Котельная Sysav (Швеция) принадлежит 14 муниципалитетам на юге Сконе и занимается переработкой и переработкой бытовых отходов, а также горючих отходов предприятий и центров переработки. Сегодня более 96 % всех собранных отходов перерабатываются в виде материалов и энергии, а это означает, что лишь небольшая часть отправляется на свалки. Котельная Sysav в Мальмё является наиболее энергоэффективным предприятием по переработке отходов в энергию в Швеции, производящим электроэнергию и горячую воду для сети централизованного теплоснабжения и обеспечивающим 60 % всего централизованного теплоснабжения клиентов в Мальмё и Бурлове. Котельная Sysav постоянно стремится к лучшим, экологически безопасным решениям, разрабатывая технологически продвинутые и творческие решения для наиболее устойчивого обращения с отходами.

Основные характеристики

Котельная состоит из четырех котлов, два из которых являются самыми старыми водогрейными котлами, которые были введены в эксплуатацию в 1973 году и производили централизованное теплоснабжение эквивалентной мощностью 100 000 тонн отходов в год. Остальные котлы работают на паре и были введены в эксплуатацию в 2003 и 2008 годах, оба производят электроэнергию и централизованное теплоснабжение с удвоенной мощностью. Котлы также оборудованы жидкотопливными горелками для вспомогательного сжигания, которые используются при запуске, остановке и когда уровень отработанной энергии недостаточен для поддержания правильной температуры горения. Согласно нормативам сжигание отходов должно происходить при температуре выше 850 С. Станция производит около 1 400 000 МВтч централизованного теплоснабжения в год и 250 000 МВтч электроэнергии. Для исследования был выбран самый новый котел, Котел 4, который более подробно описан в следующих разделах.

Принцип работы

В течение дневной смены на котельную прибывает 300 грузовиков, которые сбрасывают отходы в бункер для отходов, который может вместить до 12 000 м3 отходов. Отходы вручную подаются в котел с помощью передвижного крана в дневное время и автоматически обрабатываются в ночное время. Во избежание засорения отходы помещаются на край загрузочного желоба, позволяя им скользить вниз, а затем выталкиваются на решетку и в камеру сгорания с помощью толкателя. Когда котел не загружается, передвижной кран смешивает отходы, чтобы получить как можно более однородную энергетическую ценность для достижения более равномерного процесса сгорания.

Решетка площадью 100 м2 разделена на пять индивидуально управляемых решетчатых дорожек вдоль направления решетки и состоит как из неподвижных, так и из подвижных частей. Движение решетки направлено вверх против естественного направления отходов за счет силы тяжести. Таким образом, уже сгоревший материал возвращается обратно и помещается под новое топливо, вызывая непрерывное перемешивание слоя топлива.

Колосник также разделен на пять зон, где первая зона – зона сушки, во второй зоне горение наиболее интенсивное. Отходы далее сжигаются в зоне 3 и 4, а в зоне 5 отходы сжигаются полностью, остается только шлак. Шлак состоит из металлолома, стекла, камня и других негорючих веществ, которые затем погружаются в воду для охлаждения. Вода также играет определенную роль, которая предотвращает утечку горячих дымовых газов из печи.

Первичный воздух подается из-под колосниковой решетки (воздух под топкой), а вторичный воздух, содержащий рециркулирующие дымовые газы, добавляется над слоем горения (воздух над топкой). Вентиляторы дымовых газов поддерживают небольшое отрицательное давление в топке, чтобы избежать утечки вредных дымовых газов. Дымовые газы, образующиеся в процессе горения, проходят по трем вертикальным каналам, передавая тепло трубам, заполненным циркулирующей водой.

В трех пароперегревателях пар достигает температуры 400 C и давления 40 бар. Пар направляется на турбину, приводящую в действие генератор, который вырабатывает часть электроэнергии, производимой на заводе. После прохождения турбины пар направляется в конденсатор, где нагревается вода для централизованного теплоснабжения. Большие части установки предназначены для очистки дымовых газов в несколько этапов.

Система управления котельной

Система управления может быть разделена на несколько подсистем, регулирующих скорость подачи топлива, скорость колосников и расход воздуха. В следующих разделах будут описаны различные подсистемы. Во-первых, упоминаются некоторые параметры мониторинга и места размещения датчиков. Параметр, по которому можно регулировать скорость решетки на свободных поверхностях, определяется уравнением, основанным на таких параметрах, как положение заслонки, расход первичного воздуха и давление. Свободная поверхность интерпретируется как толщина слоя топливного слоя, где высокое значение соответствует тонкому слою, а низкое значение соответствует толстому слою. Этот параметр используется для контроля сопротивления слоя топливного слоя, более подробно описанного ниже в этой статье.

Температуры измеряются в дымовых газах в разных местах топки и котла для дымовых газов. В первом проходе котла размещены термоэлементы, а во втором проходе котла — инфракрасные пирометры, измеряющие температуру излучения дымовых газов. Из-за высокой скорости потока через печь измеренные температуры можно считать без задержек. Температура над решеткой оценивается по этим значениям и всегда должна быть выше 850 C в соответствии с правилами ЕС, касающимися сжигания отходов. В случае падения температуры включаются вспомогательные жидкотопливные горелки. Решетка визуально контролируется камерами, направленными вверх от конца решетки, чтобы увидеть положение пламени.

Процесс контролируется путем измерения O2 в дымовых газах за пределами пароперегревателей. Опять же, из-за большого расхода дымовых газов это значение считается мгновенным. Значение передается обратно и используется для регулирования расхода первичного воздуха, что более подробно описано ниже в этом разделе. Более полный анализ дымовых газов проводится после процессов очистки дымовых газов, непосредственно перед выбросом через дымовую трубу в атмосферу. Эти значения выбросов используются в экологических отчетах.

Управление подачей топлива

Целью управления подачей топлива является поддержание тепловой мощности на как можно более постоянном уровне путем регулирования подачи топлива и движения решетки. Контроль топлива можно регулировать в трех разных режимах; температура печи, расход пара или расход пара в сочетании с температурой ИК-пирометра. При нормальной работе под нагрузкой регулирование осуществляется по расходу пара и температуре инфракрасного пирометра, в то время как два других режима используются во время пуска, останова и особых рабочих ситуаций, например, в случае засорения подающего желоба. Питатель реагирует на изменения уставки нагрузки путем изменения частоты циклов питателя.

Контроль скорости подачи и длины хода

Отходы непрерывно подаются в печь с помощью толкателя. Для достижения максимальной эффективности поршень толкателя должен подаваться с максимальным количеством ударов в единицу времени, а значит, в топку будет подаваться большое количество мелких порций отходов. Длина каждого хода и скорость автоматически определяются системой управления. Хорошо оптимизированные параметры адаптируются к желаемой нагрузке и компенсируют колебания качества отходов.

Управление подачей воздуха под пламенем

Вентиляторы первичного воздуха обеспечивают соблюдение заданного значения до того, как поток воздуха будет разделен между зонами. Заслонки регулируют расход воздуха и могут управляться независимо. Положение заслонок регулируется в зависимости от содержания кислорода в дымовых газах, постоянно измеряемого на выходе из котла, и от заданного значения. Первичный воздух предварительно нагревается примерно до 90 C, но температура может быть повышена в случае сверхвлажного топлива. Из соображений безопасности уровни O2 ниже 6 % не допускаются. Если значение O2 падает, заслонки первичного воздуха открываются, увеличивая скорость потока. Колеблющиеся значения указывают на плохо настроенное сгорание. Для операторов измерения O2 вместе с визуальной информацией представляют собой наиболее важную информацию о том, как оптимизировать сгорание. Для получения правильных значений измерений измерительное оборудование должно работать непрерывно, должным образом обслуживаться и калиброваться.

Регулирование воздуха наддува

Вторичный воздух, или воздух наддува, важен для хорошего перемешивания пламени и полного окисления газов. Подача воздуха осуществляется через форсунки, расположенные в стенках топки над слоем топлива, затем скорость потока изменяется за счет регулирования давления. Параметром управления для вторичного воздуха является потребность в паре, которая автоматически регулируется в зависимости от этого, т. е. расход воздуха для сверхтопления изменяется пропорционально нагрузке котла. Для установки правильных значений подачи воздуха на перегрев горение необходимо изучить по нескольким пунктам. Визуальное пламя никогда не должно подниматься выше керамического защитного покрытия, дымовые газы над пламенем должны быть чистыми и прозрачными, а содержание CO в дымовых газах должно поддерживаться как можно ниже. Уставки расхода воздуха наддува могут быть изменены оператором в случае изменения состава отходов, изменения давления в определенных пределах.

Регулирование сопротивления слоя топливного слоя

Регулирование сопротивления слоя топливного слоя предназначено для регулирования скорости колосников и питателя с целью сохранения проницаемости для подтопочного воздуха, т.е. сопротивления слоя топливного слоя, как можно более постоянным, не зависящим от нагрузки и топлива. Этот контроль сводит к минимуму влияние изменения качества топлива и нагрузки котла. Однако общепринятым методом управления является игнорирование сопротивления топливного слоя и работа с постоянной скоростью решетки.