Энергия из древесных отходов

УДК 66.31.91

Энергия из древесных отходов

Ф. Г. Ахтямов,

директор ООО «ЭкоТерм», г. Челябинск

В настоящей статье рассмотрены примеры внедрения энергосберегающих технологий на основе применения отходов деревоперерабатывающего производства.

Ключевые слова: древесные отходы, деревопереработка, автономная котельная.

Одним из важнейших моментов «Энергетической стратегии России до 2020 года» является положение о необходимости снижения энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП) в два раза. Доля энергозатрат в себестоимости продукции российской промышленности составляет в среднем 18 %, а в некоторых масштабных производствах -от 40 до 70 %. Это приводит к слабой конкурентоспособности отечественной продукции на мировых рынках.

В частности, высокая себестоимость изделий деревоперерабатывающего производства обуславливается тем, что деревопереработка - энергоемкая технология. И в нынешней нелегкой финансовой ситуации это становится все более актуальным.

Особое внимание в «Энергетической стратегии» уделено возобновляемым источникам энергии и освоению таких видов топлива, как торф и древесные отходы. Резервы древесных отходов как источника топлива в Уральском и Западно-Сибирском регионах, где развита лесная и деревообрабатывающая промышленность, велики. Экономическая выгода от внедрения энергетического оборудования, работающего на древесных отходах, на предприятиях лесопереработки и деревопереработки и в регионах с развитыми указанными отраслями промышленности очевидна:

• решаются вопросы утилизации древесных отходов;

• древесные отходы - экономичный и экологически чистый вид топлива (табл. 1).

Характеристика видов топлива

Таблица 1

Вид топлива Теплота сгорания, МДж/кг % серы в дымовых газах % золы Содержание СО2 в дымовых газах, кг/ГДж

Уголь 15-25 1-3 10-20 60

Мазут 42 1,2 1,5 78

Природный газ 36 0 0 57

Отходы древесные (опил, стружка, щепа) 10 0 2 0

Пеллеты (древесные гранулы) 17,5 0,1 1 0

№51(29)1 2»

В августе 2005 года группой специалистов было принято решение о строительстве завода по выпуску высококачественных погонажных изделий в поселке Зыряновский Алапаевского района Свердловской области.

Производство качественного пиломатериала требует глубокой переработки древесины и, что особенно важно, качественной сушки пиломатериалов. При стратегическом планировании развития нового предприятия в первую очередь решался вопрос об обеспечении цехов тепловой энергией в количестве, необходимом для стабильного функционирования завода и, в частности, сушильного комплекса. Было принято решение, что тепловая энергия должна быть «своей и дешевой». Под «своей» энергией подразумевалась автономная котельная, чтобы исключить

В табл. 2 приведены сравнительные показатели себестоимости 1 Гкал тепла от разных источников (газовая котельная и котельная на древесных отходах тепловой мощностью 2 Гкал/ч).

В табл. 3 приведен расчет себестоимости сушки пиломатериалов при отоплении сушильного комплекса с тремя сушильными камерами по 70 кубических метров объема загрузки от котельной на древесных отходах тепловой мощностью 1 Гкал/ч. Исходные данные:

1. Сушильный комплекс: 3 камеры, объем загрузки по 70 м3, общий объем загрузки - 210 м3.

2. Стоимость электроэнергии - 1 руб. 50 коп. за 1 кВт/ч.

3.Стоимость тепловой энергии при отоплении древесными отходами - 46 руб. 14 коп. (см. расчет стоимости 1 Гкал тепла в табл. 2).

Таблица 2

Себестоимость 1 Гкал тепла, выработанного разными источниками

Показатели затрат (за месяц) Газовая котельная 2 Гкал/ч Котельная на древесных отходах 2 Гкал/ч

Затраты на электроэнергию (руб.): - котельную 33588 38340

- подготовку тепла - 9720

Заработная плата персонала, руб. 17500 17500

Амортизационные отчисления 12%, руб. 779 885

Затраты на топливо (природный газ), руб. 175867 -

Итого затраты в месяц 227734 66445

Выработка тепловой энергии в месяц, Гкал 1440 1440

Себестоимость 1 Гкал тепловой энергии 158 руб. 15 коп. 46 руб. 14 коп.

Таблица 3

Расчет себестоимости сушки пиломатериалов

Показатели затрат (в месяц) Фактические затраты Примечание

Электроэнергия (на суш. комплекс) 38880 Установленная мощность суш. комплекса -45 кВт

Заработная плата персонала (3 чел.), руб. 15000 5000 руб.х3

Тепловая энергия 26577 Расход тепловой энергии на сушку пиломатериалов в месяц - 576 Гкал

Амортизационные отчисления 2000 -

Итого, руб. 82457 -

Производство сухого пиломатериала (в месяц), м2 630 -

Таким образом, себестоимость 1 м2 сушки пиломатериалов при отоплении сушильной камеры тепловой энергией, полученной от сжигания древесных отходов, - 130 руб. 88 коп. (82457 руб./630 м2).

зависимость от энергоснабжающих организаций, от их постоянно растущих тарифов и перебоев в теплоснабжении в летний период, так как сушильный комплекс должен работать круглогодично во избежание убытков. «Дешевая» означало, что в качестве топлива должны использоваться отходы собственного деревообрабатывающего производства.

За основу были взяты показатели себестоимости сушки пиломатериалов, которая при отоплении сушильных камер тепловой энергией от собственной котельной на древесных отходах снижается в 4 раза по сравнению с сушкой «на стороне».

Техническим заданием преследовались цели:

- обеспечить не менее чем двухсуточный запас топлива и полностью механизировать процесс топли-воподачи к котлам;

- выбрать модульный вариант основного котельного и вспомогательного оборудования для простоты монтажа и установления его минимальных сроков при условии полной автоматизации котельного агрегата, так как качественной сушки пиломатериалов можно добиться только при правильном соблюдении технологии на всех этапах. Основным параметром технологического процесса при этом является температура теплоносителя;

- минимизировать расстояния от котельной до сушильных камер для исключения потерь теплоносителя и также для установки в самой котельной шкафов управления сушильными камерами, чтобы оператор котельной мог контролировать процесс сушки.

В итоге удалось решить все поставленные задачи. В качестве основного котельного оборудования, работающего на древесных отходах, были выбраны и смонтированы два механизированных водогрейных котла серии КВД 1,2 тепловой мощностью 1200 кВт каждый. Преимущества данных установок в том, что они являются экологически чистыми, используют дешевое местное топливо, работают в автономном режиме, легко монтируются и просты в эксплуатации. На рис. 1 представлены модули котельного агрегата и тепломеханической части котельной.

Рис 1. Модули котельного агрегата

На основании длительного опыта эксплуатации водогрейных твердотопливных котлов серии КВД 1,2 на других предприятиях можно отметить следующие положительные моменты:

1. Одинаково успешно используются в качестве топлива такие отходы деревообработки, как опил, стружка, щепа.

2. Обеспечивается стабильность температуры теплоносителя за счет работы системы автоматического регулирования, что позволяет использовать котлоагрегат и для систем отопления, и для технологических установок (сушильных камер).

3. Простота в обслуживании - полная механизация и система защит и блокировок.

4. Экологическая и пожарная безопасность установки.

5. Быстрая окупаемость капитальных затрат за счет снижения себестоимости продукции и минимизации затрат за потребление тепловой энергии со стороны.

6. По отзывам производителей КВД 1,2, в них успешно используется в качестве топлива и лузга подсолнечника.

В конечном итоге предприятие полностью обеспечило себя дешевой тепловой энергией для отопления бытовых и производственных помещений и для технологических установок (сушильных камер) и полностью решило проблему вывоза отходов производства.

Возможность использования биотоплива в жилищно-коммунальном хозяйстве - вопрос, который также обсуждается все активнее в кругу российских специалистов. Заостряется внимание на потенциальной возможности применения биомассы в отопительных котельных жилого сектора.

Практический пример внедрения отопительной котельной, работающей на древесных отходах для отопления 70-квартирного 5-этажного жилого дома. Место проведения работ - г. Бодайбо Иркутской области.

Существующая котельная центрального отопления работала на привозном каменном угле. Для предлагаемой автономной котельной в качестве топлива было предложено использовать древесные отходы, которые уже имелись на местном лесоперерабатывающем предприятии, что позволило бы существенно снизить стоимость вырабатываемой тепловой энергии.

Под имеющийся состав и вид древесных отходов в качестве основного оборудования автономной котельной было предложено техническое решение «Газогенераторная топка - теплообменник»; в качестве теплообменника применен паровой котел Е 1/9, переведенный в водогрейный режим; смонтированный агрегат был оборудован золоуловителем и дымососом ДН 3,5.

Тепловая схема автономной отопительной котельной представлена на рис. 2, а в табл. 4 - основные параметры работы (Тнв - температура наружного воздуха). Были учтены имеющиеся недостатки в гидравлической схеме и для обеспечения бесперебойной циркуляции сетевой воды смонтирован центробежный насос фирмы «CALPEDA». Также были предусмотрены следующие моменты:

- автоматическая схема контроля и заполнения бака подпиточной воды;

б

ямеииишИ

- автоматическая схема подачи подпиточнои воды в систему отопления;

- схема учета расхода подпиточнои воды и схема дозирования химреагента в систему.

Рис. 2. Тепловая схема автономной отопительной котельной

5. Местное предприятие центрального теплоснабжения получило дополнительный резерв тепловой мощности.

6. Экономический эффект: экономия средств в размере 2 млн. рублей за отопительный период.

Выводы

Эффективное использование энергии, внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий становятся приоритетными направлениями хозяйственной деятельности. Это обусловлено тем, что энергосбережение как способ обеспечения растущей потребности в энергии и энергоносителях по разным оценкам в 2-5 раз выгоднее, чем строительство новых мощностей по производству тепловой и электрической энергии для тех же целей.

Наиболее остро проблема эффективного использования энергоресурсов стоит перед бюджетными организациями, коммунальными службами. При этом увеличивается задолженность муниципальных предприятий за газ и газовую составляющую в покупаемой тепловой энергии от ведомственных котельных.

Рост цен на традиционные виды топлива отрицательно сказывается на результатах финансово-хозяйственной деятельности

Таблица 4

Параметры работы отопительной котельной на древесных отходах

Параметры

Режим работы котельной Расход сетевой воды, м3/ч Температура воды на входе в котел, оС Температура воды на выходе из котла, оС Температура уходящих газов, оС Давление обратной воды, МПа Давление прямой воды, МПа

При Тн.в. = 10 оС 25 60 70 150 0,12 0,22

При Тн.в. = 20 оС 25 80 65 170 0,12 0,22

Итоги работы:

1. Предложенное техническое решение «Газогенераторная топка - теплообменник» позволяет сжигать древесные отходы естественной влажности.

2. Местное лесоперерабатывающее предприятие решило для себя проблему утилизации отходов.

3. Жильцы 70-квартирного дома получили возможность получать недорогую тепловую энергию и не зависеть от центрального теплоснабжения.

4. Улучшилась гидравлическая схема теплоснабжения 5-этажного дома.

теплоснабжающих организаций ЖКХ, год за годом ухудшается состояние основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования, сетей. В итоге аварийные ситуации в системах теплоснабжения не заставляют себя ждать.

Поэтому для некоторых регионов перевод котельных на местные, более дешевые виды топлива (древесные отходы) является основным путем снижения затрат на топливо и сокращения его удельных расходов на производство и отпуск тепловой энергии.

Новые возможности контроля качества электрической энергии

Д. П. Кнышук,

генеральный директор ООО «Энергометрика», Москва

Необходимость контроля показателей качества электрической энергии (ПКЭ) в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. Выработаны и утверждены определённые требования в этой области. В ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» даны методы оценки ПКЭ; в РД 153-34.0-15.501-00 «Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» определены методы измерения ПКЭ, продолжительность и периодичность контроля, формы представления данных. Существует также международный стандарт 1ЕС 61000-4-30:2003 «Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-30. Методы испытаний и измерений. Методы измерения качества электроэнергии», предъявляющий самые жёсткие требования к приборам контроля качества электрической энергии (в сентябре 2008 г. был принят и в России).

Прибор БАТЕС РМ 175 (рис. 1), производимый компанией БАТЕС (Израиль), является универсальным анализатором ПКЭ, что позволяет выполнять анализ качества электрической энергии по различным международным стандартам.

РМ 175 изначально разрабатывался под упомянутый международный стандарт 1ЕС 61000-430:2003. Теперь для российских потребителей разработана новая версия прибора, удовлетворяющая всем требованиям ГОСТ 13109-97. Габариты прибора 114x114x127 мм, вес 1,23 кг. Прибор легко перенастраивается, пользователи сами выбирают требуемый стандарт (рис. 2) и могут быть уверены, что в случае принятия новых норм или правил им не придётся заменять установленные приборы.

Рис. 2. Меню для формирования отчетов по различным стандартам

На рис. 3 представлено меню настройки БАТЕС РМ 175. Предлагаемая версия производит измерение и регистрацию всех параметров качества электрической энергии, определённых в ГОСТ 13109-97:

• установившееся отклонение напряжения;

• коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

• коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

• коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;

• отклонение частоты;

• коэффициент п-й гармонической составляющей (до 40-й гармоники);

• размах изменения напряжения;

• длительность провала напряжения;

• доза фликера;

• импульс напряжения;

• временное перенапряжение.

Рис. 1. Общий вид прибора

Рис. 3. Настройка регистрации отклонений ПКЭ от стандарта ГОСТ 13109-97

явиеиииши

В приведённых ниже таблицах (нумерация таблиц отчётов сохранена) показаны фрагменты отчётов в соответствии с ГОСТ 13109-97 и РД 153-34.0-15.501-00.

Результат испытаний качества электрической на соответствие ГОСТ 13109-97 Дата проведения измерений 19-01-09 - 19-01-09

Интервалы времени наибольших нагрузок Понедельник - Пятница 07:30 -16:00

Таблица 1. Результаты испытаний электрической энергии по установившемуся отклонению напряжения в режиме наибольших нагрузок

Измеряемая характеристика Результат измерений Нормативное значение Т1 Т2

Фазное А

dUн I 0,89 -5,00 0,00 -

dUв I 2,03 5,00 -

dUнм I 0,57 -10,00 - 0,00

dUнб I 2,03 10,00 -

Фазное В

dUн I -0,09 -5,00 0,00 -

dUв I 1,35 5,00 -

dUнм I -0,43 -10,00 - 0,00

dUнб I 1,35 10,00 -

Фазное С

dUн I 0,29 -5,00 0,00 -

dUв I 1,71 5,00 -

dUнм I 0,06 -10,00 - 0,00

dUнб I 1,71 10,00 -

Напряжение прямой последовательности

dUн I 0,30 -5,00 0,00 -

dUв I 1,60 5,00 -

dUнм I 0,02 -10,00 - 0,00

dUнб I 1,60 10,00 -

Погрешность измерений

Результат

+/-0,2%

Нормативное значение

+/-0,5%

Таблица 7. Результаты испытаний электрической энергии по отклонению частоты

Измеряемая характеристика Результат измерений Нормативное значение Т1 Т2

dfa -0,07 -0,20 0,00 -

dfв 0,06 0,20 -

dfнм -0,17 -0,40 - 0,00

d^ 0,08 0,40 -

Погрешность измерений

Результат

+/-0,01 Гц

Нормативное значение

+/-0,03 Гц

Таблица 9. Результаты испытаний электрической энергии по размаху измерения напряжения

Измеряемая

Результат измерений

Фаза А Фаза В Фаза С

Резуль- тат Норма- тив Резуль- тат Норма- тив Резуль- тат Норма- тив

dUf нб 1,26 1,24 6,47 6,43 7,19 7,00

Частота повторения FdUt, 1/мин 0,10 39,00 0,10 0,09 0,20 0,05

Количество измерений 0 1 1

Результат

+/-5%

Нормативное значение

+/-8%

Таблица 10. Результаты испытаний электрической энергии по дозе фликера

Результат измерений Нормативное значение

Фаза А Фаза В Фаза С

Резуль- тат Т2,% Резуль- тат Т2,% Резуль- тат Т2,%

Pst нб 0,49 0,00 1,13 0,00 2,88 6,67 1,38

Plt нб 0,00 0,00 0,09 0,20 0,05

Количество измерений 0 1 1

Погрешность измерений

Результат +/-5%

Нормативное значение +/-8%

В приборе есть два журнала для записи осциллограмм по шести каналам, 16 журналов для записи данных, журнал событий и журнал событий по качеству электроэнергии. Прибор оснащён часами реального времени, поэтому любое зарегистрированное событие получает метку времени (часы можно синхронизировать с компьютером посредством коммуникации). Таким образом, потребитель электроэнергии получает полное представление обо всех отклонениях, которые происходили в сети, с указанием точной даты и времени.

В РД 153-34.0-15.501-00 (п. 6.1) указано, что «при сертификационных и арбитражных испытаниях, а также инспекционном контроле за сертифицированной электрической энергией продолжительность непрерывных измерений ПКЭ должна составлять не менее 7 суток». Объём энергонезависимой памяти прибора SATEC PM 175 составляет 1 Мб, что позволяет ему вести регистрацию ПКЭ в течение не менее 45 суток. Русифицированное программное обеспечение PAS, поставляемое вместе с прибором, позволяет не только получать готовые отчёты на соответствие электрической энергии различным стандартам, но и самостоятельно проводить полный анализ зарегистрированных событий благодаря тому, что к зарегистрированному событию можно «привязать» его осциллограмму (рис. 4, 5).

Рис. 4. Журнал событий по качеству электроэнергии

Все события по качеству электроэнергии, которые были зарегистрированы прибором, могут быть оценены с точки зрения их влияния на различное электронное оборудование. Для этого используются так называемые СВЕМА^сигуеэ (рис. 6), определяющие амплитуду и длительность помех, которые должно выдерживать оборудование без нарушения работоспособности.

Поскольку стандарты качества электрической энергии далеко не всегда обеспечивают безопасную работу чувствительного оборудования, прибор оснащён реле с программируемыми уставками (их 16), которые можно настроить на различные события с

1Аббревиатура CBEMA расшифровывается как Computer Business Equipment Manufacturer’s Association. В начале 80-х годов этой ассоциацией были выпущены рекомендации по обеспечению устойчивости компьютеров и другого управляющего оборудования (например, программируемых логических контроллеров и встраиваемых систем) к помехам и перебоям электропитания.

Рис. 5. Анализ провала напряжения, зарегистрированного в программе РАБ

Рис. 6. Анализ событий согласно международной классификации 1Т1

управлением временем срабатывания и отпускания, а также два программируемых релейных выхода, что обеспечивает осуществление функции защиты оборудования.

Прибор БАТЕС РМ 175 может выполнять множество дополнительных функций, например, использоваться как многофункциональный трёхфазный мультиметр. Прибор можно использовать в качестве счётчика электроэнергии с учётом электроэнергии в двух направлениях в четырёх квадрантах с классом точности 0,2Б. Приборы поддерживают все стандартные способы учёта потребления мощности, включая вычисление мощности в узлах или на сдвигающемся

интервале, прогноз потребления, могут сохранять пиковое (максимальное) и минимальное потребление с меткой времени. Легко программируются различные тарифные схемы (до восьми изменений тарифа в день, четыре сезона, четыре типа дней). Три входа напряжения и три входа переменного тока изолированы гальванически для прямого подключения к линии или через трансформаторы тока и напряжения.

Необходимо отметить, что прибор РМ 175 внесён в Госреестр СИ РФ за №34868-07 как прибор для измерения показателей качества и учёта электроэнергии и допущен к применению на территории РФ. На прибор имеется заключение аттестационной комиссии ОАО «ФСК ЕЭС» о соответствии требований стандартов ОАО «ФСК ЕЭС» и рекомендации для применения в составе АСУ ТП и АИИС КУЭ подстанций ЕНЭС.

Два порта связи обеспечивают локальное и удалённое автоматическое чтение данных с прибора и его программирование. Программа РАБ может быть использована для задания установок прибора через порты связи, для получения данных в реальном времени (мониторинга) и зарегистрированных данных и событий, а также для обновления версии программного обеспечения прибора. Возможны различные опции удалённой связи, включая телефонные линии, локальную сеть и Интернет. Возможна удалённая (до 1000 м от прибора) установка дисплея.

Яркий трёхстрочный дисплей со светодиодными индикаторами обеспечивает удобное чтение данных. Стандартно прибор оснащается двумя программируемыми релейными выходами для выдачи сигналов управления и защиты и двумя дискретными входами, возможно добавление ещё двух аналоговых вход/выходов.

Таким образом, прибор БАТЕС РМ 175 обладает достаточными возможностями, которые делают его привлекательным для потребителей при решении разнообразных задач эксплуатации электрического хозяйства. Сегодня прибор внедряется на предприятиях многих ведущих российских промышленных компаний и предприятий, включая банки, производителей электроники и нефтегазовые компании. Среди потребителей много крупных российских энергетических и телекоммуникационных компаний.

ООО «Энергометрика» тел./факс (495) 510-11-04 е-шаИ: zakaz@energometrika.ru www.energometrika.ru

ямеиииш