Сказка о соломенном котле
На полях Украины пропадают миллионы тонн соломы, которая, как свидетельствует опыт передовых хозяйств, способна сэкономить немалые деньги в качестве топлива.
Экономия энергозатрат на отоплении, особенно в многострадальной бюджетной сфере, пожалуй, один из самых актуальных аспектов. Украина потребляет пока традиционные энергоресурсы: природный газ, уголь, нефть. Лишь незначительную часть (примерно около 0,3 %) составляет такой возобновляемый источник энергии, как биомасса, и вообще, «живые энергорезервы». А между тем Украина имеет годовой избыток обыкновенной соломы, по некоторым данным, более пяти миллионов тонн. Что же происходит с этим избытком в сельскохозяйственных уголках нашей страны? Пардон за гусарскую прямоту: гниет-с. В Запорожской области три административные территории рискнули изменить мышление и не побрезговали соломкой…
Многим ли известно, что три тонны соломы (точнее 2,9) по своей теплотворной способности эквивалентны 1000 м3 природного газа? В условиях «дружественного» повышения цены на газ из России, согласитесь, убедительно выглядит средняя цена соломы в брикетах (или, как чаще говорят, тюках) — 120 грн за тонну! Это несравнимо со стоимостью не только «голубого» топлива, но также угля и мазута — традиционных для аграрных территорий источников энергии.
— Энергоемкость соломы в режимах пиролиза (а сейчас оборудование работает именно в таком режиме) вполне сопоставима с углем. Мы говорим, конечно, не об объемах, а о тоннах, то есть о весовых эквивалентах, — рассказал для «УТГ» начальник территориального управления государственной инспекции по энергосбережению в Запорожской области Сергей Ушенко. — Даже, пожалуй, выше, чем уголь, учитывая его качество. Вы же понимаете, что уголь у нас — это уже больше порода. Проще говоря, энергетическая емкость соломы будет примерно процентов на 10 выше, чем угля.
Рентабельность соломосжигающих котлов не подлежит сомнению. Конечно, сначала нужно вложить в реконструкцию котельных деньги, но специалисты уверяют: период окупаемости крупных установок в среднем не превысит трех лет, а менее мощных — восьми месяцев. Но главное — соломы предостаточно, по крайней мере, в сельскохозяйственных регионах.
— На сегодняшний день Запорожская область обладает такими ресурсами. По оценкам специалистов, в среднем ежегодно около 1,5 тонны соломы с гектара получают хозяйства после уборки урожая, — продолжает Сергей Ушенко. — Из этого объема в лучшем случае 5—7 процентов расходуется на хозяйственные потребности, на корм, подстилку для скота…
Собственно, ничего хитрого в этой технологии нет. В котлах специальной конструкции сжигают солому, не используемую в хозяйстве. А вот себестоимость тепловой энергии, произведенной в котельной на соломе почти в два раза ниже, чем котельной на природном газе: 87,1 грн/Гкал и 187,1 грн/Гкал соответственно.
Теплогенерирующая установка на соломе мощностью около 0,5 МВт потребляет в среднем 450 тонн соломы (что эквивалентно энергопотреблению 6,800 ГДж). Предположительно она заменит мазутный котел с коэффициентом полезного действия 80%. Попутно заметим, что в инвестиционном эффекте следует также учитывать 25% сбережения тепловой энергии.
В таких котлах сжигают тюки (брикеты) соломы зерновых культур, что позволяет обеспечить отоплением и горячим водоснабжением школы, детские сады, предприятия и другие объекты. Экономия энергоносителей очевидна.
Справка
Кто изготавливает такие котлы у нас?
Единственный в Украине производитель лицензионных котлов на соломе — ОАО «ЮТЭМ» («Южтеплоэнергомонтаж»). Эта компания уже 80 лет работает на рынке энергетического строительства — производит теплогенераторы на соломе мощностью до 1 МВт по лицензии датской компании Passat Energi. «ЮТЭМ» может обеспечить, наряду с поставкой теплогенераторов, проектные работы, обустройство тепловых сетей и сервисное обслуживание котлов на протяжении трех лет. Официальный портал компании сообщает: «Сегодня диапазон выпускаемой нами продукции включает теплогенераторы мощностью от 150 до 860 кВт».
Специалисты предприятия советуют: при выборе теплогенератора, с точки зрения его мощности, нужно руководствоваться следующими параметрами: 1 кВт мощности требуется для отопления 10 м2 площади при высоте потолка не более 3,5 м.
— Проект мы заказали более двух лет назад в Одессе, — рассказала голова Чкаловского сельсовета (Приазовский район Запорожской области) Светлана Закуцкая. — Котел обошелся в 328 тысяч гривень. Провели тендер. Потом все старые трубы теплосети вообще выбросили, проложили новые. Это еще 562 тысячи. Обогреваем школу, детсад, Дом культуры. В этом мы, можно сказать, пионеры!
Сегодня солома в качестве топлива используется и на других территориях.
— У нас система рассчитана на два теплогенератора, — сообщил начальник отдела коммунального хозяйства Приморской РГА Виталий Кононов. — Прошлой зимой один уже работал и оправдал себя. Сожгли приблизительно 150—200 тонн соломы. Экономия — 300 кубов газа! Когда пустим второй теплогенератор, вообще отпадет потребность в газе.
Переориентироваться на дешевую солому вместо дорогого газа (или угля) планируют в ближайшее время еще в одном райцентре Запорожской области, но по телефону нас попросили пока не сообщать, чтоб не сглазить, дело-то хлопотное. Хотя деньги из бюджета на закупку котла и замену системы уже выделены.
Как же все это внедряется? Системы отопления и горячего водоснабжения, как правило, остаются прежними. У такого агрегата есть только одна особенность — наличие специального соломосжигающего котла, который входит в нагревательный контур системы. Котлы устанавливают индивидуально или пристраивают к уже существующим котельным, и тогда они работают параллельно на одну тепловую сеть. Таким образом частично, а то и полностью компенсируется потребление традиционного топлива старой доброй и привычной для нас котельной. Угольный или газовый котел, установленный ранее, можно сохранить «на всякий пожарный». Кстати, данная система всегда имеет резерв по запасу мощности.
«Сельское» топливо: за и против
Определенные проблемы, конечно, есть.
— Мы столкнулись с такой ситуацией, — продолжает начальник отдела коммунального хозяйства Приморской РГА Виталий Кононов. — Солому нужно собирать, складировать, прессовать, тюковать. На это приходится выделять определенные средства на сезон. Мы подсчитали: в прошлом году — 300—400 гривень.
И все же, согласитесь, эти хлопоты возникают только из-за того, что районы еще не «распробовали» новую технологию. Те же фермеры пока не понимают, что и они будут иметь выгоду. Потому коммунальщики Приморска вынуждены пока предусматривать в проекте бюджетные затраты.
Позволим себе немного забежать вперед. По некоторым данным, сейчас сельхозпредприятия имеют возможность поставлять брикетированную солому в объеме 150—300 тонн ежегодно. Если агрофирме удастся выгодно продать солому, она сможет отнести эти доходы на себестоимость зерна, то есть снизить ее себестоимость примерно на 6—10%.
Кроме того, при переходе с традиционного топлива (мазут, уголь и т.п.) на солому появятся новые рабочие места. Во-первых, кому-то нужно собирать, перевозить и обеспечивать хранение соломы. Во-вторых, широкомасштабное (впоследствии) внедрение котельных, работающих на соломе, потребует и новых технических специалистов. И, в-третьих, со временем увеличение спроса на такие агрегаты приведет к налаживанию производства соломосжигающих котлов.
Как уже отмечалось, избыток соломы в Украине оценивается, как минимум, в 5 млн тонн. Специалисты подсчитали: общий потенциал использования соломы как топлива может обеспечить создание 13 тыс. малых теплогенерирующих мощностей (0,1—1,0 МВт тепла), плюс 700 теплогенерирующих мощностей для систем централизованного теплоснабжения (1,0—10,0 МВт тепла). Для сравнения: в Дании лишней соломы для производства тепла лишь один миллион тонн.
Еще пара нюансов, которые формально можно отнести к минусам. Поскольку солома легко возгорается (особенно опасно, когда она рассеивается при загрузке, транспортировке и разгрузке), важно принимать всевозможные противопожарные меры. Кстати, по правилам эксплуатации котельного оборудования его должен обслуживать оператор.
После сжигания соломы остается зола (ее содержание в соломе — 3—5%). Эти остатки мешают нормальному процессу горения из-за того, что у золы достаточно низкая температура плавления. Уже примерно при 800°С может начаться «шлакование». И все же не следует называть золу врагом предприимчивого фермера. В ней имеются питательные вещества, не лишние в хозяйстве, в частности калий, кальций, фосфор. Их можно вернуть в почву — разбросать золу по полю, например, при помощи разбрасывателя гноя, извести.
Главное — начать. В Запорожской области уже начали.
Принцип работы
«Соломенная» печка
Теплогенератор для соломы — это своего рода термос, то есть изолированная установка, монтаж которой не требует дополнительных работ, как и отдельного помещения. Нужно только устроить фундамент и смонтировать дымовую трубу. Монтаж и наладка теплогенератора осуществляются в течение одного дня.
Котлы мощностью до 1 МВт бывают двух типов: с периодической и автоматической загрузкой топлива.
Котлы периодического действия — это так называемые жаротрубные котлы с большой топкой, которая окружена специальной водяной «рубашкой». В зависимости от мощности топку приспосабливают для сжигания малых, цилиндрических или больших тюков соломы. Котлы разного размера могут вмещать от трех малых тюков до двух-трех больших.
Подача воздуха в зону горения может регулироваться по-разному. Например, вентилятором — по сигналу от термостата, установленного в жаровой трубе. Или же обеспечивается специальная система контроля за содержанием кислорода в дымовых газах. Чтобы улучшить условия горения, расход воздушного дутья регулируется — его постепенно меняют по мере сгорания соломенного тюка. Области подачи воздуха постепенно меняются, что обеспечивает равномерное горение тюка соломы.
КПД котла периодического действия примерно 78—82%, уровень содержания СО в продуктах сгорания — меньше 0,5%. Чтобы скорость горения была стабильной при максимальной нагрузке агрегата, все котлы такого типа оснащают баком-аккумулятором. Его объем, как правило, — 60—80 литров воды на 1 килограмм соломы, загруженной в топку. Типичный бак-аккумулятор имеет вид отдельного резервуара, расположенного над котлом. Объем расширительного бака должен составлять не менее 8% от общего объема воды в котле. При отсутствии бака-аккумулятора объем воды в котле (в литрах) должен быть, как минимум, в 4 раза больше мощности установки (в кВт). Например, установка мощностью 90 кВт должна иметь бак объемом 360 литров.
Котлы с автоматической загрузкой сырья отличаются тем, что в состав установки входит еще и устройство непрерывной автоматической подачи соломы в котел. Кстати, эти устройства различают также по виду материала — целые тюки соломы или солома-сечка. В таких установках нет аккумуляционного бака, но необходимо промежуточное хранилище соломы, из которого она непрерывно подается для сжигания. С помощью специального фронтального погрузчика в топку котла помещаются, скажем, два тюка. Подожгли, дверцу топки захлопнули. Горение тюков продолжается 4—5 часов. При этом автоматика регулирует расход дутьевого воздуха в зависимости от содержания кислорода в дымовых газах, а также направление дутья с учетом того, в какой степени сгорели тюки и куда переместился фронт горения в топке. За это время теплота аккумулируется в водяном баке-накопителе. Через теплообменник она из циркуляционного контура котла передается в тепловую сеть и подводится к соответствующей инфраструктуре - детсаду, фермерской конторе… По мере потребления теплоты температура в баке-аккумуляторе падает, и через определенное время необходима новая загрузка тюков. Процесс горения регулируется компьютером. В теплую погоду достаточно загрузить котел один раз в день, в холодную — дважды. Подойдут тюки весом от 20—30 до 500 кг.
Чем отличаются эти типы котлов? У автоматических более высокий КПД, они меньше загрязняют атмосферу. Неавтоматические котлы (с периодической загрузкой) имеют свои преимущества — значительно меньше (в 2—3 раза) нужно капитальных вложений на их внедрение (без компьютера-то!). Кроме того, они более надежны в тех случаях, когда приходится «кормить» топку соломой загрязненной или излишне влажной. Влажность, допустимая для сжигания соломы, — 10—25%. Автоматика в таких случаях может, образно выражаясь, «подавиться».
Партнерство
Заграница нам поможет! А мы — ей…
В Европе давно оценили выгоду получения тепловой энергии из соломы. Серийное производство соломосжигающих котлов налажено в Англии, Польше, Германии, Литве, России, Эстонии, Молдове. А в Дании такие агрегаты разных мощностей выпускают шесть компаний. Значительная часть жилого сектора Копенгагена, столицы Дании, отапливается именно энергией соломы.
Кстати, интерес к этой технологии стимулировал Киотский протокол. Дело в том, что при использовании соломы вместо, например, угля значительно снижаются вредные выбросы. Молдавские специалисты подсчитали, что если установить сотню-полторы котлов, выбросы сократятся на несколько тысяч тонн в год. Эти квоты реально продать в рамках Киотского протокола по цене 5—6 долларов за тонну. Нетрудно подсчитать, сколько это будет за 3—5 лет!
Дания выразила готовность помочь нашей стране внедрить технологии производства тепла в результате сжигания соломы. При этом изготавливать агрегаты можно и в Украине, где производство соломосжигающего котла дешевле, а следовательно, почти вдвое дешевле и 1 МВт произведенной мощности (примерно 60 долларов).
Впервые в Украине установили соломосжигающий котел мощностью 980 кВт в селе Дрозды Киевской обл. в агрофирме «ДиМ». Это произошло в рамках украинско-датского пилотного проекта в 2000 году, в котором НТЦ «Биомасса» выступил в качестве субподрядчика. Успешная работа первого котла привела к тому, что вскоре украинская компания «ЮТЭМ» приобрела у датской компании Passat Energy — поставщика оборудования для первого в Украине проекта — лицензию на производство таких котлов периодического действия в Украине.
Первый котел украинского производства заработал в январе 2006 года в селе Струтинцы Винницкой области в фермерском хозяйстве — ООО «Рапсодия». На проект подведения газопровода потратили 40 тыс. грн. Общая стоимость проекта составила примерно 200 тыс. грн. Себестоимость тепловой энергии с учетом амортизационных затрат составляет примерно 42 грн/Гкал. И теперь соломосжигающие котлы, произведенные в Украине, экспортируются в европейские страны — Данию, Польшу.
Плюсы и минусы
Риски и трудности внедрения соломосжигающих котлов
— С соломой много мороки на этапах сбора, транспортировки и хранения, потому что этот материал неоднороден и довольно часто имеет повышенную влажность.
— В соломе малое энергосодержание по отношению к ее объему.
— Образующаяся при сжигании зола имеет низкую температуру размягчения (засоряет котел), к тому же содержит хлор.
— Эксплуатационные затраты отопления на соломе расчетные, а привычного газового отопления — реальные.
— Пока отсутствуют необходимые организационные и юридические основы для масштабного внедрения этой технологии.
— Для установки соломосжигающих котлов придется искать инвестиции.
Преимущества соломы и соломосжигающих котлов
— Солома — вид топлива, широко распространенный в сельскохозяйственных районах.
— Это экологически чистый источник энергии.
— Солома — побочный продукт производства зерна, поэтому сравнительно дешевый вид топлива, в отличие от мазута, угля или газа.
— При необходимости можно использовать в этих котлах как топливо древесные отходы, опилки, стружку и торфобрикеты.
