Модернизация котла КМ-75-40 путем установки предтопка с кипящим слоем при сжигании кородревесных отходов
П.В. Белявская, П.А. Щинников
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 1, сс. 12—20
Скачать PDF
Состояние вопроса. Паровые котлы марки КМ-75-40 широко применяются на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности России для утилизации кородревесных отходов. Конструкция с наклонными колосниковыми и механическими решетками при сжигании топлива влажностью более 50 % вызывает снижение паропроизводительности, необходимость подсвета мазутом, интенсивное шлакование поверхностей и частые остановы. В условиях перехода к углеродно-нейтральным технологиям требуется повышение эффективности и экологичности оборудования для сжигания биомассы. В связи с этим актуальной задачей является модернизация котла КМ-75-40 путем замены предтопка с колосниковой решеткой на кипящий слой для устойчивого сжигания кородревесных отходов повышенной влажности с одновременным ростом паропроизводительности и снижением выбросов.
Материалы и методы. Работа выполнена с использованием нормативного метода теплотехнического расчета, компьютерной программы (комплекса) TRAKT и данных натурных испытаний. Проанализированы решения по замене цепного предтопка на кипящий слой с проработкой подачи воздуха, системы воздухораспределительной решетки и оборудования для удаления песка и крупных фракций с учетом влажности топлива, состава золы, температурных режимов газоходов и показателей паропроизводительности в различных режимах работы котла.
Результаты. Предложен вариант модернизации котла КМ-75-40. Осуществлен теплотехнический расчет основных параметров работы котла в различных режимах. Установлено, что модернизация котла обеспечила рост КПД с 58,6 до 86,3 %, достижение паропроизводительности 90 т/ч при влажности кородревесных отходов 30–55 %, снижение выбросов NOₓ в 2,1 раза и SOₓ в 3,8 раза, устойчивую работу при влажности до 70 %, снижение температуры в топочном пространстве более чем на 200 °С, что повысило ресурс элементов и сократило образование NOₓ.
Выводы. Предложенный вариант модернизации котла КМ-75-40 повышает эффективность, надежность и экологичность оборудования. Подтверждена возможность устойчивого сжигания кородревесных отходов влажностью до 70 % при минимальном использовании дополнительного топлива. Решение может применяться для модернизации аналогичных котлов и других установок, работающих на биомассе. В перспективе предполагается оптимизация конструкции и автоматизация систем управления.
1. International Renewable Energy Agency. Renewable Energy Prospects for the Russian Federation: REmap 2030. – Abu Dhabi: IRENA, 2017. – 108 p.
2. Дорожная карта развития биоэнергетики Технологической платформы «Биоэнергетика» до 2035 г. [Электронный ресурс]. – URL: https://tp-bioenergy.ru/upload/file/dorozhnaya_karta_tp_bioehnergetika.pdf (дата обращения: 21.07.2025).
3. International Energy Agency. Renewables 2024 – Analysis and Forecast to 2029 [Электронный ресурс]. – URL: https://www.iea.org/reports/renewables-2024 (дата обращения: 20.06.2025).
4. Энергетический потенциал отходов растениеводства (на примере Крыма) / А.А. Исаков, Т.И. Андреенко, С.В. Киселёва и др. // СОК. – 2022. – № 8. – С. 68–73.
5. Колесников А.В. Анализ образования и использования древесных отходов на предприятиях лесопромышленного комплекса России // СОК. – 2013. – № 8. – С. 68–73.
6. Bioenergy in Russia: potential and technologies / Z.B. Namsaraev, B.B. Namsaraev, S.A. Bychkov, et al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 81, Part 1. – P. 1672–1689.
7. IEA Bioenergy. Biomass for heat and power: technology, environmental impacts, and market prospects // IEA Bioenergy: Task 32 Report. – Paris: International Energy Agency, 2009. – 44 p.
8. Голубев В.А., Пузырев Е.М., Пузырев М.Е. Перспективы применения котлов с топками циркуляционного кипящего слоя в коммунальной энергетике // Новости теплоснабжения. – 2016. – № 10. – С. 31–33.
9. Liu W. Co-firing coal with biomass: Effects on combustion performance and pollutant emissions // Cleaner Energy Systems. – 2023. – Vol. 3, 100040. – DOI: 10.1016/j.cles.2023.100040.
10. IEA Bioenergy. Fluidised bed combustion of biomass. – Paris: International Energy Agency, 2018. – 44 с.
11. Рябов Г.А. Научное обоснование использования технологии сжигания твердых топлив в циркулирующем кипящем слое: дис. … канд. техн. наук: 05.14.01. – М.: ВТИ, 2016.
12. IEA Bioenergy. Combined Heat and Power from Biomass [Электронный ресурс]. – Paris: International Energy Agency, 2018. – URL: https://www.ieabioenergy.com/publications/combined-heat-and-power-from-b... (дата обращения: 10.08.2025)
13. Pristupa A.O., Mol A.P.J. The take off in solid bioenergy // Energy Policy. – 2015. – Vol. 83. – P. 24–36. – DOI: 10.1016/j.enpol.2015.03.019.
14. Технология целлюлозно-бумажного и картонного производства: Т. I. Сырье и производство полуфабрикатов. Ч. 2. Производство полуфабрикатов. – СПб.: Политехника, 2003. – С. 513–528.
15. Котлы КМ-75-40: метод. пособие по энерготехнологическому оборудованию. – Белгород: Белгородский котлостроительный завод, 1975. – С. 12.
16. Пузырев Е.М., Голубев В.А., Пузырев М.Е. Перспективы применения котлов с топками циркуляционного кипящего слоя в коммунальной энергетике // Новости теплоснабжения. – 2016. – № 10. – С. 31–33.
17. Филиппов А.Н., Киселев С.Ю. Исследование причин агломерации слоя при сжигании древесных отходов в котле ТЭЦ-3 Архангельского ЦБК // Теплоэнергетика. – 2019. – № 11. – С. 48–54.
18. Obernberger I., Brunner T., Bärnthaler G. Agglomeration in fluidized bed combustion of biomass: Operational experiences and laboratory investigations // Fuel Processing Technology. – 2006. – Vol. 87, No. 10. – P. 993–1007.
19. Babcock Power. Efficient – low emission stoker-fired biomass systems // Babcock Power White Paper. – 2018.