CC BY
33
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
УДК 662.691.4
ПОДГОТОВКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗОВОГО ТОПЛИВА*
Суслов Денис Юрьевич
к.т.н., доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ФГБОУ ВО БГТУ им. В.Г. Шухова Россия, г. Белгород suslov1687@mail.ru Тел.: +79045341687 Седых Павел Сергеевич магистрант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ФГБОУ ВО БГТУ им. В.Г. Шухова Россия, г. Белгород
Аннотация: Рассмотрены основные способы подготовки биогаза к использованию, включающие очистку от сероводорода и паров воды. Описаны основные методы использования биогаза в качестве топлива. Установлено, что наиболее перспективным является использование биогаза в когенерационных установках для получения электрической и тепловой энергии.
Ключевые слова: биогаз, очистка, сжигание, энергия.
PREPARATION AND USE OF BIOGAS FUEL
Suslov Denis Yuryevich.
Docent Department of Gas Heating Supply and Ventilation Belgorod Shukhov State Technological University Belgorod, Russia suslov1687@mail.ru Phone: +79045341687 Sedyh Pavel Sergeevich
Student Department of Gas Heating Supply and Ventilation Belgorod Shukhov State Technological University Belgorod, Russia
Abstract: The basic methods of preparation of biogas for use, including cleaning of the hydrogen sulfide and water vapor. The main methods of the use of biogas as a fuel. It was found that the most promising is the use of biogas in cogeneration plants for electricity and heat.
Keywords: biogas, clean, burning, energy.
Получаемый в процессе анаэробной ферментации биогаз кроме горючих компонентов содержит различные примеси, в том числе водяные пары, углекислый газ и сероводород. Сероводород является токсичным газом и имеет неприятный характерный запах. В результате взаимодействия сероводорода с водяными парами образуется серная кислота, оказывающая разрушающее воздействие на газопроводы и другие узлы, предназначенные для очистки и транспортировки биогаза [1].
Поэтому для эффективного использования биогаза необходимо провести мероприятия по его подготовке: удаление H2S, СО2 и влаги.
На действующих биогазовых станциях биогаз очищают от влаги и сероводорода. Очистка биогаза от СО2 является технически сложным процессом и экономически нецелесообразна.
Для удаления из биогаза серы применяются биологические, химические и физические технологии. В некоторых случаях возможна комбинация нескольких методов. Принцип работы химического метода заключается в добавлении в биореактор соединений железа, благодаря чему сера химически связывается в сбраживаемом субстрате. Данный метод малоэффективен в установках промышленного масштаба.
Наиболее рациональным является биологический метод очистки от серы. Суть данного метода заключается в добавлении в биореактор бактерий, в результате процессов жизнедеятельности которых сероводород превращается в обычную серу, которая впоследствии удаляется из реактора вместе с перебродившим субстратом. К основным преимуществам биологического метода относятся: низкая стоимость обслуживания, отсутствие необходимости в использовании химикатов, простота удаления серы из реактора и технологии в целом.
Для защиты газопроводов и оборудования очистки газа от сильного износа и их преждевременного выхода из строя, необходимо произвести осушку биогаза с целью удаления из него водяного пара. К основным методам удаления влаги можно отнести конденсационный, адсорбционный и абсорбционный.
При использовании адсорбционного метода осушки в качестве адсорбентов используются цеолиты, силикагель и оксид алюминия, при абсорбционной очистке в качестве абсорбентов применяются диэтиленгликоль и триэтиленгликоль.
Наибольшее применение получил конденсационный метод просушивания. Принцип действия такой технологии основывается на отделении конденсата в результате охлаждения биогаза ниже температуры конденсации. Охлаждение биогаза выполняется, как правило, в газопроводе. Для этого при прокладке газопровода создается соответствующий перепад высот, и конденсат собирается в самой низкой точке, где расположен конденсатосборник. При таком методе очистки вместе с водяными парами из биогаза удаляются и такие нежелательные компоненты, как растворяющиеся в воде газы и аэрозоли [2].
В настоящее время наиболее распространёнными вариантами применения биогазового топлива являются:
- сжигание биогаза в когенерационных установках для получения тепловой и электрической энергии;
- сжигание в котельных установках для получения тепловой энергии;
- подача биогаза в системы газоснабжения.
Когенерационная установка состоит из четырёх основных узлов (рис. 1) [3]:
- первичный двигатель;
- электрогенератор;
- система утилизации тепла;
- система контроля и управления.
Рис. 1. Принципиальная схема когенерационной установки: 1 - первичный двигатель; 2 - электрогенератор; 3 - теплоутилизатор;
4 - система контроля и управления.
В зависимости от различных требований первичным двигателем может являться: поршневой двигатель, паровая или газовая турбина. Электрогенератор преобразовывает механическую энергию вращающегося вала двигателя в электроэнергию. Теплоутилизатор является основным элементом когенерационной системы и предназначен для использования энергии отходящих горячих газов двигателя электрогенератора. Простейшая схема работы теплоутилизатора состоит в следующем: в процессе сжигания подаваемого на первичный двигатель горючего топлива образуются нагретые газы, которые проходят через теплообменник, где производится перенос тепловой энергии жидкостному теплоносителю (вода, гликоль). После этого охлажденные отходящие газы выбрасываются в атмосферу, при этом их химический и количественный состав не меняется.
Когенерационные установки характеризуются высоким общим КПД (85...90%). Недостатком данного вида технического решения по применению энергии биогаза является невозможность его использования для работы с малыми расходами биогаза, так как для большинства когенерационных установок минимальный часовой расход газа должен составлять 40 м3/ч.
Применение биогаза в качестве топлива для котельных агрегатов, предназначенных для сжигания природного газа, характеризуется некоторыми нюансами. При сжигании биогаза следует учитывать тот факт, что из-за меньшей, чем у природного газа, скорости горения в газовых котлах приходиться уменьшать нагрузку горелок во избежание срыва пламени. В результате чего фактическая тепловая мощность агрегата будет снижаться.
Метод подачи биогаза в централизованные системы газоснабжения не получил широкого применения ввиду специфического состава биогаза, содержащего до 30% СО2.
Можно сделать вывод, что в условиях нашей страны, имеющей большие запасы природного газа, наиболее перспективным является использование биогаза в когенерационных установках для получения электрической и тепловой энергии.
*Работа выполнена в рамках реализации стипендии Президента Российской Федерации СП -1716.2015.1.
Список литературы:
1. Евстюничев М.А., Ильина Т.Н. Особенности сырьевой базы Белгородской области для производства биогаза // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 5. С. 170-173.
2. Друзьянова В. П., Петров Н. В. Цеолит и перспективы его использования при очистке биогаза // Технические науки - от теории к практике . 2013. №18. URL: http://cyberleninka.rU/article/n/tseolit-i-perspektivy-ego-ispolzovaniya-pri-ochistke-biogaza (дата обращения: 27.02.2016).
3. Когенерационные установки [Электронный ресурс] // URL: http://www.viessmann.pro/kogeneracionnie-ustanovki-viessmann (Дата обращения: 20.02.2016).
