки древесного и торфяного топлива.
3. Система «экспериментальный образец пиролизера – жидкотопливный котел», на объекте, предоставленным Индустриальным партнером.
4. Результаты испытаний системы «экспериментальный образец пиролизера – жидкотопливный котел».
5. Исходные данные для проекта (Рекомендации) перевода угольной котельной, предоставленной Индустриальным партнером, на древесное и торфяное топливо.
6. Проект ТЗ на ОКР по теме: «Разработка технических решений для перевода жидкотопливной котельной (мазут, котельное топливо) мощностью до 500 кВт на древесное и торфяное топливо».
7. Проект ТЗ на ОКР по теме: «Разработка технических решений для перевода угольной котельной мощностью до 500 кВт на древесное и торфяное топливо».
8. Программа реализации результатов ПНИ при реконструкции отопительных котельных Нижегородской области.
9. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Индустриальным партнером по данному проекту является ООО "Энергоперспектива" (г. Нижний Новгород), который проявляет большую заинтересованность в практической реализации целей проекта. Предварительная оценка областей применения и способов использования результатов предлагаемого проекта по замене угля, топочного мазута и печного топлива топливом на основе торфа и отходов лесопиления, лесопереработки и плановых рубок ухода за лесами в Нижегородской области показала, что подобное энергозамещение целесообразно проводить в системах муниципального теплоснабжения в девяти дотационных районах Нижегородской области, удаленных от транспортных магистралей и не обеспеченных магистральным природным газом, но имеющих значительные запасы торфа и древесины, где остро стоит проблема теплоснабжения населения и бюджетных организаций:
• Варнавинском;
• Ветлужском;
• Воскресенском;
• Краснобаковском;
• Тонкинском;
• Тоншаевском;
• Уренском;
• Шарангском;
• Шахунском.
В советское время перечисленные районы не были обеспечены магистральным природным газом, и их газификация в настоящее время представляется слишком дорогостоящим мероприятием. Каменный уголь привозится в Нижегородскую область из Печорского угольного бассейна (Республика Коми, Интинское месторождение, г. Инта). Ежегодный объем потребляемого угля для целей теплоснабжения населения и административных зданий в девяти перечисленных районах составляет 210 тыс. т. Стоимость угля на конец 2013 года составляла 4 400 руб./т, что почти в 2,5 раза превышает цену 2005-2006 г.г. Основная часть привозного угля оплачивается за счет дотаций из федерального, областного и районного бюджетов (учитывая, что бюджеты перечисленных районов дотационные, основные расходы на отопление поступаю тиз федерального и областного бюджетов).
С точки зрения сокращения расходов на привозное топливо целесообразно осуществить его замену на местные топливно-энергетические ресурсы, в первую очередь торф и отходы деревопереработки и лесопиления. Такое энергозамещение позволит снизить своеобразный энергетический налог, который область вынуждена платить из своего бюджета на приобретение привозного угля. Для перевода котельных на местное топливо потребуется комплексная модернизация систем теплоснабжения (в первую очередь – котельного оборудования), которая не только будет иметь положительное влияние на эффективность энергетического хозяйства, но также улучшит социально-экономическую и экологическую ситуацию в регионе. В настоящее время финансовые потоки, направляемые на снабжение региона каменным углем, остаются за пределами Нижегородской области, обеспечивая рабочие места в угольном секторе экономики и на железнодорожном транспорте.
Перераспределение финансовых потоков и их частичное направление на перестройку энергетики Нижегородской области с привлечением ВИЭ позволит достичь следующих результатов:
• повысит энергетическую безопасность Нижегородской области;
• улучшит экологическую ситуацию – за счет внедрения местных и возобновляемых источников энергии, соответствующих современным экологическим требованиям и стандартам;
• улучшит социально-экономическую ситуацию – за счет замыкания финансовых потоков в сфере энергетики внутри региона, снижения объемов дотаций в местную энергетику из федерального и областного бюджетов, создания новых рабочих мест и переквалификации трудовых ресурсов.
Сравнительная оценка энергетического потенциала низкосортной древесины, отходов лесопиления и лесообработки и каменного угля Интинского месторождения в девяти депрессивных районах Нижегородской области выглядит следующим образом.
Исходные данные (известные, оценочные и расчетные):
• 210 тыс. т – ежегодное потребление каменного угля котельными девяти районов;
• 420 тыс. т (630 тыс. м3) – предполагаемая ежегодная потребность в древесном топливе с целью энергозамещения угля (что составляет менее 50 % оценочного количества древесных отходов в девяти районах Нижегородской области);
• 924 млн. руб. – стоимость ежегодно потребляемого угля котельными девяти районов;
• согласно оценкам, выполненным для 8 котельных Варнавинского района, при замещении привозного каменного угля местным древесным топливом расходы на закупку топлива сократятся в 2,6 раза (при выработке одинакового количества тепловой энергии);
• 4 400 руб. – стоимость добычи и доставки потребителю 1 т каменного угля Интинского месторождения в Нижегородскую область;
• стоимость транспортировки 1 т древесного топлива от места производства к месту потребления составляет около 70 руб., а стоимость транспортировки 2 т древесного топлива, равного по теплотворной способности 1 т угля, составляет 140 руб., что в 2 раза ниже, чем стоимость транспортировки 1 т угля;
• 464 – количество котельных в девяти районах;
• 1081 тыс. м3 (720 тыс. т) – потенциальное количество отходов от расчетной лесосеки в девяти районах Нижегородской области;
• 2,7 МВт/т – теплотворная способность каменного угля Интинского месторождения;
• 1,5 МВт/т – теплотворная способность древесных отходов (при влажности 50%);
• 4,9 МВт/т – теплотворная способность древесных отходов (при влажности 10%);
• 1,9 млн. руб. – средняя инвестиционная стоимость переоснащения топочного оборудования отечественного производства 1 котельной.
Оценки и расчеты.
• Стоимость производства (закупки), доставки (транспортировки) и сжигания (обслуживание и экологические платежи) 210 тыс. т каменного угля, ежегодно потребляемого 464 котельными девяти районов составляет 924 млн. руб.;
• Предполагаемая ежегодная потребность в древесном топливе с целью энергозамещения угля составляет 420 тыс. т (630 тыс. м3) (менее 50 % оценочного количества древесных отходов в девяти районах Нижегородской области);
• Стоимость производства (закупки) древесных отходов, которые планируется применять в качестве топлива, в расчетах не учитывается, поскольку в настоящее время неиспользуемые древесные отходы лесозаготовки и лесопиления имеют отрицательную стоимость и наносят ущерб окружающей среде;
• Стоимость доставки (транспортировки) древесных отходов, которые планируется применять в качестве топлива, составляет 29,4 млн. руб. в год;
• Средняя инвестиционная стоимость переоснащения топочного оборудования отечественного производства 1 котельной составляет 1,9 млн. руб.;
• Стоимость обслуживание и экологические платежи соответствуют инвестиционной стоимости нового оборудования, которая составляет 882 млн. руб. ;
• Согласно оценкам, выполненным для 8 котельных Варнавинского района, при замещении привозного каменного угля местным древесным топливом бюджетные расходы на закупку топлива сократятся в 2,6 раза при выработке одинакового количества тепловой энергии.
При замене в топливном энергетическом балансе девяти депрессивных районов Нижегородской области каменного угля Интинского месторождения на местные отходы лесопиления, деревообработки и торфа из расходных статей бюджетов разных уровней полностью исключается статья на закупку угля (924 млн. руб. в год).
Расходы на транспортировку топлива сокращаются незначительно (с 32 млн. руб. при использовании угля до 29,4 млн. руб. в год при использовании древесных отходов).
Эксплуатационные расходы, преимущественно связанные с техническим обслуживанием оборудования, заработной платой персонала и экологическими платежами за природопользование, уменьшаются за счет большей автоматизации процессов и меньших трудозатрат квалифицированного персонала, а также за счет увеличения периодов между техническим обслуживанием оборудования.
Экологические платежи сокращаются за счет снижения золообразования в 25-50 раз (в зависимости от качества древесных отходов). Выбросы NO2 сокращаются в 2 раза. Выбросы NO сокращаются в 25 раз. Выбросы серы практически отсутствуют. Выбросы СO2 сокращаются на 30%. Выбросы взвешенных веществ сокращаются в 10 раз. Выбросы бензопирена сокращаются более чем в 2 раза. Подобная экономия бюджетных средств без изменения энергетического баланса девяти районов позволяет предположить высокую инвестиционную привлекательность перевода угольных котельных на местные и возобновляемые топливные ресурсы.
Первым этапом реализации масштабной программы перевода котельных на местные виды топлива будет являться отработка схемных решений, технологии сопряжения пиролизера с котлоагрегатом, систем автоматики и управления для котельных, использующих жидкое привозное топливо (мазут, печное топливо). На основе полученных результатов будет разработан регламент и технические условия полного или частичного перевода твердотопливных котельных на парогазовую пиролизную смесь.

Текущие результаты проекта:
1. Подготовлен аналитический обзор литературы в предметной области проекта.
2. Выбрано и обосновано направление исследований.
3. Проведены патентные исследования.
4. Разработана программа и методика исследовательских испытаний лабораторного образца пиролизера.
5. Разработана методика расчета теплотворной способности пиролизных газов и паров при пиролизе различных видов древесины и торфа.
6. Разработана методика расчета характеристик реактора пиролиза заданной производительности.
7. Разработана эскизная конструкторская документация лабораторного образца пиролизера.
8. Изготовлен лабораторный образец пиролизера, оснащенного системами диагностики и управления.