9.1. Оборудование для производства топливных брикетов
Рис. 9–1. Брикетировочный пресс для производства брикетов RUF 420 кг/час.[9–1].
Производство топливных брикетов стало возможным, когда появился специализированный пресс. Производство топливных брикетов возможно только при высоком давлении, под которым работает и сам пресс. Производство брикетов не оставляет после себя отходов. Топливным брикетом можно отопить не только завод и фабрику, но и маленький камин..
Рис. 9–2. Топочный брикет
Система брикетирования стала популярна в последние годы и активно развивается. Главным действующим лицом здесь является пресс RUF.[9–1].
Брикетировочный пресс для производства брикетов RUF 420 кг/час. Производитель Ruf GmbH & Co. KG. (Германия)
Назначение пресса: производство РУФ брикетов
/прямоугольные/
Тип пресса: гидравлический
Сырье: деревянные опилки, щепа, измельченные МДФ, бумага, торф и др.
Типы прессов марки RUF:
RUF-100 имеет производительность около 100–150 брикетов в час или 100–120 кг/час
RUF-200 имеет производительность 200–240 брикетов в час (порядка 200 кг/час
RUF-400 имеет производительность до 400–430 брикетов в час (350–400 кг/ч).
RUF-600 имеет производительность до 600–630 брикетов в час (500 кг/ч).
RUF-800 имеет производительность до 780 брикетов в час (700 кг/ч).
RUF-1100 имеет производительность до 600 брикетов в час или 900-1000 кг/ч
RUF-1500 имеет производительность до 440 брикетов в час или приблизительно 1150–1350 кг/ч
RUF LIGNUM Пресс РУФ-Лигнум имеет производительность до 500 брикетов в час (400 кг/ч).
Рис. 9–3. Внешний вид и основные габаритные размеры брикетного пресса RUF LIGNUM [9–2].
БРИКЕТНЫЙ ПРЕСС RUF LIGNUM Производитель компания «Завод Эко технологий», Россия.
Основные особенности:
Пресс готов к эксплуатации сразу после подключения к электросети и системе подачи материала.
Пресс и система электроавтоматики в стандартном исполнении спроектированы и изготовлены для эксплуатации при температуре окружающей среды от +5 °C до +40 °C. Использование пресса вне крытых помещений требует дополнительных опций, защищающих пресс от мороза и других неблагоприятных погодных условий.
Подача материала:
Загрузочный бункер, имеющий армированную конструкцию из стальных листов, с раскрывом 400 x 800 мм,
Объем бункера прибл. 150 литров,
Мешалка с приводным электродвигателем 0,55 кВт для предотвращения сводообразования в материале в бункере,
Загрузочный шнек с приводным электродвигателем 1,5 кВт,
Время загрузки материала регулируется программируемым контроллером автоматически,
Предварительное сжатие материала:
Вертикально расположенный гидравлический цилиндр.
Величина давления для камеры предварительного сжатия устанавливается оператором с панели управления ТР177В, в зависимости от материала.
Устройство контроля длины хода штока цилиндра, информация которого используется для автоматической регулировки времени загрузки материала, расположено вне камеры предварительного сжатия для защиты от пыли.
Основное сжатие материала:
Горизонтально расположенный главный гидравлический цилиндр.
Величина давления для главного цилиндра (до 300 бар) также устанавливается оператором с панели управления ТР177В, в зависимости от материала.
Диаметр цилиндра – 0250 мм, макс. сила давления 150 тонн (при 300 бар).
Производительность пресса:
В зависимости от установок – до 500 брикетов в час.
Размер брикета:
150 x 60 мм в сечении
Длина брикета 40 – 110 мм в зависимости от установок и вида/размера брикетируемого материала (примерный вес брикета 835 г при длине 85–95 мм)
Макс. удельное давление, прибл. 1700 кг/см2 (при 300 бар).
Габаритные размеры / Вес:
Прибл. (Д х Ш х В) 2710 x 1800 x 2100 мм
Указанные размеры не учитывают необходимого рабочего пространства для обслуживания пресса составляющего 1000 ÷ 1500 мм.
Вес (без опций), прибл. 3270 кг
9.2. Древесносжигающие котлы (пеллеты, щепа, брикеты, дрова)
В развитых странах замена угольных или мазутных котлов централизованного теплоснабжения на древесносжигающие котлы снижает затраты потребителей тепла на 20–60 %, поскольку стоимость древесины ниже стоимости угля и мазута. В то же время, древесные котлы более экологичны. В процессе работы они выбрасывают в атмосферу то же количество углекислого газа, которое было поглощено деревьями в процессе роста. [9–3].
9.2.1. Малые котлы
Малые древесные котлы часто используются для отопления домов. В Дании работает около 70 тысяч котлов, в которых сжигаются дрова, древесная щепа и гранулы. Такие котлы обеспечивают тепло для радиаторов так же, как мазутные котлы. Они отличаются от печей, которые обеспечивают теплом только ближайшее помещение. Древесный котел может обеспечивать теплом и горячей водой все здание. Для индивидуального (односемейного) дома установка ручного древесносжигающего котла является наилучшим решением. На более крупных объектах (фермы) экономия за счет использования древесины настолько значительна, что здесь имеет смысл устанавливать автоматические котлы, сжигающие гранулы. [9–3].
Многие древесные котлы малого размера загружаются дровами вручную. Обычно они снабжены бункером для хранения топлива. Ручные котлы для сжигания дров и автоматические котлы для щепы и древесных гранул различаются между собой. Ручные котлы снабжены бакомаккумулятором для накопления энергии, полученной при сжигании топлива. Автоматические котлы оборудованы емкостью для подачи щепы или гранул. Шнековый конвейер подает топливо в соответствии с необходимой тепловой нагрузкой здания.
За последние 10 лет большой прогресс достигнут в усовершенствовании обоих видов котлов с целью повышения эффективности и снижения эмиссии (пыль и монооксид углерода). Улучшения коснулись конструкции топочной камеры, воздухоподачи и автоматизации контроля процесса сгорания. Для ручных котлов эффективность увеличилась от 50 % до 75–90 %. Эффективность автоматических котлов выросла с 60 % до 85–92 %.
9.2.2. Автоматические котлы
Несмотря на относительно простую конструкцию автоматических котлов, во многих из них достигается эффективность 80–90 % и уровень эмиссии СО около 100 ppm (100 ppm = 0,01 об. %). В некоторых котлах достигнуты параметры 92 % и 20 ppm. Важным условием для достижения таких хороших результатов является использование котла с полной нагрузкой. Для автоматических котлов важно, чтобы номинальный нагрузка котла не превышала потребности в тепле в зимний период. В переходный период (3–5 месяцев) весны и осени тепловая нагрузка обычно снижается до 20–40 % от номинальной. Это приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик. В течение летнего периода потребность в тепловой энергии снижается до 1–3 кВт на горячее водоснабжение. Это не превышает 5-10 % от номинальной нагрузки котла. В случае эксплуатации котла его КПД снижается на 20–30 %, а вредное воздействие на окружающую среду увеличивается. Альтернативой летней эксплуатации котла может быть установка комбинированной системы с баком-аккумулятором и солнечным коллектором. [9–3].
Рис. 9–4. Автоматический котел.
9.2.3. Использование древесных гранул и щепы в котлах с автоматической подачей топлива
Автоматические котлы подключаются к системе теплоснабжения так же, как мазутные или газовые. Тепло от сгорания топлива передается теплоносителю – воде, которая после нагрева поступает в радиаторы, расположенные в помещениях дома. Таким образом, котел отапливает все помещения в здании, в отличие от печи, которая обогревает лишь комнату, в которой находится. Гранулы и щепа имеют идеальный размер для использования в автоматических котлах, поскольку они подаются в котел непосредственно из бункера. Бункер необходимо заполнять один-два раза в неделю. В котлах с ручной подачей топлива, использующих, например, дрова, последние необходимо загружать несколько раз в день. Однако такие котлы обычно дешевле автоматических.[9–3].
9.2.4. Котлы с ручным управлением
Существует правило, что ручные котлы, работающие на дровах, имеют приемлемые параметры сжигания только на полной нагрузке. Однако в отдельных установках, имеющих контроль содержания кислорода, нагрузка может быть уменьшена до 50 % без изменения эффективности или эмиссии. В таких котлах проводится отбор проб и анализ содержания кислорода в дымовых газах и автоматическое регулирование подачи воздуха. [9–3].
Аналогичные системы используются в автомобилях. Для того, чтобы не приходилось загружать котлы каждые 2–5 часов в холодные периоды года, номинальная мощность котлов выбирается в 2–3 раза больше номинальной тепловой потребности здания. Это означает, что для котлов с ручной подачей топлива требуется больший размер. Котлы, использующие дрова, должны иметь емкость для хранения топлива. Это обеспечивает комфорт для пользователя, меньшие финансовые затраты и экологическое воздействие. Кроме того, в котлах без такой емкости часто наблюдаются усиленная коррозия, вызванная колебаниями температуры воды и дымовых газов.
Принцип BURN-THROUGH (подача воздуха сквозь топливо).
Практически все старые печи используют этот принцип. Воздух поступает в них снизу и проходит вверх, преодолевая массив топлива. В таких печах топливо сгорает очень быстро. Газы не сгорают полностью, потому что температура внутри низкая. Большая часть газов вместе с энергией, содержащейся в них, попадает в дымоход. Дымовые газы не успевают передать тепловую энергию в сравнительно коротком дымоходе. В целом эффективность таких печей обычно не превышает 50 %. [9–3].
Рис. 9–5. Котел с подачей воздуха сквозь слой топлива /
Рис. 9–6. Котел с нижней подачей воздуха.
9.2.5. Котлы с нижней подачей воздуха
Такие котлы весьма отличаются от описанных выше печей. Поступающий в них воздух проходит не через весь массив топлива, а только через часть. При этом горит только нижний слой древесины. Остальные слои высушиваются и медленно газифицируются. Добавление воздуха (так называемый вторичный воздух) непосредственно в пламя позволяет сжигать летучие компоненты более эффективно. В топочных камерах современных котлов с нижней подачей воздуха имеется керамическая футировка, сохраняющая тепло внутри камеры. Это позволяет повысить температуру и эффективность сжигания. Типичная эффективность таких котлов находится на уровне 65–75 %. [3].
9.2.6. Котлы со встречной подачей
В таких котлах воздух также подается только к части топлива. Газы также образуются медленно и сгорают более эффективно. Вторичный воздух также подается в футированную камеру сгорания, в которой поддерживается высокая температура. Дымовые газы должны преодолеть большое расстояние внутри котла, отдавая при этом тепловую энергию. Эффективность таких котлов находится обычно на уровне 75–85 %. Некоторые из них снабжены вентиляторами для подачи воздуха вместо использования естественной тяги. Сжигание в таких котлах происходит лучше, с меньшим образованием сажи. Однако их эффективность отличается незначительно. [9–3].
Рис. 9–7. Котел со встречной подачей.
9.2.7. Эффективность (КПД) котлов
Качество котла зависит от отношения между энергией, содержащейся в топливе, и энергией, переданной в систему теплоснабжения. Это отношение называется эффективность или коэффициент полезного действия (КПД). Чем выше эффективность котла, тем большая часть энергии топлива будет передана теплоносителю (воде) в котле. Хорошие котлы имеют эффективность 80–90 %.
Потребление древесины в котлах со встречной подачей обычно находится в диапазоне от 4 кг/час для котла мощностью 18 кВт до 18 кг/час для котла мощностью 80 кВт. Для условий Центральной Европы средний односемейный дом (150 м2) потребляет 12 м3 древесины за отопительный сезон. Типичный котел может сжигать куски дерева длиной до 80 см. В таблице внизу приведены дополнительные данные о котлах промежуточного размера. [9–3].
Таблица. 9-1
Данные о котлах промежуточного размера
Теплотворная способность древесины 15 МДж/кг.
9.2.8. Бак-аккумулятор
Установка бака-аккумулятора совместно с древесносжигающими котлами имеет смысл всегда. Дополнительные расходы, связанные с приобретением и установкой бака, окупаются достаточно быстро. Качество сжигания улучшается. Вскоре после зажигания топлива процесс горения стабилизируется, и котел начинает производить тепло. Без бака вода очень скоро станет слишком горячей, и регулирующая заслонка должна будет уменьшить поступление воздуха для того, чтобы предотвратить закипание воды. Уменьшение количества воздуха приводит к повышенному образованию дыма и неполному сгоранию. [3].
При наличии бака процесс горения может продолжаться, при этом тепло накапливается в баке. Вода в котле не перегревается. Заслонка открыта, а процесс горения происходит с максимальной эффективностью. Теплая вода поступает в радиаторы непосредственно из бака-аккумулятора. Размеры бака зависят от количества тепла, необходимого для здания, и эффективности котла.
9.2.9. Выбор топлива
Топливо должно быть сухим. Содержание воды в свежеспиленном дереве достигает 50 %, поэтому сжигать его сразу неэкономично. Часть энергии при сжигании будет затрачено на испарение воды, соответственно количество полезной энергии окажется меньшим. Поэтому перед сжиганием древесина должна высушиваться. Лучшее, что можно сделать – подождать по крайней мере год, а лучше два. Простейшим способом является хранение древесины на открытом воздухе под навесом или в сарае, предохраняющем от прямого попадания дождя. [9–3].
9.2.10. Дымоход
Дымоход формирует тягу в котле. Тяга получается из-за разности плотностей воздуха на входе котла и в верхней части дымохода. Поэтому высота дымохода, температура дымовых газов и теплопроводность материалов влияют на величину тяги. Изгибы и наличие горизонтальных участков уменьшают тягу. Они вызывают сопротивление, которое должен преодолеть горячий воздух. Поэтому обычно количество горизонтальных участков и изгибов сводится к минимуму. Некоторые котлы имеют встроенные вентиляторы, обеспечивающие необходимую тягу на постоянной основе. [9–3].
9.3. Типы котлов для щепы и гранул
Существует три типа котлов с автоматической подачей для щепы и гранул:
• Компактные устройства, в которых котел и бункер объединены.
• Устройства с питателем, в которых котел и бункер отделены друг от друга.
• Котлы с предтопком.
9.3.1. Компактные устройства
В таких устройствах топливо подается из бункера с помощью автоматического питателя. Количество подаваемого топлива определяется с помощью термостта. Если вода в котле имеет малую температуру, подается больше топлива, и наоборот. Компактные устройства прекрасно работают на гранулах. Они менее приспособлены для щепы, которая имеет меньшую энергетическую плотность. Для щепы загрузка топлива должна проводиться часто. Кроме того, влажность щепы нередко бывает слишком высокой, в результате ее сгорание происходит неоптимальным образом. [9–3].
9.3.2. Котлы с питателем
В таких котлах топливо также подается автоматически из бункера с помощью шнекового конвейера. Топливо подается в нижнюю часть решетки, где и происходит сгорание. Контроль также осуществляется с помощью термостата. Лучшим видом топлива являются гранулы, однако сжигание щепы также возможно в устройствах, разработанных специально для щепы. Щепа при этом не должна быть слишком влажной, поэтому необходима ее предварительная сушка. Лучшим способом сушки является выдерживание древесины перед измельчением в рубительной машине. Щепа также может сушиться после рубки, по крайней мере, в течение двух месяцев. Для этой цели необходимо значительное пространство для ее хранения. [9–3].
Рис. 9–8. Котел с питателем.
9.3.3. Котлы с предтопком
В этом типе котлов сжигание топлива в основном происходит при высокой температуре в предтопках. Для поддержания высокой температуры предтопки имеют глиняную обмуровку. Котлы с предтопком пригодны для сжигания влажной древесной щепы. Не сгоревшие в предтопке газы дожигаются в котле. В некоторых котлах могут сжигаться и гранулы, однако существуют котлы, которые могут быть повреждены при сжигании сухого топлива. Поэтому перед приобретением котла необходимо проконсультироваться с производителем.[9–3].
9.3.4. Соломосжигающие котлы (солома злаковых, стебли)
Солома имеет близкую к древесине теплотворную способность и может быть использована в качестве топлива для котлов. Однако существует ряд трудностей, из-за которых солома используется преимущественно в больших котлах, обычно работающих в системах централизованного теплоснабжения и в сельском хозяйстве.
Рис. 9–9. Котел с предтопком.
Солома – сложный вид топлива. Обеспечение котла соломой затруднено ее негомогенной структурой, относительно большой влажностью и большим объемом по сравнению с содержанием энергии. Объем соломы превышает в 10–20 раз объем угля с аналогичным содержанием энергии. Более того, 70 % сгораемых компонентов соломы содержатся в летучих газах, выделяющихся в процессе сжигания. Большое содержание летучих компонентов требует специальной конструкции топки и организации потока воздуха в ней. Солома содержит соединения хлора, которые могут вызвать проблемы с коррозией при высоких температурах. Температура плавления соломенной золы относительно низкая из-за высокого содержания щелочных металлов. В результате могут возникать проблемы с золоудалением.[9–3].
9.3.5. Системы централизованного теплоснабжения
Несмотря на перечисленные проблемы, в мире существует большое количество станций централизованного теплоснабжения, использующих солому в качестве топлива. Начиная с 80-х годов, только в Дании было построено более 70 таких станций. Их мощность варьируется от 0,6 до 9 МВт при средней мощности 3,7 МВт. На этих станциях используются так называемые тюки Хестона (Hesston bales), имеющие размеры 2,4x1,2x1,3 м и вес 450 кг. Конструкции станций предусматривают возможность использования резервного топлива в газовых или мазутных котлах для случаев большой пиковой нагрузки, ремонтов и аварий. Мощность соломосжигающих котлов обычно соответствует 60–70 % максимальной нагрузки, что облегчает их эксплуатацию летом в условиях низкой нагрузки. [9–3].
Соломосжигающие станции состоят из стандартных компонентов:
– хранилище для соломы.
– устройство для взвешивания соломы.
– погрузчик.
– конвейер.
– устройство подачи топлива в котел (питатель).
– котел.
– устройство для очистки дымовых газов.
– дымовая труба.
9.3.5.1. Котел
Конвейер подает солому в нижнюю часть котла, где находится массивная железная решетка. Здесь и происходит сжигание. Решетка обычно делится на несколько зон сгорания, каждая из которых имеет собственный вентилятор, подающий воздух через решетку. Сжигание может контролироваться независимо в каждой зоне. Таким образом достигается полное сжигание соломы. Большая часть горючих веществ (70 %) в результате нагрева выделяется в виде летучих компонентов, которые сгорают в топочной камере над решеткой. Для обеспечения полного сгорания летучих компонентов вторичный воздух подается через форсунки, установленные в стенках котла. Из топочной камеры дымовые газы подаются в конвективную зону котла, в которой большая часть тепла передается через стенки котла циркулирующей воде. Конвектор обычно состоит из рядов вертикальных труб, через которые пропускаются дымовые газы. В большинстве существующих станций имеется экономайзер – теплообменник, установленный за конвектором. В экономайзере происходит дополнительная передача тепла воде, что приводит к увеличению эффективности системы в целом. [9–3].
9.3.5.2. Требования к качеству соломы
Солома, поставляемая для сжигания, должна удовлетворять определенным требованиям для того, чтобы уменьшить риск возникновения эксплуатационных проблем в процессе производства энергии. Хранение, подготовка, дозирование, подача, сжигание и экологические последствия перечисленных операций таят в себе возможность возникновения проблем. Влажность соломы является одним из самых важных критериев качества этого вида топлива. Обычно влажность варьируется в пределах 10–25 %, но иногда может быть и выше. Теплотворная способность и цена соломы зависит от влажности.[9–3].
Все тепловые станции определяют приемлемую максимальную влажность поставляемой соломы. Высокое содержание воды может вызвать проблемы при хранении и нарушения в работе станции в целом, а также уменьшение мооности и увеличение затрат на подготовку, дозирование и подачу соломы в котел (и, возможно, уменьшение КПД котла). Приемлемая максимальная влажность поставляемой соломы отличается для разных станций в пределах 18–22 %. Разные виды соломы обладают различными свойствами при сгорании. Некоторые виды горят практически взрывообразно, почти не оставляя золы, другие горят медленно, оставляя на решетке "скелет" золы. Опыт, накопленный на разных станциях централизованного теплоснабжения, не всегда идентичен. Различия в процессе сжигания не всегда можно объяснить на основании обычных лабораторных измерений.
9.3.5.3. Системы отопления мощностью менее 1 мВт
Этот тип установок отличается от систем централизованного теплоснабжения и используется в основном в сельской местности. Использование соломы в качестве источника энергии в аграрном секторе началось в 70-х годах в результате энергетического кризиса, во время которого существовали субсидии на установку соломосжигающих котлов. За последние 10–15 лет концепция таких котлов была развита от маленьких и примитивных котлов, требующих наличия обслуживающего персонала, сжигающих тюки, подающиеся вручную, и имеющих проблему с дымовыми газами, до больших котлов, сжигающих тюки часто с автоматической подачей, с загрузкой топлива 1–2 раза в сутки. [9–3].
Ранее на рынке преобладали котлы для маленьких тюков. Сегодня большая часть котлов с периодической подачей приспособлена для больших тюков (круглые и прямоугольные тюки Хестона). Котлы, использующие большие тюки, хорошо приспособлены для обеспечения годовой потребности в тепле, соответствующей потреблению по крайней мере 10000 литров мазута. Имеются котлы разных размеров, использующие одновременно от одного круглого тюка (200–300 кг) до двух тюков Хестона (1000 кг). Обычно котел сжигает тюки последовательно. Трактор, оборудованный захватом, доставляет тюк на решетку через открытую переднюю часть котла. Для обеспечения хорошего сжигания и уменьшения уноса частиц в дымовых газах скорость и количество подаваемого в котел воздуха могут отличаться в верхней и нижней части топочной камеры.
Ранее котлы с периодической загрузкой вызывали много проблем в случае использования соломы низкого качества. Кроме того, возникали сложности с контролем подачи воздуха. В последних моделях эти проблемы решены. Содержание воды, однако, должно поддерживаться не выше 15–18 %. Сегодня максимальная эффективность котлов достигает 75 % при содержании СО ниже 0,5 %. Десять лет назад типичным значением эффективности было 35 %. [9–3]
Рис. 9-10. Загрузка топки котла соломенными тюками.[3].
9.3.5.4. Котлы с автоматической подачей топлива
Интерес к котлам с автоматической загрузкой вырос потому, что популярные котлы с периодической подачей тюков малого размера требуют наличия значительного обслуживающего персонала. Было разработано несколько типов автоматических котлов, однако все они включают дозирующее устройство, которое автоматически и постоянно снабжает котел соломой. Такое устройство может работать с целыми тюками, измельченной соломой или соломенными гранулами. [9–3].
9.3.5.5. Котлы для соломенных тюков
Устройство, состоящее из рыхлителя и режущего приспособления, разделяет тюки на отдельные части разных размеров. Тюки подаются в него с помощью конвейера. Количество поступающей соломы часто регулируется с помощью изменения скорости конвейера. После измельчения солома перемещается с помощью червячного транспортера или вентиляторов. Если используются вентиляторы, то расстояние до котла может быть большим, однако при этом используется большее количество энергии.
На практике рыхлитель не режет или разрывает солому, а разделяет ее на сегменты, в которых солома была спрессована пресс-подборщиком. Для обеспечения постоянного количества подаваемой соломы рыхлитель обычно оборудован удерживающим устройством. Большинство рыхлителей также имеют ножи для измельчения от образования больших фракций соломы. [9–3].
В автоматических котлах сжигание происходит одновременно с подачей соломы в топку. Количество подаваемого воздуха соответствует количеству соломы и регулируется с помощью переменной заслонки перед вентилятором. Это обеспечивает оптимальное сжигание и высокий коэффициент использования топлива, а значит и уменьшение эмиссии пыли по сравнению с ручными котлами, не имеющими регулировки подачи воздуха. Возгорание соломы в автоматических котлах не вызывает проблем, поскольку подача топлива происходит непрерывно. [9–3].
9.3.5.6. Котлы для соломенных гранул
Интерес к использованию соломенных гранул в качестве источника энергии вырос в течение последних лет. В настоящее время производство и использование соломенных гранул относительно невелико. Интерес вызван однородной и удобной структурой этого вида топлива, прекрасно приспособленного для транспортировки в танкерах и использования в автоматических теплоснабжающих установках. Однако существуют еще нерешенные проблемы с золоудалением в случае использования соломенных гранул в малых котлах. [9–3].
Отопительные устройства на гранулах обычно используются в индивидуальных домах. Обычно они состоят из котла и закрытой емкости для топлива (соломенных гранул). Червячный питатель подает гранулы в топку котла. Питатель работает периодически, а количество подаваемого топлива регулируется величиной интервала между его последовательными включениями. Воздух подается с помощью вентилятора. Количество золы в малых котлах обычно равно 4 % от веса использованной соломы.
В Украине наиболее перспективными для коммерческого использования в ближайшие годы можно считать следующие технологии:
• промышленные древесносжигающие котлы мощностью 0,1–5 МВт для установки в гослесхозах и на деревообрабатывающих комбинатах;
• древесносжигающие станции централизованного теплоснабжения (ЦТ) мощностью 1-10 МВт;
• соломосжигающие фермерские котлы и котлы для малых теплосетей мощностью 0,1–1 МВт;
• соломосжигающие станции ЦТ мощностью 1-10 МВт;
• биогазовые установки для крупных ферм КРС, свиноферм, птицефабрик и предприятий пищевой промышленности;
• установки добычи и использования биогаза с полигонов ТБО в миниэлектростанциях мощностью 0,5–5 МВт. [9–3].
В Таблице 9–2 представлены данные по оборудованию, которое может быть установлено в Украине в рамках реализации разработанной концепции. Снижение выбросов СО2 рассчитано для случая замещения природного газа. При расчетах приняты следующие показатели удельных капитальных затрат, исходя из стоимости оборудования украинского производителя (в скобках также указаны используемые в расчетах средние мощности оборудования):
• древесносжигающие котлы централизованного теплоснабжения – 75 $/кВтт (2 МВт);
• промышленные древесносжигающие котлы – 100 $/кВтт (1 МВт);
• древесносжигающие мини-ТЭЦ – 1000 $/кВтэ (5 МВтэ+10 МВтт);
• малые бытовые древесносжигающие котлы – 50 $/кВтт (30 кВт);
• соломосжигающие фермерские котлы и котлы для малых теплосетей – 80 $/кВтт (0.2 МВт);
• соломосжигающие станции централизованного теплоснабжения – 100 $/кВтт (2 МВт);
• соломосжигающие мини-ТЭЦ – 1500 $/кВтэ (5 МВтэ+10 МВтт);
• биогазовые установки – 100 $/м3 объема метантанка (объем метантенка 1000 м3, 75 кВтэ+150 кВтт);
• миниэлектростанции на биогазе с полигонов ТБО – 600 $/кВтэ (1 МВтэ).
• биоэнергетическое оборудование, которое может быть установлено в Украине в рамках реализации предложенной концепции.
Таблица. 9-2
Биоэнергетическое оборудование, которое может быть установлено в Украине в рамках реализации предложенной концепции [9–3].
* включая 2478 установок на фермах КРС, 295 – на свинофермах, 130 – на птицефабриках.
9.4. Получение электроэнергии из биомассы
9.4.1. Газификация [9–3]
Обычно электроэнергию из древесины получают путем использования паровых турбин конденсационного типа. При этом биомасса сжигается в котле для производства пара, который, попадая в турбину, приводит в движение генератор. Технология хорошо известна, проверена и позволяет использовать широкий диапазон топлив. Однако оборудование сравнительно дорогое, а эффективность сравнительно низкая. При этом возможности улучшения этих параметров в будущем ограничены. [9–3].
Новейшим способом получения электроэнергии из биомассы является газификация. Часть лигноцеллюлозного твердого топлива переводится в газообразную форму, содержащую 65–70 % энергии исходного топлива. Получаемые горючие газы могут использоваться аналогично природному газу для производства электроэнергии, в качестве топлива для автомобилей, в промышленности, или для получения синтетических видов топлива. Технология находится в стадии интенсивных исследований.
Многообещающей альтернативой является термохимическая газификация биомассы в условиях ограничения количества воздуха и использование получаемых газов в газовых турбинах. Газовые турбины относительно дешевые, более эффективные и имеют хорошие перспективы улучшения обоих показателей.
Газификаторы биомассы обычно имеют четыре основные составные части:
• Система подготовки и подачи топлива.
• Реактор.
• Газоочистка, система охлаждения и перемешивания.
• Энергетическая установка, например, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с генератором или насосной установкой, или газовая горелка в котле или печи. [9–3]. Использование газа в ДВС с последующим производством электроэнергии предъявляет жесткие требования к газификатору и качеству получаемых газов. Необходимость очистки, охлаждения и перемешивания газа делает технологию достаточно сложной. Опыт эксплуатации подобных устройств в мире показал, что они чувствительны к изменению параметров топлива, изменению нагрузки оборудования, качеству обслуживания и условиям окружающей среды.
К газификаторам, используемым только для производства тепла, не предъявляются столь жесткие требования, поэтому их легче проектировать и эксплуатировать, они дешевле и более эффективные с энергетической точки зрения.[9–3].
Все типы газификаторов требуют использования топлива с низкой влажностью и малым содержанием летучих компонентов. Поэтому древесный уголь хорошего качества является лучшим видом топлива. Однако его использование требует дополнительного оборудования, что снижает общую эффективность метода. [9–3].
В простейшей газовой турбине с открытым циклом горячие газы выбрасываются непосредственно в атмосферу. Другой возможностью является их использование для производства пара с помощью утилизатора тепла.
Рис. 9– 11. Промышленный газификатор [9–3].
Пар может использоваться для обогрева в когенерационных системах, а именно для повторного впрыска в газовую турбину. Это приводит к увеличению производства энергии и повышению общей эффективности системы (цикл STIG – газовые турбины с инжекцией пара в паровых турбинах и цикл GTCC – комбинированный газопаровой цикл). Биомассу легче газифицировать, чем уголь. К тому же, она имеет меньшее содержание серы. Использование технологий BlG/GTs для когенерации, а также для производства электроэнергии во многих случаях может оказаться дешевле, чем использование для этих целей больших централизованных угольных тепловых станций, для которых необходимо проводить сероочистку, а также атомных и гидростанций. [9–3]. Газификаторы, использующие древесину и древесный уголь, становятся коммерческим продуктом… Капитальные затраты могут быть значительно уменьшены в случае использования для строительства местных материалов. Например, стоимость газификатора, построенного из железобетона в Азиатском технологическом институте (Бангкок) оказалась в десять раз меньше западных аналогов. Для развивающихся стран многообещающей перспективой является использование технологии BlG/GTs (бъединяющим газификацию биомассы и газовые турбины (BlG/GTs) для потребностей сахарной промышленности и производства этанола.[9–3].
9.4.2. Совместное сжигание
Совместное сжигание, например, газифицированной биомассы и угля является хорошей возможностью уменьшения атмосферной эмиссии на угольных электростанциях. В 1999 году новая установка для совместного сжигания биомассы и угля была запущена в городе Zeltweg (Австрия). Газификатор биомассы мощностью 10 МВт был установлен на существующей угольной электростанции. Газификатор потребляет 16 м3 биомассы (щепа и кора) в час. Теплотворная способность получаемого газа находится в диапазоне 2,5 – 5 МВт/м3. Проект, получивший название «Biococomb», являлся демонстрационным проектом ЕС. Он был реализован компанией «Verbund» совместно с другими компаниями из Италии, Бельгии, Германии и Австрии и частично финансировался Европейской Комиссией. [9–3].
Сжигание биомассы и газовые турбины.
В развитых странах существует тенденция увеличения числа малых и более гибких установок для совместного производства тепла и электроэнергии, использующих биомассу в качестве топлива. Одним из новейших представителей этого типа устройств является когенерационная станция в городе Ноксвилл (Knoxville, штат Теннеси, США). Установка сочетает топку для древесины и газовую турбину. Перед турбиной горячие газы под давлением проходят через фильтр. Установка может работать на свежих опилках (40 % влажности). При электрической мощности 5,8 МВт установка потребляет 10 тонн опилок в час. Тепло уносится с выхлопными газами, имеющими температуру 370 °C. Электрический КПД равен 19 %, а общий КПД – 75 %. Выхлопные газы могут использоваться в паровой турбине, увеличивая электрическую мощность до 9,6 МВт, а электрический КПД – до 30 %. Установка в Ноксвилле работает с 1999 года.[9–3].
9.4.4. Пеллетные котлы
Для большинства строительных компаний, простых владельцев жилья, а также застройщиков на сегодняшний день одним из наиболее актуальных вопросов является обогрев помещений в зимнее время. Проблема осложняется тем, что даже в современных условиях не всегда получается использовать те системы отопления, которые работают непосредственно на газе и электроэнергии. А причиной тому во многом является экономическая нецелесообразность. Нередко выгоднее использовать иное отопительное оборудование. К примеру, котлы на пеллетах, которые отлично работают на твердом биотопливе. [9–4]. Пеллетные котлы – это твердотопливные системы отопления, использующие в качестве топлива пеллеты.
Рис. 9-12. Древесные пеллеты [9–4].
Рис. 9-13. Пеллетный котел.[9–4].
Котлы на пеллетах обладают рядом преимуществ. У них достаточно высокий коэффициент полезного действия – примерно 90 %. Они удобны в эксплуатации, а также обладают превосходными техническими характеристиками, обеспечивают в помещении максимальный уровень комфорта, который не уступает обогреву посредством газа и электричества. Пеллетные котлы выгодны еще и своей относительной дешевизной, ведь древесные гранулы и стоят намного меньше, чем жидкое/газообразное топливо для другого отопительного оборудования. А на их обслуживание нет значительных растрат, поэтому с финансовой точки зрения данные системы отопления домов являются крайне выгодным вариантом. [9–4]. Производство котлов на пеллетах осуществляется с использованием современных технологий, учитывая все современные тенденции в теплоэнергетике. Котлы на пеллетах обладают различной стоимостью, поэтому всегда есть возможность подобрать такое оборудование, которое подойдет вам по цене.
Производство пеллетных котлов предусматривает широкий диапазон мощностей – от 15 до 500 кВт, в зависимости от площади, а также состояния теплоизоляции помещения, в котором планируется монтаж системы отопления. Ориентировочный расчёт теплопотерь системы отопления, а также требуемой мощности пеллетного котла можно осуществить как самостоятельно, так и обратившись к специалистам, работающими в данной сфере. Вам обязательно помогут подобрать подходящую модель, а также проконсультируют по монтажу выбранной системы отопления.
Котлы на пеллетах не требуют практически никакого специального обслуживания, и поэтому для домов, а также коттеджей – это практичное, интересное и экологичное решение.
ПРЕЖДЕ ВСЕГО, ПЕЛЛЕТНЫЕ КОТЛЫ ОТОПЛЕНИЯ – ЭТО НЕЗАВИСИМОСТЬ ОТ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ.
Котлы, работающие на пеллетах, нуждаются лишь в наличии электричества. А что делать, если во время функционирования такого отопительного котла на древесных гранулах исчезнет напряжение в сети? Такой вопрос задают многие потенциальные покупатели. В данном отношении твёрдотопливные котлы на пеллетах – наиболее безопасные и эффективные. Во-первых, при исчезновении в горелке пламени исключены все возможные трагические последствия (утечки топлива не произойдет, как, это может быть с газом). Ну, а во-вторых, даже если и отсутствует электропитание, топливные котлы на пеллетах способны до восьми часов поддерживать активное горение. Этого времени будет вполне достаточно, для того чтобы энергетики смогли восстановить активную и непрерывную подачу электричества, даже если где-либо на линии произошел обрыв или серьезная авария.[9–5].
В настоящее время рынок предлагает множество видов пеллетных котлов.[9–5].
Наиболее перспективными для сжигания пелеттов являются котлы твердотопливные. Они обладают целым рядом следующих преимуществ:
Эффективность. Пеллетные твердотопливные котлы отопления отличаются высоким КПД – 85–95 %.
Автоматизация. Твердотопливные пеллетные котлы имеют высокий уровень автоматизации. Такое оборудование обеспечивает стабильное поддержание заданной температуры. Автоматически, по мере необходимости осуществляется и подача топлива из бункера. Благодаря этому в течение нескольких суток такие котлы способны функционировать без участия человека. [9–5].
Безопасность. Твердотопливные котлы на пеллетах гарантируют полную пожарную и взрывную безопасность.
Рис. 9-14. Вид твердотопливного пеллетного котла в разрезе.
Рис. 9-15. Внешний вид твердотопливного котла на пеллетах.[9–5].
Простота эксплуатации. Системы пеллетного отопления не требуют специального обслуживания. Чистка золы проводится один раз в месяц.
Длительный срок эксплуатации. Пеллетные котлы способны прослужить 20 и более лет
9.5. Крупные газогенераторные станции
Газогенераторная (ГГ) электростанция в г. Неймеген провинции Гелдерланд в Нидерландах. ГГЭлектростанция использует древесные отходы и древесную щепу. Отходы лесорубки и деревообработки собираются в трех местах в Нидерландах. Древесная щепа затем транспортируются в контейнерах на ГГЭлектростанцию. Чипы затем выгружается в приемный бункер и передается на дробление. После дополнительной очистки магнитами, остальная часть загрязнений удаляется ветерпросеивающей установкой. Затем материал доставляется в молотковую мельницу (15ton/hr), которая размалывает на частицы не более 4 мм. Этот поток материала просеивают и далее разделяют перед транспортировкой в пылесборник. Статический классификатор удаляет коло 10 % материала <800um. Сушка предварительно нагретым воздухом используется для сушки материала на стадии мельницы. [9–6].
Netherlands: Нидерланды:
Рис. 9-16. Газогенераторная электростанция в г. Неймеген.
Каждая мельница перерабатывает около 1,8 тонн в час, с конечной плотностью продукта от 200 до 240 кг/м3. Система замера подает древесный порошок в четыре отдельные линии впрыскивания в горелки, каждая из которых способна передать от 1,1 до 3,5 тонн в час. Четыре особых горелки мощностью 20MWth каждая установлены в котле (по два с каждой стороны) ниже самых низких рядов существующих 36 угольных горелок.
Существует пеллеты из смешанной биомассы, используемой в совместном сжигании на заводе Maasvlakte (см. ниже). Гранулы изготовлены из осадка сточных вод, отходов древесины и бумаги ила, имеющихся в непосредственной близости от завода. Гранулы смешивают с исходного угля на конвейерных лент. Bio-Mass Nederland началась в начале 1998 года с производства пеллет, состоящих из биомассы (обрезки), осадки сточных вод и бумаги шлама. Годовой объем производства оценивается в 150 000 тонн материала с более высокой теплотворной способностью около 16 МДж / кг. Это количество топлива заменит 30000 тонн угля и тем самым приводит к эквивалентным сокращением выбросов CO2.
Рис. 9-17. ГГэлектростанция в Maasvlakte около Ротердама в Нидерландах.[9–6].
Нидерланды являются в Европе лидером по совместному сжиганию угля и биомассы. Это популярно по ряду причин: относительно дешевое совместное сжигание, экологическая чистота, снижение выбросов парниковых газов, эффективное преобразование биомассы в энергию, достижение реализации реализация в течение короткого периода.
Рис. 9-18. ГГэлектростанция в штате Миннесота (Fibrominn), США.
Расположение: штат Миннесота Оператор: Fibrowatt ООО Конфигурация: 1 X 55 MW Пуск в эксплуатацию: 2007 Топливо: помет птицы.
Краткая информация: Это первая ГГэлектростанция в США, предназначенная для сжигания 700000 тонн в год помета индейки плюс другая биомасса сельскохозяйственных отходов, что составляет около 40 % от помета, производимого комплексами по разведению индеек в шт. Миннесота, разработана компанией Fibrominn в партнерстве с администрацией города Бенсон.[9–7].
Рис. 9-19. ГГэлектростанция в местечке
BMC Moerdijk на юге Нидерландов.
Расположение: Netherlands Оператор: BMC Moerdijk BV Пуск в эксплуатацию: 2008 Топливо: помет птицы Краткая информация: Первая крупномасштабная ГГэлектростанция по сжиганию птичьего помета на территории континентальной Европы. Она принадлежит совместному предприятию Delta BV, австрийской энергетической AG, и сельскохозяйственным кооперативам Duurzame Energieproductie Pluimveehou-derij (DEP) и Zuidelijke Земля-En Tuinbouworganisatie (ZLTO). DEP будет поставлять 440 000 т помета на грузовиках, в основном из южной Голландии. Строительство электростанции стоимостью € 150 млн. началось 28 августа 2006, а официальное открытие было на 3 сентября 2008. Около 25 сотрудников работают на предприятии.[9–7].
Рис. 9-20. ГГэлектростанция в местечке Amel, Бельгия
Оператор: Renogen SA Конфигурация: 1 X 5.3 MW CHP Ввод в эксплуатацию: 2007 Топливо: wood Краткая информация: ГГТЭЦ поставляет горячую воду для двух заводов в новом Quot в промышленном районе Арденн, а электричество поступает в сеть. Топливо – древесные отходы из местных лесозаготовительных компаний. [8].
Рис. 9-21. Газогенераторный блок GE Jenbacher, который будет построен в рамках Фазы 2 программы использования биомассы как топливо. [8].
Рис. 9-22. Газотурбогенератор, использующий генераторный газ из биомассы, мощность 300kW-450kW.[9].Основная технология газогенерации биомассы компании Nexter-ra – это системы восходящего потока газификации с неподвижным слоем, дающие в конечном итоге на выходе тепловую энергию от 2 до 40 МВт (от 8 до 140 млн. БТЕ / ч) и электрическую 2 – 15 МВт. Системы Nexterra просты по конструкции, способны обрабатывать широкий диапазон сырья и производят очень низкий уровень выбросов.
9.5.1.Газогенераторная Электростанция мощностью 10 МВт на Возобновляемых Источниках Энергии
Компания Nexterra поставила в Соединенном Королевстве свой первый проект газификации биомассы для компании MWH и системы Бирмингем Био ООО. Вклад компании Nexterra в создании электростанции мощностью 10 МВт электроэнергии из возобновляемых источников для продажи в сеть. в Tyseley, Великобритании составляет 47,8 млн. фунтов стерлингов. Проект был разработан Carbonarius.. Элетростанция будет использовать 67 000 зеленых тонн / год локально-источников класса А – С древесных отходов для производства пара, который будет преобразован в электричество через паровую турбину и систему газогенератора.[9-10]
Рис. 9-23. Схема газификатора Nexterra в разрезе.
1. Система поступления топлива.
Измерительный бункер обеспечивает краткосрочное хранение топлива и обеспечивает постоянную подачу топлива в газогенератор.
Топливо ттранспортируется горизонтальным шнеком от дозирующего бункера к вертикальному шнеку, который толкает топливо в основу топливной стопку внутри газификатора.
2. Газификация. В газогенераторе, топливо проходит через последовательные стадии сушки, пиролиза, газификации и приведения к золе. Воздух для горения (20 – 30 % от стехиометрического), пар и / или кислород вводят через внутренний и внешний конус в основание топлива. Частичное окисление, пиролиз и газификация происходят при 815 – 980 °C, и топливо преобразуется в «синтез-газ» и негорючую золу. Температура горения топлива жестко контролируются и поддерживается ниже температуры плавления золы для того, чтобы не формировался «клинкер» и чтобы зола выходила свободно.
Рис. 9-24. Газогенераторный блок компании Nexterra, (Канада, Ванкувер, основана в 2003 г.). [9-10].
3. Автоматическая система удаления золы. Образующаяся зола мигрирует к решетке в основе газогенератора, где она удаляется с перерывами через набор отверстий. Когда благодаря гидравлическому приводу, вращающийся решетка открывается, и пепел попадает в два зольных бункера. Каждый зольный бункер имеет два параллельных шнека, чтобы сбросить золу в зольный бункер.
4. Синтез-газ. Синтез-газ выходит из газогенератора при 260–370 °C. Синтез-газ можно сжигать в моноблочном окислителе с получением дымовых газов, направляемых к оборудованию, генерирующему тепловую энергию (например, котлы, тепловые масляные обогреватели, воздухвоздух теплообменники), или синтез-газ сжигается непосредственно в промышленных котлах или печах, или очищается для использования в ДВС или образования более дорогих газов и химических веществ.
Биогаз, представляющий собой преимущественно смесь метана и двуокиси углерода, производится как в естественных, так и в искусственных условиях. Однако с технико-экономической точки зрения, производство биогаза в искусственных системах представляет собой лучший и наиболее удобный метод. Одним из определяющих требований для производства биогаза является наличие герметичного контейнера. Биогаз может быть получен только в анаэробных условиях. Герметичный контейнер, используемый для производства биогаза в искусственных условиях, называется дайджестер (метантенк) или реактор.
Рис. 9-25. Газоэлектрогенератор GM, мощностью 21000 Вт, использующий генераторный газ.[9-11].
9.6. Оборудование для производства биоэтанола
Рис. 9-26. Схема производства биоэтанола из кукурузы. [9-12].
Биогазовая установка (БУ) представляет собой герметичный контейнер, который обеспечивает процесс ферментации органических материалов в анаэробных условиях. Другими названиями может быть «Биогазовый Дайджестер», «Биогазовый Реактор», «Метановый Генератор», «Метановый Реактор». Биогаз собирается в верхней части метантенка. В некоторых БУ имеются плавающие газгольдеры для сбора биогаза, в других для этого предусмотрена отдельная камера. Из метантенка сброженный жидкий остаток удаляется (часто автоматически) по выпускным трубопроводам.
Рис. 9-27.Технологическая схема осахаривания целлюлозы/гемицеллюлозы[9-13].
Рис. 9-28. Завод по производству биоэтанола, г. Йорк, ш. Небраска, США.[14].
Рис. 9-29.Технологическая схема производства биоэтанола из сладкого сорго.[9-15].
9.7. Оборудование для производства биодизельного топлива
Рис. 9-30. Технологическая схема производства биодизельного топлива из растительного масла.[9-16].
Рис. 9-31. Биодизельный завод, внешний вид. [9-17].
Рис. 9-32. Новый биодизель завод Империум в Hoquiam. [9-18].
Рис. 9-33. Биодизельная индустрия. Бытовое топливо[9-19].
9.8. Малые биогазовые установки
Системы для производства биогаза. Устройство биогазовых установок. Компоненты биогазовых установок.
Основными компонентами БУ являются: метантенк (реактор), газгольдер, система загрузки, система выгрузки, смесительная емкость и выпускной газопровод. [9–3].
Рис. 9-34. Биогазовая установка с фиксированным куполом (Непал).
Рис. 9-35. Биогазовая установка с плавающим куполом (Индия).
9.8.1. Метантенк
Представляет собой цилиндрическую или эллипсоидальную конструкцию, в которой происходит процесс сбраживания (ферментации) субстрата. Часто метантенк называют ферментационной емкостью или камерой. В простых БУ для индивидуальных хозяйств, работающих при температуре окружающего воздуха, метантенк рассчитан так, чтобы среднее время пребывания в нем навоза равнялось 55, 40, 30 и 10 дням. Это время называется гидравлическим временем удержания (ГВУ) биогазовой установки. Продолжительность 55, 40, 30 и 10 дней определяется не только температурной зоной страны, но и конструктив-ными особенностями биогазовой установки.
Метантенк может быть построен с помощью кирпичной или каменной кладки, бетона или бетонных блоков, железобетонных или стальных конструкций. Для малых БУ с плавающим газгольдером и объемом от 2 до 3 кубометров внутренний объем метантенка представляет собой одну камеру. Для объема 4 кубометра и более внутри метантенка строится стенка. Это делается для того, чтобы избежать частичной циркуляции субстрата и повысить общую эффективность работы установки. Стенка делит объем метантенка на две половины. Для метаненка с фиксированным куполом разделение объема не используется. Это объясняется тем, что диаметр метантенков с фиксированным куполом обычно больше, чем у моделей с плавающим газгольдером. Поэтому проблема с частичной циркуляцией субстрата не возникает.[3].
9.8.2. Газгольдер или емкость для хранения биогаза
В случае плавающего газгольдера последний представляет собой барабан, сделанный либо из стальных листов, либо железобетона, либо различных видов пластика. Он размещается в верхней части метантенка как крышка, погружаясь боковыми стенками в субстрат. При отсутствии биогаза он стоит на специальных ребрах на стенках метантенка, предусмотренных для этой цели. Газ, образуясь в субстрате и поднимаясь вверх, собирается в барабане. Для подачи газа по трубопроводу к месту использования после открытия клапана, внутри газгольдера необходимо давление 8-10 см водяного столба. Это давление может быть обеспечено весом газгольдера 80-100 кг/м2. При движении вверх и вниз газгольдер направляется центральной направляющей трубой. Газ заперт со всех сторон за исключением нижней части. Корка, образующаяся на поверхности, перемешивается с помощью вращения газгольдера, имеющего внутри соответствующее устройство для перемешивания. Объем газгольдера индивидуальной БУ с плавающим газгольдером составляет 50 % суточного производства биогаза. То есть, газгольдер может быть полностью наполнен за 12 часов работы установки.
В случае конструкции с фиксированным куполом газгольдер часто называют камерой для хранения биогаза. В этом случае камера является неотъемлемой частью установки (метантенка) и сделана из тех же материалов, что и метантенк. Объем камеры соответствует 33 % суточного производства биогаза. То есть, камера может быть полностью наполнена за 8 ночных часов, когда биогаз не используется. [9–3].
9.8.3. Система загрузки
В БУ с плавающим газгольдером система загрузки представляет собой трубу, изготовленную из цемента. Труба опускается на дно метантенка и располагается по одну сторону от разделительной стенки (если таковая имеется). Верхняя часть трубы выходит в смесительную емкость. В некоторых случаях (конструкция с фиксированным куполом) система загрузки представляет собой емкость, выполненную из бетона или кирпича, соединенную в верхней части со смесительной емкостью, а в нижней – с впускным отверстием метантенка. [9–3].
9.8.4. Система выгрузки
В случае БУ с плавающим газгольдером система выгрузки сброженного навоза обычно представляет собой бетонную трубу, установленную под углом и погруженную в навозную массу. Иногда система выгрузки представляет собой прямоугольный или полусферический резервуар, соединенный в нижней части с метантенком с помощью выпускного отверстия, через которое автоматически удаляется сброженная масса. Верхняя часть резервуара накрыта крышкой.
Классификация биогазовых установок (БУ)
Малые биогазовые установки можно условно разделить на:
• БУ с плавающим газгольдером,
• БУ с твердым куполом,
• БУ с отдельным газгольдером и
• БУ с мягким газгольдером. [9–3].
9.8.5. БУ с плавающим газгольдером
Такая конструкция для Индии и представляет собой систему с полупостоянной загрузкой сырья. Обычно в ней используется газгольдер цилиндрической формы, плавающий в метантенке, имеющем соответствующую форму. Биогаз накапливается в газгольдере при давлении 8-10 см водяного столба. Объем газгольдера вмещает половину суточного количества биогаза. Если биогаз не используется регулярно, его излишки будут попадать в атмосферу, проникая в виде пузырьков газа между нижней кромкой газгольдера и стенками метантенка. [9–3].
9.8.6. БУ с твердым куполом
БУ с твердым куполом характерны для китайских крестьянских БУ. Китайские БУ используют в качестве сырья сезонные отходы растениеводства, фекалии домашних животных (свиней), человеческие фекалии и другие отходы домоводства. и по этой причине основаны на принципе полупорционной загрузки.
Индийские БУ отличаются от китайских, поскольку в Индии основным источником сырья является навоз и, как следствие, используется полупостоянная загрузка. Давление биогаза внутри китайских установок может быть в диапазоне от нуля до 150 см водяного столба. Обычно давление контролируется с помощью простого манометра, установленного на выходной трубе недалеко от места утилизации биогаза. В индийских установках давление может изменяться в пределах от нуля до 90 см водяного столба.[9–3].
9.8.7. БУ с отдельным газгольдером
Метантенк такой установки представляет собой герметичную емкость. Выходное отверстие для биогаза находится в верхней части метантенка и соединено с помощью трубопровода с плавающим газгольдером, расположенным на определенном расстоянии от метантенка. Таким образом, внутри метантенка нет избыточного давления, в результате чего снижена вероятность утечек субстрата в случае негерметичности основной емкости установки. Другим преимуществом такой системы является возможность подключения нескольких метантенков к одному большому газгольдеру, построенному в непосредственной близости от места использования биогаза. Недостатком является относительная дороговизна. Обычно общий газгольдер используется для подключения нескольких метантенков с полупорционной загрузкой. Такие БУ полной заводской готовности производились в РФ с 1992 по 2000 годы. Общее количество 85 комплектов, легко транспортируются любыми видами транспорта и быстро монтируются. [9–3].
9.8.8. БУ с мягким газгольдером
Основная часть такой установки, включая и метантенк (реактор), сделана из резины, плотного пластика или неопрена. Входная и выходная трубы для сырья и сброженной массы изготовлены из поливинилхлорида (ПВХ). Подобная же труба меньшего диаметра используется для выпуска биогаза. Такая установка легко перевозится и просто устанавливается. При установке та часть, в которой будет сбраживаемый субстрат, должна поддерживаться снаружи. Обычно БУ помещают в специальную емкость, углубленную в грунт. Глубина емкости соответствует при этом глубине реактора. Таким образом, уровень сбраживаемой массы соответствует уровню грунта. Для того, чтобы создать избыточное давление в газгольдере, на нем размещается специальный груз. Преимуществом такой установки является возможность серийного производства. Недостатком является относительная дороговизна пластика и резины хорошего качества. Более того, продолжительность эксплуатации такой установки меньше, чем у обычных биогазовых установок. Поэтому, несмотря на хороший потенциал, подобные биогазовые установки пока не получили широкого распространения [3].
Рис. 9-36. Внешний вид самого крупного биогазового парка (Померания, ФРГ).
Самый крупный в мире биогазовый парк расположен в федеральной земле Мекленбург – Померания (Mecklenburg-Vorpommern) на окраине небольшого города Гюстров (Güstrow). Строительство данного парка под названием Nawaro Bio-Energie Park Güstrow стартовало в 2009 г., а через полтора года, в 2010 г. парк заработал на полную мощность. Величина инвестиций составила 100 млн. евро, число занятых на сданном в эксплуатацию объекте – 100 человек. Название парка содержит наименование фирмы разработчика и подрядчика, осуществлявшей полный контроль всех работ – NAWARO BioEnergie AG, входящей в инжиниринговый концерн NAWARO. Поставки оборудования, средств автоматизации и др. осуществляли более 20 фирм из Германии. [9-20].
Рис. 9-37. Фермерские масштабные биогазовые установки (ФРГ) / Рис. 9-38. Промышленные биогазовые станции.
Рис. 9-39. Газоэлектрогенератор TCG 2016 мощностью от 400 до 800 кВт, используют любой газ: природный, биогаз, лендфил-газ, канализационный газ, шахтный газ, син-газ и др.
Такие генераторы главным образом используются для биогазовых и ТЭЦ в Европе. Наивысшая электрическая мощность – 1000 кВт. В мире эксплуатируется до 1900 таких генераторов общей мощностью один млн. кВт.
Рис. 9-40. Биогазовая станция в Китае.
Рис. 9-41. Карта расположения биогазовых станций в Соединенном королевстве [9-21].
Рис. 9-42. Биогазовый электрогенератор, мощность 600 кВт производитель [9-22].
Рис. 9-43. Биогазовая станция компании Diamond Energy [9-23].
Рис. 9-44. Карта распределения биогазовых станций в ЕС.-2007 [9-24].
Рис. 9-45. Карта размещения биогазовых станций и установок в Великобритании.[9-31].
Рис. 9-46. Карта биогазовых станций в Польше.[9-25].
Рис. 9-47. Карта расположения биогазовых станций в Земле Шлезвиг-Гольштейн (ФРГ) [9-26].
9.9. Когенерационные электрогенераторы
Рис. 9-48. Когенерационные электрогенераторы марки 8ДК-36 и 12ДК-36 [9-27].
Рис. 9-49. Схема когенерационного электрогенератора в разрезе. [9-28].
Рис. 9-50. Когенерационный электрогенератор фирмы Зоргбиогаз. [9-29]
Рис. 9-51. Передвижная Биогаз-когенерационная установка [9-30].
Литература
9-1.RUF и производство топливных брикетов
9–2.Briketnyj_press_RUF_LIGNUM., www.zet.spb.ru.
9-3.Биомасса(энергия биомассы).
9-4.Что такое пеллетные котлы
9-5.Преимущества твердотопливных котлов на пеллетах., www.science-award.siemens.ru.
9-6.Experiences in Europe and List of Biomass Co-firing Plants., www.eubia.org.
9-7.Biomass Power Plants in the USA – Other States., www.industcards.com.
9-8.New Gas for CHP Plants., www.renewcanada.net.
9-9.Газотурбогенератор, использующий генераторный газ из биомассы, www.fortune-group.en.made-in-china.com.
9-10.Nexterra – Renewable Energy and Fuels from Waste., www.nexterra.ca.
9-11.Газоэлектрогенератор GM, использующий генераторный газ. www. Biomass Gasification and Pellet Millsstakproperties.com.
9-12.Схема производства биоэтанола из кукурузы., www.MHV Corn Ethanol bio-process.com.
9-13.Best Kept Secret in the Ethanol Industry: BlueFire Ethanol (BFRE)www.seekingalpha.com.
9-14.Production Methods Summary www.greener-industry.org.uk.
9-15.Sweet sorghum R&D at the Nimbkar Agricultural Research Institute (NARI) www.nariphaltan.org.
9-16.Biodiesel Making Equipment www.home-made-biodiesel.com.
9-17.NORRES – BIO DIESEL PLANTwww.norres.net.
9-18.Биодизельный завод., www.komonews.com.
9-19.Biodiesel Industry Update – Domestic Fuel www domesticfuel.com.
9-20.Самые крупные биогазовые станции в мире.,
www.agropraktik.ru.
9-21.CR4 – Thread: Methane Gas as a Fuel
9-22.600kw Soundproof Biogas Power Generation Plant,Biogas Power Generation.,
www.sd-generator.en.made-in-china.com.
9-23.Tatura Biogas Plant.,www.diamondenergy.com.au.
9-24. The map of Biogas production capacity., www.tankonyvtar.hu.
9-25. Agricultural biogas plants in Poland: Investment process, economical and environmental aspects, biogas potential., www.sciencedirect.com.
9-26. Biomasse-Anlagen in Schleswig-Holstein., www.biomasse-
sh.de.
9-27. Daihatsu Diesel, POWER PLANT & CO – GENERATION SYSTEM.,|
9-28. Aegen Heat and Power Cogeneration Systems.,
www.aegisenergyservices.
com.
9-29. www.zorg-biogas.com.
9-30. chp.jpgwww.energychoice.com.
9-31. Map of UK biogas plants., www.recyclingportal.eu.