Газогенераторные установки на древесине для получения тепловой и электрической энергии

Россия обладает давними традициями в области энергетического использования растите­льной биомассы. В работах В.В. Померанцева и его последователей Д. Б. Ахмедова, Ю.А. Рундыгина, С. М. Шестакова и других заложены основы прямого сжигания низкосортных топлив и отходов растительной биомассы. Теоретические и практические вопросы пироли­за в газификации биомассы нашли отражение в трудах В.А. Лямина, А.К. Леонтьева, В.Н. Пияткина и др. Однако промышленные газогенераторы у нас не сооружались уже более 60 лет, поэтому опыт их проектирования и особенно эксплуатации в значительной степени утрачен. Тем не менее на протяжении последних лет в рамках Федеральной научно-технической программы «Топливо и энергия» разрабатывается проект по комплексному реше­нию задач термохимической газификации топлив.

Несмотря на конструктивное многообразие типов газогенераторов, важной их особенностью является «всеядность». В них может ис­пользоваться топливо практически любой сортности. Так, газогенераторы работают на измельченной древесине любых пород и любого качества (с корой, хвоей, подгнившей и др.). Существенную роль играет только влажность. Возможно применение топлива влажностью до 45 – 50 %, но для наиболее эффективной работы и обеспечения максимального срока службы агрегата влажность топлива не должна превышать 35 %. Технически нетрудно подсушивать влажное топливо частью тепла, вырабатываемого газогенератором.

Газогенераторная тепловая электростанция (ГГТЭС) может быть изготовлена в нескольких модификациях. Первый вариант предполагает установку ГГТЭС на отдельной платформе или прицепе, второй – размещение энергомодуля, состоящего из газогенераторного модуля (газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладитель), двигателя внутреннего сгорания (ДВС), электрогенератора или камеры сгорания с теплообменником, в кузове грузового автомобиля с высокой проходимостью. В третьем варианте используется ДВС газогенераторного автомобиля, который и вращает ротор электрогенератора.

Предлагаемая схема компоновки оборудования позволяет вырабатывать электрическую и тепловую энергию непосредственно на объектах (в поселках, на предприятиях). Горючий газ, получающийся в процессе термохимического превращения древесных отходов, подается в автомобильный ДВС, который, как известно, работает на смеси топлива (бензина или дизельного топлива) с воздухом. Эта смесь воспламеняется, и двигатель совершает полезную работу. Точно такую же горючую смесь можно получить и из древесины, ведь дрова – это тоже углеводороды, как бензин и солярка. При работе на газе ресурс двигателя значительно повышается, так как не происходит образования сажи, обеспечиваются хоро­шие условия теплообмена. Двигатель работает намного мягче и тише, уменьшается расход масла. Выбросы в атмосферу несравнимо меньше, чем у угольных котельных и ТЭЦ.

Автомобильный двигатель вращает ротор электрогенератора, который выдает электроэнергию. Возможен другой вариант, когда го­рючий газ из газогенератора подается в камеру сгорания, оборудованную теплообменником, что позволяет нагреть воду до 100 – 120 °С. Проведенные расчеты показывают, что при использовании двигателя от автомашины ЗИЛ-131, работающего на газе из транспортного газогенератора обращенного горения и вращающего ротор электрогенератора, можно получить следующие данные:

Вид топлива Березовые чурки

Влажность топлива, % 25

Расход топлива, кг/(л. с) 1,25

Низшая теплота сгорания газа, ккал/ 1240

Размеры газогенератора, м 1,5x0,53

Расход газа, м³/ч 336

Вырабатываемая мощность, кВт 105

Применение ГГТЭС способствует улучшению экологической обстановки:

– позволяет использовать в качестве топлива отходы деревообработки и гидролизного производства, ранее вывозившиеся на свалку;

– делает экономически выгодной очистку леса от отходов лесозаготовок;

– позволяет значительно уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Газогенераторы очень выгодны для применения в отдаленных поселках, на фермерском подворье (получение биогаза), в городе (для экологически чистой переработки мусора), местах заготовки леса и т. д. При работе таких котлов с газогенераторами концентрация оксида углерода в продуктах сгорания не превышает нормативного значения, вследствие чего уменьшаются выбросы в атмосферу.

Анализ показывает, что затраты на топливо для отопления предприятий, применяющих газогенераторы, в 1,5 – 18 раз меньше, чем при традиционном его сжигании в котлах или отоплении электронагревательными установками.

При использовании же собственных древесных отходов или при самозаготовках щепы стоимость тепловой энергии еще ниже. Для оценки экономической эффективности применения газогенераторов можно исходить из среднего количества топлива, необходимого для получения 1 Гкал тепла. Расчеты показы­вают, что срок окупаемости газогенераторов для отопительного оборудования в зависимо­сти от их номинальной мощности находится в пределах от 1 месяца до 3 лет.