Газификация древесной породы
Древесная порода применяется как горючее для теплоснабжения построек и со-
оружений, получения жаркой воды и воздуха. Но это применение в Рф ,
обычно, носит личный бытовой нрав и в промышленном масштабе
употребляются приемущественно другие источники энергии: электричество, ка-
менный уголь, нефтепродукты и природный газ. Цена термический и элек-
трической энергии, приобретенной при использовании последних, превосходит
этот показатель для варианта использования древесной породы от 2 до 18 раз. При всем этом
древесная порода имеет бесспорное преимущество, являясь возобновляемым и
экологически незапятнанным ресурсом.
В любом лесном регионе Рф раз в год появляется существенное ко-
личество низкотоварной древесной породы и отходов, при разумном использовании
которых может быть существенно снята острота неизменного роста стоимо-
сти энергии.
Довольно действенное решение в использовании древесной породы дает её
подготовительная газификация и испозование в тепло- и паропроизводящих ус-
тановках генераторного газа. В текущее время имеются бессчетные
примеры внедрения газогенераторных установок, как за рубежом, так и в
Рф.
Обширное внедрение газогенераторных технологий позволит решить
вкупе с энергетической также делему чистки значимых территорий от
лесосечных отходов и отходов деревообработки, что будет содействовать ре-
шению более принципиальной задачки экологической и пожарной безопасности.
Главным способом использования древесной породы в качестве горючего явля-
ется её прямое сжигание в топках котлов. С низким коэффициентом полезного
деяния от 20 до 60 %; имеются значимые выбросы золы и углей, конвек-
ционные и радиационные поверхности нагрева покрываются слоем твёрдых
отложений, что просит нередкой остановки котлов для очистки; в атмосферу вы-
брасываются сложные углеводороды, вредящие здоровью людей. Системы
сжигания твёрдого древесного горючего тяжело заавтоматизировать.
Этих недочетов лишена система сжигания газообразного горючего. Га-
зообразное горючее из древесной породы может быть применено там, где твёрдое
древесное горючее применено быть не может: для сушки древесной породы, привода
транспортных и стационарных силовых установок, получения электроэнергии в
дизельгенераторах.
Газообразное горючее может быть передано на огромные расстояния по
трубопроводам и в баллонах, его комфортно использовать в быту для изготовлении
еды, для отопления и нагревания воды, также в технологических и силовых
установках. Сжигание газа легче заавтоматизировать; продукты сгорания его
наименее токсичны.
В газогенераторах употребляются различные виды горючего: отходы
древесной породы различных пород в виде кусков размером от 1 см до 200 см, щепы, опилок,
брикеты из опилок и лигнина (отход гидролизного производства), также дре-
весный уголь, отходы с/х, брикеты торфа и бытовые отходы.
Сырьё может быть различной влажности прямо до 60 – 65 %, но
желательно внедрение древесной породы влажностью 30 – 35 %, что дости-
гается при вопилёживании в течение 3-х месяцев. Порода древесной породы не достаточно оказывает влияние
на состав газа, водянистых и твёрдых товаров.
Древесная порода содержит три основных компонента:
— горючее вещество — уголь 50 – 52 % и водород 6 – 6,5 %;
— золу (калий, кальций, магний) при содержании 0,5 %;
— воду от 20 % до 60 %.
В связанном состоянии содержатся кислород (40 – 45%), азот
(около 0,2 %) и сера (около 1 %).
При нагревании большая часть древесной породы (80 %) преобразуется в газ и
сгорает в газообразном состоянии и наименьшая часть сгорает в связанном виде в
твёрдом слое. Сгорание в газообразном состоянии имеет ряд преимуществ.
Древесная порода может быть переведена в газообразное состояние в процессе
газификации при нагреве при температуре 700 – 800 0С, и ограниченном доступе
воздуха. Теплотворная способность образующегося газа приближается к при-
родному газу. Внедрение газа в имеющихся котельных не просит пере-
делки котлов и улучшает их свойства.
Генераторный газ появляется в газогенераторных установках различной
конструкции. Горючее греется при ограниченном доступе воздуха и разлага-
ется на твёрдый углерод, парогаз, смолы и масла. Парогаз в своём составе содер-
жит СО (14 – 22 %), СО2 ( 8 – 15 %), С2О2 (1 – 4 %), Н2 (10 – 17 %), О2 (< 5 %), N2 (50 %). Теплота сгорания генераторного газа, приобретенного из древесной породы, составляет 4 – 6 МДж/м3. При использовании в качестве сырья древесного угля эта черта растет и добивается 12 – 15 МДж/м3 и выше , что сопоставимо с природным газом (10,8 МДж/м3). Внедрение для дутья кислорода позволяет теплоту сгорания прирастить до 20 – 30 МДж/м3. Газогенераторы состоят из бункера- накопителя горючего, камеры газифи- кации (реактора), системы подачи первичного (вторичного) воздуха, камеры роз- жига, зольника, камеры (трубы) возгорания (в неких конструкциях) и стыко- вочных устройств (фланцев) с котлами, водо- и воздухонагревательными устрой- ствами. Работа газогенератора осуществляется последующим образом: - на колосниковую решётку загружается растопочный материал и делается розжиг генератора как обыкновенной печи, время розжига составляет от 0,5 до 1 часа; - в бункер загружается основное горючее, которое поступает в реактор, преобразуясь в газ. Загрузка зависимо от мощности газогенератора произ- водится или вручную, или механизировано; - вырабатываемый в итоге пиролиза газ поступает в топку либо трубу горения, куда поступает вторичный воздух и смесь возгорается; - продукты горения подаются в агрегат - котёл, водо- либо воздухонаг- реватель, в паре с которыми работает генератор. Регулирование процесса осуществляется оковём конфигурации подачи пер- вичного и вторичного воздуха. Газогенераторы используются в стационарном и передвижном выполнении. Последние обширно применялись в 40 – 50-х годах прошедшего столетия. В лесной индустрии газогенераторными установками были оборудованы 68 % ле- совозных машин, 27 % хозяйственных автомобилей, все трелёвочные тракторы. В следующие годы в связи с конфигурацией структуры топливно-энергетического баланса и дешевизной энергоэлементов газогенераторы утратили свою актуаль- ность. В последнее десятилетие приметно возрос энтузиазм к газу из возобнов- ляемого органического горючего, в том числе к транспортным установкам на ге- нераторном газе в связи с резким ростом цен на энергоэлементы. Развитие процесса ведётся на новеньком уровне с внедрением генератор- ного газа и как горючего (в том числе для дизельных мотор-генераторных схем ), и как сырья для производства водянистых топлив и масел. Разработчиками и изготовителями оборудования на базе газогенера- торов являются учебные, научно-исследовательские учреждения, ГНЦ ЛПК, а также организации, входящие в энергетическую корпорацию, и ряд других компаний. Широкий круг предложений исходит и от забугорных компаний. Газогенераторы работают на принципе прямого и оборотного горения. Принцип прямого сгорания применяется приемущественно для стационарных установок, а оборотного деяния для транспортных устройств. При оборотном горении продукты сгорания имеют существенно меньше паров смол и кислот. Разработаны и выпускаются разного типа газогенераторы и оборудо- вание на их базе: - предтопочные устройства к котлам; - теплогенераторы; - водонагреватели; - миниэлектростанции. Разрабатываются: - модульные энерго станции, производящие тепло, электроэнер- гию и питающие газовые сети; - установки по производству дизельного горючего и масел. Имеющийся диапазон установок позволяет надежды на успешное ис- использования древесной породы для решения энергетических заморочек. Применение газогенераторов имеет ряд преимуществ: - низкая температура сжигания, в итоге чего содержание СО2 на 30 – 40 % ниже, чем даже при сжигании природного газа; - КПД топочного устройства увеличивается по сопоставлению с мазутом либо углем, не требуется большой переделки котлов, что разрешает внедрение на одном оборудовании различного горючего; - генераторный газ можно использовать в движках внутреннего сго- рания и в газовых турбинах, что позволяет исключить из схем котлы и паровые турбины (для установок сравнимо малой мощности). Газогенераторные установки различаются: - малой мощности – до 100 КВт; - средней мощности – от 100 до 1000 КВт; - большой мощности – выше 1000 КВт. При выборе типоразмера генератора допустимо исходить из нормы: для отопления 100 м2 площади (при высоте потолков 3 м) требуется 5 КВт те- пловой мощности генератора. Выпускаются предтопочные устройства для разных котлов (серии КЕ, ДКВр). Цена предтопка теплопроизводительностью 6,5 МВт составляет 650 – 700 тыс. р. без учёта цены кирпичей и работы по переоборудованию. Выпускаются газогенераторы на 5, 15, 30, 60, 100, 200, 400, 600 и 700 КВт. ценой от 30 до 150 – 300 тыс. р. и массой от 290 кг до 1,5 – 2,0 т. Газогенераторы стыкуются с котлами разного типа: серии КЕ, ДКВр, КС-ТГ(ТГВ), КЧ, КВ, КТ. Теплогенераторы и водогрейные модули на базе упомянутых газо- генераторов стоят от 100 до 160 – 300 тыс. р. Миниэлектростанции выпускаются мощностью от 200 КВт до 6 – 8 МВт. Цена станций различна. Для примера, миниэлектростанция по газоди- зельному циклу мощностью 200 КВт, предлагается ГНЦ ЛПК по стоимости 1,5 – 2,0 млн. р., а предполагаемая цена энергетической станции, выра- батывающей 200 КВт электроэнергии, до 400 КВт тепла и генераторный газ на 50 потребителей составит при серийном изготовлении – 8 200 000 рублей. Цена 1 КВт установленной мощности колеблется для российских установок от 30 $ до 500 – 700 $. Цена электроэнергии, приобретенной на установках миниТЭЦ-дизель в критериях удалённых посёлков, на 20 % меньше, чем электроэнергия из системы. Срок окупаемости газогенераторных установок различен и колеблется от 3 – 5 мес. для малых установок до 2,5 – 5 лет для миниТЭЦ. Количество перерабатываемого сырья (низкотоварной древесной породы и отхо- дов) находится в зависимости от мощности агрегата и составляет из расчёта 300 – 400 кг на 1 Гкал тепла. Для сопоставления – на выработку 1 Гкал тепла требуется 97 л водянистого горючего, 130 кг каменного угля, 1 630 КВтч электроэнергии. Газогенераторы мощностью от 30 до 200 КВт перерабатывают от 10 до 65 кг щепы в час. Газогенераторные котлы долгого горения мощностью от 5 до 40 КВт перерабатывают от 2,5 до 20 кг/ч. Для справки: • 1 тонна усл. горючего = 42 ГДж; 1 МВт ч = 3,6 ГДЖ, • эфф. теплосодержание дрова (щепа, кора) …….8,5 ГДж/т (2,4 МВтч/т), брикеты .................................. …...………………...….17 ГДж/т (4,7 МВтч/т), древесный уголь …………………………………….29 ГДж/т /(8,1 МВтч/т), природный газ .......................................................................… 10.8 МДж/м3, генераторный газ (из древесной породы) ........................................... .4 – 10 МДж/м3, генераторный газ (из древ, угля)…………………………..….12 – 15 МДж/м, каменный уголь ……………………………………… 27 ГДж/т (7,5 МВтч/т), мазут ........................... ……………..……...36 – 39 ГДж/т (9,9 – 10,8 МВтч/т). Цена 100 КВтч термический энергии, выработанной на водянистом горючем составляет 64 р., на каменном угле – 16 р., при помощи электроэнергии – 140 р., на торфе – 28 р., на дровяных отходах и щепе 2 – 8 р., на древесном угле – 3,5 – 5 р. Газогенераторы мощностью от 5 до 40 КВт способны дать тепло для отопления от 100 до 1400 м2 площади помещений различного предназначения. Применение газогенераторов на древесных отходах: - приводит к понижению давления на природу отходов древесной породы в лесу, снижая их количество, т.к. применение газгенов, в особенности работающих на дре- весном угле, делает экономически целесообразной чистку леса от отходов; - к резкому понижению вредных выбросов в атмосферу: 1000 мг/ м3 про- тив 46 000 мг/м3 для водогрейных котлов мощностью до 100 КВт (ГОСТ 20548-93), работающих на каменном и буром угле; - к понижению в 1,5 – 2 раза вредных выбросов в атмосферу по срав- нению со сжиганием древесной породы в топках котлов. Для выбора мощности термических агрегатов можно воспользоваться табл. 15. Термическая мощность агрегатов Таблица 15 Требуемая термическая мощность, кВт Тип строения 550 775 100 150 200 300 400 500 Жилые и административные строения м3 2 500 3 700 5 000 7 500 10 000 16 000 20 000 24 000 Производственные помещения утепл. (мастерские, ангары) 2 000 3 000 4 200 6 300 8 400 13 400 16 800 20 200 Гаражи, столярные участки и цеха (очень вентилируемые) 850 1 300 1 750 2 600 3 500 5 600 7 000 8 400 Внедрение в качестве сырья для газогенераторов древесного угля резко понижает содержание в генераторном газе смол, тяжёлых углеводородов (на по- рядок), что понижает выброс в атмосферу вредных веществ и позволяет понизить издержки на чистку генераторного газа при его использовании в качестве горючего для дизельных установок, а соответственно существенно сделать лучше состав вы- хлопных газов. В заключение необходимо подчеркнуть: 1. Применение древесной породы для целей отопления и электроснабжения более целенаправлено при помощи энергетических установок, использующих газификацию древесной породы. 2. В качестве сырья нужно использовать щепу либо древесный уголь, при всем этом с учётом цены перевозок до 50 км можно транспортировать ав- тотранспортом щепу, до 100 – 150 км - транспортировать хлысты с производ- ством щепы на месте раскряжёвки, а при огромных расстояниях - транспортиро- вать древесный уголь. Так как расстояния вывоза древесной породы в Хабаровском крае превосходят 100 км без технологии углежжения на временных лесных пло- щадках не обойтись. 3. Нужно переводить тс и механизмы, при- меняемые при лесоразработках, на газогенераторные установки. 4. В перспективе при выработке достаточного количества древесного угля нужно: - сделать создание генераторного газа и транспортировку его по тру- бопроводам и в баллонах; - сделать создание моторных топлив и масел на возобновляемом древесном ресурсе. Создание химико-термомеханической массы и бумаги из нее В текущее время по ряду обстоятельств лесной комплекс фактически остался без утилизаторов низкотоварной древесной породы и вторичного древесного сырья. В наиблежайшие годы это может стать одной из главных обстоятельств падения объемов лесозаготовок. Резкое повышение цены производства целлюлозы, неувязка рацио- нального использования древесного сырья, высочайшие серьезные издержки на строительство целлюлозных заводов, возросшие требования к охране окру- жающей среды выдвигают на 1-ый план создание ХТММ и бумаг из нее. Химико-термомеханический процесс отличается малозначительным воздействием на природную среду и низкими удельными серьезными затратами: 50 – 60 тыс. $ на 1т заместо 200 – 300 тыс. $/т дневной мощности целлюлозного завода. ХТММ – волокнистый полуфабрикат с выходом более 90 %, получае- мый из растительного сырья, подвергнутого мягенькой хим и термический об- работке с следующим размолом в дисковых мельницах под давлением. Рас- четный выход беленой ХТММ для бумаг – 91 %, белизна – до 75 % ISO. Раз- рывная длина – 5,5 – 7,5 км, сопротивление раздиранию 7,8 – 9,8 мН?м2/г. Химико-термомеханическая масса используется при производстве раз- личных бумаг и картонов. Процесс производства поддается оптимизации, по- зволяющей лучшим образом использовать различное местное сырье, доби- ваясь в то же время данного свойства. При производстве ХТММ может ис- воспользоваться как хвойная, так и лиственная древесная порода. Лучшей товарной массой является беленая химико-термомеханическая масса (БХТММ), полу- ченная из мягеньких пород древесной породы (хвойных) без внедрения хлора для отбел- ки. Процесс обеспечивает высочайший выход и практически в два раза наименьший, по сравне- нию с варкой целлюлозы, удельный расход древесного сырья. Высочайшие энер- гетические издержки на создание ХТММ могут быть снижены за счет эф- фективной рекуперации пара и его использования в производстве. Вероятна организация производства как товарной ХТММ, так и произ- водства бумаг из нее (водянистый поток). В Рф мощности по производству ме- ханической массы из щепы составляют 717 тыс. т в год (АО “Сыктывкарский ЛПК”, АО “Волга” - Балахнинский ЦБК, Сясьский ЦБК, АО “Камский ЦБК”). Товарная механическая масса не делается. В крае вероятна организация производства ХТММ из древесной породы хвой- ных пород 2 и 3 сорта, представленных елью и пихтой в соотношении 90:10. Примесь других пород – менее 10 %. Может быть внедрение технологиче- ской щепы из окоренных отходов, также применение лиственной древесной породы. Требования к сырью определяются ГОСТ. Потенциальные поставщики сырья - арендаторы участков лесного фонда, лесхозы, деревообрабатывающие пред- приятия, производящие технологическую щепу, удовлетворяющую требовани- ям производства ХТММ. Технологический процесс производства ХТММ Процесс производства ХТММ включает последующие стадии: - подготовка древесного сырья (исключается при использовании техноло- гической щепы) – окорка древесного сырья, рубка и сортирование щепы; - промывка щепы; - пропитка щепы; - пропарка; - двухступенчатый размол; - промывка массы; - двухступенчатое сортирование и чистка; - переработка отходов; - отбелка массы; - промывка беленой массы; - сгущение и хранение массы; - сушка при производстве товарной ХТММ;