2.1.2. Преимущества газовых генераторов

2.1.2. Преимущества газовых генераторов

В электросетях общего пользования имеют место сбои, нарушение частоты тока, перепады напряжения, отключения. Это сказывается на работе всех (включая бытовые приборы) энергозависимых устройств. Возможны их поломки, выход из строя производственного оборудования.

При отсутствии автономного источника питания – газового генератора имеется риск выхода из строя подчас дорогостоящего оборудования. Избежать финансовых потерь и рисков помогут газовые генераторы, как резервные или основные источники автономного энергоснабжения.

Особые преимущества для перспективы использования альтернативных источников энергии представляют газогенераторы на древесных отходах.

Вследствие особенностей климата на большей части территории нашей страны человек проводит в закрытых помещениях до 80 % времени. Для создания нормальных условий его жизнедеятельности необходимо поддерживать определенный тепловой режим. Помимо создания комфортных условий жизнедеятельности человека тепло необходимо для обеспечения ряда технологических процессов в различных производствах.

Наряду с дефицитом топлива (в некоторых регионах) в части лесной и деревообрабатывающей промышленности скапливается большое количество первичных и вторичных древесных отходов. Даже при высокой степени их использования всегда остается много некондиционных отходов, которые могут быть употреблены только в качестве топлива. К примеру, количество отходов, образующихся даже на небольших мебельных фабриках, составляет от 45 до 63 %.

В этой связи энергетическое использование древесных отходов является одним из важных направлений повышения эффективности фермерского хозяйства и умелого ведения технологических процессов в рыночных условиях.

Древесное топливо не содержит серы (в отличии от иного органического топлива), а также обладает малой зольностью (всего 1 %), и стоит намного меньше, чем газ, уголь. Решая проблему утилизации отходов деревообработки, одновременно можно получать дешевое и экологически чистое топливо.

Энергетические установки на базе газогенераторов на древесных отходах являются современным оборудованием, предназначенным для сжигания сыпучих древесных отходов с грануляцией (фракцией) до 30 мм и кусковых отходов длиной до 1 м с влажностью топлива 6-60 %.

В состав оборудования входят: расходный бункер для сыпучего топлива с «ворошителем», шнековый транспортер подачи топлива, газогенератор, водогрейный котел и комплект оборудования системы автоматического управления. Оборудование предназначено для нагрева воды в системах теплоснабжения сушильных камер, а так же для отопления жилых и хозяйственных помещений.

Опилки (стружка), щепа, отходы ДСП и ЛДСП, гранулы засыпаются в бункер, оснащенный ворошителем, и далее поступают в шнековый транспортер, работающий в автоматическом режиме «подача-пауза» в соответствии с заданной программой.

Шнековый транспортер осуществляет дозированную подачу топлива в газогенератор на древесных отходах, в котором происходит процесс газификации; процесс полного разложения топлива в горючие газы.

Факел горящего газа направляется в топку водогрейного котла, в котором происходит нагрев воды. Обрезки и кусковые отходы сжигаются непосредственно в топке котла.

Примером такой конструкции служит «вихревая топка» (газогенератор) с тепловой мощностью 800 кВт. Ее особенности таковы:

• при сжигании древесного топлива температура в топке любого водогрейного котла не превышает 750 °C, а при совместном использовании вихревой топки (газогенератора) с водогрейным котлом, в результате полного термического разложения топлива температура топочных газов, поступающих в топку котла достигает 1200–1450 °C, отложение сажи на поверхностях нагрева котла при этом минимально;

• получаемый газ имеет высокую калорийность (8,5 м³ генераторного газа эквивалентно 1 кг мазута);

• превращение опилок (стружки) в горючий газ – газификация обеспечивает полное сгорание топлива, в результате чего достигается высокий КПД установки (88–92 %);

• автоматическая подача топлива (опилки, стружки) обеспечивает их равномерное горение и поддерживает высокую точность температуры теплоносителя, что особенно важно при использовании установок в системах теплоснабжения сушильных камер;

• в процессах, протекающих в вихревых топках (газогенераторах), происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в среде без кислорода, благодаря чему содержание оксидов азота в дымовых газах значительно ниже предельно допустимой концентрации;

• вследствие полноты сгорания (по сравнению с современными газовыми горелками), дымовые газы содержат чрезвычайно мало оксида углерода и остаточных углеводородов (канцерогенных углеводородов).

С другой стороны существенным недостатком древесных отходов как топлива является их нестабильная влажность, которая колеблется в пределах 6-60 %.

Сжигание древесных отходов высокой влажности приводит к снижению их теплотворной способности и, как следствие, к увеличению расхода топлива. Поэтому представляется целесообразным организовать предварительную подсушку древесных отходов любой формы – от чурок до опилок.

Газогенератор избавит от много неудобств: от частой смены баллонов или емкостей (что иногда сопровождается остановкой производственного процесса), от неподтвержденного или непостоянного качества газа. Особенно удобно устанавливать газовые генераторы недалеко от пилорам, где скапливается много некондиционных отходов.

Для работы котельной топливо (древесные отходы) подается на склад; далее со склада – в расходный бункер. При помощи винтового транспортера топливо автоматически по заданному режиму подается в топку, где проходит три уровня:

• первый – уровень сушки;

• второй – уровень выделения летучих частиц и их возгорание;

• третий – уровень интенсивного горения. Окончательное сжигание выделяемых газов происходит в топке котла.

Газогенераторные котлы в своей основе используют принцип пиролизного горения, их также именуют пиролизные котлы. Принцип работы пиролизного котла состоит в сжигании выделяемого из твердого топлива (дров) – при высокой температуре газа.

Такое горение легче контролировать, КПД работы газогенераторных котлов значительно выше, при топке пиролизного котла сухой древесиной оно достигает 85 %.

Газогенераторные (пиролизные) котлы имеют отличное от традиционных твердотопливных котлов устройство. Устройство пиролизного котла – многокамерное, с шиберами для приведения в необходимый режим работы. Наличие шиберов обуславливается тем, что для работы пиролизного котла в режиме газогенератора, в закладочном бункере котла должна быть достаточно высокая температура (600–800 °C), а для первоначального прогрева его запускают в режиме традиционного твердотопливного котла.

Печь для производства древесного угля состоит из:

• топочного блока, который служит для сушки и разогрева древесины, находящейся в углевыжигательном блоке;

• углевыжигательного блока, в который загружается древесина в размере 2,5 м³. Процесс углевыжигания длится 9-11 часов, в результате выход конечного продукта составляет 400 кг. Для слива конденсата в нижней части углевыжигательного блока предусмотрен сливной кран. Загрузка осуществляется в ручную, в загрузочный ящик. В верхней части углевыжигательного блока расположен предохранительный клапан;

• основания, которое служит для крепления топочного и углевыжигательного блока;

• пандуса, который служит для выгрузки ящика с конечным продуктом (углем).

Процесс производства угля состоит из следующих этапов.

Режим сушки. Сушка выполняется путем естественной циркуляции теплоносителя – дымовых газов с температурой равной 140–160 °C через пакет дров, помещенных в углевыжигательный блок. Продолжительность периода сушки зависит от исходной влажности древесины. Теплоноситель нужных параметров получают путем сжигания древесных отходов в топочном блоке. Температура теплоносителя ограничивается уровнем, при котором еще не происходит пиролиз сырья, а лишь удаляется абсолютно большая часть исходной влаги, с 45–55 % до 4–5%. На данной стадии из древесины выделяются в основном пары воды со следами эфиров и кислот.

Режим эндотермического пиролиза. При дальнейшем нагревании древесины температурный диапазон составляет 150–300 °C. На этой стадии исходное сырье полностью обезвоживается и переходит в полуобугленное состояние – бурую древесину. При этом выделяются простые газы и основная часть спиртов и кислот, а так же часть смол. При температуре близкой к 300 °C начинается стадия экзотермического пиролиза, которая характеризуется самопроизвольным повышением температуры в углевыжигательном блоке без увеличения подвода тепла извне.

Режим экзотермического пиролиза. Экзотермический пиролиз происходит при температуре 300–400 °C… На этой стадии бурая древесина превращается в древесный уголь 65–75 %-ным содержанием нелетучего углерода. Оптимальный температурный диапазон составляет 350–380 °C, максимум с учетом погрешностей измерения и регулирования системы подачи теплоносителя – 400 °C.

Охлаждение угля. При окончании прокаливания уголь охлаждается до температуры, при которой исключается самопроизвольное его возгорание при контакте с воздухом.

Конечная температура охлажденного угля должна быть не более 85 °C, а для качественногот производства желательно, чтобы она держалась на уровне 40 °C. В качестве сырья для производства угля используется береза. Рекомендуемый диаметр дров от 60 до 200 мм и относительной влажностью до 55 %.

При достижении первоначального прогрева, производят полную закладку камеры газогенераторного котла и приводят шибер в пиролизный режим работы. Газогенераторные котлы в этом режиме производят нагрев древесины в камере сгорания при практическом отсутствии кислорода, в результате чего происходит разложение древесины – на древесный газ и древесный уголь (кокс).

Горение древесного газа происходит в вышестоящей камере по принципу работы обыкновенного газового котла, и может быть также автоматизировано. Такое сгорание отличается большим КПД и меньшим образованием золы в топке котла и внутри дымохода, а, значит, газогенераторный котел нужно реже чистить и проводить его заправку. В условиях хорошей утепленности дома, правильной подборки котла и правильного разведения системы отопления, одной закладки дров хватает на целые сутки работы при температуре окружающего воздуха ниже нуля.

Поэтому котлы пиролизного типа горят и сохраняют тепло дольше.

Пиролизные котлы на отечественном рынке уже давно не считаются редкостью. Российские твердотопливные пиролизные котлы долгого горения уверенно и прочно завоевывают популярность людей, разбирающихся в системах отопления на твердом топливе. Тем не менее, пиролизные котлы, в среднем в 1,5–2 раза дороже традиционных твердотопливных котлов.

Этому есть простое объяснение. Протяженность работы пиролизных котлов всего на одной загрузке дров в разы превышает период работы обычных дровяных и угольных твердотопливных котлов.

Газовые генераторы, при всей своей привлекательности с точки зрения дешевизны вырабатываемой энергии, экологичности и дополнительных (альтернативных централизованным газовым коммуникациям, системам) возможностей, в нашей стране остаются привилегией крупных промышленных предприятий, для которых энергетическая независимость, а также выигрыш в себестоимости за счет крупных объемов потребления, являются ключевыми факторами при выборе энергоемких систем.

Далее рассмотрим традиционные газовые системы и счетчики учета газа.