CC BY
67
обучения / В.И. Звонников, М.Б. Челышкова. М: Издательский центр «Академия», 2007. - 224 с.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Ю.Н. Шалимов, главный технолог отдела, д.т.н., профессор,
ОАО «НКТБ «Феррит», г. Воронеж В.И. Федянин, декан факультета, д.т.н., профессор, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
С.А. Соколов, директор, д.т.н., НПП «Диодосвет»
Использование для переработки отходов газогенераторов обращенного типа наиболее предпочтительно в силу следующих причин: во-первых, КПД для этих генераторов составляет около 40 %, что значительно превосходит показатели существующих систем котлов прямого сжигания топлива; во-вторых, продукты газификации при использовании их в качестве топлива не образуют токсичных соединений.
Попытки использовать для получения тепловой энергии установок кустарного производства, использующих в качестве топлива отработанные масла, могут привести не только к созданию пожароопасной обстановки, но и к значительному ухудшению экологической обстановки в регионе.
В наших разработках используется система комбинированного использования для параллельной работы генераторов от 50 кВт тепловой мощности до 300 кВт. Такая система генераторов способна обеспечить тепловой энергией широкий спектр потребителей с возможностью вывода в ремонт любого из генераторов общей системы.
На современном этапе развития экономики альтернативная энергетика занимает одно из важнейших направлений в сфере производства. Это связано с особенностями концентрации отдельных видов производств в регионах России. В частности, главные регионы по разработке и добыче углеводородов, в большинстве случаев, испытывают дефицит в потреблении тепловой и электрической энергии. Строительство крупных энергетических комплексов в этих регионах нецелесообразно.
Поэтому, одними основных направлений развития альтернативной энергетики следует считать создание мобильных энергоустановок по производству тепловой и электрической энергии, использующих для этого местные топливные ресурсы, в частности - попутные газы, отходы (розлива) нефтепродуктов. Для этой цели можно использовать газогенераторные установки, отдельные типы и конструктивные элементы которых разработаны нами. Общий вид газогенератора показан на рисунке 1.
Поскольку, процесс газогенерации представляет собой сложный цикл последовательных преобразований топлива из твердой фазы, то исходный
компонент (твердое топливо) должен удовлетворять ряду требований, а именно:
- сохранять форму (геометрию образца) в течение времени хранения;
- быть устойчивым к самовоспламенению;
обеспечивать экологическую безопасность при эксплуатации.
Зона предварительного нагрева Рабочая зона генератора, зона генерации топлива (фурма)
Рис. 1. Общий вид газогенератора обращенного типа
Нами разработана технология производства топлива высокой теплотворной способности на основе отходов деревообрабатывающей промышленности, включающей, в качестве дополнительного компонента, продукты переработки отходов очистных сооружений предприятий мясопереработки (жиры и белковые соединения). Полученный таким образом субстрат прессуется в пилеты, общий вид которых представлен на рисунке 2.
«И
Рис. 2. Общий вид образца топлива для газогенераторов
Такое решение проблемы утилизации отходов производства деревообработки и сточных вод мясокомбинатов позволяет завершить цикл переработки без захоронения, и, таким образом, исключить фактор воздействия на ухудшение экологической обстановки в регионе.
В процессе газификации твердого топлива ан выходе из газогенератора образуется смесь газов СО, СН4, Н2 (окись углерода, метан, водород). Поэтому нами были проведены исследования по разработке конструкции и материала для изготовления фурменного узла газогенератора. Главной задачей
исследования было определение состава материала с целью повышения его жаростойкости, а так же с целью повышения процентного содержания водород в общем объеме генерируемого газа.
В конечном итоге, задача была решена путем выбора нового материала на основе металлокерамики для изготовления фурменного пояса газогенератора.
В состав металлокерамического фурменного пояса включены компоненты каталитического типа, позволяющие повысить процентное содержание водорода в составе генерируемого газа.
Отличительной особенностью разработанных нами газогенераторов является использование ЭХП (электрохимических преобразований) в качестве элемента цепи обратной связи.
При этом на электродах электрохимического преобразователя протекают следующие реакции:
КАТОД:
Н3О+ - Н2О ^ Н+
Н+ + е ^ Н0
Н0 + Ме0 ^ МеН
АНОД:
2 Н2О - 4 е ^ О2 + 4Н+
Наличие системы ЭХП в звене обратной связи позволяет осуществить надежную работу газогенерации при нештатной ситуации, возникающей в тепловой системе, например, зависание топлива или других изменений в тепловом процессе.
Одним из важнейших направлений развития альтернативной энергетики следует считать разработку новых технологий завершенного цикла. Такие технологии должны исключить получение продуктов переработки, требующих захоронения.
На рисунке 3 представлены основные элементы энергетического комплекса с завершенным технологическим циклом.
Рис. 3. Схема перспективного комплекса
В состав энергоустановки входят системы газогенерации, системы отбора тепла с бойлерными установками, система охлаждения на базе градирен (1), отопительные системы для тепличного комплекса (2) и жилых помещений (3).
При значительных объемах переработки отходов животноводства и растениеводства возможно создание производства по получению синтезированного биотоплива. Для этих целей необходимо предусмотреть технологию гидрирования топлива. Узел гидрирования представлен на рисунке 4.
.....- IIШ I, \\\
Рис. 4. Узел гидрирования топлива 1 - установка пиролиза, 2 - реактор гидрирования, 3 - водородный генератор с блоком катализа, 4 - блок ректификации, 5 - накопители конечных продуктов переработки
Разработан вариант мобильной установки контейнерного типа для переработки отходов растениеводства и животноводства на территориях, удаленных от населенных пунктов. Общий вид мобильной установки представлен на рисунке 5
Рис. 5. Общий вид мобильной пиролизной установки
Установка включает в себя следующие блоки:
1- контейнер комплексной подготовки отходов;
2- пиролизный реактор;
3- дизель-электрическая станция;
4- трансформаторная подстанция.
Количество персонала для обслуживания - 5 человек.
В зависимости от состава перерабатываемых отходов изменяются тип и конструкция технологических узлов.
В заключении следует сделать весьма важный вывод о том, что для обеспечения эффективного процесса производства энергии следует использовать технологии утилизации всех типов отходов промышленного и сельскохозяйственного производства, процесс которых протекает по замкнутому циклу. Следует также указать, что в конечном итоге необходимо использовать только те технологии, которые исключают ухудшение экологической обстановки в регионе [1].
Список использованной литературы
1. Шалимов Ю.Н., Соколов С.А., Лутовац М., Макаров П.Н. Об использовании водородных систем для энергообеспечения оборудования летательных аппаратов и стационарных энергоустановок: 3rd International Conference «New Functional Materials and High Technology» NFMaHT-15, 29-30 June 2015, Tivat, Montenegro, p. 1-6.
