Белорусский государственный аграрный технический университет

В Республике Беларусь за последние годы характерно повышение роли местного топлива и горючих отходов в энергообеспечении, доля которого вместе с собственной нефтью составляет около 20%, поэтому актуальна проблема эффективного использования твердого топлива.

Для выработки тепловой энергии широкое применение нашли слоевые газогенераторные установки (ГГУ) типа Пинча, которые преобразуют в газ мелкозернистое топливо с размером частиц до 70мм и влажностью ниже 40%, они эксплуатируются в комплексе с серийно выпускаемыми водогрейными и паровыми котлами, и с воздушными теплообменниками и теплогенераторами и позволяют переводить котлы с жидкого на твердое топливо.

Целесообразно развитие технологий и оборудования для получения силового генераторного газа, используемого для выработки электроэнергии.

В структуре себестоимости производства продукции энергетическая составляющая имеет преобладающее значение. Поэтому с учётом резкого удорожания и дефицита высококалорийных энергоносителей на основе нефти возникла необходимость создания технологий и оборудования для получения тепловой и электрической энергии на основе возобновляемых и местных видов топлива (отходы деревообработки, с/х производства, промышленные отходы и т.д.), стоимость которых в настоящее время примерно в 10-12 раз ниже стоимости нефтепродуктов.

Одним из эффективных направлений использования в энергетике твёрдых топлив и горючих отходов промышленного и с/х производств является, кроме прямого сжигания в топках, их предварительная переработка в горючие газы различного назначения. Получаемый в газогенераторах газ может быть использован как топливо в энергетических установках, технологических циклах, транспортных и стационарных силовых машинах.

К настоящему времени разработано большое количество разнообразных методов газификации твердого топлива и конструкций газогенераторов в зависимости от назначения газа, качества исходного топлива и конструкций газогенераторов, вида дутья, давления и т.д. Преимуществом генераторного газа является принцип. возможность поддержания высокотемпературных циклов, лучшие условия сжигания и управления технологическим циклом, а также то, что его можно получать из низкосортных, менее дефицитных, видов твердого топлива.

В республике энергопотенциал местных видов топлива в тоннах условного топлива (млн. т у.т. в год) составляет: по древесному топливу - 3,1, торфу - 1,1, отходам растениеводства - 1,0...1,4, биогазу - 0,7...0,8, гидролизному лигнину - 0,05, изношенным автопокрышкам - 0,05, всего - 5,9 ... 6,6 млн. т у.т.

Как известно, горючий газ получается в цикле термохимических превращений твердого топлива как в условиях без доступа воздуха (полукоксование, коксование) при нагревании до 500-1000 0С с теплотой сгорания 3000-4000 ккал\нм3, так и в цикле горения при недостатке воздуха по реакции С+О2=СО2+Q , далее СО2+С=2СО-Q , С+Н2О=СО+Н2-Q с теплотой сгорания 900-1600 ккал/нм На поддержание цикла газогенерации обычно расходуется 20-27% органического вещества исходного твердого топлива. Значительное влияние на выход, состав и теплоту сгорания газа оказывает вид дутья (воздушное, кислородное и т.д ), качество топлива и условия проведения цикла.

Образование горючих газов может протекать как в неподвижном слое топлива, так и кипящем(циркулирующем) слое. В зависимости от условий цикла можно получать газ заданной теплоты сгорания (800-8000 ккал\нм и заданного состава. Газы с теплотой сгорания до 1600 ккал/нм3 применяют в энергетике и для технологических целей. Газы с теплотой сгорания свыше 1600 ккал/нм3 получают с применением парокислородного дутья под давлением. Теплота сгорания генераторного газа , полученного из древесины или торфа с применением паровоздушного дутья составляет 1300-1500 ккал/нм3.

Существует несколько схем газогенераторных циклов: прямой, обращенный, перекрестный, с ожиженным слоем и смешанный. Прямой цикл - газификации протекает в плотном слое при встречной подаче воздуха и топлива; при обращённом цикле топливо и воздух движутся в одном направлении, газ выводится через колосниковую решётку, происходит разложение паров смолы, теплота сгорания 950-1200 ккал/нм Смешанные схемы газификации твёрдого топлива включают элементы прямого и обращённого циклов, используется топливо в виде кусочков размером больше 20мм. Широкое распространение получает также способ газификации в кипящем слое топлива.

Для выработки тепловой энергии можно применять все виды газогенераторов, но в настоящее время предпочтение следует отдать газогенераторам Пинча, которые преобразуют в газ мелкозернистое топливо с размером частиц до 70 мм и влажностью ниже 40%. Такой тип газогенератора является базовым для установок фирмы HERBST (Ирландия), АО Импет (Беларусь), усовершенствованных газогенераторов ИПИПРЭ НАНБ серии УГВ-Т для отопления помещений, газогенераторных установок для воздушного отопления помещений ассоциации Белавтодизель. Тепловая мощность газогенераторов 30...200 кВт. Они работают в комплекте с паровыми и водогрейными котлами, теплогазогенераторными и воздушными теплообменниками.

Характерной особенностью газогенераторов Пинча является то, что полученный горючий газ не охлаждается, а поступает в жаровую трубу, сохраняя при этом физическое тепло и образуя факел горения с температурой 1000-1300 С, который контактирует с котлом или воздушным теплообменником, что позволяет проводить цикл с минимальной потерей тепла. Общий суммарный k избытка воздуха составляет 1,4...1,6, КПД газогенератора без котла 0,90...0,93, с котлом или с теплообменником 0,81...0,85.

применение газогенератора в комплекте с серийно выпускаемыми котлами на твердом топливе или воздушными теплообменниками соответствующей мощности позволяет повысить эффективность использования топлива за счет создания более высокой температуры в жаровой трубе по сравнению с температурой в слое на колосниковой решетке, что имеет также важное значение для снижения вредных выбросов при сжигании горючих отходов, и дает принцип. возможность переводить сущ- щее оборудование с жидкого на местное твердое топливо. Затраты на получ. тепла уменьшаются в 5 - 8 раз по сравнению с использованием высококалорийных энергоносителей.

В ассоциации Белавтодизель разработано оборудование для воздушного отопления производственных цехов сельскохозяйственных предприятий, заводов с использованием газогенераторных установок на местном топливе и горючих отходах. Разработаны также газогенераторы для двигателей внутреннего сгорания и передвижных электростанций.

Совместно с ИПЭ и ИПИПРЭ НАНБ разработаны технологии газификации соломы, льнокостры, гидролизного лигнина, отходов переработки древесины и изношенных автопокрышек с минимальным выбросом вредных веществ в атмосферу. При этом, исходя из качественных характеристик горючих отходов изменяли конструкцию газогенератора, в частности, бункера и рассекателя топлива, что позволило получить необходимые параметры цикла.

С целью обоснования экологобезопасной технологии сжигания топлив с высоким м серы, в т.ч. гидролизного лигнина выполнена работа по исследованию циклов термохимических превращений в топливах методом термического анализа на дериватографе.

изучим устройство и принцип действия оборудования для отопления промышленных помещений на основе работы газогенератора.

Газогенератор состоит из корпуса, который изнутри выложен огнеупорным кирпичом. В верхней части газогенератора установлен сводчатый рассекатель с вертикальной пластиной, установленный на кронштейнах. Под рассекателем расположено отверстие для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой, которая снабжена патрубком с крышкой для подачи и регулирования вторичного воздуха. Жаровая труба покрыта слоем огнеупорной глины. К передней стенке газогенератора прикреплена горловина, на которой установлена дверца для растопки и очистки колосниковой решётки и дверца для подачи и регулирования первичного воздуха. Для направления потока воздуха шарнирно установлена шторка, опирающаяся нижним концом на колосниковую решётку. Колосниковая решётка установлена на кулачках механизма подъёма-опускания. Поворот кулачков осуществляется с помощью рычагов. Под колосниковой решёткой расположен зольник с дверцей для удаления золы. В верхней части газогенератора установлен бункер для топлива с крышкой. Наружная стенка газогенератора и жаровая труба покрыты тепловой изоляцией и обшивкой. Регулирование подачи первичного и вторичного воздуха осуществляется с помощью винтов, установленных в крышках.

Жаровая труба газогенератора вставлена в воздушный теплообменник, предназначенный для передачи тепла продуктов сгорания генераторного газа и топлива теплоносителю - воздуху. Теплообменник типа труба в трубе. Он состоит из двух элементов (секций), соединённых с помощью болтов и опирающихся на диск с отверстиями, корпуса, выполненного в виде двух труб с четырьмя патрубками и дисками на торцах. Корпус теплообменника имеет патрубок с фланцем для соединения с вентилятором. В трубу секций вставлен патрубок для соединения с дымососом (дымовой трубой). Снаружи корпус теплообменника покрыт изоляцией и обшивкой. Горячие дымовые газы поступают в секции теплообменника, а затем удаляются через дымовую трубу.

Приточный воздух после нагревания подается в помещение с помощью воздуховодов или сосредоточенными струями. При раздаче воздуха с помощью воздуховодов создается более равномерное распределение воздуха по помещению. но этот способ связан с дополнительными затратами, загромождением помещений, ухудшением эстетического вида и освещенности помещений.

Задача воздухораспределения заключается в создании микроклимата рабочей или обслуживаемой зоне. Параметры воздуха и равномерность его распределения по высоте и площади помещения определяются взаимодействием приточных, вытяжных и конвективных струй. Для правильного решения задач воздухораспределения необходимо выбрать рациональный способ подачи и удаления воздуха, выбрать тип и число устройств для раздачи воздуха - воздухораспределителей.

Ограничение при выборе температуры воздуха при выходе из воздухораспределителя в пределах обслуживаемой зоны не должно превышать 45оС. При организации воздухообмена и выборе мест подачи и удаления воздуха следует прежде всего установить принцип. возможность выпуска чистого приточного воздуха непосредственно в рабочую зону с учетом равномерности распределения параметров воздуха по помещению.

Разработанная система воздушного отопления производственных помещений, работающая на местных видах твердого топлива, мощностью 75 кВт, позволяет снизить стоимость тепловой энергии в 3-4 раза, повысить эффективность и надежность теплоснабжения. Проведенные приемочные испытания подтверждают вывод о перспективности создания подобных систем.

Белорусским государственным аграрным техническим университетом и ассоциацией Белавтодизель разработана передвижная газогенераторная электростанция (ПГГЭС) предназначенная для получения электрической энергии из местных видов топлива. Состоит из газогенераторного модуля (газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладитель), двигателя внутреннего сгорания ДВС, электрогенератора. ПГГЭС может выполняться в трёх вариантах. Первый вариант предполагает размещение ПГГЭС на отдельной платформе или прицепе. Второй предусматривает размещение энергомодуля в кузове газогенераторного автомобиля. В третьем варианте используется ДВС газогенераторного автомобиля, который и вращает ротор электрогенератора.

По первому и третьему вариантам созданы опытные образцы электростанций.

Испытания показали целесообразность развивать в РБ технологии и оборудование для получения силового генераторного газа, используемого для выработки электроэнергии по схемам:

ГГУ - ДВС - ЭГ (электрогенератор);

ГГУ - газовая турбина - ЭГ.

В связи с этим становится актуальной проблема перевода существующих ДВС с жидкого топлива на низкокалорийный генераторный газ, и создания специальных газовых двигателей и турбин относительно малой мощности (до 500кВт).

Срок окупаемости описанного оборудования не превышает одного года.