Продукция

Котлы-газификаторы

Выберите котёл:

 

 
СТАТЬИ. 



 

Газификация твердого топлива

 
 

Газификацией твёрдых топлив (ГТТ) называется процесс преобразования (конверсии) органической части твёрдого топлива (ТТ) в генераторный газ (ГГ), удобный для последующего сжигания, как в горелках котлов различного назначения, так и в камерах сгорания (внешних и внутренних) двигателей различных типов.

 

Главным преимуществом технологии ГТТ (по крайней мере, с экологической точки зрения) является низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду.

Это, в первую очередь, обусловлено достаточно продолжительным (более 3-х секунд) нахождением газообразных продуктов ГТТ сначала в зоне окисления (горения) при температурах 1 000 — 1 200 0С, а затем в восстановительной (бескислородной) зоне формирования ГГ. При таких условиях происходит термическое разложение и восстановительное дехлорирование наиболее опасных веществ — диоксинов, фуранов, полихлорбифенилов, бенз(а)пиренов и других полициклических ароматических углеводородов.

Ещё одним преимуществом газификации в сравнении с прямым сжиганием ТТ является образование гораздо меньших объёмы газов, подлежащих очистке. Кроме того, в результате более полного (в сравнении с прямым сжиганием ТТ) сгорания газообразного топлива образуется значительно меньшее (в разы, а, по некоторым позициям, и на порядки) количество вредных для окружающей среды химических соединений (как в дымовых газах, так и в зольном остатке).

Наконец, при газификации недожог топлива сравнении с прямым сжиганием существе ниже, т.к. происходит почти 100% конверсия углерода при переходе его из твёрдого в газообразное состояние, а в ГГ / зольном остатке практически отсутствует сажа / непрореагировавший углерод.

Газификации могут быть подвергнуты все известные виды горючих ископаемых (каустобиолитов), а также любые углеродсодержащие отходы в конденсированном виде (по отдельности и в самых разнообразных смесях) с влажностью и зольностью до 50% и широким диапазоном гранулометрического состава (от долей до сотен миллиметров), включая осадки канализационных и сточных вод. При этом можно получить ГГ заданного химического состава или заданной теплоты сгорания, так как эти показатели определяются выбранной схемой газификации, а также температурой, давлением и составом применяемых газифицирующих агентов.

Примерно полтора века (в течение почти всего XIX века и более половины XX века) ГГ уже был в числе основных энергоносителей нашей цивилизации.

Более подробно процесс газификации описывается в:

1. Шишаков Н. В., Основы производства горючих газов, М. — Л., 1948;
2. Христианович С. А. [и др.], Способ получения электроэнергии на тепловых электростанциях. Авторское свидетельство № В 1922 (запатентовано в США, Англии и др.).
3. Труды VI международного нефтяного конгресса, в. 2–7, М 1968
4. Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития — М.: Инфра-Инженерия, 2012. — 504 с

В Российской Федерации созданием технологий и оборудования газификации твёрдых топлив, в частности, занимаются следующие организации и предприятия:

Институт проблем химической физики РАН, г. Черноголовка Московской области; ГНУ ВИЭСХ, г. Москва;
ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» (до марта 2011 г. ФГУП ММПП «Салют»), г. Москва;
ЗАО «Энергетические схемы и технологии», г. Москва;
ООО «БиоРЕКС», г. Москва / г. Тольятти Самарской обл.;
ООО «ЦНИДИ», г. Санкт-Петербург;
ЗАО «ТУРМАЛИН», г. Санкт-Петербург;
ЗАО Концерн «ЕвразЭнергоПром», г. Екатеринбург;
ООО «Адаптика-завод» / ООО «ИНТЕРРЕМАШ», г. Брянск.

 

 

 

Эффективность котельной

 
 

Основной показатель эффективности работы (Эксплуатации) отопительной котельной является стоимость вырабатываемой единицы тепла поступающей потребителю. Структура цены 1Гкал тепла состоит из нескольких основных составляющих, это стоимость топлива для выработки тепла (топливная составляющая в Гкал), затраты на оплату услуг по поставке электрической энергии, воды, затрат на оплату труда работникам котельной, административно управленческие затраты, а также оплата других услуг, к примеру, за выбросы вредных веществ в атмосферу, амортизацию оборудования, оплату налогов и многое другое. В Сумме определяется стоимость конечной услуги производимой котельной установкой в виде отпускаемой единицы тепла — 1Гкал/час.

 

Одной из основных составляющих в стоимости 1 Гкал является топливная составляющая: для угольной котельной около 900-950 рублей за 1Гкал, для мазутных котельных 1800-2000 рублей за 1 Гкал. Учитывая высокий износ оборудования, его физический и моральный износ, на основной массе котельных конечная стоимость отпускаемого тепла населению на угольных котельных составляет от 3-х до 4-х тысяч рублей, на мазутных стоимость доходит до 5-6 тысяч рублей за 1 Гкал.

В такой ситуации требуется строительство новых источников тепла с современным оборудованием способным вырабатывать тепло с высоким КПД. Много здесь зависит от наличия на данном объекте вида топлива, например, преимущества природного газа не оспоримы, топливная составляющая в вырабатываемом тепле до 700 руб. 1 Гкал, а общая стоимость отпускаемого тепла может составлять до 1500 руб. за 1 Гкал в зависимости от мощности источника, с увеличением теплопроизводительности объекта цена снижается. Но как быть если подвод газа не планируется к населенному пункту. Тогда необходимо строительство нового источника на существующем виде топлива с применением современного оборудования с высоким Коэффициентом Полезного Действия (КПД) и с минимальным количеством обслуживающего персонала. В таком случае, как быть, например, с мазутными и угольными котельными, имеющими достаточно высокую стоимость вырабатываемого тепла только за счет значительной топливной составляющей. Ответ напрашивается один, необходимо рассмотреть технологии, использование которых может снизить себестоимость вырабатываемой Гкал.

Технология газификации твёрдых видов топлива включая Уголь, древесные отходы, лузга и многое другое была отработана в середине прошлого века. Достаточно вспомнить автомобили и тракторы, которые в промышленном масштабе использовались в народном хозяйстве в 40-х — 50-х годах прошлого века. Но в прошлом веке данную технологию заместили более высококалорийные виды топлива, такие как дизель и бензин, что было вполне актуально в связи с низкой стоимостью жидких углеводородов на тот временной период. В настоящее время технология газификации углей возвращена, но уже на более высоком технологическом уровне. Возобновить и актуализировать технологию газификации позволили более современные материалы — нержавеющие, высокотемпературные стали, более дешёвые (по сравнению с прошлым веком) теплоизоляционные материалы, современные системы автоматики, что и позволило изготавливать Установки по газификации более компактными, надёжными и автоматизированными.

В нашей стране очень много районов и даже регионов где нет магистрального газа, который на сегодняшний день является наиболее дешёвым для выработки тепловой и электрической энергии. В Этих регионах традиционно используется мазут, дизельное топливо, но при этом имеются значительные запасы бурых углей. Использование бурых углей для выработки тепловой энергии может снизить стоимость выработки тепла в 2-3 раза по топливной составляющей в одной Гкал тепла. Бурые угли , как правило имеют не высокую теплотворную способность и высокое содержание золы. Сжигание таких углей в Слоевых топках сопровождается низким КПД котлов (не более 75-80%) и высокие показатели выбросов вредных веществ в атмосферу с дымовыми газами (оксиды азота, оксиды серы, твердые частицы).

Использование технологии газификации бурых углей позволяет значительно поднять КПД установки до 92,5%, а так же снизить выход вредных веществ с продуктами сгорания в атмосферу. Положительный экологический эффект достигается за счёт естественного процесса происходящего в установке по Газификации. Газификация бурых углей производится в газификаторе обращённого типа, то есть процесс движения продуктов сгорания, газов и топлива идёт сверху вниз. Топливо загружается непрерывно в верхнюю часть газификатора транспортёром, при этом в автоматическом режиме контролируется его уровень в Установке. В определённую зону газификатора подаётся воздух в количестве не достаточном для полного окисления топлива, но достаточном для поддержания процесса его газификации. В бурых углях, по весу, содержится более 50% летучих компонентов — газов. Под воздействием высокой температуры из бурых углей выделяются горючие газы, которые не успевают окислится в слое из за низкого содержания кислорода Калорийность данного газа около 1100 ккал/м3. Далее продукты газификации и зольные остатки поступают на колосниковую решётку. Продукты газификации проходят через колосниковую решётку и газы поступают в переходную камеру, где к объёму дымовых газов добавляется необходимый % воздуха на дожиг этих газов. Образовавшийся газовый факел сгорает в камере сгорания стандартного газового котла, таким образом, в котле сжигается газ. Шлак через колосниковую решётку газификатора, в мелкодисперсном виде, поступает на дожиговую решётку, где интенсивно выжигаются остатки углеродистых частиц. Норматив несгоревшего топлива (углерода) в шлаке, для слоевого сжигания, составляет 5%-7% от общей массы топлива, а в шлаке после газификатора не более 1%, что значительно повышает КПД котлоагрегата.

При использовании слоевого сжигания углей коэффициент избытка воздуха в продуктах горения α=1,6 — 1,8 то есть объём избыточного воздуха может доходить до 80%, что и выхолаживает продукты горения в котлах со слоевыми топками и приводит к низкому КПД. Горение газов газификации в котле производится с коэффициентом избытка воздуха не более α=1,3 то есть 30% избыточного воздуха, что позволяет продуктам горения достичь поверхностей теплообмена с максимальной температурой. Именно благодаря описанному процессу КПД котлов с установками Газификации доходит до 92%. Технологическая линейка по сжиганию Бурых углей с применением газификационной установки проиллюстрирована на рисунке.

Технология газификации угля используется с целью повышения эффективности получения тепловой энергии от этого вида топлива, и снижения экологической нагрузки на окружающую среду. Складирование твёрдого топлива производится на складе запаса угля, который может быть оборудован тельферным погрузчиком, обслуживается фронтальным погрузчиком. Далее уголь с помощью транспортёра подаётся в бункер приема топлива газификатора.

Отдав тепло в котле остывшие дымовые газы поступают в мультициклон, где очищаются от мелких взвешенных веществ которые могут проскочить за пределы котла, затем газы с помощью дымососа поступают в дымовую трубу.

Надо отметить, что вынос твердых взвешенных частиц из газогенератора минимален, так как газы в процессе газификации проходят через слой топлива и шлака, именно этот слой является естественным препятствием (высокотемпературным фильтром) для выхода взвешенных частиц в переходную камеру и их реальный выход не более 10% от общей массы мелкодисперсной пыли содержащейся в топливе. Благодаря применению данной технологии, при сжигании бурых углей, дымовые газы на выходе дымовой трубы имеют «прозрачную» структуру. Процесс горения в данной установке «растянут» на две зоны: Зона газификации и Дожиг газов в котле, это обстоятельство позволяет значительно снизить выбросы оксидов Азота (NOx) с продуктами сгорания. Газогенератор является устройством непрерывного (поточного) получения тепла, то есть в процессе работы установки нет необходимости в периодической остановки процесса газификации, что позволяет обеспечивать потребителей тепла в течении всего отопительного периода.

2016-10-03-01Конвективные поверхности котла позволяют осуществить отбор тепла и снизить температуру дымовых газов до 160 0С. Коэффициент полезного действия котла составляет 92,5%. Такой высокий КПД держится между нормативными чистками комплекса, благодаря тому, что на поверхностях съёма тепла не откладываются частицы пыли содержащиеся в дымовых газах при традиционных способах сжигания Твердых топлив. В стандартной комплектации Газификатор комплектуется котлом с температурой нагрева теплоносителя до 115 0С и давлением до 6 бар. Минимальная нагрузка для работы в автоматическом режиме не менее 20% от максимальной. Котёл в составе Установки по габаритным размерам не многим больше своего собрата работающего на природном газе, так как калорийность генераторного газа меньше калорийности природного газа. Однако, по сравнению с классическим котлом, предназначенным для сжигания Твердых топлив, габаритные размеры данного котлоагрегата существенно меньше, что позволяет его широко применять при проведении реконструкций источников тепла. Малые габариты установки позволяют изготавливать котельные мощностью до 6 МВт в блочном виде в заводских условиях.

Предельно допустимые выбросы соответствуют ГОСТ 17.2.3.02-78 «Охрана природы. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями».