Биоэнергия является одним из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии для достижения углеродной нейтральности. В отличие от природного газа и угля, дымовые газы при сжигании биомассы содержат большое количество щелочных металлов (калия, натрия), хлора, серы и золы, что легко приводит к загрязнению поверхностей теплообмена, шлакообразованию, эрозионному износу и высокотемпературной коррозии под действием хлора. Высококачественные теплообменные элементы для биомассы являются основой стабильной и эффективной долгосрочной работы котлов на биомассе, установок комбинированной выработки тепла и электроэнергии, а также систем рекуперации тепла дымовых газов.

I. Основные теплообменные элементы

Оребренные трубы

Оребренные трубы — ключевые теплообменные элементы экономайзеров, воздухоподогревателей и хвостовых теплообменников дымовых газов. Они рекуперируют низкопотенциальное тепло дымовых газов за счёт увеличения площади теплообмена. Для условий работы на биомассе шаг и высота рёбер подбираются отдельно: для высокозольных видов топлива, таких как солома и шелуха риса, предпочтительны трубы с увеличенным шагом рёбер для предотвращения закупорки золой. Основные типы: лазерносварные оребренные трубы, трубы с напрессованными рёбрами, цельнопрокатные оребренные трубы. Доступные материалы: сталь ND, SA179, нержавеющая сталь 304, 316L. При сильном шлакообразовании применяют чугунные оребренные трубы.

Гладкие бесшовные трубы / Мембранные трубы водяной стенки

Гладкие бесшовные трубы широко применяются в перегревателях, испарителях и нагревательных поверхностях топочной камеры. Они подвергаются воздействию высокотемпературных дымовых газов, абразивному износу золой и коррозии расплавленными щелочными солями. Мембранные панели формируют водяную стенку топочной камеры котла на биомассе, требуют высокой стойкости к ползучести при высоких температурах и надёжности сварных соединений. Распространённые марки: A106 Gr.B, SA210 A1/C, SA213 T11/T22 и другие жаропрочные легированные стали.

Тепловые трубы

Теплотрубные экономайзеры широко используются в компактных установках рекуперации тепла. Благодаря быстрому изотермическому теплообмену тепловые трубы разделяют сторону дымовых газов и сторону рабочего тела, снижая риск низкотемпературной коррозии при точке росы. Со стороны дымовых газов обычно используют сталь 316L, устойчивую к хлору; со стороны воды — сталь 304 (при условии качественной водоподготовки).

II. Вспомогательные элементы для очистки от золы и опорные детали

Трубные решётки и перегородки фиксируют пучки труб, направляют поток дымовых газов, выдерживают перепад давления и циклические тепловые нагрузки. Для систем на биомассе часто используют утолщённые плиты или наплавку из износо- и коррозионностойкого слоя для защиты от эрозии золой и локальной конденсационной коррозии.

Сдуватели золы, турбулизаторы и винтовые вставки для очистки — важные запасные части для онлайн-очистки. Устанавливаются внутри труб, препятствуют осаждению золы, усиливают турбулентный теплообмен, значительно сокращают частоту остановок для очистки и стабилизируют тепловую эффективность.

Коллекторы, отводы, тройники и возвратные изгибы собирают и распределяют рабочее тело в контурах перегревателей и экономайзеров. Их материал должен совпадать с материалом трубных пучков, чтобы исключить гальваническую коррозию и растрескивание из-за тепловой усталости при колебаниях нагрузки котла на биомассе.

III. Корпус, уплотнительные и теплоизоляционные элементы

Корпусные обечайки, компенсаторы, уплотнительные прокладки и люки-лазы формируют границу давления и газонепроницаемую конструкцию. Компенсаторы поглощают тепловое расширение трубных пучков; высокотемпературные прокладки предотвращают утечку дымовых газов; внешние теплоизоляционные панели снижают потери тепла излучением.

IV. Рекомендации по выбору материалов для условий работы на биомассе

Теплообменники для биомассы подвержены двум основным видам коррозии: высокотемпературной коррозии расплавленными щелочными солями и хлором в зоне перегревателя; сернокислотной коррозии при точке росы и мокрой коррозии хлоридами в хвостовых экономайзерах и конденсаторах, наряду с постоянным абразивным износом золой по всей системе.

Выбор материала должен проводиться комплексно с учётом состава золы топлива, содержания хлора и калия, точки росы кислот дымовых газов и рабочей температуры. Неправильный выбор марки материала является основной причиной разрыва нагревательных труб и незапланированных остановок оборудования. Наша оребренные трубы для котла на биомассе подбираются с учётом коррозионных и абразивных нагрузок.

Заключение

Конструкции теплообменных элементов, разработанные для газовых котлов, нельзя напрямую применять в системах на биомассе. Каждая теплообменная труба, ребро, деталь для очистки от золы и элемент, работающий под давлением, требует индивидуальной разработки с учётом загрязнения золой, износа и специфической коррозии. Грамотный подбор элементов, модернизация материалов и конструкции с удобным обслуживанием позволяют продлить срок службы, повысить эффективность рекуперации тепла и снизить эксплуатационные расходы проектов отопления, электрогенерации и комбинированной выработки на биомассе.