Экспериментальные исследования. 
Энергоэффективные решения подготовки и применения низкосортных углей и местных топливных ресурсов на объектах региональной теплоэнергетики

Разработанные технологические и инженерные решения легли в основу испытательного стенда, представляющего собой комплекс оборудования по эффективному использованию горючих отходов и «малоценных» видов топлива. Состав комплекса включает:

установку по сушке, измельчению и обогащению сырья;

агрегат вихревой газификации сырья;

агрегат по очистке и охлаждению полученного генераторного газа, который может быть использован как качественный энергоноситель для подачи в двигатель внутреннего сгорания, в топки печей и котлов, в горелки различного назначения;

систему автоматического управления.

Комплекс также имеет газопоршневую электростанцию, адаптированную для работы на генераторном газе.

На данном комплексе успешно проведены тестовые испытания по использованию буроугольных шламов Коркинского разреза, опилок, помета птицефабрик «Бектышская» и «Равес», осадка от очистки сточных вод города Златоуст (Челябинская обл.), твердых бытовых отходов путем их предварительной сортировки с удалением негорючих и утильных компонентов, измельчения и сушки горючих компонентов. Шламы, помет, опилки и осадки сточных вод перед газификацией сушили и измельчали.

Установка по подготовке сырья, изготовленная под руководством д.т.н. Стороженко Г. И., состоит из узлов теплогенерации, измельчения, вихревой сушки, сепарации по плотности и крупности, аккумуляции готового продукта, очистки и удаления отработанного теплоносителя.

Агрегат вихревой газификации подготовленного сырья данного комплекса состоит из газогенератора, воздуходувки, системы подачи сырья и удаления зольных остатков, теплообменника, парогенератора, газохода, запорно-регулирующей арматуры, контрольно-измерительных приборов (термопар, уровнемеров, датчиков давления) с устройствами передачи сигналов на узлы автоматики.

Агрегат очистки и охлаждения генераторного газа состоит из циклона, мокрого скруббера, фильтров тонкой очистки, градирни, ловушки шлама и смол, насоса. Узел управления и автоматизации включает в своем составе комплектационный шкаф с элементами управления и автоматики, компьютер, газоанализатор и распределительный шкаф электроснабжения.

Схема работы комплекса следующая:

исходное сырье подается на установку подготовки, где оно измельчается, сушится, сепарируется и складируется в аккумулирующем бункере;

из аккумулирующих бункеров готовое сырье подается в бункер агрегата газификации, откуда оно поступает в газогенератор, где разделяется на горючий генераторный газ и зольные остатки;

зольные остатки выдаются на утилизацию;

генераторный газ через теплообменник и парогенератор по газоходу поступает в агрегат очистки и охлаждения;

очищенный и охлажденный генераторный газ поступает на газопоршневую электростанцию.

В ходе тестовых испытаний, проводимых в полуавтоматическом режиме, стало понятно, что весь комплекс может быть переведен на автоматический режим управления. Также было выявлено, что наибольшее влияние на процесс газификации и состав газа оказывают технологические параметры, такие как температура и количество подаваемого воздуха по зонам газогенератора, уровень золы.

На характер процесса газификации, количество получаемого газа и зольных остатков оказывают значительное влияние такие факторы как влажность, зольность и гранулометрический состав сырья. В меньшей степени они влияют на состав генераторного газа. При газификации указанных отходов получили газ следующего состава (об. %): СО — 10−23%; Н₂ — 12%; СН₄ — 24%; СО₂ — 6−10%; N₂ — 66−51%.

Недожог углерода, который в значительной степени зависел от технологических параметров ведения процесса, составил от 3 до 12%.

Количество получаемого генераторного газа, в зависимости от технологических параметров и свойств сырья изменялся от 1,7 до 2,7 нм³ на один килограмм загруженного сырья.

Исходное сырье имело влажность от 30 до 80%, гранулометрический состав — 0−20 мм, зольность — от 1,5 до 50%. После пропуска сырья через установку подготовки, влажность сырья была 8−15%, гранулометрический состав — 0−3 мм; зольность — 1,5−40%. Сушка сырья осуществлялась смесью воздуха и дымовых газов с температурой 120−180 ^ОС.

Генераторный газ в процессе очистки охлаждался до температуры 20−40 ^ОС. В очищенном генераторном газе содержание механических частиц не превышало 10 мг/нм³, содержание смол также не превышало 10 мг/нм³. Мощность испытуемого комплекса по исходному объему сырья составляла 100−200 кг/ч, по генераторному газу — 180−300 нм³/ч, по электроэнергии — 100 кВт.

Все проводимые тестовые испытания включали мероприятия по определению количества вредных выбросов с выхлопными газами, определения параметров генераторного газа и опасности золы, получаемой при газификации различных видов топлива. При исследованиях отбирались пробы генераторного газа, пробы выхлопного газа двигателя и зола из газогенератора.

Исследования проб воздуха в рабочей зоне (0,5, 1, 2 и 4 м от выхлопной трубы) показали, что концентрация NO_w SO_w СО не превышала 15% ПДК. Исследования выхлопного газа, отобранного в выхлопной трубе, содержали суммарную концентрацию диоксинов и дибензофуранов по диоксиновому эквиваленту 35−38 пикограмм на 1 м³ при ПДК по европейским нормативам — 100 пикограмм на 1 м³. Проверка на радиоактивность золы от газификации отходов углеобогащения подтвердила, что этот параметр ниже естественного фона.

В целом тестовые испытания комплекса показали, что установка по подготовке сырья, агрегаты вихревой газификации и очистки генераторного газа могут эффективно работать на отходах с широким диапазоном влажности, зольности и гранулометрического состава.

Данные испытания выявили, что разработанная технология и комплекс оборудования могут послужить прототипом для создания опытно-промышленного комплекса.

В сравнении с существующими способами утилизации и переработки низкосортных углей и отходов углеобогащения предлагаемые решения, реализованные на испытательном стенде, являются экологически безопасными, передовыми и комплексными. Разработанное высокоэффективное оборудование: агрегат по одновременной сушке, измельчению обогащению сырья, вихревой газификатор, оборудование по очистке и охлаждению генераторного газа, после их отработки может найти широкое применение при переводе существующих котельных на совмещенный режим сжигания штатного топлива и генераторного газа, вырабатываемого из любых видов местного топлива.

Дооборудование котельной будет заключаться в размещении участка топливоподготовки и газогенератора, вырабатывающего горючий газ, подаваемый в топку котла. При этом можно обратить внимание на то, что дорогостоящая реконструкция по замене котельно-топочного оборудования не потребуется. Генераторный газ совместим для сжигания с любым видом топлива: твердым, жидким и природным газом, что позволяет снизить затраты на дорогостоящее привозное проектное топливо.

При установке на котельной газогенераторного оборудования и газопоршневой электростанции фактически осуществляется ее перевод на уровень энергогенерирующего комплекса с производством тепловой и электрической энергии, со всеми вытекающими коммерческими преимуществами и гарантированным гибким энергообеспечением потребителей. газ электростанция котельная Представленные результаты исследований выполнены в рамках Госконтракта № 14.515.11.0087 от 25.06.2013 г. на выполнение поисковых научно-исследовательских работ федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007;2013 годы».