Меню Рубрики

Установки для газификации торфа

Установки для газификации торфа

В настоящее время самый распространённый способ получение энергии из торфа – сжигание торфяных топлив (пеллеты , гранулы) в печах и котлах для получения теповой энергии. Однако, если не ограничиваться получением из торфа лишь тепловой энергии, следует обратить взор на более экономически полезную технологию – газификацию торфа.

Газификация торфа называется также газогенерацией. Суть процесса заключается в производстве горючего газа посредством нагрева сырья. Монооксид углерода, метиловый газ, метан, водород, газообразные углеводороды и другие компоненты в различных пропорциях могут быть получены с помощью нагрева или сжигания торфа в условиях отсутствия или недостатка кислорода. Эта цель может быть достигнута в топочных устройствах, ограничивающих поступление воздуха извне, в результате чего сжигание происходит не полностью. Сходным процессом является нагрев сырья в закрытой емкости с использованием внешнего источника тепла. В разных процессах получаются разные продукты. Если при сжигании торфа обеспечить необходимое количество кислорода, то в процессе такого сжигания образуются двуокись углерода, вода, небольшое количество золы (соответствующее содержанию неорганических веществ) и тепло. Этот тип сжигания реализуется в обычных печах. После начала процесса горения можно ограничить поступление воздуха. При этом горение будет продолжаться, но с частичным сгоранием. В случае полного сгорания углеводорода, (торф в основном состоит из углеводородов) кислород объединяется с углеродом, а также с водородом. В результате чего получаются CO2 (двуокись углерода) и H2O (вода ). Ограниченное количество воздуха и тепло обеспечивают продолжение неполного сгорания. В этих условиях один атом кислорода объединяется с одним атомом углерода, в то время как водород взаимодействует с кислородом лишь частично. В результате получается монооксид углерода, вода и газообразный водород. Кроме того, образуются и другие компоненты, например, углерод в виде дыма. Под воздействием тепла разрываются химические связи в молекулах сложных углеводородов, содержащихся в торфе (а также в любом другом углеводородном топливе). Одновременно в процессе объединения атомов углерода и водорода с кислородом выделяется тепло. Таким образом, процесс поддерживает сам себя. Если количество воздуха недостаточно, то в результате такого процесса образуется достаточно тепла для разложения молекул углеводородов, но продуктами этого процесса будут монооксид углерода и водород — горючие газы. Другие продукты неполного сгорания — это преимущественно диоксид углерода и вода.

Газификация – это процесс частичного окисления углеродсодержащего сырья с получением газообразного энергоносителя – генераторного газа.

Полученный газ состоит из моноксида углерода, водорода, метана, диоксида углерода, небольшого количества углеводородных соединений более высокого порядка, таких как метан и этан, содержит пары воды, азот (при воздушном дутье) и различные примеси, такие как смолы, частицы углистого вещества и золы. В качестве окислителя при газификации могут использоваться воздух, кислород, пар или смеси этих веществ. Максимальная температура процесса составляет 800…1300 град С.

На рис. Ниже представлена схема газификации топлива, в качестве которого может выступать древесная щепа, торф.

Газификация представляет собой простой способ получения газообразного топлива из торфа. В отличие от большого объёма исходного торфа, газ удобен и может использоваться в различных существующих устройствах, например на синтез-газе, полученным при газификации торфа полноценно и эффективно работают двигатели внутреннего сгорания любых типов: карбюраторные, инжекторные, дизельные.

Газогенераторы, в качестве альтернативы простому сжиганию, позволяют переводить часть топлива в газообразную форму, содержащую около 70% энергии исходного вещества.

Научное производственное объединение «ЭКОМАШГРУПП » в тесном сотрудничестве с ЗАО «Селигер -Холдинг» разрабатывает и производит автономные газогенераторы, перерабатывающие торф, а также отходы деревообрабатывающей, сельскохозяйственной промышленности в электрическую и тепловую энергию.

Газогенератор используется для получения из торфа синтез-газа, который поступает для питания двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания соединён с электро-генератором и используется для получения электрической энергии.

Двигатели могут работать как на газогенераторном топливе (синтез -газе), так и на том топливе, которое предусмотрено конструкцией. Для этого монтируется переключатель видов топлива. Стоимость генерируемого топлива (синтез -газа), эквивалентного одному литру бензина, составляет 2 – 4 рубля в зависимости от стоимости сырья, при этом для карбюраторных двигателей не требуется переделка. Газогенератор герметичен. Выхлопные газы двигателя, использующего генераторный синтез-газ экологически более безопасные. Октановое число генераторного газа 110-140. Моторесурс двигателей, работающих на генераторном газе на 20-30% больше, чем двигателей работающих на бензине или дизтопливе.

Состав вырабатываемого синтез-газа при переработке торфа:

После газификатора После двигателя

Читайте также:  Установка кца что это

Комплекс, состоящий из газогенератора, двигатля внутреннего сгорания и электрогенератора позволяет вырабатывать в среднем из 0,9 — 1,1 кг торфа 1 кВт электроэнергии и столько же тепловой энергии.

Стоимость электроэнергии, полученной с помощью газогенераторов, существенно ниже существующих на сегодняшний день тарифов (менее 1 рубля за 1 кВт), что может быть отличным стимулом для развития перерабатывающих предпрятий в сельском хозяйстве и на торфодобыче.

С помощью газогенератора существенно снижаются затраты на топливо для работы всей техники и механизмов, работающих на деревообрабатывающих, сельскохозяйственных и торфоперерабатывающих предприятиях.

Энергетически автономный комплекс ЭКОМАШ ГазГенТорф состоит из следующих блоков:

— Блок сушки и подготовки сырья,

— Блок газификации сырья (производство синтез-газа),

— Блок очистки и охлажения синтез-газа,

— Блок выработки тепловой и электрической энергии

Ниже представлена принципиальная схема автономного комплекса ЭКОМАШ ГазГенТорф с выработкой электроэнергии 100-300 кВт в час

Комплекс ЭКОМАШ ГазГенТорФ существует в различных модификациях, с производством электрической энергии от 10 до 1 000 кВт в час. Расход торфа составляет 0,9 – 1,1 кг на 1 кВт вырабатываемой электроэнергии. Технологический процесс газификации торфа позволяет помимо электрической энергии попутно вырабатывать и тепловую энергию, используемую для отопления и обогрева. Широкий ряд модификаций позволяет подобрать комплекс именно той электрической мощности, которая необходима конкретному предприятию – потребителю электрической энергии.

Средняя стоимость вырабатываемой газогенератором электроэнергии при переработке торфа не превышает 1 рубль, что, учитывая дорожающие энергоресурсы, позволяет использовать их для питания различных потребителей электроэнергии непосредственно на торфоперерабатывающих предприятиях, или вблизи от них со сроком окупаемости от 1-го до 2-х лет.

На рис ниже внешний вид составных частей газогенератора с выработкой электроэнергии 100 кВт в час, производительность в год по торфу 800 тонн в год с производством в год 800 МВт электроэнергии.

Реализация проекта по применению автономных комплексов ЭКОМАШ ГазГенТорф полностью отвечает стратегии государства, направленной на создание отечественных высоко-технологичных производств, в том числе по добыче и глубокой переработке возобновляемых энергоресурсов, что обеспечит:

1. Снижение нагрузки на существующие энерго-генерирующие производства.

2. Обеспечение производства энергоресурсов из возобновляемых источников.

3. Обеспечение небольших предприятий собственными автономными источниками энергоснабжения.

4. Усиление контроля за месторождениями торфа, снижение количества самовозгораний.

5. Отсутствие необходимости подвода электро- и тепло- коммуникаций для новых энергопотребителей.

6. Возможность установки газогенераторов на технику (автомобили , тракторы) для существенного снижения затрат на ГСМ.

7. Дополнительные финансовые возможности для реализации программы социально-экономического развития регионов с обеспечением налоговых поступлений в бюджеты всех уровней.

8. Привлечение трудовых ресурсов в отдалённых от мегаполисов районах.

Учитывая резкий рост цен на дизельное топливо в конце 2010 года, ЗАО «Селигер -Холдинг» и ООО «ЭКОМАШГРУПП » проводят работы и испытания по адаптации мобильных газогенераторов, для установки на различные виды техники с питанием вырабатываемым из торфа синтез-газом двигателей автомобилей, тракторов и передвижных электростанций.

На торфодобывающем предприятии до 90% затрат при добыче торфа составляют затраты на горючее для техники:

— трактора, работающие на участке добычи,

— автомобили, осуществляющие перевозку торфа.

Эти издержки можно существенно уменьшить. При установке небольших мобильных газогенераторов на тракторы и автомобили, эксплуатирующая организация получает существенную экономию на топливе!

Газогенератор вырабатывает синтез-газ, который подаётся для питания двигателя внутреннего сгорания, при этом бензиновые двигатели полностью используют в качестве топлива генераторный синтез-газ, дизельные двигатели работают по газо-дизельному циклу, питаясь одновременно и дизтопливом и синтез-газом. В этом режиме расход дизтоплива снижается на 80%!

При установки газогенератора на технику монтируется перерключатель системы питания, позволяющий выбирать топливо (бензин /дизтопливо или синтез-газ). Переделка и настройка двигателя для работы на синтез-газе не сопровождается сложностями и не влияет на его ресурс. Бензиновый двигатель в результате дополняется смесителем газа с воздухом, который устанавливается перед воздухоочистителем, а в дизеле он дополнен приставкой к насосу высокого давления. В этом случае автомобиль работает или на генераторном газе, или на нефтепродуктах, а тип топлива меняется водителем при помощи переключателя.

Синтез-газ имеет несколько меньшую теплотворную способность, по сравнению с нефтепродуктами, в результате чего наблюдается некоторая потеря мощности двигателя от 5% до 15%, которая компенсируется вентилятором наддува. Таким образом, коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания, который использует генераторный газ, заметно выше, чем того же двигателя, работающем на углеводородном топливе. Расход твердого топлива в 2..3 раза больший (по весу), чем жидких нефтепродуктов в зависимости от вида топлива. При использовании газогенератора с двигателем внутреннего сгорания эквивалент 1 литра бензина обходится от 2-х рублей.

Читайте также:  Установка принтера hp проблемы установки

Установка газогенераторов на технику (трактора , автомобили, включая стоимость оборудования, запасных чстей и работ по наладке) окупается через 900 – 1200 моточасов использования.

Газогенераторы – новый виток развития торфяной отрасли России!

источник

Установки для газификации торфа

Использование возобновляемых источников энергии в ходе изменения обстановки в отношении традиционных источников становится более актуальным. Торф, как один из видов возобновляемых источников, имеющий достаточно богатый запас на территории России, несомненно, в скором будущем сигарет важную роль в обеспечении энергии страны. Для этого необходимо усовершенствовать существующие методы обработки торфа и разработать инновационный подход к реализации применения торфа по современным экономическим и экологическим нормам и стандартам. В этих целях в данной работе приведено конструктивное решение оптимизации процесса газификации торфа.

В процессе естественного разложения растений, в условиях болот образуется торф. В энергетике торф используется как горючее, и с этой целью разработаны множества теплогенераторов на основе прямого сжигания торфа. Еще в первой половине прошлого столетия по необходимости применялись газогенераторы для получения генераторного газа, с целью использования этого газа в двигателях внутреннего сгорания. На сегодняшний день, изучив прошлое практики по обработке торфа, можно предложить современный оптимизированный механизм обработки данного топлива в системе тепло-электроснабжения здания.

Торф, по своим характеристикам, относится к группе топлив с низким тепловым показателем, а с другой стороны, к сложно обрабатываемым топливам [6]. Значительное содержания в торфе влаги и золы усложняют его использование в энергетике по современным нормам и требованиям.

Химический состав торфа во всех источниках приведен, одинаков, однако процентная доля каждого составляющего в зависимости от места происхождения торфа имеет разные значения. Они колеблются, в каких-то определенных переделах.

Химический состав торфа и процентная доля каждого компонента приведены в таблице 1 [6, 3].

Предлагаемый оптимизированный процесс обработки торфа для обеспечения тепло-электроснабжения автономного дома состоится из двух этапов. В результате первого этапа получаем основную тепловую энергию и исходный материал для дальнейшего процесса в ходе, которого вырабатывается электрическая и дополнительная тепловая энергии. Осуществление такой идеи возможно путем процесса газификации торфа. Для разработки газогенератора на торфе с непрерывной и устойчивой продолжительностью работы необходимо провести обновления в самом процессе газификации по требованиям, обеспечивающие энергетические нужды объекта.

Процесс газификации зависит от расположения надувных и отборочных труб в газогенераторе, и по их компоновки процессы газификации делятся на 3 способа: прямой, обращенный и поперечный процесс газификации (рис. 1) [4].

Торф по своим вышеуказанным характеристикам трудно газифицировать прямым и обращенным способами, поэтому предлагается двухфазовый процесс газификации, при котором прямой и обращенный процессы одновременно происходят в газогенераторе. Такой способ газификации позволит нам достичь максимальной выработки сырья торфа при минимальном образовании летучих и смол.

Авторами разработан экспериментальный газогенератор, позволяющий произвести разные процессы газификации для определения различных параметров, в том числе температуры, давления и состава выходящего газа и другие.

Газогенератор схематично изображен на рисунке 2 и, как показано, на этом газогенераторе можно провести все виды газификации, легко изменить начальные параметры, такие как состав вводящего дутья (можно вводить воздух или изменить соотношение кислорода в вводящем дутье), его скорость и давление. Таким образом, можно определить оптимальные вводящие параметры для получения минимально пригодного горючего газа на выходе.

Экспериментальный газогенератор имеет простую форму конструкции с тремя положениями для ввода или отбора газов и одним положением для ввода подаваемого дутья при оптимизированном двухфазовом процессе газификации.

1 2 3

Рис. 1. Схема газогенераторов

1- газогенератор обращенного способа газификации; 2 — газогенератор прямого способа газификации; 3 — газогенератор поперечного способа газификации.

Нужно отметить, что при работе газогенератора по одному процессу газификации, трубы, не участвующие в данном процессе, будут закрытыми.

Экспериментальный газогенератор имеет цилиндрическую форму диаметром 300 мм и высотой 1000 мм. Высота рабочего объема составляет 700 мм, таким образом, рабочий объем равен 0,0495 м3. Если насыпной вес торфа 370 кг/м3 [6, 4, 1], то вес сырья в рабочем объеме будет равен 18,5 кг торфа.

Расчет производится для получения генераторного газа на выходе в объеме 10 м3/час. В литературных источниках приведены значения получаемого газа из одного килограмма торфа в пределах от 1,5-2 м3 [6, 4]. Для расчета в качестве значения получаемого газа из одного килограмма торфа было принято среднее значение, равное 1,75 м3, но отмечается, что требуется пред проведением эксперимента определить данное значение для конкретного используемого торфа. Расход топлива определяется по следующей формуле:

Читайте также:  Установка и сборка дверного замка

(1)

где G — часовый расход торфа, кг/ч; Q — количество получаемого газа на выходе, м3/ч; E — объем получаемого газа из топлива, м3/кг.

Рассчитав количество расходуемого топлива по времени, можно определить продолжительность работы газогенератора на присутствующем торфе в рабочем объеме. В нашем случае продолжительность работы составляет 3,23 часа без заправки сырья.

Наиважнейшим параметром при расчете газогенератора является определение высоты зоны газификации [3]. Чтобы получить значение этого параметра, следует узнать площадь зоны газификации и этот параметр прямо пропорционально зависит от интенсивности процесса газификации. Интенсивность процесса влияет на дальнейший расчет других параметров.

Интенсивность процесса в различных источниках приведена по-разному, в зависимости от вида исходного материала. Для расчета интенсивность процесса была принята 180 кг/(м2×ч). Площадь зоны газификации рассчитается по формуле:

(2)

где F — площадь зоны газификации, м2; G — часовый расход торфа, кг/ч; R — интенсивность процесса газификации, кг/(м2×час).

Как показано на рисунке 2, зона Б является зоной прямого процесса газификации и соотношение высоты зоны А к зоне Б колеблется 1,25-1,5. Для расчета это соотношение было принято, как среднее значение 1,375.

Количество и состав требуемого входящего окислительного дутья (воздуха) влияют на получаемые показатели, значения которых оптимизируются при проведении эксперимента.

В первоначальном расчете в качестве окислительного газа был принят воздух, недостатком которого является наличие азота в его составе. Как известно, азот не участвует в происходящих реакциях процесса газификации. Этим объясняется целесообразность удаления азота в входящем окислительном дутье.

С другой стороны, присутствующий азот в процессе только нагревается и, в конечном этапе, выходит из газогенератора, занимая значительную долю генераторного газа.

Процентная доля азота в получаемом газе составляет 45-55 % [5, 4, 1, 7]. В нашем случае количество требуемого воздуха определяется формулой:

(3)

где V — расход подаваемого дутья (воздуха), м3/час; L — удельное количество окислительного дутья для газификации торфа, м3/кг; G — расход топлива, кг/час.

По результатам расчета требуется 6,28 м3 воздуха, из которого приблизительно 5 м3 занимает азот.

Удаление азота позволит сохранить энергию на обогрев присутствующего азота.

Данная работа сконцентрирована на конструктивном решении проблем оптимизации процесса газификации торфа.

Вопрос о том, как подавать воздух в газогенератор, и его равномерность по сечению является важной задачей конструктивной оптимизации при проектировании газогенератора. Объем подаваемого воздуха составит 6,25 м3, чтобы газифицировать 5,71 кг торфа в час. Эти данные позволят определить характеристики фурм, их количество и компоновки.

По рекомендациям число фурм подаваемого воздуха не должно быть менее 5 по сечению и скорость подачи должна создавать условия для равномерного протекания воздуха в зоне газификации [4]. Исходя из этого, число фурм установилось 8 под углом 36°, расположенных по окружности. Диаметром каждой фурмы, в зависимости от их числа и скорости подачи подаваемого дутья определяется формулой:

(4)

где dф – диаметр фурм; V — расход подаваемого дутья, м3/ч; m — число фурм;

— скорость подачи дутья, м/с.

Расчет двухфазового процесса газификации производится на основе обращенного процесса газификации.

Высота активной зоны зависит от множества факторов, в том числе интенсивность процесса газификации. С уменьшением высоты активной зоны выработанное тепло не полностью используется для восстановления СО2 и разложения Н2О, что выводится тепловой энергии из газогенератора. При увеличении высоты активной зоны на 2 раза, теплотворность газа улучшится на 18 %, [2] с другой стороны, при создании дополнительной активной зоны (зона Б) одновременно увеличится температура в зоне восстановления, не изменяя интенсивность процесса. Отбор газа осуществляется в средине двух активных зон, тем самым температура выходящего газа значительно повысится.

Оптимизированный газогенератор на основе комбинирования прямого и обращенного способа газификации позволит получить бессмольный генераторный газ. Зола, образовавшаяся в результате протекания процесса, собирается в зольнике, откуда ее можно удалить во время работы газогенератора. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно.

Шкаровский А. Л., д.т.н., профессор кафедры ТГВ, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург;

Гримитлин А. М., д.т.н., профессор кафедры ТГВ, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург.

источник