Технология газификации. 
Энергоэффективные решения подготовки и применения низкосортных углей и местных топливных ресурсов на объектах региональной теплоэнергетики

Проведенный анализ нашедших свое практическое применение технологий переработки углей и отходов углеобогащения показал, что применительно к задаче получения универсального топлива из низкосортных материалов на основе угля больше всего подходит технология газификации (термохимическая переработка углеродосодержащих продуктов), конечным продуктом которой является горючий генераторный газ и сопутствующие продукты, предназначение которых различно, в зависимости от целевых задач.

Преимущество топливного продукта в виде генераторного газа отмечают многие специалисты и исследователи, выделяя следующие его достоинства:

универсальность применения в сочетании с различными видами топлива;

применение в различных котлоагрегатах, включая газопоршневые машины;

возможность производства из него жидких видов топлива.

Сам процесс производства генераторного газа благодаря появлению новых материалов, усовершенствованию технических приемов постоянно совершенствуется. Во многих странах газификация углей вышла на масштабный промышленный уровень получения продукции углехимии. В то же время активно ведущиеся исследования по выработке генераторного газа в качестве топлива для практического применения в котлоагрегатах и газопрошневых двигателях еще не вышли на конкурентный уровень с технологией прямого сжигания угля, в основном, по причине высоких начальных капитальных затрат. Есть все основания считать, что это временная ситуация, поскольку уже доказано, что затраты на обеспечение норм по выбросам вредных веществ в дымовых газах при сжигании угля выше затрат на очистку выбросов при сжигании генераторного газа. Поэтому в числе первоочередных задач при совершенствовании технологий газификации ставится задача доведения технологических операций и инженерных решений до уровня затрат на производство генераторного газа из низкосортных углей и местных топливных ресурсов, не превышающих значения совокупных затрат при получении тепловой энергии с применением существующих технологий сжигания энергетических углей.

Результаты решения этой задачи представлены в настоящей статье.

Многочисленными разработками и исследованиями в области теплофизики установлено, что топливо, способное поддерживать автотермический процесс конверсии, должно содержать не менее 23% углерода и других горючих компонентов, влаги — не более 50%, золы — не более 60%. Но это граничные условия — для автотермического процесса, а эффективность процесса конверсии определяется, кроме граничных условий, конструкцией оборудования, совокупностью технологических режимов и параметров процесса, требованиями к качеству и количеству получаемой продукции. Такое сочетание часто противоречащих факторов объясняет сложность конверсии низкосортных углей и отходов углеобогащения. Несмотря на достаточно большое число исследований и апробаций различных конструкций оборудования для подготовки указанного сырья в России и за рубежом данная проблема остается нерешенной.

За рубежом разработаны различные типы сушилок и обогатительных установок, однако, эти установки весьма дороги и при покупке, и при эксплуатации и не обеспечивают в полной мере требуемого качества получаемых продуктов подготовки. В России и странах СНГ даже те результаты, которые были получены при плановой экономике по подготовке указанного сырья, практически утрачены.

Поскольку низкосортные угли и отходы углеобогащения обладают чаще всего одновременно такими негативными свойствами, как высокая влажность и зольность, а также имеют сложный гранулометрический состав, то разработки новых технологических решений подготовки сырья, в котором одновременно будут снижаться эти негативные свойства, становятся востребованными для углеперерабатывающей отрасли.

Предлагаемое технологическое решение, объединяющее в единый непрерывный цикл эти подготовительные операции, позволит отказаться от существующих сложных и дорогих линий агрегатов, где каждый агрегат нейтрализует только одно негативное свойство. Комплексный агрегат по одновременной вихревой сушке, измельчению и сепарации сырья является новым и эффективным решением подготовки низкосортных угольных отходов.

Подготовленное сырье может быть использовано для прямого сжигания с получением тепла и электроэнергии. Однако такой метод обуславливает значительное загрязнение окружающей среды окислами серы, азота, диоксинами, дибензофуранами, механической пылью, выбрасываемыми с дымовыми газами. Многочисленные агрегаты очистки дымовых газов, значительно увеличивают требуемые инвестиции при строительстве и текущие затраты, но при этом далеко не всегда обеспечивается требуемый уровень очистки.

Нами предлагается комплексно подготовленное в едином технологическом процессе сырье газифицировать в вихревом газогенераторе, очищать получаемый генераторный газ и затем использовать его для генерации теплои электроэнергии. При этом, как показали проведенные, и не только нами, работы, значительно снижаются вредные выбросы с дымовыми газами энергогенерирующего агрегата, снижается в разы объем очищаемых газов и соответственно затраты на этот процесс. Предлагаемая технология объединяет в непрерывный производственный процесс комплексную топливоподготовку отходов углеобогащения и их последующую переработку в генераторный газ с применением авторских решений вихревой газификации, что позволяет достичь востребованных коммерческих показателей технологии применения низкокачественных углей для производства энергоносителей.