• Модул за генериране на горещи димни газове от биомаса



  • страница1/2
    Дата29.01.2019
    Размер0.52 Mb.

    Модул за генериране на горещи димни газове от биомаса


      1   2






    Модул за генериране на горещи димни газове от биомаса
    Целта на предлагания Проект е да бъде разработен и изпитан в реални условия прототип на високо ефективен, надежден и по-евтин от наличните на пазара Модул за генериране на горещи димни газове – МГДГБ – 1000(Модул за горещи димни газове на биомаса с мощност 1000 kW) – Фиг. - 1. Той следва да работи с широк спектър отпадна биомаса, при което емитира газове и твърди частици в количества, неколкократно по-ниски от допустимите такива. В Модула ще бъдат реализирани иновативни вихрови технологии за газификация на биомасата и за инсинераторно изгаряне на получените пари и газове. Генерираната енергия с топлоносител горещи димни газове може да се използва в различни технологични процеси, за комбинирано производство на електричество, топлина, тригенерация, и за отопление. Заедно с топлинната, ще бъде произвеждана и електрическа енергия – за осигуряване собственото потребление на Модула, и за неотложните нуждите от електроенергия на свързаното с него оборудване.
    А. Технически параметри:
    1. Топлинна мощност - 1000 KW. Генерирана електрическа мощност – 40 kW.

    2. Температура на димните газове: 10000 – 11000С.

    3. Гориво: отпадъчна дървесна биомаса от дърводобива, дървопреработката, мебелното производство, дървени и хартиени опаковки, растителни отпадъци, утайки от пречиствателни станции, безопасни биологични битови и промишлени отпадъци и др.;

    4. КПД на горивния процес > 92%.

    5. Вид на горенето:

    а/ I – етап вихрова пиролиза при най-подходящите за преработваното гориво условия в отделен реактор. При този етап биомасата се газифицира. Реализираният в Модула процес се различава от класическата газификация по скорост, температура, обем и организация на работното пространство и др. Затова го наричаме по-общо – пиролиза.

    б/ II – етап изгаряне във вихров инсинератор до получаване на безвредни за околната среда горещи димни газове.

    6. За реализирането на вихровите процеси на пиролиза и инсинерация се използва прегрята водна пара. Същата се произвежда в проточен парогенератор с паропрегревател, които са неразделна част от МГДГБ – 1000.

    7. Подаване на биомасата в съоръжението – механизирано.

    8. Движение на пиролизната паро-газова смес и на димните газове през пиролизния реактор и инсинератора – принудително, чрез парни, паро-въздушни и паро-газо-въздушни ежектори.

    9. Управление на технологичните процеси в МГДГБ – 1000 – автоматизирано, чрез компютърна система за управление.

    10. Електрическата енергия се произвежда от мото-електрогенераторен блок, задвижван с бутален двигател с вътрешно горене. В двигателят се реализира двугоривен процес(газ - дизел). Основното гориво е газгенераторен газ, произведен от пиролизния реактор. Допълнителното гориво е биодизел. То представлява до 12% от общата консумация. Впръсква се през дюзите на двигателя и служи за запалване на компресираната в цилиндрите смес от въздух и газгенераторен газ. Газът се подава към двигателя от буферен съд (газхолдер). В последния налягането е малко над атмосферното. То се създава от центробежен вентилатор за високо налягане. Вентилаторът осигурява и движението на газгенераторния газ през системата за охлаждане и филтриране, разположена между пиролизния реактор и газхолдера. Енергията от охлаждането на двигателя с вътрешно горене, тази, която съдържат изпусканите от него димни газове и топлината от охлаждането на газгенераторния газ са включени в системата и се използват за повишаване КПД на модула като цяло.

    11. Пиролизният реактор се запуска първоначално с горелка, която може да работи с водород, газгенераторен газ или газ пропан-бутан. Същата горелка се използва и за осигуряване на допълнителна топлина в работното пространство при промяна характеристиките на биомасата (увеличаване на влажността, пепелното съдържание, намаляване на топлотворността и др.) Водородът се осигурява от генератор базиран на електролиза на водата. Газгенераторният газ се взима от газхолдера. Пропан-бутан се доставя с бутилки за високо налягане (битови или промишлени).

    Исинераторът стартира с горелка, подобна на описаната по-горе.

    След извеждане на двете съоръжения в работен режим, работата на горелките се преустановява. При необходимост, те се задействат от автоматизираната система за управление.

    12. Пиролзният реактор и инсинераторът поотделно са защитени с предпазителни клапани от повишаване на работното налягане в тях и микроексплозии.


    B. Иновации, реализирани в Модула за горещи димни газове:
    І. Прилагане на процеси на термо-химическа преработка на биомасата, с цел максимално използване на нейния енергиен потенциал.

    1. Биомасата първоначално се подлага на пиролиза, в отделно съоръжение, при следните особености:

    а/ Осъществява се във вихров реактор, с вертикална ос, в който се реализират:

    - пиролиза в условия на подвижен слой, с увлечен пулверизиран поток (moving entrained bed);

    - аблативна(ablative) пиролиза;

    - пиролиза във фиксиран слой и възходящ поток (fixed bed updraft);

    - втечнен, псевдо-вибро-кипящ слой;

    - рециркулация на тежките летливи пиролизни продукти;

    - интензивно взаимодействие между пиролизните пари и газове, и твърдия остатък (частици дървени въглища и пепел).

    б/ Използват се различни пиролизиращи агенти:

    - атмосферен въздух;

    - прегрята водна пара;

    - горещи въглеводороди във вид на пари, газове и пепелни частици;

    - водород, произведен извън реактора, чрез електролиза на вода.

    в/ Пиролизата е във вихър със средна интензивност. Движението на биомасата и пиролизните продукти в реактора е принудително под въздействието на ежектори:

    - въздушни;

    - паро-въздушни;

    - паро-газо-въздушни.

    г/ В резултат на вихровото, въртеливо движение на биомасата и пиролизните продукти, и на наличието на контур за рециркулация, пиролизният реактор служи и за инерционен филтър. В него пиролизните пари и газове се отделят от твърдите частици и се насочват и отвеждат в различни направления.

    2. Получената пиролизна паро-газова смес изгаря в инсинератор:

    а/ Съоръжението е вихрово, с вертикална ос и средна интензивност на вихъра.

    б/ В него пиролизните пари и газове изгарят при:

    - строго контролирана температура, която не надвишава 11000С;

    - времетраене на горенето - над 2 s;

    - специфично натоварване на обема на вихровото горивно пространство – под 0,5 MWh/m3;

    - специфично натоварване на напречното сечение на реактора – под 0,5 MWh/m2;

    - обем на инсинератора за 1 kg димни газове, произвеждани за 1 s – над 1,85 m3/kg/s.

    в/ Движението на постъпващата в инсинератора паро-газова смес и на окислителите е принудително. То се осъществява чрез:

    - паро-газо-въздушен ежектор;

    - въздушни дюзи.

    г/ Като окислители за изгарянето на пиролизната паро-газова смес в инсинератора се използват:

    - горещ въздух;

    - прегрята водна пара.

    д/ Инсинераторът служи и като инерционен филтър – за отделяне на пепелните частици от димните газове.


    ІІ. Интелигентна система за автоматизирано управление режимите на работа на пиролизния реактор, инсинератора и мото-електрогенераторния блок, поотделно и заедно. Тя е проектирана и изградена в съответствие с използваната суровина, конструкцията и режимите на работа на трите съоръжения. Управлява:

    1. В пиролизния реактор:

    а/ Подаването на биомасата.

    б/ Количествата на отделните пиролизиращи агенти.

    в/ Интензивността на вихъра.

    г/ Температурата на 3 нива в работното пространство.

    д/ Вибрирането на скарата, като го съгласува с подаването на суровината.

    е/ Дебита на въздуха и парата, подавани в ежектора към инсинератора.

    ж/ Работното налягане.

    з/ Работата на запалителната горелка, която служи за първоначално запускане на пиролизния реактор.

    и/ Контролира безопасността на процеса

    2. В инсинератора:

    а/ Работната температура.

    б/ Количествата на окислителите.

    в/ Интензивността на вихъра.

    г/ Работното налягане.

    д/ Работата на запалителната горелка, която служи за първоначално запускане на инсинератора.

    е/ Контролира безопасността на процеса

    3. В парогенератора:

    а/ Налягането на парата.

    б/ Температурата на парата на изхода на паропрегревателя.

    в/ Дебита на водата, подавана на входа на парогенератора.

    г/ Контролира безопасността на процеса

    4. В електролизните генератори за производство на водород – като работно тяло за пиролизата и като гориво в запалителните горелки:

    а/ Количество, температура и др. параметри на електролита.

    б/ Консумация на електроенергия, параметри на тока, използван при електролизата, състояние на електродите и др.

    в/ Дебит и налагяне на произвеждания водород.

    г/ Контролира безопасността на процеса


    5. В мото-електрогенераторния блок:

    а/ Работата на съоръженията за охлаждане, филтриране и съхраняване на газгенераторния газ.

    б/ Работата на смесителя, разположен преди двигателя - за смесване на газгенераторния газ с необходимото за неговото изгаряне и за изгарянето на впръсквания биодизел количество въздх.

    в/ Обороти, натоварване, температура на въздуха, димните газове, охлаждащата течност и др. параметри на двигателя с вътрешно горене.

    г/ Напрежение, ток, честота и др. параметри на електрогенератора.
    ІІІ. Методики за проектиране на вихрови съоръжения за пиролиза на биомаса с различни характеристики, и за изгаряне произведените пиролизни пари и газове. При проектирането на пиролизния реактор и инсинератора ще се приложат методи и алгоритми, строго съобразени с характеристиките на биомасата, организацията на процесите пиролиза и инсинерация, и използваните пиролизиращи агенти и окислители. Те се основават на резултатите от дългогодишната работа на разработващия екип при изчисляването и изграждането на вихрови реактори с различно предназначение.
    ІV. Конструктивни и топлоизолационни материали, които съответстват на физическите, температурните и химическите натоварвания на пиролизния реактор и инсинератора.
    V. Уникален промишлен дизайн, който обхваща:
    1. Всяка една от системите за:

    а/ Подаване на:

    - биомасата в пиролизния реактор;

    - пиролизиращите агенти в пиролизния реактора.

    б/ Отвеждане на:

    - пиролизните пари и газове от пиролизния реактор и подаването им в инсинератора;

    - твърдия остатък от пиролизния реактор и от инсинератора;

    - димните газове от инсинератора.

    в/ Рециркулация на тежките летливи пиролизни продукти.

    г/ Производство и прегряване на водната пара.

    д/ Ежектиране на пиролизиращите агенти, паро-газовата смес и окислителите в пиролизния реактор и инсинератора.

    е/ Автоматизирано управление на целия Модул.


    2. Организацията на посочените системи в цялостно изделие.
    3. Формата, геометричните размери и др. на Модула.
    С. Конкуренти и предлагани от тях изделия.
    1. Бенеко – България

    Предлага топлоенератори на биомаса, с мощност 100 – 5000 kW и искроуловители или искрогасители (от лабиринтен или циклонен вид). Всички горивни камери са със скарно горене. В тях биомасата се подава ръчно, автоматизирано или комбинирано. Предназначени са основно за директно захранване на сушилни за дървесен чипс и друга суровина за пелети, за сушене на пясък и други неорганични материали.


    2. Доза – Агро – Русия, гр. Нижний Новгород
    Произвежда топлогенератори с мощност до 2500 kW, които работят на стърготини, кора, чипс, торф, птичи тор, обелки, орехови черупки и др. Горенето е скарно. Изделията имат камера за догаряне. Отвътре са топлоизолирани с огнеупорни тухли. Подаването на биомасата е механизирано (с шнек или хидротласкател). Топлогенераторите са снабдени с термодвойка за следене на работната температура и с датчик за измерване на тягата на комина. Подаването на въздуха под скарата, в смесителната камера и в камерата за догаряне е принудително, с центробежни вентилатори. Те, заедно със захранването с гориво се управляват от автоматизирана система.

    Топлогенераторът ТГ – 1000, който предлагат е със скарно горене. Произвежда димни газове, смесени с въздух за сушилни камери, с: температура 120 – 3000С, обем на газо-въздушната смес – 15000м3/час, мощност до 1000 kW, КПД – 80%, габарити 4,9 х 1,74 х 2,5 м, маса 16000 kg.


    3. Еффект про – Русия, гр. Ковров

    Произвежда топлогенератори със скарно горене и мощност – 1000 kW. Гориво – дървесни отпадъци, торф и др. биомаса. КПД – 80%, при влажност на горивото до 40%. Подаването на горивото може да бъде ръчно, с размери на късовоте 700 х 125 х 125 мм. и автоматизирано. Температура на топлоносителя на изхода – 1200 – 3000С. Обем на топлоносителя 15000 м3, при температура 2500С. Габарити: 5,25 х 2 х 2,5 м. Тегло 18000 kg.

    4. Локнея – Беларус, гр. Слуцк

    Произвежда вихрови топлогенератори с мощност 1000 – 3000 kW. Работното им пространство е цилиндър с вертикална ос. Работят с раздробена биомаса: стърготини, талаш, обелки и др. с влажност до 25% – 30%. Подаването й е автоматизирано. Едрината на горивните частици е ограничена до 30 х 20 х 5 mm. КПД – 85%. Средна температура на продуктите от горенето 8500 – 9000С. Топлогенераторът с мощност 1000 kW има габарити – 1,6 х 2,0 х 5,3 m. Тегло 7100 kg. Към него може да се монтират различни топлообменници за нагряване на: въздух, вода, производство на пара и др. За улавяне на пепелните частици от горенето на биомасата, след топлообменниците се разполагат филтри.


    5. Агрополюс – Украйна, гр. Ахтырка
    Фирмата произвежда вихрови топлогенератори с хоризонтална ос. Горивото е раздробено и се подава механизирано през центъра на едното от дъната на цилиндъра. Произведените димни газове се отвеждат от другото дъно. Работят с раздробена биомаса: отпадъци от дървопреработващата промишленост – стърготини, талаш; пелети; отпадъци от селскостопанското производство - слънчогледови кори, отпадъци от зърнопроизводството, нарязана слама, шлюпки и др. Тя трябва да бъде с влажност до 30%. Топлогенераторите са мощност: 500 kW, 1000 kW и 2000 kW. Този с мощност 1000 kW е с параметри: КПД – до 90%; габарити: дължина/широчина/височина съответно 3,7 х 1,6 х 2,2 m. Тегло 3500 kg. Към топлогенератора се монтира газо-въздушен топлообменник за нагряване на въздух. Последният е с маса 3000 kg. Топлият въздух се използва за: сушене на зърно, отопление на промишлени и др. помещения, сушене на дървесина и др. За отделяне на пепелните частици от изпусканите в атмосферата димни газове, след топлообменниците се монтират различни филтри.
    6. СПиКо – Русия, гр. Псков
    Производствената гама на фирмата включва: топлогенератори със скарно изгаряне и вихрови такива, смесителни/искрогасителни камери и различни топлообменници.

    а/ Топлогенератор с подвижна скара – „Вулкан” с мощност до 2,0 MW. Работи с: дървесни отпадъци с влажност до 55%, торф с влажност до 50% и пепелно съдържание до 30%, различни селскостопански отпадъци. Габарити: 5,8 х 2,7 х 3,1 m. Тегло 14500 kg.

    б/ Вихрови топлогенератори с мощност 1,2 MW и 2,0 MW за изгаряне на едра и надробена биомаса с влажност до 30%, при КПД до 90%. Габаритите и масата им са съответно: 5,8 х 5,2 х 3,2 m и 10044 kg; 6,2 х 5,8 х 3,5 m и 10940 kg.

    в/ Вихров пиролизен топлогенератор с мощност до 1,5 MW. Биомасата следва предварително да бъде надробена на чипс и изсушена до влажност 30%. КПД до 90%. Обем на горивното пространство – 1 m3. Габарити: 1,7 х 3,5 х 2,1 m. Маса – 3220 kg.

    г/ Вихров газгенераторен топлогенератор с мощност 1,0 MW. Биомасата е от различен тип, предварително ситно раздробена и изсушена до 30% влажност. КПД – до 90%. Габарити: 3,3 х 2,2 х 3,8 m. Маса – 5300 kg.

    д/ Лабиринтен смесител/искрогасител за топлогенератори с мощност до 1 MW. Служи за: улавяне и доизгаряне на искрите след топлогенераторите и смесване на димните газове с необходимото количество въздух, до получаване на желаната крайна температура. Габирити: 3,7 х 1,9 х 2,5 m. Маса – 9757 kg.

    е/ Вихров смесител/искрогасител за мощност до 1,0 MW. Габарити: 2,2 х 2,2 х 3,2 m. Маса – 5022 kg.

    ж/ Вихров смесител/искрогасител за мощност до 2,0 MW. Габарити: 3,2 х 2,5 х 2,8 m. Маса – 4000 kg.
    7. Термотех – Русия, гр. Брянск
    Произвежда вихрови газгенераторни горивни камери с мощност до 3,0 MW. Те работя с дървесни стърготини, талаш, дървесен чипс, кори, растителни отпадъци и др. с влажност до 45%. КПД – 90%. Произвеждат факел от горяща паро-газова смес, която съдържа и твърди (недоизгорели) частици, и пепел. Същят се насочва към горивните камери на котли за топла, вода пара и др. Вихрова камера от този тип с мощност 1,0 MW има габарити 3,5 х 2,5 х 2,0 m и маса – 3500 kg. Ако трябва да се произвеждат горещи димни газове за сушилен агент, към горивните камери допълнително трябва да бъдат монтирани искрогасители и смесители.
    8. Uniconfort – Италия
    Произвежда топлогенератори за горещи димни газове или горещ въздух. Съоръженията са със слоево, скарно горене в мощностния диапазон – до 10 MW. В тях са вградени и камери за догаряне от лабиринтен тип. Допълнително могат да бъдат монтирани и високотемпературни вихрови очистители на димните газове. Температурата на горивния процес е ограничена до 10500С. Топлогенератор на Unikonfort с мощност 1000 KW има габарити: 5,5 х 2,5 х 3,5 m и тегло 10500 kg.
    9. Onix Corporation - САЩ
    Произвеждат вихрови топлогенератори с циклонно изгаряне на горивото за създаване на горещи димни газове. Представляват цилиндри с вертикална ос. Предназначение – за захранване с енергия на сушилни, котли, въртящи се пещи, промишлени отоплители и др. Мощностен диапазон 120 kW – 35 MW. Температура на димните газове – 8000 – 10000С. Използвана биомаса: въглища (каменни, лигнитни, дървени и др.), дървесен чипс, талаш, стърготини, хартиени отпадъци, конски тор и др. Частиците биомаса, които се използват като гориво трябва да отговарят на следните изисквания: да имат размери до 6,5 mm, топлотворност над 4,8 kWh/kg, пепелно съдържание - до 6%, влажност – до 10%. Топлогенераторът на Оникс корпорейшън с мощност 1170 kW има габарити: 3,9 х 3,0 х 2,0 m и тегло – 7200 kg.
    10. LOESCHEГермания
    Разработва генератори за горещи димни газове с използване на различни горива. Представляват цилиндри с вертикална ос. Работят с увлечен, пулверизиран поток (entrained flow). Генераторите захранват с енергия различни технологични процеси за сушене. В гамата от изделия, които изгарят твърдо гориво има топлогенератор, който работи със смляна на прах, суха (с влажност до 10%) дървесина. При мощност от 1000 kW топлогенераторът LOESCHE има височина 6 m и диаметър 1,2 m. Масата му е 3000 kg.
    D. Особености на предлаганите от конкуренцията изделия:
    І. Топлогенератори със скарно изгаряне:

    1. Имат много голяма маса и обем.

    а/ При мощност от 1000 kW, заедно с искрогасителните камери (там, където те не са вградени) масата им е в диапазона (10000 – 28000) kg, при тегло за единица мощност (10 – 28) kg/kW. Този показател означава високи разходи за конструктивни и топлоизолационни материали.

    б/ Показателят обем за единица мощност при този тип топлогенератори, заедно с искрогасителите е (0,035 – 0,050) m3/kW. По-големият обем на разглежданите топлогенератори определя и необходимостта от повече време за извеждане в работен режим – няколко часа.

    2. Цената им за единица мощност е в диапазона (200 - 350) лв/kW. По-евтини и с по-ниско качество са съоръженията, произведени в Украйна и Русия.

    3. Наличието на подвижна скара прави разглеждания тип топлогенератори сложни и скъпи за поддръжка и ремонт. От друга страна, скарното горене осигурява по-голяма инертност и непретенциозност към промяна параметрите на горивото.

    4. Производителите от Украйна и Русия обявяват КПД около 80%. Това е по-скоро желаната от тях цел. Реалният коефициент за всички производители е по-скоро (60 – 70)%.

    5. Максималната влажност на горивото при топлогенераторите със скарно изгаряне е до 50%, а реалната – до 45%. Обявяваните от някои производители данни за максимална влажност на биомасата до 55% може да бъде постигната с изгарянето допълнително на сухо гориво или включването на допълнителна горелка на газ, мазут, нафта и др.

    6. Поради естеството на скарното изгаряне, произведените горещи димни газове съдържат много пепелни частици. При директно сушене те попадат в изсушавания материал. Когато се нагрява друг фруид, пепелните частици влошават работата на топлообменниците. След последните, преди да бъдат отведени в атмосферата, димните газове задължително подлежат на очистване с различни филтри. Това допълнително оскъпява оборудването като цяло.

    7. В разгледаните конкурентни топлогенератори, работното пространство е топлоизолирано с огнеупорна керамика. Нейното предназначение е да предпазва металния корпус на съоръжението от високите температури, при които изгаря биомасата. Почти всички горивни камери са с двоен корпус, с въздушна междина. В нея се движи въздухът, необходим за горенето. Той охлажда вътрешния корпус и керамичната топлоизолация, нагрява се и постъпва с висока температура в горивното пространство. В резултат на описания процес температурата на вътрешната (към горящата биомаса) повърхност на огнеупорната керамика е доста по-ниска(със 1500 - 2000) от температурата на горенето. Другата повърхност на огнеупорите (към металния корпус) е със значително по-ниска температура (с до 3000С) от тази на вече посочената. Това води до сериозни температурни напрежения, напуквания и кратък живот на разглежданата топлоизолация. Освен това, при първоначалното запускане, при преходни режими, свързани със спадане на работната температура и при загасяне на камерите, предизвиква кондензиране на тежки въглеводороди по вътрешната повърхност на огнеупорите. Образува се кисела кора, която е химически агресивна и скъсява живота на почти всички използване огнеупорни тухли и бетони. По-ниската температура на повърхността на горивната камера от тази на горенето, влошава КПД на процеса и води до образуване на вредни емисии пари и газове.

    8. При топлогенераторите със скарно горене се осъществява и процес на газификация на биомасата. Той е в условията на фиксиран слой, възходящ поток и газифициращ агент - въздух. В разглежданите горивни камери той не може да се извърши напълно и да се контролира. На практика се газифицира не повече от 30% от попадащата върху скарата биомаса. Това е една от причините за по-ниския КПД на скарните топлогенератори.
      1   2

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Модул за генериране на горещи димни газове от биомаса