√азогенераторные технологии дл€ промышленности строительных материалов. –азработана конструкци€ газогенератора, способна€ обеспечить совместную газификацию твердых и жидких отходов

√азогенераторные технологии дл€ промышленности строительных материалов. –азработана конструкци€ газогенератора, способна€ обеспечить  совместную газификацию твердых и жидких отходов

—оздание новых образцов техники, способных вовлекать в оборот местные энергоресурсы весьма актуально. ћотиваци€ этого направлени€ во многом объ€сн€етс€ устойчивым ростом цен на газ и нефть. ѕоэтому во всем мире ведетс€ интенсивный поиск альтернативных энергоресурсов.

— конкретной разработкой установки локального энергообеспечени€ участников VII научно-технической конференции «ѕроблемы использовани€ альтернативных видов топлива в строительном комплексе –еспублики Ѕеларусь» ознакомил √еннадий »ванович ∆уравский – доктор технических наук, профессор, заведующий отделением √Ќ” Ђ»нститут тепло- и массообмена †им.ј.¬. Ћыковаї ЌјЌ Ѕеларуси.

¬ св€зи с устойчивым ростом цен на газ и нефть, во всем мире ведетс€ интенсивный поиск альтернативных энергоресурсов. ќдним из потенциальных источников такого вида энергии представл€етс€ энерги€, выдел€ема€ при сгорании биомассы (древесина, отходы производства и переработки сельскохоз€йственной продукции, быстрорастущие лесные культуры) и горючих технологических отходов. ѕоэтому разработка и выпуск новых образцов техники, способных вовлекать в оборот местные энергоресурсы с целью замещени€ импортируемых, весьма актуальна.

ѕолучение электроэнергии в данной цепочке преобразований €вл€етс€ завершающим звеном, что надел€ет разрабатываемую технику исключительными потребительскими достоинствами. ќднако, как показал анализ проблемы, существующие технологии переработки биомассы и горючих технологических отходов с целью получени€ топлива значительно устарели и не отвечают современным требовани€м по экологическим, экономическим и техническим показател€м. ¬ св€зи с этим, в р€де стран мира ( анада. –осси€, —Ўј, √ермани€, ‘инл€нди€, Ўвеци€ и др.) прин€ты государственные программы по разработке высокоэффективных технологий производства топлива из биомассы и горючих органических отходов.

ќдним из перспективных направлений создани€ таких технологий представл€етс€ получение горючих газов из биомассы и горючих органических отходов с последующим их использованием в когенерационных установках дл€ получени€ тепловой и электрической энергии.

¬ начале XX столети€ газификаци€ угл€, торфа и древесины €вл€лась одним из основных методов производства горючего газа. √азификаци€ осуществл€лась в специальных аппаратах, называемых конверторами, реакторами, газогенераторами или газификаторами. ѕолучаемый горючий газ часто содержал значительные количества твердых частиц и поэтому непосредственно мог быть использован только в котельных, обжигательных печах и других топках и только после охлаждени€, очистки и сушки в качестве топлива в двигател€х внутреннего сгорани€.

Ќаиболее широкое промышленное развитие газификаци€ получила к началу 60-х годов прошлого столети€. ќднако вследствие быстрого роста добычи природного газа, развити€ сети газоснабжени€ и ужесточени€ требований к охране окружающей среды газификацию практически перестали примен€ть. ¬ последнее врем€ в св€зи с необходимостью экономии тех или иных видов углеводородного топлива возрос интерес к горючим газам на основе биомассы и горючих органических отходов. √аз может быть получен путем газификации различных видов биомассы и горючих органических отходов:

- органических бытовых отходов, в том числе бумаги, резины,травы;

- отходов лесозаготовки и деревопереработ-ки, в том числе коры, обрезков деревьев, щепы, опилок и древесного угл€;

- сельскохоз€йственных отходов, в том числе соломы злаковых культур и рапса, стеблей кукурузы, льн€ных отходов, рисовой шелухи, скорлупы орехов и др.

ѕри этом полученный газ обладает удельной теплотой сгорани€ от 4 до 20 ћƒж/м3 (теплота сгорани€ природного газа 33-36 ћƒж/м3). ¬ услови€х значительного повышени€ цен на жидкое топливо и природный газ особое значение приобретает возможность их замещени€ газом, получаемого из биомассы и горючих технологических отходов. ќдной из таких возможностей €вл€етс€ использование генераторного газа дл€ производства тепла и электроэнергии малыми автономными когенерационными установками, роль которых в развитии локального энергообеспечени€ предпри€тий и индивидуальных потребителей в ближайшие годы будет возрастать.

Ќовизна разработки заключаетс€ в создании двухзонного газогенераторного модул€ обращенного процесса горени€, имеющего возможность термохимической переработки многокомпонентного сырь€ с целью снижени€ концентрации сернистых соединений в получаемом газе за счет их хе-мосорбции с компонентами золы топлива (—аќ + S02 + 0,5ќ2 -> CaS04), повышени€ теплоты сгорани€ вырабатываемого газа и снижени€ вредных выбросов в окружающую атмосферу по сравнению с известными твердотопливными котлами.

ќтличительной особенностью разработки €вл€етс€ конструкци€ газогенератора, котора€ обеспечивает возможность совместной газификации твердых и жидких отходов, в том числе древесины, рапсовой соломы и т€желых остатков нефтепродуктов и смол. √орючие растительные отходы в виде пеллет, брикетов или в измельченном виде будут подаватьс€ в газогенератор в автоматическом режиме. ѕовышение тепловой эффективности газогенераторного модул€ ( ѕƒ до 90 %) будет обеспечено за счет предварительного подогрева воздушного дуть€ и использовани€ тепла отработавшей парогазовой смеси. Ќеобходимый ресурс работы и экологичность установки будут обеспечены многоступенчатой системой очистки газа и продуктов его сгорани€. »спользование двигател€ внутреннего сгорани€ позволит расширить область применени€ агрегатов, так как их эксплуатаци€ в силу безопасности (в отличие от паро- и газотурбинных установок) будет доступна более широкому кругу пользователей.

ƒополнительное тепло от охлаждени€ генераторного газа в теплообменнике агрегата может использоватьс€ дл€ отоплени€ (вод€ное или воздушное) или на технологические нужды. “еплова€ эффективность газогенератора,  ѕƒ которого на 6 % выше, чем у прототипа, определ€етс€ возвратом обратно в топочную зону части тепла от нагретых отработавших газов и снижени€ тепловых потерь при их последующей транспортировке в охлажденном виде. ѕовышение калорийности получаемого газа (выше, чем у лучших известных аналогов) обеспечено совместной газификацией твердых и жидких отходов, в том числе соломы, древесной щепы и опилок, мазута, смол и других отходов в измельченном виде или при их предварительном брикетировании, а также более полном термохимическом разложением отходов на легкие горючие компоненты в двух-зонной топочной камере.

ќборудование позволит получать генераторный газ с теплотой сгорани€ не менее 6,3 ћƒж/м3 и жаропроизводительностью до 2000 °— (у природного газа жаропроизводительность достигает 2050 ∞—). ѕо удельному расходу топлива разработка соответствует лучшим мировым образцам техники. ƒанный газоэлектротеплогенератор будет обладать большей рентабельностью, чем известные аналоги, вследствие удешевлени€ его изготовлени€ за счет замены дорогих коррозионностойких сталей на черные с относительно недорогими защитными покрыти€ми.

Ёкономическа€ эффективность технологии и оборудовани€ определ€етс€ экономией топливных ресурсов.

ѕри эксплуатации оборудовани€ дл€ газификации древесных отходов с расходом ћт = 0,33 кг/с и теплотой сгорани€ гт = 10200 кƒж/кг получаетс€ генераторный газ с расходом Gr = 0,6 м3/с и теплотой сгорани€ г. = 4175 кƒж/м3 при нормальных услови€х. Ёффективность базового варианта оборудовани€ составл€ет: к. п. д. = Gr-rr / (ћт-гт) = 0,6-4175 / /(0,33 10 200) = 71 %.

«атраты топлива при этом составл€ют: 0,33 кг/0,6 м3 = 0,55 кг топлива/м3 = 14-ё5 кг/кƒж.

ѕри установке рекуперирующего теплообменника обратно через подогрев воздуха в камеру газификации можно возвратить тепло выход€щих из газификатора генераторных газов в количестве:

N = cGr(tBx-tBbix) = 504KBT, (1)

где с = 1,4 кƒж/(м3-град) - теплоемкость генераторного газа;

Gr = 0,6 м3/с - расход газа;

tBX = 720 ∞— - температура газа на входе в рекуператор;

tBbix = 120 ∞— - температура газа на выходе из рекуператора.

Ёффективность базового варианта оборудовани€ с рекуператором повыситс€ до к. п. д. = Gr-r/(MT-rT- N) = 83 %. ѕри этом дл€ получени€ газа с таким же расходом потребуетс€ топлива ћтр = (ћт-гт -N)/rT fa (0,33-10200 - 504) / / 10200 = 0,28 кг/с.

«атраты топлива состав€т 0,28 кг/0,6 м3 = 0,47 кг/м3 = 11,8-105 кг/кƒж.

¬ качестве топлива может использовать смесь отходов древесины (соломы и т. п.) с отходами нефтепродуктов (отработанные масла, мазут). —месь топлива, состо€ща€ из 85 древесины и 15 % углеводородных отходов с теплотой сгорани€ 35 700 кƒж/кг будет иметь общую теплоту сгорани€ гт = 14000 кƒж/кг = 0,48-103 ту.т./кг. »з нее получитс€ генераторный газ с выходом 1,8 м3/кг и теплотворной способностью 6300 кƒж/м3.

Ёффективность разрабатываемого оборудовани€ составит:

- без рекуперации: к. п. д. = 1,8 • 6300 /14 000 = = 81 %, затраты топлива будут 1 кг/1,8 м3 = = 0,56 кг/м3 газа = 8,8-105 кг/кƒж;

- с рекуперацией: к. п. д. = 1,8 Х 6300 (14000 -- 1460) = 90 %, причем расход топлива будет ћ = 0,33 Х 14 000 - 504 / 14 000 = 0,30 кг/с.

”дельные затраты топлива состав€т 0,30 кг/0,6 м3 = 0,5 кг/м3 газа = 7,9-105 кг/кƒж производимого тепла. ¬ целом экономичность разрабатываемого оборудовани€ по сравнению с базовым по топливу составит

(14-10"5 - 7,9-ё-5) / 14-ё-5 = 43 %.

ѕри выработке электроэнергии от электрогенератора с к.п.д. 80 % на окончательном этапе, подключенного к двигателю внутреннего сгорани€ с к. п. д. 30 %, вырабатываема€ электроэнерги€ составит 0,8 Х 0,3 ї 24 % от полученной тепловой энергии от сжигани€ генераторного газа в двигателе, то есть дл€ выработки электроэнергии мощностью 1 к¬т необходимо затратить 1/0,24 = 4,2 к¬т тепловой мощности от сжигани€ в двигателе генераторного газа или топлива в газогенераторе с расходом 4,2 к¬т-7,9-10-5 кг/кƒж = 0,33-103 кг/с. ƒл€ электрогенератора мощностью 100 к¬т необходим двигатель внутреннего сгорани€ мощностью 140 к¬т и газогенератор с теплопроизводительностью по вырабатываемому газу 400 к¬т с расходом реального многокомпозитного топлива до 0,03 кг/с.

Ќа 400 к¬т полученной тепловой мощности и электрической до 100 к¬т за один год при трехсменной работе и коэффициенте годовой загрузки, равном 0,5, у пользовател€ будет израсходовано топлива в виде местных отходов 500 т/год, что заместит импортируемые топливные ресурсы в эквиваленте 600 т у.т./год. “ак как 1 т у.т. энергетически эквивалентна 840 м3 природного газа ценой 500 USD за 1000 м3, то пользователь агрегата мощностью 100 к¬т за один год сэкономит на импортируемых топливных ресурсах по теплу 600-840 м3/т у.т. Х 500 USD/1000 м3 = = 252 000 USD/год. ѕри таком вовлечении в оборот местных отходов у пользовател€ будет выработано 100 к¬т Х 24 ч/сут. Х 0,5 Х 365 сут. = = 438 000 к¬т-ч = 376 √кал тепловой энергии или 105 000 к¬т-ч электрической энергии стоимостью 10 500 USD при цене электроэнергии 0,1 USD/(kBt-h).

ѕри цене агрегата с тепловой мощностью в 400 к¬т до 100 000 USD и эксплуатационных расходах до 2000 USD в мес€ц затраты пользовател€ окуп€тс€ менее чем за один год при использовании собственных отходов.

ћаркетинговые исследовани€ показывают, что основным потребителем новой техники могут €вл€тьс€ предпри€ти€ промышленности строительных материалов, сельского хоз€йства и жилищно-коммунального хоз€йства, а также потребители, удаленные от централизованных систем энергообеспечени€.

Ќа состо€вшейс€ конференции была представлена схема опытного образца газогенератора, разработанного дл€ получени€ тепловой энергии, приспособленного дл€ работы на топливе, представл€ющем собой смесь горючих производственных отходов нефиксированного состава.   ним, в частности, относитс€ обтирочный материал, загр€зненный нефтепродуктами, отходы пластика разных видов, в том числе пленочного полиэтилена и пропилена, отходы лакокрасочных средств, древесные отходы, картонно-бумажные упаковочные отходы, кухонно-пищевые отходы, отходы горюче-смазочных материалов и др.

Ётот газогенератор имеет тепловую мощность 200 к¬т и габариты (без бойлера с водой, не показанного на рисунке) длиной 1,9 м, шириной 1,1 м и высотой 3,0 м. ѕо принципу действи€ в основу оборудовани€ заложена конструкци€ шахтного газогенератора ѕинча. ќбразующиес€ продукты сухой перегонки (смолы, кислоты) проход€т через активный слой топлива (зона восстановлени€) сверху вниз, частично сгорают, а частично подвергаютс€ крекинг-процессу (разлагаютс€ с выделением горючих газов), благодар€ чему исключаетс€ засмоление выход€щего газового тракта с получением обессмоленного газа.

√енераторный газ из камеры газификации подаетс€ на дожигание в жаровую трубу. ѕодача первичного и вторичного воздуха регулируетс€ соответствующими двум€ заслонками. –абочий объем исходной топливной смеси содержитс€ в бункере. Ќегорюча€ минеральна€ фракци€ и зола накапливаютс€ в зольнике под колосниковой решеткой. ƒверца служит дл€ периодической очистки зольника. ѕервичный розжиг генератора осуществл€етс€ через горловину с дверцей. √ерметично прилегающа€ крышка бункера выполн€ет также функцию взрывного клапана. √ор€чие продукты сгорани€, выход€щие из жаровой трубы, подаютс€ в теплообменник бойлера с водой дл€ накоплени€ и последующего потреблени€ тепловой энергии. √абариты бойлера: длина 2,8 м, ширина 5,7 м, высота 2,9 м, емкость по воде 25 м3.

  • ƒата публикации: 12.11.2013
  • 4670
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150