Статьи, публикации

Чувашев В.Н. – зав. Отделом ФГБУ «Подольская МИС», Ипатов С.Ф. – инженер

Сегодня, в условиях безудержного роста цен на электроэнергию, уголь, мазут все более пристальное внимание специалистов привлекают так называемые - возобновляемые источники энергии. Древесно-растительная масса (биомасса), является наиболее перспективным из таких источников. Получение энергии из биомассы (древесины, древесных отходов, соломы, сельскохозяйственных отходов) является динамично развивающейся отраслью во многих странах мира. Этому способствуют следующие свойства биомассы как топлива: большой потенциал и возобновляемый характер, надежность систем энергоснабжения на основе биомассы, значительное снижение выбросов CO2 в атмосферу, значительный вклад в решение экологических проблем за счет использования отходов, низкая стоимость этого вида топлива.

В зависимости от вида применяемого топлива себестоимость 1 Гкал тепла существенно различается.

Себестоимость 1 Гкал тепла производимого на различных видах топлива

Таблица 1

Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод, что горючие отходы собственных производств при использовании газогенераторных установок являются наиболее альтернативным вариантом получения тепловой энергии.

В последнее десятилетие ФГБУ «Подольская МИС» проводит испытания газогенераторных установок различных типов. Принципиальная схема газогенератора представлена на рисунке 1.

По данным Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии отмечено: характерной особенностью газогенераторов в комплекте с теплогенератором или паровым котлом является то, что полученный горючий газ не охлаждается, а поступает в жаровую трубу, сохраняя при этом физическое тепло и образуя факел горения с температурой 1200°С, который контактирует с котлом или воздушным теплообменником, что позволяет проводить процесс с минимальной потерей тепла. Общий суммарный коэффициент избытка воздуха составляет 1,4 … 1,6, КПД газогенератора без котла 90-93%, с котлом или теплообменником 81-85%.

Одно из перспективных направлений развития теплотехнического оборудования по переработке биомассы связано с совершенствованием конструкции газогенераторов обращенного (параллельно-точного) процесса газификации, в которых осуществляется превращение биомассы в генераторный газ с высшей теплотой сгорания порядка 4,2 МДж/нм3, и созданием на их базе отопительных систем различного назначения. Основным достоинством газогенераторов является то, что принцип их работы позволяет эффективно использовать в качестве топлива практически любое органическое сырье и обеспечивает возможность их долговременной работы в автоматическом режиме при широком диапазоне регулирования параметров процесса (расход и температура получаемого газа и др.).

На основе подобной конструкции ЗАО «Импет» (г. Минск) серийно выпускает типовой ряд газогенераторов ГГ-30, ГГ-60, ГГ-100, ГГ-200 (в России под маркой ТИ, рисунок 2) с максимальной тепловой мощностью от 30 до 200 кВт. Такие модели газогенераторов могут применяться наряду с водогрейными, паровыми котлами и теплогенераторами.

Важной особенностью газогенераторов является их "всеядность". В них может использоваться топливо практически любой "сортности". Так газогенераторы работают на измельченной древесине любых пород и любого качества (с корой, хвоей, подгнившая и т. п.). Существенную роль играет только влажность. Возможно применение топлива влажностью до 45...50%. Для наиболее эффективной работы и обеспечения максимального срока службы агрегата рекомендуется применять топливо с влажностью не выше 35%. Технически не составляет труда подсушивать влажное топливо частью тепла, вырабатываемого теплогенератором.

Газогенератор устанавливается так, чтобы его труба горения состыковывалась с топкой котла или теплообменника. Запуск газогенератора производится путём загрузки и розжига на колосниковой решётке растопочного материала (как в обычной печи). Затем в бункер загружается основное топливо, которое постепенно поступает в зону реакции газообразования.

Газ, вырабатываемый в камере газообразования, поступает в трубу горения (Рисунок 1), куда подаётся и дополнительный "вторичный" воздух, смесь возгорается и в виде факела подаётся в топку агрегата, совместно с которым работает газогенератор. Регулирование процесса осуществляется изменением подачи "первичного" и "вторичного" воздуха, а также изменением степени разряжения в агрегате.

Технические данные различных газогенераторных установок представлены в следующей таблице.

Основные технические данные газогенераторных установок при сжигании древесных отходов (опилки, щепа)

Таблица 2

Теплогенераторы ТИ-100 и ТИ-200 (Рисунок 2) и паровой котел КП-100 (Рисунок 5) с применением газогенератров ГГ-100 построены по классической схеме без загрузочных устройств. В качестве недостатка следует отметить зависание топлива в бункере, поэтому периодически требуется встряхивание бункера путем удара по стенке.

Теплогенераторы и водогреющие установки типа УТПУ Ковровской фирмы «ГЕОРГИЙ» (Рисунки 3 и 4) имеют автоматические загрузочные устройства, что значительно упрощает работу операторов.

Газогенератор ГГУ-190 конструкции ФГБНУ «ВИЭСХ», г. Москва, имеет существенные отличия от привычной схемы.

Установка ГГУ-190 является стационарным газогенератором обращённого процесса газификации (рисунки 6 и 7). В газогенератор этого типа воздух подаётся в среднюю часть слоя топлива, а образующие газы выходят снизу. Таким образом, активная часть горения занимает нижнюю часть газогенератора – от места подвода воздуха до колосниковой решётки, ниже которой расположен зольник с газоотводными трубками.

Данный газогенератор разработан для применения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), поэтому в конструкцию включены: охладитель, влагоотделитель и фильтры. Применение газогенераторов данного типа совместно с ДВС позволяет создать силовые установки и для производства электроэнергии, что очень важно для фермерских хозяйств при отсутствии централизованного тепло- и электроснабжения.

В заключение следует отметить существенный экономический эффект от использования отходов деревообработки в качестве топлива. Расчеты, проведенные на основе таблицы 1 для агрегата мощностью 1 МВт, показывают годовой экономический эффект до 11 миллионов рублей за отопительный период в условиях средней климатической зоны России.

Рисунок 1. Принципиальная схема газогенератора

Рисунок 2. Общий вид теплогенератора ТИ-100

Рисунок 3. Теплогенератор УТПУ-150 (г. Ковров)

Рисунок 4. Газогенераторная отопительная установка УТПУ-2500В (г. Ковров)

Рисунок 5. Общий вид парового котла КП-100 с газогенератором ГГ-100

img src="/images/GGY190.jpg" />

Рисунок 6. Газогенераторная установка ГГУ-190 разработки ФАНО «ВИЭСХ», г. Москва

Рисунок 7. Газогенератор ГГУ-190 в работе