Газифікатор вугілля, біомаси, генераторний газ

Головна
/ Про технологію

ЗАМІЩЕННЯ СПОЖИВАННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ГЕНЕРАТОРНИМ ГАЗОМ ІЗ ТВЕРДИХ ВИДІВ ПАЛИВА

Модельний ряд газифікаторів безперервної дії (далі за текстом ГНД) з використанням у вигляді основного палива вугілля марки антрацит, фракцією 4-60 мм та паливні брикети з вугілля марки Т. Модельний ряд відрізняється за діаметрами реактора: 1,2 м; 1,6 м; 2,4м.

Модельний ряд газифікаторів періодичної дії (далі за текстом ГПД) з використанням у вигляді основного палива бурого вугілля, лігніту, пелет та гранул з відходів деревини, лушпиння соняшнику, тріски та цілого ряду інших видів палива в тому числі відходів сільського господарства (біогаз з курячого, пташиного посліду - газифікатор біомаси) та ТПВ. Модельний ряд відрізняється за діаметрами реактора: від 0,3...3,0 м-коду.

Співробітниками нашого підприємства протягом 2-х років вивчався досвід, технології отримання генераторного газу та види обладнання на підприємствах в Україні, Казахстані, Китаї та Чехії.

Купувалося та випробовувалося обладнання різних виробників. Головний недолік, який поєднує усі види обладнання, дослідженого нашими фахівцями – це нездатність працювати на українських видах палива. Яскравий приклад тому той факт, що роботу на антрациті фахівці цілого ряду НДІ та виробників обладнання газифікації палива вважають або не можливим, або економічно не вигідним. Наш досвід говорить про те, що це помилка.

Ми розглядаємо будь-які схеми співробітництва та готові до експериментів, як і у випадку, якщо ваше підприємство не бажає займатися виробництвом генераторного газу та нести витрати, пов'язані з реконструкцією, але не заперечує, з певними гарантіями, купуватиенергоносій, отриманий підприємством-донором на одній з вами або суміжній території на 5-15% нижче за вартість НКРЕ для вашого регіону.

СУТЬ ПРОПОНУЮЧИХ РІШЕНЬ

Газифікація твердого палива - це його високотемпературне (1200-1500 К) перетворення на газоподібні речовини (СО, Н 2 , СН 4 , СО 2 , Н 2 О) при взаємодії з киснем (повітрям) та водяною парою з нестачею окислювача. Склад та калорійність газу варіюється в залежності від виду твердого палива та характеристик окислювача.

Калорійність генераторного газу, одержуваного при використанні повітряного дуття, становить 1000 - 1600 ккал/м 3 а при збагаченні дуття киснем може досягати 2600 ккал/м 3 . Склад та характеристики одержуваного газу відрізняються від природного, тому при переході на використання нового виду палива необхідно замінити пальникові пристрої.

Найкращим рішенням є використання пальників, що забезпечують можливість роботи як на генераторному, так і на природному газі.

Газогенератор періодичної дії (далі за текстом ГПД).

КОМПЛЕКС ЗАМІЩЕННЯ СПОЖИВАННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ГЕНЕРАТОРНИМ ІЗ ВУГІЛЛЯ АНТРАЦИТ

Схема комплексу ГНД виробництва (синтез) генераторного газу із вугілля (газифікатор вугілля).

*Стрілкою вказано напрямок подачі газу споживачеві.

Газогенератор вугільний безперервного типу
Газопровід подачі генераторного газу
Колона газового очищення
Циклон-сепаратор
Басейн аерації
Гідрозатвори системи забезпечення безпеки
Лінія завантаження палива стандартна
Вентилятор подачі повітря у газогенератор
Вентилятор системи аерації
Насос подачі води в колону газового очищення
Фільтр водяний.

Вугілля (антрацит) подається в генератор (1) для наступної газифікації із застосуванням пароповітряного дуття. Отриманий газ з температурою 220...350°С (залежно від навантаження та режиму експлуатації) подається через газопровід подачі генераторного газу (2) для подальшого очищення в колону газового очищення (3), де промивається слабким водним розчином абсорбенту, приготованого на основі амінооцтової кислоти та сульфату заліза. У колоні очищення газ промивається від твердих частинок, смол та сірководню. Сірководень розчиняється у воді і частково розкладається під впливом абсорбенту з отриманням молекулярної сірки. Вода після колони газової очистки подається до басейну аерації (5). У басейні аерації через воду продувається повітря, що подається вентилятором аерації (9). Продування забезпечує розкладання сірководню, що залишився розчиненим у воді з отриманням сірки.

При аерації відбувається також:

Відновлення абсорбенту,
Охолодження води,
Насичення води киснем для подальшого використання у колоні газової очистки.

У комплексі організовано відбір повітря із простору басейну аерації з подачею його вентилятором (8) у газогенератор для виробництва генераторного газу. Такий підхід дозволяє використовувати нагріте та зволожене при аерації повітря, що підвищує ККД комплексу та забезпечити його високі екологічні показники.

Вода з басейну аерації подається до колони газової очистки насосом (10). Очищення води від нерозчинних частинок здійснюється за рахунок використання фільтрів (11) та осадження твердих залишків у басейні.

КОРОТКИЙ ОПИС ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРІОДИЧНОЇ ДІЇ

Робота генератора зрозуміла з принципової схеми агрегату, представленої на рис.1.

Малюнок 1. Принципова схема газогенератора періодичної дії

- шар запасу палива

- шар розігріву, окислення та відновлення

- шар коксо-зольного залишку

- Напрямок руху газу

Генератор заповнюється паливом. Верхній шар палива розігрівається за рахунок електричного нагріву до температури самозаймання. Потім генератор знизу подається повітря. В результаті реакційний шар розігрівається та починається процес газифікації. У ході роботи генератора реагує шар переміщається вниз, а над ним утворюється шар коксо-зольного залишку, в якому відбувається додаткове очищення газу.

Організація роботи генератора з низькими швидкостями руху газів у внутрішньому просторі забезпечує тривалий час перебування продуктів газифікації у зоні високих температур та малий винос зольних частинок.

Час роботи генератора однією завантаженні під час використання підготовлених палив - щонайменше 9 годин.

При завершенні процесу подача повітря припиняється, генератор охолоджується, виробляється вивантаження коксо-зольного залишку і повторюється робочий цикл.

Експлуатація комплексу встановленою потужністю 2 МВт по генераторному газу (рис.2) підтвердила надійність обладнання та його високі економічні показники. Автоматична система контролю дозволяє відстежувати всі важливі події під час роботи комплексу, оперативно керувати технологічним процесом та зберігати значення важливих параметрів (рис.3.). Цей комплекс складається з трьох однотипних газогенераторів, поперемінна робота яких забезпечує експлуатацію решти обладнання комплексу в безперервному режимі.

Отриманий газ піддається охолодженню, очищенню та може бути використаний в енергетичних агрегатах. При цьому екологічні показники прийого використання відповідають емісії забруднюючих речовин під час роботи енергетичних агрегатів на природному газі.

Унікальні енергетичні показники газогенератора.

Якщо теплову енергію палива, завантаженого в газогенератор прийняти за 100%, то при газифікації вона розподілиться так:

75% - буде отримано у вигляді генераторного газу з теплотою згоряння при повітряному дутті від 1250 до 1550 ккал/м 3 ;
10% - буде перетворено на теплову енергію у вигляді гарячої води в сорочці охолодження комплексу;
10…12% – буде отримано у вигляді енергетичного ресурсу коксового залишку вихідного палива.

У цьому унікальним і те, що питомі енергетичні показники коксового залишку перевищують аналогічні характеристики вихідного палива (див. сертифікати залишку газифікації – рис.4, 5);

3…5% - втрати у довкілля.

Малюнок 2. Діючий комплекс газифікації біосировини потужністю 2 МВт.

Малюнок 3. Мнемосхема комплексу виробництва та використання генераторного газу.

Малюнок 4. Коксовий залишок газифікації деревних пелет

Малюнок 5. Коксовий залишок газифікації пелет з лушпиння соняшника

Таким чином, при використанні всіх ресурсів, що утворюються при роботі газогенераторів серії ГПД, ефективність комплексу, що використовує генераторний газ, ні в чому не поступається його показникам при роботі на природному газі.

Відсутність обертових і рухомих частин у газифікаторі робить його роботу надзвичайно надійною, а водяна система охолодження забезпечує тривалий ресурс експлуатації, встановлений для основного типу газогенераторів, терміном відп'яти до десяти років

ВАЖЛИВО: Екологічні показники обладнання при переведенні з використання природного газу на спалювання газу, отриманого з твердого палива, не погіршуються. Пальникові пристрої, що експлуатуються на генераторному газі, забезпечують виконання екологічних нормативів, які застосовуються для установок, що використовують природний газ.

Горючий газ придатний як для енергетичного використання (спалювання для генерації електричної та (або) теплової енергії), так і як енергоносій для різних технологічних процесів, наприклад, випалення цегли і т.п. або сировини для синтезу різних вуглеводнів та аміаку.

Суть ефекту "зворотної теплової хвилі" полягає в тому, що в шарі палива за певних режимів подачі дуття фронт горіння може зміщуватися не тільки в процесі дуття, але й проти потоку. У традиційних газифікаторах, а також у шарових топках, фронт горіння зміщується по ходу дуття. Зона піролізу у разі розташована поза зоною горіння, тому продукти терморазложения забруднюють газ. Сажа, смолисті речовини, канцерогени, феноли та інші токсичні речовини, що надходять в атмосферу, – це продукти термолізу органічної маси палива. Коли фронт горіння зміщується назустріч дуттю, зона піролізу перебуває перед зоною горіння. Відповідно, продукти піролізу потрапляють у зону горіння і піддаються " вогневого знешкодження " , тобто. повністю розщеплюються до СО, H2, CO2 та H2O. Саме цим ефектом обумовлена екологічна безпека технології.

У газифікаторах ГПД усі органічні сполуки розщеплюються та газифікуються всередині апарату, і газ не містить смолистих речовин. Внаслідок низької швидкості фільтрації немає виносу твердих частинок із шару, оскільки апарат працює як зернистий фільтр. Горючий газможна використовувати без попереднього очищення.

На відміну від традиційного спалювання твердих видів палива, немає емісії виключно шкідливих поліароматичних вуглеводнів, у т.ч. бензапірену, що має дуже сильну канцерогенну та мутагенну дію.

У технології не використовується вода і не виробляється конденсація продуктів термічного розкладання, отже відсутні технологічні стічні води. Фуси, підсмольні води, феноли та інші шкідливі домішки у процесі не утворюються.

Газогенератори ГПД виготовляються під індивідуальні запити замовника, що враховують потужність установки, вид палива та періодичність завантаження.

В результаті роботи комплексу:

відбувається перетворення твердого палива на генераторний газ з утворенням коксо-зольного залишку. При роботі на високоякісному низькозольному паливі (біомаса, пелети та брикети з біомаси) утворюється залишок аналогічний деревному вугіллю із зольністю від 10 до 30%;
виробляється теплова енергія як гарячої води. Потужність газогенераторів як джерела теплової енергії – 10% від встановленої потужності комплексу з виробленого газу.

Отриманий як зольний залишок продукт, в більшості випадків залежно від виду твердого палива, має більш високу вартість ніж вихідне паливо і може класифікуватися, у кожному конкретному випадку, як напівкокс, активоване вугілля, бездимне паливо, коагулянт та ін.

Дана технологія безвідходна і може бути застосована для утилізації підготовлених відходів, що містять глерод.

Широкі межі зміни складу газу та його теплоти згоряння визначаються властивостями твердих палив, які використовуються для газифікації. На номінальному режимі показники відповідаютьверхнім значенням, у стартовому режимі та на малих витратах (менше 50% від номінального режиму) – нижнім значенням.

Цифрові дані в маркуванні позначають діаметр та висоту реактора газифікатора. Технічні характеристики газогенераторів серії ГПД представлені у таблицях 2.