Тепло без пламени

Сегодня существует несколько типов тепловых энергоустановок (комплексов, производящих, передающих и перераспределяющих тепловую энергию). Наиболее распространен традиционный тип, основанный на высокотемпературном (около 1200-1600ºС) факельном сжигании топлива. Основной его недостаток – высокий выброс токсичных веществ с дымовыми газами (угарный газ, сажа и др.). Особенно – при сжигании твердого топлива. В России сегодня эксплуатируют сотни тысяч мелких котельных, работающих на твердом топливе, малоэффективных, с низким КПД и с большими выбросами токсичных веществ.

Относительно более новой технологией являются энергоустановки с кипящим слоем, которые получили распространение в различных отраслях промышленности с 40-х годов прошлого века. Кипящий слой образуется, когда через слой частиц соответствующего размера проходит поток газа со скоростью, достаточно высокой, чтобы перевести частицы во взвешенное состояние и создать интенсивное турбулентное движение, напоминающее кипение жидкости. Кипящими частицами могут быть, например, кусочки породы, речной песок, частицы золы. Топливо, поступая в кипящий слой, интенсивно перемешивается с воздухом и сгорает при относительно невысокой температуре 850оС. Применение технологии в процессе сжигания твердых топлив позволило существенно снизить выбросы токсичных веществ с дымовыми газами. При этом возможно использовать низкокачественные топлива, которые плохо горят в обычных топках (отходы углеобогащения, низкокалорийные сланцы, древесные опилки, шелуху от переработки зерновых культур и т.п.). Однако и при таком сжигании выброс токсичных веществ с дымовыми газами остается высоким.

Выход из ситуации нашли новосибирские ученые. В начале 80-х годов в Институте катализа СО РАН Георгием Константиновичем Боресковым и Эммануилом Ароновичем Левицким была предложена нетрадиционная идея сжигания топлив в кипящем слое частиц катализаторов. Присутствие в реакционной системе катализатора снижает температуру сжигания органического топлива до 300-700оС, сохраняя при этом высокие скорости горения и обеспечивая полное сгорание топливно-воздушных смесей без избытка воздуха. При этом гранулы катализатора являются одновременно и твердым теплоносителем, обеспечивая высокие коэффициенты теплоотдачи к поверхности теплообменника. Эта технология обладает еще рядом преимуществ. Понижение температуры позволяет ослабить требования к свойствам конструкционных материалов аппаратов, облегчить управление процессом, исключить протекание реакций с образованием токсичных продуктов. Использование катализатора также позволяет снизить взрывоопасность устройств, так как топливо и воздух подаются раздельно. Новая каталитическая технология сжигания оказалась востребована по многим направлениям. Это и безопасные аппараты для нагрева и испарения жидкостей, в том числе теплофикационные установки. И аппараты для сушки и термообработки материалов, для обезвреживания промышленных выбросов, и многие другие. Под руководством ученика Г.К. Борескова Александра Дмитриевича Симонова была разработана технология приготовления высокоактивных с уникальной прочностью катализаторов, осталось приступить к использованию каталитического сжигания на практике. Первые теплофикационные установки использовались для обогрева строящихся зданий Главновосибирскстроя, Сибакадемстроя и др. еще в восьмидесятые годы. В 1993 году новосибирская фирма «Арсенал-2» по лицензии Института катализа освоила серийное производство мобильных установок мощностью 230 – 460 кВт, работающих на жидком топливе (дизельном или печном). Опыт их непрерывной работы в течение десяти отопительных сезонов показал, что установки надежны в эксплуатации, а все рабочие параметры соответствуют проектным.

А уже в нашем веке новосибирская инжиниринговая компания «ТермоСофт-Сибирь» представила на рынок (опять-таки по лицензии Института катализа) промышленные установки, работающие на твердом топливе и имеющие в десять раз большую мощность. Основным их заказчиком является ОАО «Российские железные дороги», заменяющие (по мере выработки ресурса) свои старые котельные на комплексы, работающие по технологии новосибирских ученых. С 2008 года успешно эксплуатируется котельная на ст. Артышта-2 Кемеровской области мощностью 3,5 МВт. Созданы и эксплуатируются котельные такой же мощности в Алтайском и Красноярском крае. В Читинской области пущена в эксплуатацию котельная мощностью 6 МВт. Параллельно, в процессе практического использования, идет обкатка и доработка этой технологии. В частности, специалисты «ТермоСофт-Сибирь» разрабатывают котельные с комбинированным топливом (газ-уголь). Подробнее об экономических преимуществах технологии  - в нашем специальном репортаже.

В Институте катализа СО РАН разработана также технология сжигания высоковлажных топлив и отходов, в том числе осадков сточных вод коммунального хозяйства. Последней модификацией заинтересовался один из сибирских промышленных гигантов – НПО «Мостовик» (Омск), и сейчас идут работы по созданию промышленной установки по сжиганию осадков сточных Омскводоканала мощностью 4,5 тоны в час по сухому осадку, что позволит полностью прекратить вывоз дурнопахнущих осадков на иловые поля. При этом предполагается использовать избыточную теплоту сгорания осадков для отопления и горячего водоснабжения сооружений Омскводоканала и других объектов города. Учитывая, что иловые осадки коммунальных очистных сооружений присутствуют в достаточном количестве в большинстве муниципалитетов нашей страны, способ превратить их в топливо для муниципальных же котельных, несомненно, вызовет интерес. А значит, рыночные перспективы у этой технологии достаточно хорошие.

Георгий Батухтин