CC BY
125
УДК 621.436.44
ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
B.Н. Чувашев, зав. отделом
C.Ф. Ипатов, инженер ФГБУ «Подольская МИС» E-mail: podolskmis@yandex.ru
Аннотация. Рассмотрены вопросы сравнения себестоимости тепловой энергии, получаемой при использовании различных видов топлива, результаты поиска альтернативных источников теплоты на основе снижения затрат на ее производство. Проанализированы современные процессы получения тепловой энергии с учетом составляющих топливного баланса. Показано влияние способов сжигания топлива на основе газификации процесса сжигания, что в итоге приводит к существенному снижению годовых эксплуатационных затрат на энергоресурсы в условиях современных технологий. Проанализированы технические параметры существующих установок для сжигания отходов деревообработки (опилки, щепа и др.) с целью получения газовой смеси для последующего использования в тепловых установках, а также в двигателях внутреннего сгорания. Констатируется, что для предприятия с котельной мощностью 1 МВт при работе на древесных отходах по сравнению с дизельным топливом годовой экономический эффект может достигать 11 млн руб.
Ключевые слова: энергоресурсы, газогенератор, газификация, топливо, отходы, технологии, сжигание, экономический эффект.
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 С02 в атмо-
сферу, значительный вклад в решение экологических проблем за счет использования отходов, низкая стоимость этого вида топлива.
В зависимости от вида применяемого топлива себестоимость 1 Гкал теплоты существенно меняется (табл. 1). Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод, что горючие отходы собственных производств при использовании газогенераторных установок являются наиболее выгодным альтернативным вариантом получения тепловой энергии. В последнее десятилетие ФГБУ «Подольская МИС» проводит испытания газогенераторных установок различных типов. Принципиальная схема газогенератора представлена на рисунке 1.
Таблица 1. Себестоимость 1 Гкал теплоты, производимой на различных видах топлива
Вид топлива Низшая теплота сгорания Цена с доставкой КПД котла, % руб/Гкал
Природный газ (метан), 8600 ккал/м3 5,14 руб/м3 93 625
Электрический котел 3,18 руб/кВтч 100 3698
Дизельное топливо (зимнее, плотность 0,84) 10200 ккал/кг (8568) (ккал/л) 31,00 руб/кг (26,00 руб/л) 93 3268
Опилки, щепа (покупные) 3000 ккал/кг 2,5 руб/кг 90 1153
Опилки, щепа (отходы собственного производства) 3000 ккал/кг 0,5 руб/кг 90 230
(.Топливо 2. бункер
3 Камер« гвкгабраювания
4, Зольник
5. Первичный юнух 6 Реактор
7. Колосниковая решетке
8. Труб» горения Ю Котел
7 10. Камера «шорания / 11. Вторичный »ому*
■А1 9
(V4 -V \ 1
Ч__ —*— \ V
6 \а_
Рис. 1. Принципиальная схема газогенератора
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 физическую теплоту и образуя факел горения с температурой 1200°С, который контактирует с котлом или воздушным теплообменником, что позволяет проводить процесс с минимальной потерей теплоты. 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, рис. 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, подгнившей 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 теплоты, вырабатываемой теплогенератором.
Газогенератор устанавливается так, чтобы его труба горения состыковывалась с топкой котла или теплообменника. Запуск газогенератора производится путем загрузки и розжига на колосниковой решетке 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 (рис. 1), куда подается и дополнительный "вторичный" воздух, смесь возгорается и в виде факела подается 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 таблице 2. Теплогенераторы ТИ-100 и ТИ-200 (рис. 2) и паровой котел КП-100 (рис. 5) с применением газогенератров ГГ-100 построены по классической схеме без загрузочных устройств.
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(28)-2017
89
Таблица 2. Основные технические данные газогенераторных установок при сжигании
Наименование и марка установок
Теплогенераторы Водогреющие Паровой котел Газо-
Параметры установки генератор
ТИ-100 с газогене- ТИ-200 с газоге- УТПУ- УТПУ- КП-100 с газоге-
раторомГГ-100 нератором ГГ-200 1500 2500 нератором ГГ-100 ГГУ-190
Номинальная тепло- 80 160 1450 2500 100 50
вая мощность, кВт
Расход топлива, кг/ч 30 60 500 850 26 15
Коэффициент по- 90 90 80 85 90 85
лезного действия, %
Масса установки, кг 400 700 8500 18000 600 300
Рис. 2. Общий вид теплогенератора ТИ-100
В качестве недостатка следует отметить зависание топлива в бункере, поэтому периодически требуется встряхивание бункера путем удара по стенке. Теплогенераторы и водогреющие установки типа УТПУ Ковров-ской фирмы «ГЕОРГИИ» (рис. 3, 4) имеют автоматические загрузочные устройства, что значительно упрощает работу операторов.
Рис. 4. Газогенераторная отопительная установка УТПУ-2500В (г. Ковров)
Рис. 3. Теплогенератор УТПУ-150 (г. Ковров)
Рис. 5. Общий вид парового котла КП-100 с газогенератором ГГ-100
Газогенератор ГГУ-190 конструкции ФГБНУ «ВИЭСХ», г. Москва, имеет существенные отличия от привычной схемы. Установка ГГУ-190 является стационарным
газогенератором обращенного процесса газификации (рис. 6). В газогенератор этого типа воздух подается 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 решетки, ниже которой расположен зольник с газоотводными трубками.
Рис. 6. Газогенераторная установка ГГУ-190 разработки ФГБНУ ВИЭСХ (г. Москва)
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 млн руб. за отопительный период в условиях средней климатической зоны России.
Литература:
1. Труды Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии
2. Отраслевой стандарт СТО АИСТ 31.4-2010
3. Протоколы испытаний климатической техники и газогенераторов ФГБУ «Подольская МИС»
Literatura:
1. Trudy Sankt-Peterburgskoj gosudarstvennoj lesotekh-nicheskoj akademii
2. Otraslevoj standart STO AIST 31.4-2010
3. Protokoly ispytanij klimaticheskoj tekhniki i gazogen-eratorov FGBU «Podol'skaya MIS»
THE APPLICATION OF THE GASOGENERATOR SETS IN AGRICULTURE V.N. Chuvashov, department head S.F. Ipatov, engineer FGBY "Podil'sky MIS"
Abstract. The questions of the thermal energy produced by different fuels using cost's comparison, the results of the heat alternative sources search on its produce's cost reducing basis are conducted. The current processes of thermal energy produce with the fuel balance components are analyzed. The influence of methods of fuel combustion based on gasification combustion process eventually leads to a significant annual exploitation energy recourses costs reduction in the conditions of modern technology is given. The technical parameters of the existing sets for woodworking waste (sawdust, chips, etc.) burning with the aim of a gas mixture for subsequent use in thermal sets as well as in internal combustion engines producing are analyzed. It is stated that for enterprises with 1 MWt of boiler capacity at wood waste operating in comparison with diesel fuel the annual economic benefit can reaches of 11 million rubles.
Keywords: energy recourses, gas generator, gasification, fuel, waste, technologies, combustion, economic effect.
Journal of VNIIMZH №4(28)-2017
91
