Le caldaie a pellet a biomassa sono ecologiche?
Pratica applicativa della caldaia a pellet a biomassa
Astratto: La caldaia originale per liquami di acqua e carbone di un'azienda è stata convertita in una caldaia alimentata a biomassa a causa della bassa efficienza termica e della soluzione incompleta delle polveri, Problemi di inquinamento da emissioni di SO2 e NOx. Tuttavia, la conversione venne inizialmente portata a termine con una serie di problemi causati dalla deposizione di metalli alcalini, come una maggiore resistenza della canna fumaria, consumo energetico del ventilatore a tiraggio indotto, e la temperatura dei fumi di scarico. Per questa ragione, sono stati adottati ulteriori provvedimenti per l'installazione di ulteriori recuperatori di ceneri con sfere di acciaio e preriscaldatori d'aria, e introdurre la conversione della frequenza dei ventilatori. Finora la caldaia a pellet a biomassa ha funzionato stabilmente per un anno con buoni risultati. Inoltre, il sistema caldaia a pellet a biomassa ha realizzato il riciclo delle acque reflue e delle scorie.
Attualmente, l’inquinamento atmosferico in Cina è preoccupante, soprattutto il problema dell’inquinamento da PM2,5 ha attirato sempre più l’attenzione sociale. Dal biossido di zolfo, ossidi di azoto, composti organici volatili (COV) e altri gas nocivi sono le principali fonti di inquinamento da PM2,5, tutte le principali città della Cina hanno lanciato una serie di politiche per vietare l’uso di caldaie a carbone nelle aree urbane come una delle misure per controllare gli ossidi di zolfo e di azoto.
Originariamente l'azienda utilizzava un certo tipo di caldaia per liquami acqua-carbone per fornire vapore per il processo di essiccazione, ma poiché la caldaia a liquame acqua-carbone non risolveva completamente il problema del controllo degli inquinanti di zolfo e azoto, e la concentrazione delle sue emissioni di fuliggine era molto superiore a quella del forno a catena, insieme ai maggiori costi operativi della caldaia per liquami acqua-carbone, l'azienda ha infine deciso di convertirla in una caldaia a biomassa da 8 t/h, e per fornire l’attività di fornitura di vapore della società sotto forma di operazione fiduciaria. esternalizzazione.
I lavori di ristrutturazione sono iniziati ad agosto 2011, e gli interventi specifici di ristrutturazione hanno riguardato principalmente la sostituzione degli impianti di combustione e l'adeguamento della struttura del forno. L'adeguamento della struttura del forno è principalmente dovuto alle caratteristiche di elevato contenuto volatile del combustibile da biomassa, aumentando lo spazio di combustione secondaria e la percentuale di distribuzione dell'aria secondaria, e l'aggiunta di un arco del forno. In particolare, il corto arco frontale raffreddato ad acqua è stato adottato per risolvere il problema della combustione del diaframma di alimentazione dovuta all'infiammabilità della biomassa. La caldaia a pellet a biomassa modificata sostanzialmente soddisfaceva i requisiti di produzione continua dell'impresa.
Tuttavia, durante il funzionamento di prova della caldaia sono stati riscontrati alcuni problemi, come l'accumulo di cenere e l'elevata temperatura dei gas di scarico, come mostrato nella tabella 1. Per questa ragione, sono state apportate ulteriori modifiche alla caldaia, compresa l'aggiunta di un aspiracenere a sfera d'acciaio all'uscita del forno, un preriscaldatore dell'aria nel condotto di scarico, riciclaggio delle scorie delle acque reflue, e conversione della frequenza della ventola. I lavori di ristrutturazione si sono conclusi nel mese di settembre 2021, ed è in funzione stabile da più di 1 anno da allora, e ha superato la valutazione della produzione pulita.
2 Controllo delle emissioni inquinanti
<2.1.> Emissioni di zolfo carbonioso e ossido di azoto
La caldaia originale a liquame acqua-carbone utilizza ancora il carbone come combustibile, e l'effettiva efficienza termica è solo approssimativa 66%, con elevate emissioni di CO2. Inoltre, la temperatura di combustione della caldaia a liquame acqua-carbone è inferiore di soli 100-200 ℃ rispetto a quella della caldaia a catena alimentata a carbone, e ci sono ancora elevate emissioni di SO2 e NOx.
Il passaggio alle caldaie a pellet a biomassa non solo consente di raggiungere zero emissioni di CO2, ma riduce anche ulteriormente il contenuto di zolfo nei gas di scarico a causa del contenuto di zolfo estremamente basso del combustibile da biomassa e dell'elevato contenuto di metalli alcalini nel combustibile, pertanto il contenuto di SO2 nelle emissioni dei gas di scarico è estremamente basso, soltanto 2.86 mg/m3 (stato standard), che è centinaia di volte inferiore al contenuto di zolfo nei gas di scarico delle caldaie a carbone, e può soddisfare pienamente i più severi standard sulle emissioni inquinanti senza l'uso di impianti di desolforazione. Gli standard più severi sulle emissioni inquinanti possono essere pienamente rispettati senza alcun impianto di desolforazione.
Inoltre, il metodo di combustione a due stadi nelle caldaie a pellet a biomassa riduce la temperatura di combustione, quindi l'emissione termica di NOx è sostanzialmente trascurabile, che riduce anche significativamente le emissioni di NOx.
<2.2 > Trattamento cenere
Sebbene i liquami di carbone e acqua siano solitamente pretrattati per la rimozione delle ceneri, lo scarico delle scorie dalle caldaie a liquame carbone-acqua è ancora elevato. Per caldaie a pellet a biomassa, anche se teoricamente c'è poca cenere, le emissioni di ceneri sono ancora più elevate a causa dell'elevata quantità di sabbia e terra nella materia prima raccolta, che non è ideale per l'uso diretto come fertilizzante di potassio.
Perciò, prima della ristrutturazione della caldaia, tutto il residuo di cenere è stato affidato a trasporti esterni, che era costoso e sprecava risorse. Dopo la ristrutturazione, è stata introdotta una serie di attrezzature per la produzione di mattoni per produrre mattoni cavi dalle scorie di cenere, acque reflue, calce e cemento in un certo rapporto, che non solo ha risolto il problema delle scorie di cenere e del trattamento delle acque reflue, ma ha anche aumentato i vantaggi e realizzato il riciclaggio dei rifiuti “trasformare i rifiuti in tesori”.
<2.3>Riciclo delle acque reflue
Le acque reflue sono composte principalmente da tre parti. Una parte proviene dal processo di addolcimento dell'acqua di alimentazione della caldaia, la seconda parte proviene dall'acqua di scarico della caldaia, e la terza parte proviene dal condensato ad alta temperatura dell'impianto di produzione del cartone, nessuno dei quali è stato considerato per il riciclaggio prima.
Tra loro, ad eccezione della terza parte di condensa ad alta temperatura che risulta molto pulita, le prime due parti dell'effluente generato sono acqua debolmente alcalina, principalmente sali ionici di calcio e magnesio, che venivano solo riciclati nella vasca di neutralizzazione per il trattamento e poi scaricati prima della ristrutturazione. Dopo la ristrutturazione, il processo di fabbricazione dei mattoni introdotto ha riciclato le prime due parti dell'effluente, ottenendo l’effetto ideale di vantaggi sia economici che ambientali. Tavolo 2 mostra le emissioni di gas di scarico e scorie prima e dopo la ristrutturazione.
3 Controllo della deposizione di metalli alcalini
Una delle caratteristiche principali dei combustibili da biomassa è l'alto contenuto di metalli alcalini, che entrerà nella fase gassosa nel processo di combustione del carburante sotto forma di sali di cloruro, eccetera. A contatto con la superficie dello scambiatore di calore, si verificherà della condensa che eventualmente aderirà alla superficie del tubo dello scambiatore di calore formando un accumulo di cenere.
Inoltre, la reazione con gli ossidi di zolfo formerà anche depositi duri di solfati difficili da rimuovere, soprattutto nella zona del surriscaldatore all'uscita del forno. La presenza e la continua generazione di depositi di metalli alcalini non solo influenzeranno seriamente l'efficienza del trasferimento di calore dello scambiatore di calore, ma anche aumentare la resistenza al flusso dei fumi o addirittura ostruire il fascio tubiero, con conseguente aumento del consumo energetico del ventilatore a tiraggio indotto, inoltre, i depositi causeranno anche la corrosione del tubo dello scambiatore di calore .
<3.1> Sistema di pulizia della cenere con cordoni di acciaio
Per risolvere il problema della deposizione di metalli alcalini, è stato aggiunto un sistema di pulizia del cordone d'acciaio sul fascio di scambiatori di calore all'uscita del forno. Questo sistema sfrutta il vuoto formato nella gola del venturi per pompare le perle di acciaio dalla parte inferiore della canna fumaria alla parte superiore e poi dall'alto verso il basso per pulire la superficie riscaldante della coda, ed è impostato per rimuovere automaticamente la cenere tre volte al giorno, che migliora notevolmente l'efficienza termica della caldaia, consente di risparmiare 300 tonnellate di carbone standard all'anno, e prolunga efficacemente la durata del surriscaldatore.
<3.2>Trasformazione inverter del ventilatore a tiraggio indotto
Ventilatore a tiraggio indotto della caldaia ad alta pressione motore a corrente alternata spesso esiste “grande carrozza trainata da cavalli” fenomeno, in alcune occasioni anche se il margine non è molto ampio, ma perché le fluttuazioni del carico della caldaia, il motore non può seguire la regolazione in tempo, con conseguente aumento del consumo energetico del motore. In particolare, la grave deposizione di metalli alcalini aumenterà inoltre ulteriormente l'aumento della resistenza al flusso del fascio tubiero.
Per questa ragione, durante la successiva ristrutturazione della caldaia a pellet a biomassa, è stato impostato un convertitore di frequenza sul ventilatore a tiraggio indotto della caldaia per far variare il volume d'aria del ventilatore a tiraggio indotto con il cambiamento del carico della caldaia. Dopo aver adottato il regolamento sulla conversione di frequenza, il risparmio energetico annuo è stato superiore a 80,000 kWh grazie al risparmio energetico ottenuto regolando la velocità del motore. Quando il tasso di carico è basso, viene ridotta anche la velocità del motore e della ventola, l'attrezzatura principale e la corrispondente attrezzatura ausiliaria come i cuscinetti sono meno usurate di prima, il ciclo di manutenzione può essere allungato, e la vita operativa dell'apparecchiatura viene prolungata.
4 Recupero del calore residuo
<4.1>Aggiungi il preriscaldatore dell'aria
Caldaia a pellet a biomassa subito dopo la trasformazione, a causa dell'originale area di trasferimento del calore della caldaia per liquami acqua-carbone non è sufficiente, la temperatura dei gas di scarico è ancora alta quanto 240 ℃, quindi nel condotto di scarico della caldaia aggiungere un preriscaldatore d'aria a tubi di calore per ridurre la temperatura di scarico al di sotto 150 ℃, l'efficienza della caldaia è aumentata di 6%. Equivalente alla riduzione dell'anidride solforosa 20t, fuliggine 12t, anidride carbonica 2200t.
<4.2>Recupero condensa ad alta temperatura
Il vapore acqueo esce dalla caldaia nella linea di produzione dell'officina, e si condensa in acqua pulita ad alta temperatura di 60 ℃ dopo il preriscaldamento e l'essiccazione delle materie prime. Poiché l'impianto originale non era dotato di dispositivo per il recupero della condensa, con conseguente spreco di risorse termiche e idriche, questa parte della condensa è stata recuperata dopo la ristrutturazione del 2011, riducendo notevolmente i costi di produzione.
Poiché la condensa recuperata è molto pulita, può essere utilizzata come acqua di alimentazione direttamente in caldaia. Il sistema può riprendersi 35,000 tonnellate di condensa ad alta temperatura 1 anno di attività. In termini di temperatura della condensa 60℃, è circa 45 ℃ superiore all'acqua di alimentazione diretta, che equivale ad un risparmio energetico di 6,6×109kJ, equivalente a 220 t di carbone standard. inoltre, può direttamente salvare circa 200,000 yuan del costo annuo dell’acqua di rubinetto industriale.
5 Conclusione e prospettive
Nel processo di trasformazione dei liquami di acqua e carbone della caldaia in biomassa caldaia a pellet, Successivamente sono state effettuate la sostituzione delle apparecchiature di combustione e la trasformazione della struttura del forno, e sistemi aggiuntivi come il pulitore per ceneri con sfere d'acciaio, sono stati installati il preriscaldatore dell'aria e il recupero della condensa ad alta temperatura, ed è stata introdotta la tecnologia di conversione della frequenza della ventola. Finora, l'impianto rinnovato della caldaia a pellet a biomassa funziona con successo da più di un anno, raggiungimento di una situazione win-win in termini di benefici economici e ambientali. Gli effetti specifici sono i seguenti.
(1) Fornendo quasi 60,000 tonnellate di vapore ininterrottamente per l’azienda.
(2) Il combustibile da biomassa invece del carbone riduce ovviamente l'emissione di scorie di fondo, cenere volante, SO2 e NOx, e raggiunge zero emissioni di CO2, e può soddisfare i requisiti delle pertinenti norme sulle emissioni di inquinanti atmosferici senza installare alcun impianto di desolforazione.
(3) Il processo di produzione dei mattoni introdotto consente il riciclaggio contemporaneamente delle acque reflue e delle scorie.
(4) Il sistema aggiuntivo di pulizia delle ceneri con sfera in acciaio e il preriscaldatore dell'aria migliorano significativamente l'efficienza termica della caldaia.
(5) La tecnologia di conversione della frequenza della ventola ha avuto un evidente effetto di risparmio energetico.
(6) La modalità di funzionamento della caldaia rende la linea di produzione dell'azienda completamente esente da una serie di problemi derivanti dal funzionamento della caldaia stessa, che vale la pena promuovere.
