Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Древесина, торф, уголь - полноценная и быстроокупаемая замена бензина, дизтоплива, природного газ

Международная научно- практическая конференция « Малая энергетика-2005»

Немков В.В. (ООО «Эконефтегаз»)

Существующие в природе большие ресурсы угля, древесины, торфа, более полувека назад широко использовались в нашей стране вместо привычных в настоящее время природного газа, бензина, дизельного топлива. В стране производились и эксплуатировались сотни тысяч больших и малых газогенераторов, которые использовались для производства генераторного газа (СО+Н2+СН4+инертные газы). Генераторный газ после очистки от примесей использовался в качестве топлива автомобильных, тракторных, тепловозных и судовых двигателей, двигателей газопоршневых теплоэлектоагрегатов и для крупных промышленных производств.

С открытием больших запасов нефти и газа и началом их добычи, кажущаяся дешевизна и простота применения природного газа, бензина, дизельного топлива, мазута обеспечили условия для забвения процесса газификации и в целом всего направления.

Запасы нефти и газа оказываются не безграничными, начинается дефицит газа, рост цен с вытекающими из этого последствиями.

Передача нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности в частные руки и отсутствие регулирования цен на топливо вызвало неуправляемый рост цен на бензин, дизельное топливо, электрическую энергию, газ, который сказывается в первую очередь на сельском хозяйстве, транспорте и вообще на всех видах производства.

Одним из путей выхода из существующего положения является освоение нового (давно забытого старого) способа получения энергии - газификации твёрдых видов топлива - древесины, торфа, угля, имеющихся практически повсеместно.

Газификация - процесс со сложным комплексом химических реакций, основными из которых являются следующие:

С + О2 СО2

2С + О2 2СО

С + СО2 2СО

С + Н2О СО + Н2

С + 2 Н2 СН4

2 СО + О2 2 Н2О

222О

СО + Н2О СО2 + Н2

СО + 3Н2 СН + Н2О

Целевыми компонентами в этой смеси являются СО, Н2 и СН Усреднённый состав генераторного газа следующий:

Горючие газы (%):

– оксид углерода - угарный газ СО - 26,0

– водород (Н2О) - 15,0

– метан (СН4)- 0,32

Инертные газы (% об.):

– азот(N2)- 51,0

– двуокись углерода (СО2) - 7,56

Примеси:

– пары воды (Н2О)

– смолы

– механические примеси

Большие объёмы заготовок и переработки леса сопряжены с получением больших количеств отходов древесины, которые могут стать практически подготовленным топливом для газогенераторов. Использование древесных отходов не только очищает природу от загрязнений, но и снижает или полностью исключает затраты на покупку электроэнергии предприятиями, посёлками, городами, делают их независимыми от ненадёжного внешнего энерго- и газоснабжения.

Практически не используются запасы торфа и местные ресурсы углей, которые могут и должны стать доступной заменой удобных, но дорогих ввозимых бензина, солярки.

В настоящей статье представлены наши результаты по модернизации современных дизельных двигателей для работы на газовом топливе, в том числе и на генераторном газе, а также возможности самого генераторного производства.

Дизельные двигатели имеют широкое применение в производстве автомобилей, тракторов, автономных электростанций. Перевод широкого ассортимента дизелей на газовое топливо решает сразу много вопросов и в первую очередь экономические. Потребители бензина, ДТ, природного газа могут перейти на местные, гораздо более дешёвые виды топлива, это развязывает им руки, снижает зависимость от деятельности энергетических монополий.

Другие решаемые проблемы:

Экологические современные крупные заготовки и переработка древесины вызывают концентрацию отходов производства в определённых местах, вызывая негативное воздействие на почву, почвенные воды, атмосферу. Использование отходов для производства электрической и тепловой энергии - крупномасштабное экологическое мероприятие, способствующее выполнению Киотского соглашения.

Ресурсосбережение. По имеющейся информации количество отходов, образующихся при глубокой переработке древесины достигает 30-35%, это означает исключение из топливного баланса страны многих миллионов тонн топлива. Данная ситуация аналогична положению в добыче нефти и газа, когда многие миллиарды углеводородных газов низкого давления выбрасываются для сжигания на факелах.

Социальные. Для производства дополнительно необходимых двигателей, электрических генераторов, газогенераторов, энергетических установок различной мощности и их обслуживания необходимы люди для постоянной работы. Развитие данного направления позволит развивать малые производства в любых отдалённых от ЛЭП и газопроводов районах.

Районы центральной Сибири, Дальнего Востока не имеют ни достаточной электрификации, ни газа. Автономная и дешёвая энергетика в этих районах - реальное дело и требующая государственного вмешательства.

Роль нашей организации в данном конкретном случае свелась к:

  1. Адаптации ранее применявшихся процессов генерации газа на базе твёрдых топлив под современные требования современных двигателей. Ранее изготавливались газогенераторы для двигателей мощностью 20-40 кВт и этого было достаточно. В настоящее время мощность современных дизелей на порядок выше и для них нужны другие газогенераторы - высокопроизводительные, компактные, не дорогие, простые.
  2. Модернизации современных двигателей - многоцилиндровых, с турбонаддувом, гораздо более мощных, сконструированных для гостированного качественного топлива для работы на генераторном газе, качество которого может «плавать».

Задача заключается в разработке и изготовлении более совершенных и не дорогих газогенераторов с максимально качественным и стабильным по составу генераторным газом и адаптации современных двигателей к новому очень специфическому топливу -генераторному газу.

Созданием и эксплуатацией энергетической установки электрической мощностью 30 кВт нами показано, что возможность создания газовых поршневых двигателей на генераторном газе для автомобилей, тракторов, тепловозов, речных судов и электростанций имеется. Нужна реальная работа.

Энергетические установки на генераторном газе

Предлагаемые энергетические установки (ЭУ) имеют типовой набор аппаратов и процессов, аналогичный производимым в других странах, но являются максимально приспособленными к российским условиям, наиболее простыми и дешёвыми. Принципиальная схема ЭУ представлена на нижеследующем рисунке.

Энергетические установки включают в себя следующие основные узлы:

1. Измельчение древесины.

Для придания древесине однородности, древесные отходы подвергаются рубке на рубильной машине, например РМ-2 ОАО «Жуковский завод технологического оборудования». Получаемая щепа имеет в длину 16-22 мм и толщину 5 мм. Производительность машины - 2,5 м3/час. К получаемой щепе допускается добавление до 15% опилок. Ситуация в машиностроении такова, что рубильные машины могут быть изготовлены на любую необходимую производительность.

2. Сушка щепы. (поз. 1 фото 1)

Сушка щепы производится в бункере с ворошителем потоком тёплого воздуха от вентилятора охлаждения газопоршневого двигателя, радиатора охлаждения генераторного газа, в который направляются выхлопные газы этого же двигателя. Бункер располагается в торце газопоршневого двигателя со стороны радиатора с целью максимального использования потенциала потока тёплого воздуха от вентилятора двигателя.

3. Газогенератор. (поз. 2 фото 1 и поз. 1 фото 2)

Газогенератор представляет собой вертикальный, полый цилиндрический или прямоугольного сечения аппарат, условно разделённый на следующие зоны:

3.1. Бункер для загрузки и хранения щепы и подачи её в зону горения. Периодически в бункер загружается вручную или механическим образом щепа. В бункере производится сушка щепы и испарение летучих веществ.

3.2. Зона горения. В зону горения из атмосферы через фурмы подаётся воздух в дозированном количестве для обеспечения неполного сгорания древесины и максимального получения целевого продукта - окиси углерода - СО, а не двуокиси углерода - СО2. Окись углерода - СО является основным энергетическим компонентом генераторного газа. Вместе с воздухом в зону горения может подаваться водяной пар, обеспечивающий образование водорода, в зоне высокой температуры образуется частично метан и расщепляются летучие смолы.

Из зоны горения выходят генераторный газ и зола, зола падает в сборник, из которого она периодически удаляется. Горячий газ с температурой 300-500° С поступает на охлаждение.

Чем лучше ведётся процесс газификации, тем больше содержание горючих газов, тем выше эффективность всей работы энергетической установки. Особое внимание необходимо уделять подготовке топлива, а именно: - фракционному размеру; - влажности топлива и своевременной и быстрой загрузке газогенератора топливом. Подача пара в зону восстановления обеспечивает увеличение содержания водорода в генераторном газе.

Узел генерации газа представлен в составе газогенератора, сепаратора и фильтра тонкой очистки газа на фото.

1. Газогенератор

1.1. подача воздуха в зону горения

1.2. шуровка топки

1.3. отбор золы

2. сепаратор удаления капель из жидкости.

3. фильтр тонкой очистки газа.

4. Охлаждение газа. (поз. 1 фото 1)

Охлаждение генераторного газа производится с целью использования его тепла также конденсации паров воды и смол. Охлаждение генераторного газа производитс радиаторе с оребрёнными трубами и обдуваемом вентилятором газопоршнево двигателя, нагретый воздух обдува труб радиатора направляется на сушку щепы охлаждённый до 70-80° С генераторный газ направляется на сепарацию.

5. Сепарация газа

5.1. Массообменный сепаратор. (поз. 2 фото 2) Запатентованный массообменн сепаратор обеспечивает смешение неочищенного газа с размельчённой до микронно уровня дисперсности жидкостью, контакт капель жидкости с механическими смолообразными примесями и их отделение вместе с каплями жидкости центробежной секции сепаратора.

Высокая плотность орошения жидкости на поступающий газ, достигающая 2 м3/на м2 сечения и высокая дисперсность абсорбирующей жидкости обеспечива практически полное извлечение примесей из генераторного газа.

Массообменный сепаратор хорошо работает в строго определённых пределах производительности по газовому потоку. Он расчитывается и изготавливается на задаваемые условия, в других условиях он работать не будет.

5.2. Адсорбционная очистка. (поз. 3 фото 2). При необходимости генераторн газ подвергается очистке на твёрдом носителе. Твёрдый носитель или адсорбент име большую удельную поверхность и насыпается в цилиндрический полый аппарат герметично закрывается и подсоединяется к газовому потоку. Оставшиеся генераторном газе частицы смолы прилипают к поверхности адсорбента, очищен газ направляется в газовую топливную линию газопоршневого электроагрегата твёрдый адсорбент по мере потери активности (забивки смолой) меняется на свежий.

6. Газопоршневые электроагрегаты. (поз. фото 1)

Очищенный и охлаждённый генераторный газ поступает в качестве топлива в серийно выпускаемые нами газопоршневые электроагрегаты. Наши электроагрегаты изготавливаются с использованием отечественных и белорусских базовых двигателей, максимально приспособленных к реальным условиям, имеющих обеспеченную ремонтную базу и работающих на отечественных маслах. Основная масса газопоршневых двигателей будет создаваться с использованием простых, надёжных и хорошо проверенных двигателей Минского и Ярославского моторных заводов.

Ниже представленные фото ГПЭА-100 с двигателем Д-266(Г) Минского моторного завода, ГПЭА-400 с двигателем ЯМЗ-8503.10(Г) Ярославского моторного завода и ГПЭА-150 с двигателем ЯМЗ-238(Г) дают представление о технической возможности применения современной техники для производства электрической и тепловой энергии.

Технические параметры наших газопоршневых электроагрегатов представлены в таблице (Приложение 1).

Автотракторная техника на генераторном газе

Ранее, из-за дефицита бензина, автомобили и тракторы переводились на генераторный газ. В настоящее время практически все грузовые автомобили и трактора работают на дизельных двигателях, основными из которых являются ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. Но эти двигатели уже модернизированы нами для работы на газовом топливе -природном газе или сжиженном газе (пропан-бутан) и нет проблемы по переводу их на генераторный газ, по опыту прежних работ в этом направлении в СССР.

На автомобили и тракторы устанавливаются более мощные и компактные газогенераторы, оснащённые современными способами и аппаратами очистки газа вместе с модернизированными на газовое топливо современными двигателями.

Данная работа не имеет технических трудностей и может быть выполнена нами за непродолжительное время.