ЗАМЕЩЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ГЕНЕРАТОРНЫМ ГАЗОМ ИЗ ТВЕРДЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА

Модельный ряд газификаторов непрерывного действия (далее по тексту ГНД) с использованием в виде основного топлива угли марки антрацит, фракцией 4-60 мм и топливные брикеты из углей марки Т. Модельный ряд отличается по диаметрам реактора: 1,2 м; 1,6м; 2,4 м.

Модельный ряд газификаторов периодического действия (далее по тексту ГПД) с использованием в виде основного топлива бурого угля, лигнита, пеллет и гранул из отходов древесины, шелухи подсолнечника, щепы и целого ряда других видов топлива в том числе отходов сельского хозяйства (биогаз из куриного, птичьего помета - газификатор биомассы) и ТБО. Модельный ряд отличается по диаметрам реактора: от 0,3… 3,0 м.

Сотрудниками нашего предприятия в течение 2-х лет изучался опыт, технологии получения генераторного газа и виды оборудования на предприятиях в России, Казахстане, Китае и Чехии.

Приобреталось и испытывалось оборудование разных производителей. Главный недостаток, который объединяет все виды оборудования, исследованного нашими специалистами - это неспособность работать на Украинских видах топлива. Яркий пример тому тот факт, что работу на антраците специалисты целого ряда НИИ и производителей оборудования газификации топлива считают либо не возможной, либо экономически не выгодной. Наш опыт говорит о том, что это заблуждение.

Мы рассматриваем любые схемы сотрудничества и готовы к экспериментам, как и в случае если ваше предприятие не желает заниматься производством генераторного газа и нести расходы, связанные с реконструкцией, но не возражает, с определенными гарантиями, приобретать энергоноситель, полученный предприятием-донором на одной с вами или смежной территории на 5-15% ниже стоимости НКРЕ для вашего региона. 

СУТЬ ПРЕДЛАГАЕМЫХ РЕШЕНИЙ

Газификация твердого топлива - это его высокотемпературное (1200-1500 К) превращение в газообразные вещества (СО, Н2, СН4, СО2, Н2О) при взаимодействии с кислородом (воздухом) и водяным паром с недостатком окислителя. Состав и калорийность газа варьируется в зависимости от вида твердого топлива и характеристик окислителя.

Калорийность генераторного газа, получаемого при использовании воздушного дутья, составляет 1000 - 1600 ккал/м3, а при обогащении дутья кислородом может достигать 2600 ккал/м3. Состав и характеристики получаемого газа отличаются от природного, поэтому при переходе на использование нового вида топлива необходимо заменить горелочные устройства.

Лучшим решением является использование горелок, обеспечивающих возможность работы как на генераторном, так и на природном газе.

Газогенератор периодического действия (далее по тексту ГПД).

 

КОМПЛЕКС ЗАМЕЩЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ГЕНЕРАТОРНЫМ ИЗ УГЛЯ АНТРАЦИТ

 

 

 

Схема комплекса ГНД производства (синтез) генераторного газа из угля (газификатор угля).

*Стрелкой указано направление подачи газа потребителю.

  1. Газогенератор угольный непрерывного типа
  2. Газопровод подачи генераторного газа
  3. Колонна газовой очистки
  4. Циклон-сепаратор
  5. Бассейн аэрации
  6. Гидрозатворы системы обеспечения безопасности
  7. Линия загрузки топлива стандартная
  8. Вентилятор подачи воздуха в газогенератор
  9. Вентилятор системы аэрации
  10. Насос подачи воды в колонну газовой очистки
  11. Фильтр водяной.

Уголь (антрацит) подается в генератор (1) для последующей газификации с применением паровоздушного дутья. Полученный газ с температурой 220…350°С (в зависимости от нагрузки и режима эксплуатации) подается через газопровод подачи генераторного газа (2) для дальнейшей очистки в колонну газовой очистки (3), где промывается слабым водным раствором абсорбента, приготовленного на основе аминоуксусной кислоты и сульфата железа. В колонне очистки газ промывается от твердых частиц, смол и сероводорода. Сероводород растворяется в воде и частично разлагается под воздействием абсорбента с получением молекулярной серы. Вода после колонны газовой очистки подается в бассейн аэрации (5). В бассейне аэрации чрез воду продувается воздух, подаваемый вентилятором аэрации (9). Продувка обеспечивает разложение оставшегося растворенным в воде сероводорода с получением серы.

При аэрации происходит также:

  • Восстановление абсорбента,
  • Охлаждение воды,
  • Насыщение воды кислородом для дальнейшего использования в колонне газовой очистки.

В комплексе организован отбор воздуха из пространства бассейна аэрации с подачей его вентилятором (8) в газогенератор для производства генераторного газа. Такой подход позволяет использовать нагретый и увлажненный при аэрации воздух, что повышает КПД комплекса и обеспечить его высокие экологические показатели.

Вода из бассейна аэрации подается в колонну газовой очистки насосом (10). Очистка воды от нерастворимых частиц осуществляется за счет использования фильтров (11) и осаждения твердых остатков в бассейне.

Использование в качестве топлива антрацита с низким содержанием водорода обеспечивает малые концентрации смол в полученном газе, а промывка и охлаждение его в комплексе очистки подготавливает газ для дальнейшего использования. Выходным элементом комплекса является циклон (4), в котором газ отделяется от капельной жидкости, выносимой из колонны газовой очистки с газовым потоком. Давление газа на выходе из комплекса 4 кПа обеспечивается за счет вентилятора подачи воздуха (8) и вентилятора колонны газовой очистки. Температура газа на выходе из комплекса +40°С, обеспечивает возможность его использования как для производства электрической энергии в поршневых машинах, так и для замещения природного газа в различных теплотехнических агрегатах - котлах, печах, сушилах. 

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Газогенератор ГПД разработан для газификации высокореакционных топлив.  Используемая технология - обращенный процесс газификации. Применение обращенного процесса позволяет получить газ с минимальным содержанием смол (около 0,1 г/м3), что облегчает его очистку и использование в технологических процессах.

Технология газификации использована при переработке биотоплива и отходов с высоким содержанием летучих.

Работа генератора понятна из принципиальной схемы агрегата, которая представлена на рис.1.

Рисунок 1. Принципиальная схема газогенератора периодического действия

 

- слой запаса топлива

 

- слой разогрева, окисления и восстановления

 

- слой коксо-зольного остатка

- направление движения газа

 

Генератор заполняется топливом. Верхний слой топлива разогревается за счет электрического нагрева до температуры самовоспламенения. Затем в генератор снизу подается воздух. В результате реакционный слой разогревается и начинается процесс газификации. В ходе работы генератора реагирующий слой перемещается вниз, а над ним образуется слой коксо-зольного остатка, в котором происходит дополнительная очистка газа.

Организация работы генератора с низкими скоростями движения газов во внутреннем пространстве обеспечивает длительное время пребывания продуктов газификации в зоне высоких температур и малый вынос зольных частиц.

Время работы генератора на одной загрузке при использовании подготовленных топлив -  не менее 9 часов.

При завершении процесса подача воздуха прекращается, генератор охлаждается, производится выгрузка коксо-зольного остатка и рабочий цикл повторяется.

Эксплуатация комплекса установленной мощностью 2 МВт по генераторному газу (рис.2) подтвердила надежность оборудования и его высокие экономические показатели. Автоматическая система контроля позволяет отслеживать все важные события при работе комплекса, оперативно управлять технологическим процессом и сохранять значения важных параметров (рис.3.). Данный комплекс состоит из трех однотипных газогенераторов, попеременная работа которых обеспечивает эксплуатацию остального оборудования комплекса в непрерывном режиме.

Полученный газ подвергается охлаждению, очистке и может быть использован в энергетических агрегатах. При этом экологические показатели при его использовании соответствуют эмиссии загрязняющих веществ при работе энергетических агрегатов на природном газе. 

Уникальны энергетические показатели газогенератора.

Если тепловую энергию топлива, загруженного в газогенератор принять за 100%, то при газификации она распределится следующим образом:

  • 75% - будет получено в виде генераторного газа с теплотой сгорания, при воздушном дутье, от 1250 до 1550 ккал/м3;
  • 10% - будет преобразовано в тепловую энергию в виде горячей воды в рубашке охлаждения комплекса;
  • 10…12% - будет получено в виде энергетического ресурса коксового остатка исходного топлива.

При этом уникальным является то, что удельные энергетические показатели коксового остатка превышают аналогичные характеристики исходного топлива (см. сертификаты остатка газификации – рис.4, 5);

  • 3…5% - потери в окружающую среду. 

Описание: IMAG1365.jpg

Рисунок 2. Действующий комплекс газификации биосырья мощностью 2 МВт.

Рисунок 3. Мнемосхема комплекса производства и использования генераторного газа.

 

Рисунок 4. Коксовый остаток газификации древесных пеллет

 

Рисунок 5. Коксовый остаток газификации пеллет из шелухи подсолнечника

 

Таким образом, при использовании всех ресурсов, образующихся при работе газогенераторов серии ГПД эффективность комплекса, использующего генераторный газ, ни в чем не уступает его показателям при работе на природном газе. 

Газогенераторы ГПД - агрегаты периодического действия, в которых реализован обращенный процесс газификации, обеспечивающий выработку генераторного газа с минимально возможной для процесса газогенерации содержанием смол в газе – не более 0,1 г/м3. 

Отсутствие вращающихся и движущихся частей в газификаторе делает его работу чрезвычайно надежной, а водяная система охлаждения обеспечивает длительный ресурс эксплуатации, установленный для основного типоряда газогенераторов, сроком от пяти до десяти лет. 

ВАЖНО: Экологические показатели оборудования при переводе с использования природного газа на сжигание газа, полученного из твердого топлива, не ухудшаются. Горелочные устройства, эксплуатирующиеся на генераторном газе, обеспечивают выполнение экологических нормативов, применяемых для установок, использующих природный газ. 

Горючий газ пригоден как для энергетического использования (сжигание для генерации электрической и (или) тепловой энергии), так и в качестве энергоносителя для различных технологических процессов, например, обжиг кирпича и т.п. или сырья для синтеза различных углеводородов и аммиака. 

Суть эффекта "обратной тепловой волны" заключается в том, что в слое топлива при определенных режимах подачи дутья фронт горения может смещаться не только по ходу дутья, но и против потока. В традиционных газификаторах, а равно и в слоевых топках, фронт горения смещается по ходу дутья. Зона пиролиза в этом случае расположена за зоной горения, поэтому продукты терморазложения загрязняют газ. Сажа, смолистые вещества, канцерогены, фенолы и другие токсичные вещества, поступающие в атмосферу – это продукты термолиза органической массы топлива. Когда же фронт горения смещается навстречу дутью, зона пиролиза находится перед зоной горения. Соответственно, продукты пиролиза попадают в зону горения и подвергаются "огневому обезвреживанию", т.е. полностью расщепляются до СО, H2, CO2 и H2O. Именно этим эффектом обусловлена экологическая безопасность технологии. 

В газификаторах ГПД все органические соединения расщепляются и газифицируются внутри аппарата, и газ не содержит смолистых веществ. Вследствие низкой скорости фильтрации нет выноса твердых частиц из слоя, так как аппарат работает как зернистый фильтр. Горючий газ можно использовать без предварительной очистки.

В отличие от традиционного сжигания твердых видов топлива нет эмиссии исключительно вредных полиароматических углеводородов, в т.ч. бензапирена, оказывающего очень сильное канцерогенное и мутагенное действие.

В технологии не используется вода и не производится конденсация продуктов термического разложения, следовательно, отсутствуют технологические сточные воды. Фусы, подсмольные воды, фенолы и прочие вредные примеси в процессе не образуются. 

Газогенераторы ГПД - установки периодического действия, поэтому для обеспечения непрерывной подачи генераторного газа рекомендуемое количество газогенераторов – не менее 3-х. В случае, когда газ используется периодически, устанавливается один генератор, длительность работы которого рассчитывается из потребностей производства.

Газогенераторы ГПД изготавливаются под индивидуальные запросы заказчика, учитывающие мощность установки, вид топлива и периодичность загрузки.

В результате работы комплекса:

  • происходит преобразование твердого топлива в генераторный газ с образованием коксо-зольного остатка. При работе на высококачественном низкозольном топливе (биомасса, пеллеты и брикеты из биомассы) образуется остаток аналогичный древесному углю с зольностью от 10 до 30%;
  • вырабатывается тепловая энергия в виде горячей воды. Мощность газогенераторов как источника тепловой энергии – 10% от установленной мощности комплекса по произведенному газу. 

Полученный в качестве зольного остатка продукт, в большинстве случаев в зависимости от вида твердого топлива, имеет более высокую стоимость чем исходное топливо и может классифицироваться, в каждом конкретном случае, как полукокс, активированный уголь, бездымное топливо, коагулянт и пр. 

Данная технология безотходна и может быть применена для утилизации подготовленных глеродсодержащих отходов. 

Широкие пределы изменения состава газа и его теплоты сгорания определяются свойствами твердых топлив, используемых для газификации. На номинальном режиме показатели соответствуют верхним значениям, в стартовом режиме и на малых расходах (менее 50% от номинального режима) – нижним значениям. 

Цифровые данные в маркировке обозначают диаметр и высоту реактора газификатора. Технические характеристики газогенераторов серии ГПД представлены в таблицах 2. 

 

Наши контакты

Адрес

03057 г. Киев ул. А.Довженко д. 12 А

E-mail

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Телефон

+38 (044) 374-52-32

 

Быстрая заявка