КОТЕЛ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ,  НА ДРОВАХ, ОПИЛКАХ   И ПЕЛЛЕТАХ    ДЛЯ  ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

karcher-spare-parts-specification-1176

прямоточный котел

Теперь давайте рассмотрим тему  котлов, которые будут давать пар от тепла сжигания твердого топлива для привода в действие  парового двигателя и далее- для вращения электрического генератора.

Такой котел на твердом топливе (чаще всего  в качестве твердого топлива используются дрова, пеллеты или даже опилки), является непременным атрибутом   многих сельских домов и усадеб в малых городах и в поселках.  Котел на твердом топливе – это более совершенное устройство для отопления и обогрева, чем простая  русская печь или печь-голландка.  Его КПД  может достигать 80 – 85 % , и  через  теплообменник по трубам горячая вода  может  разводиться  на большие расстояния для обогрева через радиаторы сразу нескольких  комнат или иных помещений.

Я со своими коллегами решили модернизировать так хорошо знакомый многим отопительный котел и на его базе создать малую электростанцию на дровах — пеллетах — опилках.   Действительно  сетевое электричество  повсюду только дорожает, а те люди, кто вырабатывал электроэнергию на автономных дизель – генераторах, вынуждены платить за солярку  уже очень серьезные деньги.  А в нашем случае  есть котел на очень дешевом местном твердом топливе – который, по сути дела,  представляет собой уже половину  малой электростанции.
Конечно,  группе разработчиков пришлось  создавать особый котел для малой электростанции. В отличие от водогрейных водяных котлов, это теперь паровой котел высокого давления, где давление перегретого пара  имеет значение до 60 атм.
прямоточный котел на твердом топливе
Но свою функцию  давать тепло для обогрева помещений установка с таким котлом теперь выполняет даже лучше.  При этом  такой   котел абсолютно взрывобезопасен, не смотря на высокое давление.  Дело в том, что  конструкция  котла – прямоточная,  и его устройство  состоит из  тонких и длинных плоских кипятильных панелей,  и не имеет в свой конструкции сосудов, находящихся  под  давлением.  При этом  конструкция прямоточного котла с плоскими кипятильными панелями оказывается  заметно эффективнее, чем традиционные прямоточные котлы со стандартными  решетками из кипятильных трубок.  Такие решетки (если их устанавливать в один ряд) могут улавливать только  не более 60% радиационной энергии горящего топлива, а кипятильные панели улавливают практические 100% радиационной энергии.  В настоящее время идет патентование  этой конструкции кипятильных поверхностей.

Но самое главное в этой новаторской разработке, то,  что теперь паросиловая установка дает не только тепло для отопления, но и электричество, и  в значительных объемах. Линейка установок  включает в себя установки от 6 до 60 квт мощности по электричеству.
котел на твердом топливе
Перегретый пар высокого давления из котла на твердом топливе идет  в малый паровой аксиально – поршневой двигатель, который  вращается с частотой  в 600 – 800 оборотов в минуту и приводит в движение  генератор переменного тока. И далее ток идет в электро-силовую  систему, где за счет действия силовой электроники может преобразовываться в электроэнергию разного типа и разного напряжения.   Можно на выходе получать постоянный ток на 12 или на 24 вольта, а можно иметь и переменный ток со стабильной частотой в 50 герц, в виде обычных  220 вольт, а можно и получать три фазы на  380 вольт.  Трёхфазный ток обычно используется в различных цехах, мастерских или на фермах для привода в действие электромоторов различного оборудования.
Таким образом, в России начался выпуск малых когенерационных паросиловых установок на основе котла на твердом топливе и малой паросиловой установки с электрогенератором.   Такая установка дает одновременно и тепло для  отопления  и электроэнергию.
Прежде такие системы действовали и действуют только в очень больших  габаритах: это всем известные  ТЭЦ, электрической мощностью в сотни мегаватт, которые снабжают теплом и электричеством  крупные города. А вот малых установок подобного типа, которые бы работали от котла   на  любом твердом дешевом топливе:  на дровах — пеллетах, на опилках – щепе, угле или торфе, и при этом могли устанавливаться для автономного и независимого  тепло — электроснабжения в любой сельской усадьбе, или при небольшой лесопилке в отдаленном  лесном  районе, прежде никто в мире не делал… КПД по электричеству  в подобной малой энергетической системе составляет 10 -12%, что значительно лучше, чем у паровозов 100 летней давности, КПД которых составлял  около 5%.
В заключение можно сказать,  что такая малая электростанция с котлом высокого давления на местном, практически подножном, твердом топливе (от угля — до опилок и пеллет) и с современной паровой машиной, может значительно  облегчить  создание различных  малых  сельскохозяйственных  и обрабатывающих производств  в сельской глубинке и в отделённых лесных районах

  *         *         *

Малая местная электрогенерация  основной своей топливной базой должна и может иметь   дешевое sovhillfurnaceтвердое  топливо, которое  добывается совсем не далеко от места его сжигания для производства электроэнергии. Именно тогда она станет поистине дешевой и доступной для всех.

       ТОПЛИВНО-СЫРЬЕВАЯ БАЗА

Топливно-сырьевая база  малой (распределенной или альтернативной) электроэнергетики  для автономного электроснабжения  поистине безгранична.  Прежде всего — это дешевое местное твёрдое топливо и горючие отходы.  И если местное топливо — стоит хоть каких- то небольших денег, то горючие отходы не просто бесплатны, а нуждаются в утилизации и  необходимы затраты для его вывоза и переработки. На что тратятся немалые деньги, как и деньги тратятся на штрафы за нарушение экологических норм за складирование и хранение таких отходов.. В этом случае сжигание на месте появления таких отходов троекратно выгодно, ибо помогает практически избежать таких постоянных и серьезных штрафов. . Коротко рассмотрим основные составляющие элементы этой группы топливных веществ и материалов..

  1. ТОРФ

Россия делит с Канадой два первых места по залежам торфа – примерно 150-160 млрд тонн топлива.  При этом торф является возобновляемым полезным ископаемым – его каждый год нарастает в болотах страны примерно 260-280 млн тонн.  Сжигание торфа является экологически чистым процессом. Дело в том, что торф не содержит серы, чего не скажешь о мазуте, угле или солярке.  Огромные залежи торфа протянулись по России от Псковской области на  западе страны, до Томской и Тюменской  областей на востоке.  Торф является очень дешевым, местным, по сути дела «подножным» топливом для очень большого количества регионов в средней России, на русском севере, на Урале и в Западной Сибири.
При этом доля торфа в национальном энергобалансе России крайне мала- всего 0,2%, в то время как, например, в  Финляндии эта цифра достигает 11%, а в Ирландии – 16 %.

  1. ГОРЮЧИЕ ОТХОДЫ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

На территории Российской Федерации размещено около 25% мирового запаса лесных  ресурсов планеты, а это приблизительно 82 млрд. м 3 древесины. Учитывая допустимый размер ежегодной вырубки (500 млн. м3), сегодня обрабатывается не более 40%  объема.
При разработке лесосечного фонда в объёме приблизительно 400 млн. м3  отходы лесной промышленности составили примерно 120 млн. м3 древесины, а отходы деревообрабатывающей промышленности — примерно 57 млн. м3. В настоящее время из общего количества отходов используется в виде технологического сырья немногим более 5 млн. м3 и в виде топлива для предприятий — примерно 20 млн. м3.  Т.е. используется не более 12 %  отходов в этой отрасли.

На сегодняшний день в лесной и деревообрабатывающей промышленности  в год  получают около 70 млн. т. древесных отходов (ветки, горбыли, опилки, щепа, кора, стружка и проч.)    В этих отраслях производства по технологическим особенностям производственные отходы очень велики:
—  в лесопилении  —  40 %,
—  в мебельном производстве — 50 %  от  расходуемого сырья.

              Сегодня в России насчитывается около 10 000 производителей пиломатериалов, при этом почти 75% всей продукции  лесопромышленной  отрасли  изготавливаются на малых предприятиях — небольших частных лесопилках.   Это формат небольших предприятий, которые выпускают до  10 тыс. м3 пиломатериала  в год.  При этом,  в каждом из таких предприятий в год будет образовываться от  300 тонн  до  1 тысячи тонн древесных отходов. Каждые 100 тонн опилок и щепы заменяют  27 тонн солярки, что в ценах начала 16г. стоит около миллиона руб.
Энерговооруженность по оборудованию большинства таких предприятий не превышает 200 – 300 кВт мощности по электромоторам.
Все эти предприятия потребляют электроток  из сети, или работают за счет автономной электрогенерации на дизель- генераторах  на  дорогой солярке.
Все такие предприятия  получают побочным  результатом к выпуску основной продукции, большое количество горючих твёрдых древесных отходов.
Если перевести такие предприятия на автономную выработку электроэнергии за счёт сжигания собственных отходов, то цена электроэнергии для них может уменьшиться в разы и достигнуть до 40-60 коп. за 1 квт.   Цена будет иметь некий вес при бесплатном топливе – ибо надо оплачивать труд специалиста, следящего за котлом и его полуавтоматической загрузкой топливом, а так же на эксплуатацию автоматики и проч.
Многие из этих  10 тыс.  предприятий  будут иметь интерес  к покупке  генераторов на 30 –300 кВт, с приводом от паровых двигателей на сжигании отходов.
Еще  существует возможность перевести часть технического транспорта (тягачи, грузовики и трактора) на паровой ход и не тратить на них  дорогое жидкое топливо.

  1. ОТХОДЫ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Отходы сельскохозяйственного производства являются очень  энергоемким топливом, для сжигания с топках котлов. С другой стороны эти отходы являются большой проблемой для сельхоз-производителей, ибо их экологически безопасная утилизация  оказывается трудной экономической и технической задачей.
Так, например, в  Краснодарском крае каждый год   остается около 900 тыс. тонн рисовой соломы, которая долго не перегнивает в почве из-за повышенного содержания кремния в ней. Или на юге России каждый год остается после уборки урожая подсолнечника и переработки его на масло примерно 5 миллионов тонн лузги.  А вообще на полях юга и центральной части  России остается отходов  в массе эквивалентной примерно 11-12 млн. тонн условного топлива (т.е. эквивалент 11-12 млн. тонн хорошего угля).
А еще есть отходы животноводства, которые так же трудно утилизировать и лучшим способом является их сжигание.  Так 1 кг. прироста мяса курицы- бройлера  производит 3 кг отходов в виде подстилочно-пометной массы. В год в России производится в среднем 3.5  млн тонн мяса птицы, т.е. получается около 10 млн тонн отходов. Но есть еще отходы от  поголовья кур-несушек, это еще и еще отходы.
Кроме птицы подстилочно- пометную массу производят свинофермы и  поголовье стада коров и пр. и др. Все это многие десятки миллионов тонн весьма токсичных и трудно утилизируемых отходов. И лучший выход из положения  это сжигать все это и вырабатывать на полученном  тепле электроэнергию.

  1. ФАКЕЛЫ ПОПУТНОГО  ГАЗА

В России на нефтепромыслах  в год сжигается 10 млрд. куб.м попутного газа в факелах. И  нефтедобытчики регулярно и непрерывно платят значительные штрафы за такой способ утилизации попутного газа, ибо он загрязняет атмосферу. Наилучший способ утилизировать такие объемы попутного газа- это сжигать его в топках и получать электроэнергию для буровых и поселков нефтяников. Ибо  они получают сейчас на приисках электроэнергию от дизель — генераторов, которые потребляют дорогую солярку.

  1. ЭНЕРГИЯ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА

За счет использования паросиловых контуров с роторными двигателями при применении в качестве рабочего тела легкокипящих жидкостей, можно очень хорошо использовать тепло солнечных лучей. Т.е. в солнечных коллекторах легкокипящая жидкость будет испаряться, крутить лопасти парового роторного двигателя и давать электричество.   По расчетам, КПД такой установки по электричеству может достигнуть 28-32 %, что примерно  в 2,5 раза лучше, чем наиболее распространенные сегодня фотоэлектрические кремниевые батареи.
Продолжение темы про энергогенерацию и электроснабжение на тепле солнечных лучей — смотри ТУТ.

6.  ОТХОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ТЕПЛА  ПРОМПРЕДПРИЯТИЙ
Это большая и многообразная тема. Но рассматривать здесь ее подробно не будем, по причине ее специфичности. Но могу привести только один пример – вращающиеся печи по производству цемента выбрасывают воздух с температурой 600-700 градусов. И таких примеров в сегодняшней промышленности масса.  Это тепло можно без больших технических трудностей превращать в пар,  и вращать этим паром паровые роторный двигатели для привода  электрогенераторов.

  1. УГОЛЬ.

Уголь — один из самых распространенных и недорогих видов топлива. Но он не является  местным  видом топлива, и чаще всего завозится на места из далека.  Поэтому и не будем его рассматривать в этом обзоре.

8. СЖИГАНИЕ БЫТОВОГО МУСОРА

…. Во всем мире остро стоит проблема  утилизации бытового мусора. В бытовом мусоре задыхаются города Европы, Азии, обеих  Америк и  Австрайлии… Россия тоже во всей полноте испытывает проблему  «заполнения мусором»…
…. Одним из наиболее подходящих способов  утилизации мусора является его сжигание на специальных заводах. Этот процесс сжигания идет в факелах природного газа — и поэтому является достаточно дорогостоящим процессом. У большинства городских  властей нет денег не только на строительство таких заводов, но -главное — нет денег на оплату постоянно и регулярно больших счетов за газ. который тратится на сжигание мусора.  Власти экономят деньги  на процессе сжигания- газа идет мало, поэтому процесс сжигания идет при невыысокой температуре и происходит не полностью. Поэтому в трубу вылетают продукты неполного сгорания пластиков,  полимеров, резины, красок и проч. Это цианиды,  диоксины, окислы токсичных металлов  и проч.
Но если  увеличить количество газа и повысить температуру сжигания — будет сгорать все без основных вредных выхлопов, но и цена топлива на такое высокотемпературное сжигание значительно увеличиться. Вот и экономят наши муниципалитеты свой скудный бюджет, отравляя продуктами неполного сгорания воздух на много километров вокруг.
Но если такой горячий воздух от высокотемпературного сжигания  пускать к котел, где циркулирует легкокипящая жидкость, и полученный пар высокого давления  затем подавать в роторный паровой двигатель, то  опять же можно в значительных количествах получать электричество, и мусоросжигательный завод начнет давать прибыль муниципалитету в виде дешевой электроэнергии, которую можно подавать на муниципальные предприятия, приводить в работу городской общественный электротранспорт и проч….
…. Вроде — бы простая схема, но она прежде не реализовывалась потому, что мощность по теплу  у мусоросжигательных заводов не очень велика, и стандартную паровую турбину от электростанций туда не поставишь. Да и цена даже у небольших паровых турбин на 2-3 мВт такова, что  даже крупный и богатый город не сможет себе такой установить… А что говорить о средних райцентрах или небольших городах, которые так же задыхаются от избытка бытовых отходов и испытывают проблемы с оплатой электроэнергии на коммунальные нужды… Да и не производит небольшой город столько мусора — ТБО (твердых бытовых отходов) , чтобы  круглые сутки крутить от его сжигания большую и мощную паровую турбину.
Так же — по опыту известно, чтобы энергетическое предприятие было рентабельным по выработке электроэнергии, паровая турбина должна быть мощностью не менее 6 мВт… Строительство мусоросжигательного завода  такой мощности с паросиловой установкой такого размера  под силу уже  даже не всякому крупному и финансово благополучному областному центру, т.е. даже городу- миллионнику…. Но при этом мусор (твердые бытовые отходы) образуется везде, и в малом селе, и в небольшом райцентре и среднем промышленном городке.
…. В итоге —  в России ежегодно используется в качестве топлива менее 1% твердых бытовых отходов (из 40 млн.тонн бытовых отходов), что ничтожно мало по сравнению со Швейцарией (80 %), Данией (80%), Японией (85%), Францией (65%), Германией (60%) и некоторыми другими странами.
Поэтому около 80% процентов мусора организовано и относительно законно вывозятся на свалки, от состояния которых у экологов волосы встают дыбом. А остальные 20 % мусора страны нелегально вываливается в овраги, на опушки лесов, на пустыри вокруг городов и сел, в лесополосы  и проч и проч…

…. Выход из этой ситуации таков- ставить на местах появления бытового мусора (в райцентра, малых и средних городах и проч)  небольшие мусоросжигательные заводы на твердом местном топливе, которые будут сжигать это топливо пополам с мусором  и горячие газы от их сжигания направлять в котлы, а полученный пар будет  крутить  средние по мощности паровые роторные двигатели, что будут приводит в действие электрогенераторы для электроснабжения. И мощность таких  паровых роторных моторов может быть любой- от 10 до 1000 кВт….

Перейти  —    страница о «Паровые Роторные Двигатели»

Вернутся — на «Главную  — Малая Электроэнергетика и Электроснабжение«