CC BY
170
УДК 620.9:662.92; 658.264
А.В. Лесных, К.А. Штым, С.В. Головатый
ЛЕСНЫХ Андрей Викторович - аспирант кафедры теплоэнергетики и теплотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: lesnykhav@mail.ru, ШТЫМ Константин Анатольевич - кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики и теплотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ГОЛОВАТЫЙ Сергей Викторович - аспирант кафедры теплоэнергетики и теплотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). ©Лесных А.В., Штым К.А., Головатый С.В., 2012
Условия эффективного применения газогенераторов в промышленной энергетике Приморского края
Представлен метод экономии энергетических ресурсов путем реконструкции теплоисточников с переводом на сжигание генераторного газа, полученного из низкосортных углей приморских месторождений. Перечислены основные проблемы, которые могут возникнуть при реконструкции, сформулированы условия для эффективного применения газогенераторных установок в промышленной энергетике. Ключевые слова: газогенераторные технологии, генераторный газ, газификация угля, реконструкция теплоисточников, экономия энергоресурсов.
Conditions for effective application of gas generators in industrial energetics of Primorsky region. Andrey V. Lesnykh, Konstantin A. Shtym, Sergey V. Golovatiy - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
The method is presented to economise energy resources by reconstructing of heat plants and transferring into burning the producer gas, obtained from low-sort coals in Primorye minings. Basic problems are enlisted, which are likely to arise at reconstruction, as well as conditions are formed to apply gas-generator plants in industrial energetics effectively.
Key words: gas-generator technology, producer gas, coal gasification, reconstructing of heat plants, savings of energy resources.
При постоянно растущих ценах на органическое топливо актуально решение вопросов рационального расхода энергоресурсов. Использование на теплоисточниках в качестве топлива углей местных месторождений снижает условную стоимость выработанной гигакалории (см. таблицу) [4]. Однако переход от использования жидкого топлива к прямому сжиганию твердого связан с глобальной реконструкцией теплоисточников, при этом повышается количество вредных выбросов.
В отдельных случаях вопросы экономии энергоресурсов и реконструкции теплоисточников можно решить применением газогенераторных технологий. Принцип действия газогенератора основан на реакции пиролиза, т.е. термического разложения твердого топлива. При этом образуется горючий газ, который проходит несколько ступеней очистки и подается на сжигание в котлы. Газогенераторы отличаются по принципу действия: прямой, обратный и горизонтальный процессы; по виду дутья: воздушное, паровоздушное, паровое, кислородное, парокислородное.
На сегодняшний день газификация угля используется во многих странах мира как в промышленности, так и в энергетике [5], причем тенденция по использованию газогенераторных установок растет с каждым годом. Так, уже к 2020 г. планируемая суммарная мощность газогенераторных установок в мире будет составлять 100 000 МВт.
В списке стран-лидеров по применению на электростанциях внутрицикловой газификации углей - США, Дания, Австралия, ЮАР. В промышленной энергетике лидерами по производству и применению газогенераторов являются Китай, ЮАР, Индия, Германия [2]. Дешевыми вариантами для промышленной энергетики Приморского края являются паровоздушные газогенераторы прямого процесса, производимые китайской фирмой БИБК
Двухзонный газогенератор сформирован из карбонизатора и испарителя. Уголь попадает из бункера в топку через две группы подающих клапанов. В карбонизаторном отделе он полностью высушивается и продолжительное время карбонизируется при низкой температуре, постепенно преобразуясь в полукокс, откуда попадает в отдел испарителя, где при I = 600-1000 °С вступает в реакцию с паровоздушной смесью,
Сравнение себестоимости выработанной гигакалории для разных видов топлива
Топливо Средняя доля топливной составляющей, % Общая стоимость, руб. / т Стоимость доставки, руб. / т Калорийность, ккал/кг Себестоимость выработанной теплоты, руб./Гкал
Мазут 80 20 000 5 000 9 600 3 200
Привозные угли 50 4 500 1 500 3 500 1 800
Угли местных 40 1 600 500 2 500 750
месторождений
подаваемой с низа топки. Пройдя через окислительную и восстановительную зоны внутри топки, полукокс преобразовывается в золу и автоматически удаляется запускающейся топочной решеткой через зольный поддон.
Во время низкотемпературной карбонизации выделяется генераторный, или смешанный, газ. Газ, формирующийся в верхней части двухзонной топки, занимает около 40% общего количества смешанного газа, его калорийность 1600 ккал/Нм3 и температура около 120 °С. Он содержит большое количество смолы. Эта смола - продукт низкотемпературной карбонизации - имеет хорошую текучесть, ее можно использовать в электростатическом пылеуловителе в качестве химического сырья и топлива. В газификационном отделе
охлздииль
гаго&ие^оЕнтглъ
Технологическая схема котельных с газогенераторами
горячий полукокс и испарительный реагент посредством регенерации, окисления и прочих химических реакций преобразуются в газ, называемый угольным. Образовавшийся в нижнем отделе двухзонной топки газ составляет 60% от общего количества, имеет калорийность 1200 ккал/Нм3 и температуру около 450 °С.
Так как уголь карбонизировался при низкой температуре достаточное время и, поступая в газификацион-ный отдел, уже преобразовался в полукокс, то образовавшийся угольный газ не содержит смолы, и в силу его близости с топочной решеткой и пыльным слоем включает некоторое количество летающей золы. Поэтому нижнюю часть угольного газа нужно пропустить через циклон и охладитель [1].
В данной работе представлена технологическая схема реконструируемых источников теплоснабжения (см. рисунок). Уголь подается в бункер ленточным транспортером, откуда забрасывается в топку газогенератора, где карбонизируется, после чего в полузакоксованном виде вступает в реакцию с паровоздушной смесью в газификационном отделе. Полученый газ разделяется на две части, одна часть удаляется из двух-зонной топки через нижний газовый выход отдела и циклон, другая подается в центральный газопровод, где смешивается с карбонизированным угольным газом и выходит через верхний газовый выход отдела. Газ из нижнего отдела в циклоне очищается от пыли и охлаждается, после чего попадает в охладитель, где температура газа продолжает падать и удаляется пыль. После этого газ попадает в камеру охлаждения. Газ из верхнего выхода поступает в смолоуловитель и потом - в камеру охлаждения, где смешивается с газом из нижнего отдела. После смешивания и охлаждения газ попадает в газойлеуловитель [1].
Для газификации в паровоздушных газогенераторах наиболее подходящими являются такие виды угля, как битуминозный и длиннопламенный, удовлетворяющие следующим условиям: содержание серы в них менее 0,5%, зольность менее 25% и низкое содержание летучих веществ [3].
Ограничивает применения газогенераторных технологий на территории РФ СанПиН 2.2.1/2.1.11200-03, который относит производство водяного, угольного и смешанного газа к химическим производствам II класса с обеспечением санитарно-защитной зоны в 500 м. На данный момент стоимость мазута составляет 19 000-20 000 руб., стоимость же угля - 1 500-3 000 руб. Расчеты показали, что на реконструкцию котельных с переводом на сжигание генераторного газа в зависимости от мощности затрачивается от 80 000 тыс. до 320 000 тыс. руб. При этом срок окупаемости составит 2,5-6 лет. Можно сделать вывод, что использование газогенераторов при реконструкции теплоисточников мощностью менее 20 Гкал (23,3 МВт) нецелесообразно [4].
Таким образом, санитарно-защитная зона котельных не позволяет размещать установки на их территории, что предполагает использование отдельно стоящих комплексов и передачу полученного газа к объектам потребления. Для проведения реконструкции мощность теплоисточника должна быть более 20 Гкал (23,3 МВт). Оптимальная мощность газификатора составляет 14-15 МВт, что позволяет проводить поэтапный ввод новых мощностей с подключением потребителей. Так как угли приморских месторождений по своим характеристикам (зольность, сера, влажность, выход летучих веществ) сильно отличаются от рекомендованных к использованию в данных газогенераторах, необходимы пилотные установки для проведения экспериментов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атмосферное сжигание в рекуперационных котлах и производство генераторного газа. Коммерческое предложение БИБК ШИ, 2009.
2. Бекаев Л.С., Марченко О.В., Пинегин С.П. и др. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию. Новосибирск: Наука, 2000. 300 с.
3. Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива. М.: Машиностроение, 1960. 360 с.
4. Технико-экономическое обоснование перевода мазутных котельных на твердое топливо. Газогенерация / Энергосервис МКТ. Владивосток, 2010.
5. Юдушкин Н.Г. Газогенераторные тракторы. Теория, конструкция и расчет. М.: МАШГИЗ, 1955. 245 с.
