Меню Рубрики

Установка производства древесного газа

Пиролизная газогенераторная установка «Манул». Получает газ из древесины

Пиролизная установка «Манул» Пиролизная установка «Пума» Пиролизная установка «Росомаха»
Газогенератор на дровах. Электрогенератор, котел Циклического действия смотреть Углевыжигательная печь. Получение древесного угля. Циклического действия смотреть Утилизация шин, пластика,РТИ. Получение печного топлива. Циклического действия смотреть

Газогенераторная установка «Манул» позволяет производить:

  • древесные и топливные угли;
  • активные древесные и каменные угли;
  • каменноугольный кокс;
  • газификацию низкоуглеродистых и низкокалорийных видов топлива: торфа, бурого и других видов каменных углей;
  • утилизацию отходов деревообработки, органических, углеродосодержащих отходов бытового и промышленного происхождения, включая древесину, резину, скорлупу орехов и т.п. на пирокарбон (уголь) и горючий газ;
  • пиролизный газ и тепло, которое с помощью теплообменников или без них используется на различные нужды.

Вредные выбросы в окружающую среду отсутств уют!

Основной принцип действия газогенератора «Манул»

1.1. Пиролиз — это переработка углеродосодержащего сырья при высоких температурах и недостатке кислорода.

1.2. В реакторе печи при заданных температурах идет пиролиз углеродосодержащего сырья и в зависимости от выбранного режима образуется пирокарбон (уголь) требуемого качества и большое количество пиролизного газа.

1.3. Выделяемые в процессе пиролиза летучие компоненты, в том числе и водяной (Н2О) и другие пары в присутствии углерода, участвующего в реакции в качестве катализатора, превращаются в пиролизный газ различного состава по формуле:

Так как получаемый газ проходит через значительный слой активного углерода (угля), то он является на выходе почти абсолютно чистым без различного рода вредных примесей и при полном сгорании реакция идет с выбросом в атмосферу только углекислого газа и воды.

Сравнительные характеристики топлива и получаемых из него газов

2. Древесное сырье

2.1. Средняя теплотворная способность при обычном сжигании дров, например, из березы составляет 2 300 кКал/кг.

2.2. Средний объем пиролизного газа, получаемого из 1 кг древесного сырья (дрова, опилки, некондиционные отходы) в установке составляет 1,2 м 3 .

2.3. Состав получаемого пиролизного газа:

Состав Процентное соотношение
СnНm 19. 29%
СH4 33. 45%
Н2 12. 28%
СО 11. 18%
СО2 1,5. 2,5%

2.4. Удельный вес пиролизного газа (при 0 С и Р=760 мм рт. ст.) составляет 0,65. 0,85 кг/м 3 .

2.5. Низшая теплотворная способность пиролизного газа при температуре 20 С и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. составляет 8 700. 9 500 кКал/м 3 , то есть из 1 кг древесного сырья, перерабатываемого в установке «Манул», получается как минимум 10 440 кКал/кг.

2.6. КПД установки «Манул» при пиролизе древесного сырья на газ составляет в среднем 85%, таким образом из 1 кг древесного сырья, переработанного газогенераторе, получается 8 874 кКал, что в 3,8 раза больше, чем при обычном сжигании березовых дров.

2.7. Максимальная температура пламени при сжигании пиролизного газа в горелках составляет 2 300 С.

2.8. Для сравнения — состав и основные характеристики природного газа:

Состав Процентное соотношение
СН4 94. 98%
Негорючие смеси 2. 6%

Удельный вес — 0,73 кг/м 3 . Низшая теплотворная способность — 8 500 кКал/м 3 . Максимальная температура пламени — 1 850 С.

3. Сырье — коксующийся каменный уголь

3.1. Состав и основные характеристики коксового газа, получаемого в установке «Партнер»:

Состав Процентное соотношение
СnНm 19. 29%
СH4 25%
Н2 50%
СО 8. 10%
Негорючие примеси 15. 17%

Удельный вес — 0,47 кг/м 3 . Низшая теплотворная способность — 4 500 кКал/кг. Максимальная температура пламени — 2 200 С.

Технические характеристики основных технологических режимов работы пиролизного газогенератора «Манул»

4.1. Режим получения древесного и топливных углей марок А, Б, В по ГОСТ 7657-84.
На 1 тонну переработанного сырья получается в среднем 190 кг древесного угля 810 кг пиролизного газа, из них 260 кг пиролизного газа идет на поддержание реакции в печи и 550 кг используется на различные нужды. При сжигании этого газа получается до 6 000 000 кКал тепла.

4.2. Режим получения активных углей марок БАУ по ГОСТ 6217-74 и ОУ по ГОСТ 4453-74.
На 1 тонну перерабатываемого сырья заданной породы древесины получается в среднем 60 кг активного угля и 940 кг пиролизного газа, из них 240 кг пиролизного газа уходит на поддержание реакции, а 700 кг используется на нужды потребителей (до 7 500 000 кКал тепла).

4.3. Режим получения пиролизного газа.
На 1 тонну перерабатываемого углеродосодержащего сырья получается в среднем 1 000 кг пиролизного газа, 150 кг из них уходит на поддержание реакции и 850 кг пиролизного газа используется на нужды потребителей (до 8 500 000 кКал тепла).

4.4. Каждый из вышеперечисленных режимов автоматизирован и настраивается по разработанным программам, в зависимости от необходимого конечного продукта, востребованного покупателем, как по энергетическим, так и по физико-химическим и механическим показателям.

4.5. Газогенератор «Манул» на единицу мощности выбрасывает в атмосферу СО2 в среднем в 4 раза меньше, чем при традиционном сжигании исходного сырья в качестве топлива.

4.6. Установка «Манул» может работать в «паре» с любым стандартным теплообменником или котлом.

источник

Инновационная технология газификации древесины

В 1930-1950 годах наряду с законодателем мод в газогенерации и получении синтетических видов топлива, Германией, Советский Союз был одной из ведущих мировых держав в этой области. Большинство запатентованных сегодня «инновационных» технологий газификации конденсированного топлива зародились в те далекие годы.

В 60-70-е годы прошлого века в связи с ростом объемов добычи природного газа и нефти в мировом энергетическом балансе произошли серьезные изменения, из-за чего конкурентоспособность газификации твердого топлива снизилась и повсеместно, за редким исключением, прекратилось производство генераторных газов (синтез-газов).

И вот на стыке XX и XXI веков, в связи с тенденцией сокращения мировых запасов углеводородных ресурсов и перманентным повышением их стоимости, вновь возник повышенный интерес к технологиям газификации твердой растительной биомассы, и в первую очередь древесины. Причем если раньше технологии газификации рассматривались лишь применительно к использованию для выработки тепловой энергии, то сегодня все активнее рассматриваются возможности эксплуатации газогенераторных установок (ГГУ) для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

Самым эффективным промышленным способом преобразования первичной энергии в электроэнергию является комбинированный парогазовый цикл, в котором используется только газообразное топливо, поэтому для получения электроэнергии из твердого топлива (той же древесины) его необходимо предварительно газифицировать, превратив в газогенераторный газ (синтез-газ) — смесь, состоящую в основном из водорода и монооксида углерода.

Среди серьезных проблем, препятствующих широкому использованию генераторного газа, выработанного при газификации древесины, — его низкая теплотворность, а также смолообразование, которое происходит при охлаждении газа до температуры ниже 200 °С. В состав смол входит целый ряд ароматических соединений, таких как бензол, толуол, крезолы. Смола образуется на внутренних поверхностях газопроводов, на рабочих поверхностях газовой турбины и на поршневой группе газовых моторов. Поэтому при использовании генераторного газа в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) автотранспорта и танков во время Второй мировой войны и в послевоенное время, по регламенту, через весьма непродолжительный период эксплуатации требовалась полная очистка двигателя от смолы.

Надо отметить, что процесс смолообразования при газификации до конца еще не изучен. «При проектировании аппаратов газификации твердого топлива возникают затруднения, связанные с отсутствием надежных методик расчета процессов неполного горения. Это связано с тем, что не существует простых и одновременно реалистичных физико-химических моделей процессов неполного окисления реальных топлив»*.

В наше время совсем мало успешно реализованных проектов газификации биомассы для когенерации — это, как правило, стационарные установки, работающие без останова несколько тысяч часов в году. В этих установках применяются довольно дорогие устройства для очистки охлажденного генераторного газа.

Сегодня в Европе существуют три концепции решения проблем смолообразования при газификации:

● так называемая газификация без смолообразования может быть реализована только при сверхвысокой температуре, которая достигается при использовании чистого кислорода. Такая технология, применяемая в газификаторах компаний Shell, Prenflo, Carbon, в связи с очень высокой стоимостью (оборудование для получения чистого кислорода, его подача и пр.), используется только на очень больших объектах;

● очистка холодного газа и использование газовых поршневых двигателей (дизель или мотор Отто). Применяются очистка охлажденного генераторного газа водой, а также используются катализаторы и электрофильтры. В связи с высокими инвестиционными затратами и большими издержками на утилизацию отходов (сточные воды, фильтр), такая технология не получила распространения;

● очистка горячего генераторного газа и использование газовой турбины. Самое простое решение проблемы смолообразования при газификации — не охлаждать генераторный газ ниже температуры конденсации смолы. Тогда углеводороды остаются в газовой фазе и повышают качество сгорания газа в газовой турбине. При реализации такой концепции применяют аллотермический процесс газификации.

По способу подвода энергии различают автотермический и аллотермический процессы газификации. При автотермическом процессе тепловая энергия для достижения необходимого температурного уровня поступает от сгорания части сырья, а при аллотермическом процессе — подводится извне. При автотермическом процессе из-за низких температур и сжигания части топлива генераторный газ загрязняется балластными примесями и вредными веществами, что снижает эффективность его дальнейшего использования.

Аллотермический процесс был выбран для реализации пилотного проекта в баварском регионе Ахенталь, в ФРГ. Этот проект, по мнению экспертов, должен привести к прорыву в области газификации древесины. Местная ТЭС и региональная теплоцентраль в коммуне Грассау введены в эксплуатацию в 2010 году. На топливный склад завозится щепа трех стандартов: щепа самого высокого качества по EN-нормам, которая частично продается частным лицам для личного пользования; щепа средней категории качества, которая полностью идет на газификацию; лесная топливная щепа с корой, сучьями, листьями, которая частично газифицируется, а остатки сжигаются в биотопливном котле. Тепло, вырабатываемое на этой ТЭС, поступает по 11-километровому трубопроводу к 550 частным домам и на муниципальные объекты.

Общая площадь станции с топливным складом составляет 9 х 10 м. В составе ТЭС топливный склад с транспортерами и «живым дном», газификатор на базе HR-реактора и BHKW (когенерационный модуль — блочный газовый мотор) мощностью 400 кВт. Общий КПД станции — 80%, так называемый КПД холодного газа — 70%. КПД по электроэнергии — 30%. Таких показателей эффективности совсем недавно можно было достигнуть только на больших ТЭС.

Стоимость проекта 2,5 млн евро, из них 1 млн евро выделило министерство по охране окружающей среды. С начала финансирования проекта и до ввода его в эксплуатацию прошло всего девять месяцев. Газификатор выполнен в виде цилиндра диаметром всего 850 мм и смонтирован на бетонном фундаменте 2,5 х 2,5 м, а верхняя часть установки изготовлена из специального прозрачного материала и в темноте светится бледно-зеленым цветом — за счет непрерывно происходящих химических процессов газификации.

Газификатор, как было сказано выше, работает по принципу аллотермического процесса газификации в циркуляционном кипящем слое. Газовым потоком путем подачи водяного пара создается кипящий (псевдоожиженный) слой из песка и топлива во взвешенном состоянии. Кипящий слой — специфическое состояние слоя мелкозернистого материала, который продувается потоком газа. За счет большой турбулентности обеспечивается интенсивное движение частиц топлива и песка, которые при температуре 800 °С и преобладании в газовой смеси водорода и окиси углерода начинают распадаться. Песок и крупные негазифицированные частички топлива возвращаются в зону газификации. При дальнейшем увеличении скорости потока газа, излишки газа, сверх необходимого для псевдоожижения, проходят через слой в виде пузырей, что создает эффект, схожий с бурно кипящей жидкостью, отчего и возникло название «кипящий слой».

При использовании описанного выше метода на выходе получается в 2,25 раза больше генераторного газа, чем при газификации путем подачи воздуха. Разумеется, требуется дополнительный подвод тепла.

Камера сгорания представляет собой цилиндр высотой 8 м (1/3 общей высоты сооружения), расположенный ниже газификатора. Около 3/4 используемой для газификации биомассы поступает напрямую в газификатор-реформер, а 1/4 — в камеру сгорания. В момент, когда в газификаторе достигается давление 4-5 бар, дутьевым вентилятором в зону горения (окисления) снизу начинается подача воздуха.

Для достижения максимальной эффективности процесса выполняется отбор дымовых газов из камеры сгорания и отвод тепла из газификатора для подготовки пара. За счет этого генераторный газ охлаждается до 300 °С перед прохождением через патронный фильтр, который задерживает песок и крупные частицы топлива и направляет их снова в камеру сгорания. Для очистки от смол с помощью рапсметилэфира (РМЭ) используется специальное устройство: скруббер. Очистка газов от примесей с помощью скрубберов относится к мокрым способам. Этот способ основан на промывке газа жидкостью (обычно водой, в нашем случае — РМЭ) при максимальной поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и самом интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью.

В cкруббере за счет испарения происходит охлаждение генераторного газа — сначала до 120 °С, далее примерно до 75 °С. Вследствие этого конденсируется водяной пар, составляющий 35-40% объема синтез-газа. Расход РМЭ — около 4 л в час, воды — 60 л в час. Около 3% водяного пара остается в объеме синтез-газа, который сжигается в модуле BHKW и выводится с выхлопными газами. РМЭ, который содержит после фильтрации длинные цепи углеродов в виде смол и дегтя, сжигается в камере сгорания.

Для газогенерации с использованием водяного пара необходим эффективный подвод тепла извне. Инновационный метод Heatpipe-Reformer состоит в том, что проблема подвода тепла решается просто и малозатратно, с помощью так называемых Heatpipes (закрытых трубок с внутренней капиллярной структурой, заполненных рабочей жидкостью — жидким натрием или калием, — которая испаряется в зоне горения и конденсируется в охлаждаемой зоне). По этим трубкам можно переносить необходимые потоки тепла при незначительном перепаде температуры, что повышает эффективность теплообмена между камерой сгорания и реформером (газификатором). При этом достигается значительный коэффициент теплообмена и подвод тепла лимитируется только теплообменом поверхностей трубок и кипящего слоя. По капиллярам внутренней структуры трубок происходит обратный сток конденсата.

Краткие технические характеристики вышеописанного газификатора: генерация электроэнергии — 400 кВт, генерация тепловой энергии — 630 кВт при температуре 90/70 °С, теплотворность генераторного газа (синтез-газа) — 11 000 кДж/м 3 , что в два с лишним раза превышает теплотворность газа при газификации по автотермическому процессу; используемое топливо — пеллеты, щепа, древесные отходы после ландшафтных работ (ухода за парками, посадками вдоль автобанов, ветрозащитными лесополосами и др.) влажностью до 25%. Годовое потребление — 2000 т в пересчете на сухую основу.

Технология была разработана в Техническом университете Мюнхена, первый прототип изготовлен еще в 2002 году. Функциональный принцип Heatpipes применяется во многих технических разработках, например при охлаждении процессоров в компьютерах. Тестовая модель с микротурбиной испытывалась в 2004 году. Перед разработчиками технологии была поставлена цель: реализовать стандартные проекты такой газификации в малой, децентрализованной, энергетике.

В последний год в области использования твердой биомассы в энергетике наблюдается переход от грандиозных «многомегаваттных» проектов к проектам емкостью максимум несколько сотен киловатт. Об экономическом и других аспектах этого явления — в следующем номере журнала.

источник

Установка переработки древесных отходов в синтез-газ

Проведен анализ современного состояния рынка топливной промышленности. В статье рассмотрен вопрос образования отходов лесной промышленности и способы утилизации данных отходов. Описана установка по переработке древесных отходов в синтез-газ.

Ключевые слова: сжигание, газификация, пиролиз, древесный уголь, водяной пар, синтез-газ

The analysis of a current state of the market of fuel industry is carried out. In article the question of formation of a waste of the wood industry and ways of utilization of this waste is considered. Installation on processings of a wood waste in synthesis gas is described.

Keywords: burning, gasification, pyrolysis, charcoal, water vapor, synthesis gas

Отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки являются одной из наиболее серьезных и пока не решенных проблем лесного комплекса в РФ. Данные отходы составляют 65-70% от общей вырубаемой биомассы дерева, которая составляет до 200 млн. м 3 ежегодно. Если учесть кору, сучья, хвою и листья, то потенциальный объем отходов фактически удваивается [1]. В настоящее время эффективная утилизация древесных отходов становится более актуальной в свете сохранения природной среды. В то же время любое предприятие отрасли заинтересовано в том, чтобы утилизация древесных отходов из статьи затрат перешла в статью доходов [2].

Одним из основных направлений утилизации древесных отходов является их использование для получения тепловой и электрической энергии. В последние годы энергетическое использование древесных отходов рассматривается как альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO2-нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются [4].

Наиболее популярным и востребованным способом утилизации древесных отходов в нашей стране является сжигание с целью получения тепла. Этот способ более или менее оправдывает себя не только с экологической стороны (сжигание древесины более безопасно для окружающей среды, чем нефти и угля), но и с экономической: Россия имеет огромную территорию с жесткими климатическими условиями.

Есть еще несколько вариантов превращения ненужного мусора в топливо: переработка в древесный уголь или в генераторный газ. В первом случае древесина подвергается пиролизу, т.е. нагревается без доступа кислорода. Произведенный таким образом уголь находит свое применение не только в быту, но и в промышленности. Газификация древесного угля позволяет получить синтез-газ высокой степени чистоты, который в дальнейшем может использоваться в производстве бензина и дизельного топлива [4, 5], тем самым, решить проблему XXI века, связанную с ограниченными запасами горючих ископаемых, в особенности нефти. С экологической точки зрения процесс газификации практически безопасен для окружающей среды: в атмосферу не попадает никаких вредных выбросов. Единственным источником отходов служит зола [6].

Была разработана установка по переработке древесных отходов в синтез-газ. Технология получения синтез-газа из древесных отходов состоит из следующих операций: загрузка сырья, сушка древесных отходов, их нагрев, пиролиз, паровая конверсия древесного угля и сепарация пиролизных газов.

Сушка древесных отходов осуществляется в сушильной камере, представляющей собой цилиндрическую камеру с расположенной внутри перфорированной обечайкой, образующей со стенкой корпуса кольцевой канал. В камере дресвесные отходы конвективно сушатся топочным газом при температуре 180 — 150ºС, который подается через эжектор в кольцевой канал. Отработанный сушильный агент отводят через перфорированную цилиндрическую вставку 8. С помощью дымососа 3, эжектора 9 и задвижки 4 организуется рециркуляция сушильного агента с заданной кратностью.

Рис.1. Схема установки по переработке древесных отходов в синтез-газ
1 – бункер щепы; 2 — шнековый питатель; 3 – дымосос; 4 – задвижка; 5 — газотвод; 6 – сушильная камера; 7 – перфорированная обечайка; 8 – перфорированная вставка; 9 – эжектор; 10 – камера предварительного нагрева; 11 – нагревательная рубашка; 12 – камера пиролиза; 13 – шнековый питатель; 14 – камера газогенерации; 15 – топка; 16 – рубашка обогрева; 17 – воздуходувка; 18 – патрубок подачи водяного пара; 19 – патрубок отвода синтез-газа; 20 – рекуперативный теплообменник; 21 – компрессор; 22 – газгольдер; 23 – шнековый питатель для отвода золы; 24 – конденсатор смешения; 25 – каплеотбойник; 26 – насос подачи жижки; 27 – емкость конденсата; 28 – змеевиковый теплообменник; 29 – сборник жижки

Высушенные древесные отходы поступают в камеру нагрева, которая представляет собой шнековый питатель, снабженный нагревательной рубашкой 11 и обогреваемый топочными газами, поступающими из топки. При температуре 250-450°С древесные отходы непрерывно нагреваются, соприкасаясь со стенками камеры нагрева.

Далее, нагретые до температуры 350°С, отходы поступают в зону пиролиза, которая представляет собой цилиндрическую обечайку 12. При данной температуре древесные частицы начинают нагреваться за счет внутренней энергии, их температура возрастает до 700°С. В результате происходит разложение древесных отходов на древесный уголь и пиролизный газ.

Древесный уголь из камеры пиролиза шнековым питателем подается в камеру газогенерации 14, встроенную в топку 15 и дополнительно снабженную рубашкой обогрева 16. Обогрев осуществляется за счет сжигания несконденсировавшихся пиролизных газов, смешанных с воздухом, подаваемым в топку с помощью воздуходувки 17. Древесный уголь подвергается паровой конверсии, в результате чего образуется синтез-газ и зола. Паровая конверсия древесного угля осуществляется при температуре 700-1000°С за счет прохождения высокотемпературного пара через слой угля.

Подача водяного пара в камеру газогенерации осуществляется через патрубок 18, представляющий собой змеевиковый теплообменник, расположенный вокруг камеры газогенерации 14. Здесь происходит дополнительный прогрев водяного пара.

Отвод полученного синтез-газа из камеры газогенерации осуществляется через патрубок 19. Отведенный синтез-газ, проходя через рекуперативный теплообменник 20, отдает свое тепло на нагрев водяного пара и с помощью компрессора 21 подается в газгольдер 22.

Отвод золы из камеры газогенерации осуществляется шнековым питателем 23.

Поступающий в топку 15 несконденсировавшийся газ предварительно проходит стадию сепарации пиролизных газов, который включает в себя конденсатор смешения 24, каплеотбойник 25, насос подачи жижки 26, емкость конденсата 27, змеевиковый теплообменник 28 и сборник жижки 29.

Из камеры пиролиза 12 парогазовая смесь температурой 400-500°С поступают в конденсатор смешения 24, где конденсация паров осуществляется оборотной жижкой, подаваемой насосом 26 из емкости 27 и охлаждаемой змеевиковым теплообменником 28. Несконденсировавшиеся газы поступают в каплеотбойник 25 для сепарации от капель жижки. Несконденсировавшийся газ поступает в топку 15, где окисляется воздухом предварительно подогреваемым от зольного остатка и подаваемым воздуходувкой 17. Избыточный конденсат отводится в сборник жижки 29.

Полученный таким способом синтез-газ не требует дополнительной очистки и может использоваться в производстве метанола или других химических веществ.

Список литературы

1. Быстров, А.Ф. Основы для эффективного использования древесных отходов деревообрабатывающего предприятия / А.Ф. Быстров, Э.С. Быстрова // Деревообрабатывающая промышленность. – 1999. –№ 5.

2. Сафин, Р.Р. Анализ современного состояния лесопромышленного комплекса и перспективы его развития на базе кафедр лесотехнического профиля КГТУ / Р.Г. Сафин, Р.Р. Сафин // Вестник казан. технол. ун-та. – 2010. – №4. – С. 120-130.

3. Валеев, И.А. Использование древесных отходов в энергетическом хозяйстве [Текст] / В.А. Валеев, Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, Р.Р. Хасаншин // Научный потенциал мира: Тезисы докл. Международ. науч.–практич. конф. – Днепропетровск, 2004. – С. 71–75.

4. Тимербаев, Н.Ф. Комплексная энерготехнологическая переработка древесных отходов с применением прямоточной газификации / Н.Ф. Тимербаев, // Монография. – Казань, КНИТУ 2011. – 245с.

5. Тимербаев, Н.Ф. Техника и технологии термической переработки отходов деревообрабатывающей промышленности: монография / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, З.Г. Саттарова; М-во образ. и науки РФ, Казан. Гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ 2010. – 172 с.

6. Рамбуш, Н.Э. Газогенераторы / Н.Э. Рамбуш : перевод с англ. – М.: ГОНТИ, Редкая энергетическая литература, 1939. – 329 с.

источник

Читайте также:  Установка и работа с диагностическими программами

Добавить комментарий

Adblock
detector