Преимущество технологии газификации твёрдого топлива над технологией сжиганием твёрдого топлива.

Преимущество технологии газификации твёрдого топлива над технологией сжиганием твёрдого топлива.

В последние годы во всём мире энергетическое использование древесной биомассы и, в частности, древесных отходов, рассматривается как желанная альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются СО2 – нейтральным, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Всё это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Основными технологиями являются: Газификация и Сжигание.

Газификация

Газификация представляет собой процесс высокотемпературного превращения древесины (и других видов биомассы, а также угля и торфа) при нормальном или повышенном давлении в газ, называемый древесным или генераторным газом, а также небольшое количество золы, в специальных реакторах (газогенераторах) с ограниченным доступом воздуха или кислорода. Генераторный газ имеет температуру 300-600є С и состоит из горючих газов (СО, Н2, СН4), инертных газов (СО2 и N2), паров воды, твердых примесей и пиролизных смол. Из 1 кг древесной щепы получают около 2.5 Нм3 газа с теплотой сгорания 900-1200 Ккал/Нм3. Эффективность газификации достигает 85-90%. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является более эффективным и чистым процессом, чем сжигание.

Газификация твердого топлива является универсальным методом его переработки. Универсальность методов газификации твердого топлива может рассматриваться в трех направлениях. Во-первых, методам газификации подвластны любые твердые топлива, начиная от разнообразных органических отходов и кончая каменными углями и антрацитом, независимо от их химического состава, состава зольной части, примесей серы, крупности, влажности и других свойств.

Наконец, в-третьих, немаловажной особенностью методов газификации твердого топлива являются их масштабные изменения. Газогенераторные установки могут обслуживать крупнейшие химические комбинаты, выпускающие миллионы тонн аммиака или метанола в год, снабжать горючим газом крупнейшие ТЭЦ и в то же время могут обеспечивать газом небольшие автономные энергетические и химические установки (например, газогенераторные установки для автомобилей), поселки и деревни, небольшие химические, машиностроительные или другие заводы.

Реализация модифицированной технологии газификации позволит в 8-10 раз снизить смолосодержание генераторного газа, что позволит использовать его в дизельном двигателе при минимальной очистке. При переходе на генераторный газ мощность двигателя практически не меняется, существенно улучшаются экологические показатели энергетических установок, на 40-50% повышается их моторесурс.

Экономические аспекты получения электрической и тепловой энергии в газификаторах с нисходящим движением газа при использовании Местных видов топлив.

В настоящее время в Украине практически не существует компаний и предприятий, которые занимаются проектированием и производством газификаторов с нисходящим движением газа. По нашему мнению широкое использование таких газификаторов в условия нашего Государства является наиболее эффективным по ряду причин: 1. Незначительные капитальные затраты и срок окупаемости при проектировании и производстве комплексов газификаторов с нисходящим движением газа и электростанция. 2. Простота конструкции газификатора с нисходящим движением газа и недорогой их капитальный ремонт. 3. Относительная простота переделки недорогих двигателей внутреннего сгорания производства Российской Федерации для создания комплекса газификатор - электростанция с двигателем внутреннего сгорания. 4. Мобильность комплексов связанная с относительно не большими размерами и мощностью (максимальные мощности комплексов 0,5 МВтэ +0,3 МВтт ).

Анализ капитальных затрат и срока окупаемости газогенераторного комплекса УГК -350 с электростанцией мощностью 200 кВт (ООО «Наша-Энергия», Украина). Капитальные затраты составляют 550 Є/кВт и 1100 Є/кВт. Срок окупаемости 1,5 – 2 года. Для сравнения газификаторы, Novel (Condes Oy, Финляндия) (комбинация восходящее и нисходящего движения газа), предназначеные для получения тепловой и электрической энергии. Капитальные затраты составляют 3500 Є/кВт и 1750 Є/кВт. Срок окупаемости от 6 -13 лет.

Сжигание

Сжигание древесных отходов базируется на нескольких методах сжигания:

Прямое сжигание: происходит в топке с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах и печах мощности (менее 20МВт) для сжигания древесного топлива. Для выработки электрической энергии отходы сжигаются в паровом котле с последующим использованием пара в паровой турбине. Эта технология имеет низкий электрический к.п.д. порядка 8-13% (для мини-ТЭЦ мощностью 600-1000 кВт), который повышается благодаря использованию более совершенных методов сжигания. Недостатком этого метода является низкая эффективность и высокий уровень эмиссии отходов горения в дымовых газах.

Сжигание в кипящем/циркулирующем слое: позволяет достичь большей эффективности и экономичности за счёт почти 100%-го сгорания топлива при меньшем уровне эмиссии отходов горения по сравнению с прямым сжиганием. Метод сжигания в кипящем слое используется в коммерческих или муниципальных котельных и ТЭЦ в диапазоне мощностей от 5 до 600 МВт для получения электрической и тепловой энергии.

Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания: представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе топливо подаётся шнековым питателем на наклонную решётку в первичной камере (предтопке), где оно нагревается до такой температуры, при которой происходит процесс газификации. Перегретый и смешанный со вторичным воздухом древесный газ сгорает во вторичной камере практически без остатка. Продукты сгорания используются в котле или печи для получения горячей воды, пара или воздуха. Недостаток этого метода сжигания высокая стоимость.

Сжигание пылевидного топлива: осуществляется с помощью специальных горелок, предназначенных для сжигания древесной пыли, образующейся в процессе производства или в результате измельчения древесных отходов в пыль. Получение энергии с использованием древесной пыли используется достаточно редко; обычно это топливо используется в котельных или ТЭЦ, работающих на пылевидном угле и/или торфе. Стоимость комплектного оборудования для сжигания древесной пыли также высока.

Прямое сжигание местных твердых топлив не рационально из-за низкого коэффициента полезного действия этой технологии. Коэффициент полезного действия существующих малых котлов при слоевом сжигании твердых топлив ни при каких условиях не превышает 50 %. Следует отметить, что при работе на кусковых отходах деревообработки, мощность котла понижается на 20-30%  в зависимости от влажности топлива, а при добавке к топливу опилок и стружки, мощность уменьшится еще больше - на 30-40% от номинальной. Тепломеханическое оборудование во многих случаях эксплуатируется в нерасчётных режимах и на непроектных топливах. Снижение мощности пытаются компенсировать различными способами форсирования работы оборудования, что резко повышает аварийность в работе котельных и снижает условия безопасности для персонала, ухудшает условия труда, значительно увеличивает вредное воздействие на экологию.

Повышение КПД возможно за счет газификации твердых топлив в чистом виде или в смеси с другими видами органического топлива. Поэтому рациональным способом получения тепловой энергии является газификация твердых топлив с производством горючих (генераторных) газов в газогенераторах. При этом повышается надёжность, экономичность, безопасность тепломеханического оборудования и позволяет получить экологический выброс наносящий минимальный вред окружающей среде. Новые топочные устройства (газогенераторы) позволяют обеспечить высокоэффективное сжигание всех видов твердого топлива в режиме газогенерации.

Автор: Калиновский С.В. Михайловский А.Е.