Испытание котла для сжигания подстилочно-пометной массы на птицефабриках

Наиболее распространённым методом производства бройлеров является выращивание на глубокой под­стилке. Преимущество данной технологии в том, что с суточного возраста и до убоя птицу содержат в одном помещении. Не меняется плотность посадки, что поз­воляет избегать таких дефектов, как намины на киле грудной кости и кровоподтёки, появляющиеся в пе­риод выращивания и связанные с высокой плотностью посадки при клеточном содержании.


Уменьшается процент других дефектов (кровоизлия­ния под кожу, в мышцах, различные переломы и раз­рывы кожи, покраснения кончиков крыльев или частей кожи и пр.). Глубокая подстилка хорошо поглощает влагу, вредные газы, улучшает санитарное состояние помещения, служит теплоизоляцией. Однако эта пере­довая технология имеет существенный недостаток - для каждого цыплёнка в период выращивания требу­ется примерно 2,5-3,0 кг опилок.


В итоге почти на каждой фабрике, использующей технологию напольного выращивания, накапливается около 70 т использованной подстилки в день. Птице­фабрика на 400 тыс. несушек (примерно 9-10 птич­ников) получает в год около 30 тыс. т помёта. При раз­ложении такого количества выделяется около 700 т биогаза, в том числе 450 т метана, 208 т углекислого газа, 35 т водорода, сероводорода и аммиака. Ущерб экосистеме от выбросов оценивается в 440 млн. руб­лей в год.


Анализ результатов микробиологических исследова­ний показал, что подстилочный материал, применяе­мый в технологии выращивания цыплят при наполь­ном содержании, является не только высококонцент­рированной органической субстанцией, но и содержит большое количество микроорганизмов, в том числе условно-патогенных и патогенных. При ненадлежащих условиях хранения, переработки и утилизации они мо­гут быть опасными в эпизоотическом и санитарно-эпидемиологическом отношении.


Министерством природных ресурсов РФ утверждён «Федеральный классификационный каталог отходов», в который включён помёт птицы с отнесением его к III классу опасности.


С учётом постановления правительства России от 12.07.2003 № 344 за его размещение с птицефабрик взимается штраф 497 руб. за тонну. Как отмечают специалисты, на 1 кг набранной бройлером живой массы приходится 3 кг произведённого помёта.


Подстилочно-помётная масса может быть вывезена на поля в естественном или гранулированном виде и ис­пользована в качестве удобрения. Однако, как показы­вает опыт ООО «Инжавинская птицефабрика» Тамбов­ской области, многие хозяйства отказываются прини­мать этот продукт, так как после внесения его в почву земля на достаточно продолжительное время выводит­ся из оборота. Если в районе расположено несколько крупных птицефабрик, то утилизация подстилочно-помётной массы становится серьёзной проблемой.


В 2007 г. ООО «Союз» (Ковров, Владимирская обл.), разработало и изготовило головной образец котла УТПУ-2М, который должен был работать на исходной подстилочной массе.


Несмотря на то что при его пуске удалось достичь ста­бильного сжигания ППМ и КПД на уровне 85%, через очень короткий промежуток времени он был останов­лен для чистки топки, притопочных дымоходов и кон­вективных поверхностей нагрева из-за образования в топке шлаковых агломератов и быстрого роста прочных золовых отложений на конвективных поверхностях на­грева котла. Внесение принципиальных конструктив­ных изменений в котёл и установка его конвективной части вертикально над топкой не решили проблему. Для обеспечения работы котла по-прежнему требуется остановка на очистку через каждые 50-100 ч непре­рывной работы, что, по существу, делает нормальную эксплуатацию котла невозможной.


Для эффективного сжигания подстилочно-помётной массы нами разработаны технология факельно-слое­вого её сжигания и котёл для реализации этой техно­логии.


Котел мощность 500 кВт.


Это котёл жаротрубно-дымогарного типа, имеющий бесколосниковую топку, подача дутьевого воздуха в которую осуществляется с помощью воздухораспре­делителей специальной конструкции. В топке так­же расположено устройство для подачи вторичного воздуха для дожигания газообразных продуктов сго­рания.


Котёл снабжён бункером объёмом 2 м3 боч­кообразной формы, в его нижней части расположен шнек для подачи подстилочно-помётной массы в топку котла (загрузка массы в топку производится сверху). В бункере расположено устройство для ворошения мас­сы и предотвращения её зависания в бункере, а также для разрушения крупных фракций.


Котёл снабжён автоматической системой управления, позволяющей дозировать подачу топлива (подстилоч­но-помётной массы) в топку, а также прекращать её по­дачу при достижении температуры воды, нагреваемой в котле, предельного значения (95°С).


При испытаниях котла сжигали подстилочно-помётную массу с полей, где её хранила Инжавинская птицефабрика. В качестве подстилки на птицефабрике используется из­мельчённая солома.


Теплота сгорания этой массы составляла 15 МДж/кг, зольность - 17,14%, влажность - 12,5 процента.


В ходе испытаний измеряли расход топлива (подсти­лочно-помётной массы), мощность котла, но главное внимание уделяли выбросам газов, загрязняющих окружающую среду. Концентрации кислорода, дву­окиси углерода, окиси углерода, окиси азота и темпе­ратура дымовых газов измерялись с помощью газоана­лизатора «VarioPIus» через каждые 15 секунд.


При попадании в топку крупные фракции подстилочно-помётной массы образовывали плотный интенсивно продуваемый или полукипящий слой. За счёт концентрированной подачи дутьевого воздуха под слой топ­лива вытекающие струи воздуха из отверстий специ­альной воздухораспределительной решётки успевали прогреться до температуры, достаточной чтобы шлак, если бы он образовывался в топке, не смог застыть и сформировать агломераты. Мелкие частицы подстилоч­но-помётной массы сгорают в надслоевом простран­стве топки вместе с летучими веществами, выделяемы­ми из топлива при нагреве.


Для исключения образования и быстрого роста золь­ных отложений на конвективных поверхностях нагрева котла необходимо обеспечить такую интенсивность го­рения, чтобы оно полностью завершалось в нижней ча­сти топки и расплавленные частицы золы не уносились в конвективную часть котла. Ведь именно адгезия расплавленных частиц золы на поверхностях нагрева яв­ляется причиной быстрого роста отложений. Сжигание подстилочно-помётной массы в плотном, интенсивно продуваемом или полукипящем слое обеспечивает этот процесс.


Как видно из рисунка 1, котёл работает в пульси­рующем режиме сжигания отходов, который связан с порционной подачей топлива в топку котла. Для ис­ключения высоких уровней эмиссии окиси углерода в момент загрузки топлива было решено подачу дутьевого воздуха организовать в пульсирующем ре­жиме так, чтобы максимальная концентрация кисло­рода в топке наблюдалась при подаче свежей пор­ции топлива.


Благодаря этому концентрация окиси углерода в ухо­дящих газах в среднем поддерживалась не выше 9000 мг/м3 (рис. 2), что вполне отвечает стандартам для кот­лов третьего класса (при сжигании древесины и торфа).


Концентрация окиси азота (рис. 3) колебалась в пре­делах от 75 до 110 мг/м3, что тоже не превышает нор­мативы.


Таким образом, сжигание подстилочно-помётной массы по предложенной технологии полностью соответствует действующим в России экологическим требо­ваниям к котлам.


Зола от сжигания была сыпучей, отложений её на поверхностях нагрева топки и труб конвективного пучка не наблюдалось. Содержание горючих продуктов в золе не превышало 1,75%, то есть подстилочно-по­мётная масса сжигалась практически полностью. Бакте­риологический анализ золы, выполненный лаборатори­ей Инжавинской птицефабрики, показал, что она не со­держит патогенной микрофлоры и экологически безопасна.


Разработанный котёл позволяет эффективно и эколо­гически чисто сжигать подстилочно-помётную массу и конвертировать её в тепловую энергию.


Котёл работает как в паровом, так и водогрейном ре­жиме. Он может быть установлен в небольших котель­ных в непосредственной близости от птичников, как ра­нее устанавливали котлы типа Д-721 (Д-900), а выраба­тываемая тепловая энергия в виде пара или горячей во­ды может быть использована для отопления птичников или для других целей на птицефабриках.


Авторы: 
Д. Климов, аспирант
Р. Исьёмин, кандидат технических наук, директор УИЦ по биоэнергетике С. Кузьмин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидравлика и теплотехника»
А. Михалёв, кандидат технических наук, начальник Управления дистанционного образования
В. Коняхин, инженер Управления дистанционного образования, Тамбовский государственный технический университет