Использование биомассы



Все об электростанциях


 


Использование биомассы


Использование биомассы. Принципиальная технологическая схема модуля по производству искусственного композитного твердого топлива (ИКТТ). Технологическая схема производства и подачи в котел композитного жидкого топлива. ТЭЦ с технологией производства и сжигания КЖТ


Более активными темпами возрождается использование в России такого возобновляемого источника энергии, как биомасса, в особенности торфа и древесной биомассы. Использование в России торфа в период, когда были ограничены добычи нефти, газа и угля, как местного низкосортного топлива особенно активно имело место в 1930-е гг. (1930-1939 гг.).

На базе активно развитых торфоразработок были построены и эффективно эксплуатировались крупные энергетические установки и электрические станции, среди которых были Шатурская и Каширская ГРЭС, Ярославская ТЭЦ, Калининские ТЭЦ-2 и ТЭЦ-4, ГРЭС-8 Ленэнерго, Тюменская ТЭЦ и многие другие. Практически, вся энергетика Белоруссии (БелГРЭС, Смолевическая ГРЭС, Минские, Гомельские ТЭЦ и др.), входящей в тот период в Союз, работала на оборудовании, использующем торф, как энергетическое топливо. При этом были освоены крупные котельные агрегаты (160...230 т/ч) на среднем и высоком давлении заводами-изготовителями: Белгородским, Барнаульским, Подольским и Таганрогским, эффективно сжигающих как кусковой, так и фрезерный торф.

КПД котельных агрегатов достигал 90% и выше. Повышением эффективности использования торфа занимались ведущие научно-исследовательские организации: Всесоюзный теплотехнический институт (ВТИ), Центральный Котлотурбинный институт (ЦКТИ), Организация по рационализации электростанций (ОРГРЭС), Московский энергетический институт (МЭИ), Ленинградский политехнический институт (ЛПИ) и многие другие.

Были освоены топочные устройства Татищева и Макарьева, скоростные топки Померанцева, факельно-слоевые и шахтно-мельничные топки, топки с мельницами-вентиляторами, сжигание фрезторфа в системе параллельных струй, система проточных газовых сушилок для предварительной газовой подсушки высоковлажного топлива с использованием теплоты парообразования и многие другие.

По научно-исследовательским разработкам и опыту использования торфа как энергетического топлива Россия занимала ведущее место в мире.

Торф в России в энергетике стал традиционным возобновляемым источником энергии (ТВИЭ). В связи с наличием обширного объема публикаций по опыту освоения сжигания торфа на электростанциях (кроме названных выше, значительный библиографический перечень, который нами не приводится) нами подробно этот вопрос не рассматривается.

С развитием добычи нефти и ее переработки (мазут и др.), а также газа и по условиям возросших экологических требований практически все перечисленные выше электростанции, как и другие, использующие торф, впоследствии были переведены на газовое или жидкое топливо. Накопленный в России опыт использования торфа до сих пор используется западными странами.

Одним из перспективных направлений в плане энергетического использования торфа с обеспечением снижения вредных выбросов при высокой эффективности и технологичности использования является внедрение технологии сжигания композитного топлива на базе торфяного геля. Технология получения этого топлива разработана в проблемной энергетической лаборатории Новосибирского государственного технического университета (НГТУ).

Термин «композитные» означает, что это топливо представляет собой композицию компонентов с резко различными топливными свойствами. В результате совместной переработки этих компонентов получают новый продукт с ценными товарными свойствами, практически соответствующими наперед заданным качествам. В основе производства искусственного композитного твердого топлива (ИКТТ) жидкого (ИКЖТ) лежит использование торфа с добавлением низкосортных местных топлив (как низкореакционных отсевов антрацитов, так и окисленных каменных и бурых углей), сырой нефти (или отходов ее переработки) и водной составляющей.

Технология получения искусственного твердого топлива показана на рис.1


Принципиальная технологическая схема модуля по производству искусственного композитного твердого топлива (ИКТТ)

Рис.1. Принципиальная технологическая схема модуля по производству ИКТТ:
1 - бункер торфа, 2 - питатель дозатор торфа, 3 - флотационная машина,
4 - рабочий бункер, 5 - диспергатор-кавитатор первой ступени, 6 - бункер угля,
7 - питатель дозатор угля, 8 - среднеходная валковая мельница,
9 - промежуточный рабочий бункер, 10 - диспергатор-кавитатор угля второй ступени,
11 - бак приготовления жидкого топлива, 12 - диспергатор-кавитатор второй ступени,
13 - прессование топливных гранул, 14 - сушка топливных гранул



Составные компоненты жидкого композитного топлива перерабатываются в питательных насосах-кавитаторах, где происходит глубокая деструкция материала.

Деструктурированные материалы проходят затем совместную обработку еще в одном кавитаторе с добавлением сырой нефти (или нефтепродуктов), где вследствие сложных физикохимических процессов и эмульгации образуется конечный продукт.

Технологическая схема производства ИКЖТ показана на рис.2 и 3. (Здесь же дана схема сжигания КЖТ в топке энергетического котла.)


Технологическая схема производства и подачи в котел композитного жидкого топлива

Рис.2. Технологическая схема производства и подачи
в котел композитного жидкого топлива:

1 - бункер сырого угля; 2 - дробилка; 3 - питатель; 4 - ШБМ;
5 -сепаратор; 6 - циклон; 7 - мельничный вентилятор;
8 - бункер пыли; 9 - питатель пыли; 10 - кавитатор;
11 - бак сырой нефти; 12 - расходная цистерна КЖТ;
13 - контур рециркуляции КЖТ; 14 - линия питательной воды МЖТ;
15 - бункер (с комкорыхлителем) сырого торфа; 16 - грохот;
17 - флотатор; 18 - линия торфяного геля; 19 - насос высокого давления;
20 - линия подачи КЖТ к форсункам котла; 21 - дутьевой вентилятор;
22 - линия ВУС


ТЭЦ с технологией производства и сжигания КЖТ

Рис.3. ТЭЦ с технологией производства и сжигания КЖТ:
у - уголь, т - торф, н - нефть, Т - турбина, Г - генератор,
Тр - трансформатор, Кр - конденсатор, КЭН - конденсатный электронасос,
ПНД - подогреватели низкого давления, Д - деаэратор, ПЭН - питательный электронасос,
ПВД - подогреватели высокого давления, ПСВ - подогреватель сетевой воды,
Э - электрофильтр, З - сборник золы,
N, Q, Уз - потребители электроэнергии, тепла и золошлаков


Та же, практически, ситуация нашла место в России в вопросах использования древесного материала как исходного сырья для газификации с последующим использованием газа в тепловых двигателях. Здесь также были выполнены значительные научно-исследовательские работы и конструктивные проработки газификаторов твердого топлива как на основе дровяной массы, так и на базе торфа.

Как указывалось ранее, Россия обладает как определенными традициями и опытом в области использования растительной биомассы, так и значительными ее ресурсами.

В конце 30-х годов в России на дровах работали несколько сотен стационарных газогенераторных установок, существовал крупнейший в мире парк газогенераторных автомобилей и тракторов, около 20 000 судов с газогенераторными двигателями, газогенераторные локомотивы.

В ЦКТИ и ЛПИ были созданы ряд конструкций топок для сжигания древесных отходов. Научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы проводились в ведущих организациях и высших учебных заведениях.

Так, в 40-60-х гг. во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ), Ленинградской лесотехнической академии (ЛТА) и Центральном научно-исследовательском институте малой энергетики (ЦНИИМЭ) были созданы высокоэффективные конструкции газогенераторов с прямым и обращенным процессом.

Систематические исследования пиролиза древесины и отходов ее переработки проводились во ВНИИгидролиз. В 60-х гг. из-за доступности дешевого жидкого и газообразного топлива доля растительной биомассы в топливном балансе страны постоянно снижалась и составляла менее 2%. Соответственно резко сократился объем исследовательских и проектно-конструкторских работ. Только к концу 80-х гг. интерес к энергетическому использованию растительной биомассы вновь возрождается.

Этому способствуют изменившиеся экологические, экономические и социальные условия: рост цен на традиционные виды топлива, возросшие экологические требования (включая требование по снижению выбросов СО2 и международных обязательств в связи с «парниковым эффектом»), децентрализация энерго- и теплоснабжения удаленных территорий России с дорогим привозным топливом и требование по обеспечению устойчивого энерго- и теплоснабжения этих территорий.

Все это требует изменений в структуре топливно-энергетического баланса и вовлечения в него наряду с другими нетрадиционными источниками энергии, о которых говорилось ранее, растительной биомассы, к использованию которой Россия наиболее подготовлена (учитывая уровень предыдущих разработок и исследований).


Другие статьи по данной теме: