Автономный энергетический центр по утилизации отходов сельскохозяйственных предприятий

Процесс газификации организован следующим образом. Загрузка топлива в приемный бункер реактора производится автоматически по мере снижения уровня загрузки биомассы ниже минимального рабочего уровня. Для расчета текущих параметров управления функционирует система сбора информации, дающая полное представление о протекании процесса газификации. Реактор состоит из топки, внутри которой поддерживается температура порядка 700 °C. Куриный помет при помощи шнека загружается внутрь песчаного слоя, куда посредством компрессора также подается ограниченное количество окислительного воздуха, одновременно создающего эффект барботиро- вания (кипящего слоя). Биомасса последовательно подвергается термохимическим реакциям окисления и восстановления, в результате которых образуется горячий генераторный газ.

Генераторный газ обладает средней теплотой сгорания (НТС) около 1200 ккал/нм3 (5000 кДж/нм3) и следующим компонентным составом (в объемных %):

• компоненты горючих газов:
• угарный газ (СО) 16-18;
• водород (Н2) 16-18;
• метан (СН4) 2-3;
• компоненты балластных газов:
• азот (N2) 59-62;
• другие газы менее 2.
• твердые остатки газификации из тяжелой золы и непрореагировавшей биомассы.

Процесс газификации имеет КПД до 80 %: из 1,0 кг сухого куриного помета производится около 2 нм3 генераторного газа общей тепловой мощностью до 2,8 кВт.

После глубокой очистки от вредных примесей и охлаждения генераторный газ поступает в качестве топлива в ДВС. Газогенератор рассчитан на непрерывную работу 24 часов в сутки в течение 8 000 часов в год.

Как уже было показано выше, использование куриного помета для выработки электроэнергии, требует дополнительных технологических элементов по сравнению с энергетическим применением растительных биомасс в части снижения вредных выбросов окислов азота и серы (NOx, SOx), а также в части ограничения воздействия щелочных металлов, хлора и серы.

Система глубокой очистки генераторного газа обеспечивается базовой конструкцией каталитического реактора обратного действия, применением центробежного циклона с внутренней системой очистки и охладителя/конденсатора газа.

Добавка дозируемых реагентов в птичий помет на входе в газогенератор (каталитический реактор) приводит к их химическому взаимодействию с HCl и H2S с образованием твердых солей и последующим их отделением при помощи центробежного циклона. Каталитический реактор обращенного действия позволяет практически полностью разлагать при высоких температурах аммиак и смолы, увеличивая теплотворную способность генераторного газа.

После глубокой очистки горячий генераторный газ охлаждается сначала до температуры 110-120 оС в газо-воздушном теплообменнике, затем в охладителе/конденсаторе до температуры 40 °C. Отведённая от генераторного газа тепловая энергия вместе с теплом от системы охлаждения ДВС используется для формирования агента сушки куриного помета. Генераторный газ направляется на ДВС.

Регулирование расхода генераторного газа, поступающего в газопоршневой двигатель внутреннего сгорания, является одним из наиболее тонких аспектов в процессе выработки электроэнергии на установках данного типа и осуществляется посредством трех исполнительных органов:

• регулируемого дроссельного клапана, задающего расход генераторного газа в ДВС в зависимости от текущей электрической нагрузки;
• клапана, задающего стехиометрическое соотношение воздуха и генераторного газа, оптимального для процесса горения;
• соединенного с регулятором оборотов двигателя главного клапана, задающего расход газовоздушной смеси, необходимой для поддержания скорости оборотов двигателя 1500 об/мин при срабатывании текущей электрической нагрузки.

Наличие датчика кислорода, установленного в выходном тракте двигателя, позволяет управлять системой впрыска мочевины на выходе из газовоздушного теплообменника ДВС в количестве, необходимом для нейтрализации NOx в выхлопных газах до допустимых значений.

Заключение. Технология утилизации сельскохозяйственных отходов методом газификации имеет ряд неоспоримых преимуществ перед технологией производства биогаза методом анаэробного сбраживания, а именно:

• более высокий КПД преобразования отходов сельского хозяйства в полезную энергию;
• всесезонность: высокая эффективность производства генераторного газа не зависит от времени года;
• меньшая металлоемкость технологического оборудования для производства газа;
• меньшие транспортные затраты на всех стадиях утилизации сельскохозяйственных отходов;
• возможность превращать в электроэнергию лигниносодержащие отходы, такие как солома и древесина;
• практически полная безотходность производства по утилизации отходов сельского хозяйства;
• возможность полной автоматизации процесса утилизации отходов сельского хозяйства и соответствующее снижение эксплуатационных расходов на заработную плату обслу­живающему персоналу;
• практически полное отсутствие неприятных запахов и инфекций;
• универсальность применения технологического оборудования для различных видов биомассы;
• низкие эксплуатационные затраты из-за гораздо меньшего цикла утилизации отходов;
• компактность оборудования газогенераторной мини-ТЭЦ, позволяющая проектировать мобильные модульные энергетические центры по утилизации отходов сельского хозяйства;
• высокая экологичность по сравнению с решениями, применяемыми на сегодняшний день.

Все это позволяет рассматривать предлагаемое оборудование по утилизации отходов сельского хозяйства как явную и перспективную альтернативу существующим технологиям, а энергетический центр на базе газогенераторной мини-ТЭЦ — как современное энергонезависимое предприятие агропромышленного комплекса с относительно высокой инвестиционной привлекательностью.

Дата публикации: 25.02.2012

Похожие записи:

• Кластерный подход при формировании технопарков рационального природопользования
• Акустическая паровая внутрикапельная кавитация — новое направление для создания эффективных энергосберегающих и экологически чистых технологий
• Каталитическая интенсификация процессов переработки возобновляемого растительного сырья в биотоплива
• Комплексное использование германий содержащих углей с получением исходного сырья для производства солнечных батарей
• Дожигание анодного газа алюминиевого производства в автономной установке
• Повышение энергоэффективности производства чугуна и ферросплавов при использовании карельского шунгита