CC BY
37
УДК 662.63
А. Р. Садртдинов
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Ключевые слова: газогенератор, биомасса, отходы, генераторный газ, тепловая и электрическая энергия.
Рассмотрена проблема эффективной переработки отходов растительного происхождения на предприятиях лесопромышленного комплекса и предложена перспективная энергетическая схема получения тепловой и электрической энергии на базе таких предприятий.
Keywords: gas generator, biomass, wastes, power gas, heat and electric energy.
Considers the problem of effective processing of a waste of vegetable origin at the enterprises of the timber industry complex and set out a promising scheme of obtaining heat and electricity on the basis of such enterprises.
Введение
Среди задач, связанных с решением проблемы охраны природы и рационального использования ее ресурсов, одной из важнейших, является повышение энергетической эффективности действующих предприятий и энергоустановок по термической переработке отходов растительного происхождения (биомассы), так как это огромный ежедневно пополняемый запас топлива [1, 2]. Учитывая истощение запасов традиционных углеводородных топлив, уменьшение их потребления за счет вовлечения в производственный цикл энергии отходов, одновременно решает задачу снижения затрат на добычу первичных энергоресурсов и улучшения экологической обстановки в целом. Поэтому изучение альтернативных источников энергии становится все более актуальным.
На предприятиях лесопромышленного комплекса использующие термические методы переработки сырья в большинстве случаев применяются схемы, имеющие относительно низкую эффективность получения сопутствующей энергии, например тепловой и тем более электрической [3]. Это является следствием низкого уровня использования тепла отходящих газов и очистных систем отработанных газов, так как отходы могут содержать полимерные включения, при переработке которых могут образовываться токсичные газообразные соединения. Также это результат того, что до настоящего времени на предприятиях по термической переработке отходов, возможным сценариям энергетической переработки отходов и формированию энергоэффективного комплекса оборудования, должного внимания не уделялось [4, 7].
Описание проблемы и постановка задачи
Перспективным направлением получения тепловой или электрической энергии из растительной биомассы является применение процесса газификации с современными методами утилизации тепла и вредных выбросов. Практический опыт газификации отходов показывает, что теплотворная способность получаемого генераторного газа значительно превышает те же показатели установок по сжиганию отходов [5]. Также газификация позволяет существенно снизить количество выбросов вредных веществ и пыли (золы) за счет высокой температуры в 1000°С в реакционной зоне газогенератора, а
также избежать образования оксидов азота за счет процессов в восстановительной зоне газогенератора. В результате значительно уменьшаются затраты на системы очистки отработанных газов.
Высокая температура процесс переработки сырья обуславливает организацию системы охлаждения газов, состоящей из блоков рекуперативных теплообменников и устройств, позволяющих получить тепловую или электрическую энергию.
Процессы утилизации тепла с получением электроэнергии на производствах по термической переработке отходов в большинстве случаев применяют пароводяные циклы, с очень низким КПД (не более 0,25), что совершенно не эффективно и не рационально. Перспективным решением этой проблемы, является применение парогазового цикла для утилизации тепла, имеющий повышенный КПД (до 0,43) [6].
Задачей настоящей работы является изучение способов производства электрической и тепловой энергии на основе предприятий перерабатывающих отходы растительного происхождения
термическими методами с использованием теплофикационных газотурбинных и
паротурбинных установок использующих.
Обсуждение объекта изучения
В ходе решения поставленной задачи была разработана схема теплоэнергетической переработки отходов растительного происхождения, представлена на рис.1. Данная схема переработки отходов растительного происхождения состоит из: газогенератора (ГГ); камеры дожигания горючих газов (КД), поступающих из ГГ; газовой турбины (ГТ) для получения тепловой энергии; воздушного компрессора (КВ) для обеспечения давления в КД; электрогенератора (ЭГ); котлов утилизаторов (КУ); паровых турбин (ПТ); системы очистка газов от токсичных веществ (ОГ) и узлов механической (МО) и абсорбционной (АО) очистки газов.
Предложенная схема организации процесса переработки отходов и получения энергии преследует цель повышения средней температуры подвода тепла в теплосиловой цикл и снижения средней температуры отвода тепла из него. Условия практического достижения этой цели в значительной мере зависят от вида используемых и получаемых энергоносителей.
Рис. 1 — Энергетическая схема газификации отходов с системой очистки газов и парогазовым циклом производства электрической и тепловой энергии
Например, при организации системы выработки энергии на базе предприятий с энергоносителем в виде водяного пара, сравнительно просто решается задача снижения температуры и отвода тепла из цикла, при использовании холодной циркуляционной воды. Однако при использовании водяного пара в качестве рабочего тела гораздо труднее решается задача подвода тепла в цикл, так как для этого необходимо повысить не только температуру, но и давление рабочего тела [7]. Также при этом необходимо учитывать, что капитальные затраты на строительство таких установок значительно выше, чем на котлоагрегаты, работающие на природном топливе. Однако при этом топливные расходы традиционных энергоустановок доходят до 70 %, в то время как для установок, работающих на отходах, она не превышает 15 % [8].
Заключение
Исходя из представленных материалов следует, что внедрение на предприятиях
лесопромышленного комплекса технологических схем получения электрической и тепловой энергии на основе парогазового цикла, является перспективным направлением повышения эффективности предприятий.
Представленные материалы получены в рамках реализации гранта Президента РФ по государственной поддержке молодых российских ученых по теме МК-3434.2015.8 «Разработка теоретических основ, технологии и оборудования комплексной термохимической переработки древесных отходов и растительной биомассы в сырье для химического синтеза и компоненты моторных топлив».
Литература
1. Сафин, Р.Г. Новые исследования и разработки в области получения древесно-композиционных
материалов на основе древесных отходов / Р.Г. Сафин, В.В. Степанов, Т.Д. Исхаков, А.А. Гайнуллина, Т.О. Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - Т.18. - №6. - С. 139-142.
2. Исмагилова, Л.М. Технология переработки древесных отходов в диметиловый эфир / Л.М. Исмагилова // Вестник Казанского технологического университета. -2013. - Т.16. - №7. - С.95-97.
3. Тимербаев, Н.Ф. Утилизация твердых отходов деревопереработки, содержащих токсичные вещества / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, З.Г. Саттарова. // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. -№4. - С.79-84.
4. Систер, В.Г. Современные технологии обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов / В.Г. Систер, А.Н. Мирный. - М.: Акад. коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, 2003. - 304 с.
5. Тимербаев, Н. Ф. Исследование зависимости теплотворной способности ТБО от их морфологического состава / Н.Ф. Тимербаев, Д.Ф. Зиатдинова, И.А. Кузьмин, А.Р. Садртдинов // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2008. - Т.51. - №10. - С.79-82.
6. Кузьмин, И.А. Утилизация отходов муниципального хозяйства для целей теплоэнергетики / И.А. Кузьмин, Н.Ф. Тимербаев, И.А. Шафиков, А.Р. Садртдинов // Энергетика Татарстана. - 2009. - №2. - С. 58-61.
7. Щепилло, Л.В. Разработка и исследование энергетических схем предприятий по термической переработке отходов с парогазовым циклом энергопроизводства: дисс. канд. тех. наук // Московский госуд. ун-тет инженерной экологии. Москва, 2005. - 169 с.
8. Установка для термической переработки твердых отходов: пат. 2400671 Российская Федерация / Н.Ф. Тимербаев, Д.Ф. Зиатдинова, Р.Р. Сафин, А.Р. Садртдинов, Р.Г. Сафин, И.А. Кузьмин, Е.Ю. Разумов, Р.Р. Миндубаев. - № 2009113401/03; заявл. 09.04.2009; опубл. 27.09.2010. Бюл. № 27.
А. Р. Садртдинов - к.т.н., доцент кафедры Переработки древесных материалов КНИТУ, dog_home@list.ru.
A. R. Sadrtdinov - candidate of technical sciences, associate professor of the Department of processing of wood materials KNRTU, dog_home@list.ru.
