Загрузка ...Производство топливных спиртов
В Украине на сегодняшний день топливный этанол и метанол практически не производятся и не применяются, однако в государстве имеются соответствующие условия для их широкого использования. Дооснащением существующих спиртовых заводов, реконструкцией ряда сахарных заводов и созданием специализированных производств малой мощности возможно доведение годового производства топливного этанола в Украине в 2000 г. до 0,035 млн т, а в 2010 г. до 2,0 млн т или, соответственно, 0,32 млн т у. т. и 1,82 млн т у. т. Первый проект уже введен в действие в Сумской области. Существует множество технологий и оборудования, которые применяются на сегодняшний день и разрабатываются на перспективу. Главная задача всех разработок — это достижение наиболее полного сгорания топлива. При применении современных технологий летучие вещества сгорают в газовом потоке, а углеродистые вещества — на топочных решетках. Два эти способа сжигания имеют различный химический механизм и кинетику, при определении которых большое значение имеет состав биомассы.
К техническим устройствам, которые применяются для прямого сжигания биомассы, относятся печи, топки, камеры сгорания.
Биомассу могут использовать, сжигая в энергетических установках в факеле, кипящем или уплотненном слое, с дальнейшим получением тепловой и электрической энергии. Основная промышленная технология этого направления — прямое сжигание в котле и генерирование электроэнергии в паротурбинной установке.
В Украине метод прямого сжигания биомассы распространен достаточно широко, особенно в сельской местности (бытовые печи, небольшие котельные) для отопления зданий и нагрева воды.
Удельные капитальные затраты для этих технологий в Украине составляют 4,2 тыс. грн/кВт для электростанций мощностью 10 МВт и до 1,9 тыс. грн/кВт для электростанций мощностью 40 МВт, а себестоимость выработанной на этих станциях электроэнергии — соответственно 12,2 коп./ кВт • ч и 7,6 коп./кВт • ч.
Пиролиз биомассы (сухая перегонка) — это химическое преобразование одних органических соединений в другие под действием теплоты без доступа окислителей (кислорода, воздуха).
Разработан ряд технологических процессов пиролиза биомассы. Эксплуатационные условия каждого из них определяются природой сырья, методами переработки и заданными продуктами производства.
Характеристика продуктов пиролиза зависит от типа сырья и условий проведения процесса. Основные продукты пиролиза — это углистое вещество, топливная жидкость, топливные газы; часто технологический процесс ориентирован на преобладающее получение одного из продуктов пиролиза.
По мере нагревания биомассы в камерах сгорания или других устройствах она разлагается, т. е. отделяются летучие вещества, и остается углистое вещество с большим количеством минеральных соединений. В состав летучих веществ входят СО, С02, некоторое количество углеводородов и водорода. Конденсирующаяся часть летучих веществ содержит воду и низкомолекулярные органические соединения (альдегиды, кетоны, кислоты, спирты). В состав смоляной фракции в основном входят высокомолекулярные сахара, производные фурана и фенольные соединения.
Пиролиз биомассы проходит при достаточно высоких температурах с образованием горючих газов, которые затем используют при сжигании в атмосфере воздуха при низкотемпературном пиролизе образуется большое количество углеродных остатков. Для увеличения выхода газов пиролиз необходимо проводить при высоких температурах.
Эффективность последующего сгорания топлива, полученного в процессе пиролиза, зависит от количества и температуры воздуха, которое подается в систему. При нехватке кислорода (21 % в составе воздуха) сгорание топлива будет неполным, наличие в системе избытка воздуха приводит к снижению температуры процесса сжигания.
Газификация биомассы — это преобразование твердых отходов биомассы в горючие газы посредством неполного их окисления воздухом (кислородом, водяным паром) при высокой температуре. Газифицировать можно практически любое топливо, при этом получаемые газы называют генераторными. Такие газы можно использовать в большом диапазоне: как топливо для получения тепловой энергии в быту и различных процессах промышленности, в двигателях внутреннего сгорания, как сырье для получения водорода, аммиака, метилового спирта и синтетического жидкого топлива.
Газификация древесины и другого лигниноцеллюлозного сырья в первой половине XX столетия была одним из основных методов получения топливных газов. Такие газы состояли из значительного количества твердых частиц, поэтому могли быть использованы только в различных топочных системах осушки и очистки.
Газификаторы классифицируются в соответствии с характером перерабатываемой биомассы и особенностями аппаратуры. По назначению газификаторы разделяются на стационарные и транспортные. По месту подвода окислителя (так называемого дутья) и отвода газов — на вертикальные прямые (движение дутья снизу вверх), вертикальные возвращенные (движение дутья сверху вниз) и горизонтальные.
Основными типами газификаторов для периодической и непрерывной газификации являются реакторы с неподвижным (стационарным) и с подвижным (уплотненным) слоем сырья, с перемешиваемым слоем, с псевдосжиженным слоем сырья, с поворачиваемым слоем сырья, с проталкиванием слоя сырья.
Несмотря на большое разнообразие способов газификации, все они характеризуются одними и теми же реакциями. В общем виде газификатор представляет собой шахту, внутренние стенки которой футерованы огнеупорными материалами.
С одной стороны этой шахты подается топливо, а с другой — окислитель. Слой топлива поддерживается колосниковой решеткой. На начальном этапе дутье проходит через слои золы и шлака, где частично надевается (0 зона), и подается в слой сильно разогретого топлива (окислительная зона 1). Образовавшиеся продукты сгорания поднимаются вверх по газификатору и в области зоны газификации (II) вступают в реакцию с горючими элементами топлива, восстанавливаясь при этом до оксида углерода и водорода. При дальнейшем движении сильно разогретые продукты восстановления обогащаются продуктами пирогенного разложения топлива (газы, смолы, водяной пар), которые образуются в зоне III.
По способу дутья газификаторы разделяются на реакторы с воздушным дутьем» в которых получают низкокалорийный «воздушный» газ с теплотой сгорания 3,8…4,5 МДж/м3, и реакторы с кислородным дутьем, в которых получают высококалорийный так называемый кислородный газ с теплотой сгорания 5…8,8 МДж/м3, в составе которого меньше азота. При подаче в сильно разогретые слои топлива водяного пара получают так называемый водный газ с теплотой сгорания 10…13,4 МДж/м3. Газификаторы эксплуатируются как в условиях атмосферного давления, так и при более высоком давлении; с повышением давления производительность реактора увеличивается. Однако реакторы высокого давления требуют специального оснащения и коммуникаций, поэтому в данное время большинство реакторов для газификации биомассы эксплуатируются при атмосферном давлении.
Газификаторы имеют различную производительность с разным выходом энергии в топливном газе. Низкокалорийный газ может быть получен газификацией:
- органических компонентов твердых городских отходов, в том числе бумаги, тканей, резины, травы, обрезков древесины, пищевых отходов;
- отходов леса, в том числе обрезков древесины, коры, опилок, древесного угля;
- сельскохозяйственных отходов, которые образуются после сбора урожая (стержни кукурузы, отходы злаковых и бобовых культур, льна и прочие).
Использование генераторного газа в Украине имеет определенную традицию. Так, уже в 50-е годы XX столетия вырабатывалось около 18 млрд м3 генераторного газа, в качестве сырья для получения которого использовались топливная древесина, торф, уголь. В настоящее время оборудование для термохимической конверсии биомассы может быть изготовлено на многих механических заводах Украины. Промышленностью серийно выпускаются газовые турбины и дизельные электростанции, которые могут быть конвертированы на низкокалорийный генераторный газ. Наиболее конкурентоспособны установки, в которых за счет генераторного газа синхронно вырабатываются теплота и электроэнергия. Для развития данного направления планируется создать специализированный базовый демонстрационный объект на предприятии Киевский ДОК.
Дата публикации: 07.04.2013
Особенности и виды межкомнатных складных дверей
Варианты применения наружных LED экранов
