Особенности энергетического использования биомассы с ее газификацией в специальных реакторах различного типа



Все об электростанциях


 


Использование и газификация биомассы в специальных реакторах


Процесс газификации


Одним из эффективных направлений использования в энергетике биомасс как твердого топлива, о чем подробно показано выше, кроме прямого сжигания в топках, является их предварительная переработка в горючие газы в специальных реакторах различного назначения. Полученный в газогенераторах газ может быть использован как топливо в энергетических установках. Такой метод использования биомасс в промышленных энергетических установках широко используется с начала ХХ столетия как за рубежом, так и в России. Топливом для газификатора могут служить:

  • лесные отходы, в том числе древесные отходы, опилки, кора, обрезки деревьев, щепа и др.;
  • сельскохозяйственные отходы самого широкого ассортимента, включая даже такие, как стержни кукурузы, льняные отходы, отходы сахарного тростника, шелуха кофе, скорлупа орехов.

Наиболее оптимальным составом биомассы, предназначенной для переработки в газификаторе, являются:

  • среднее содержание влаги – менее 50%;
  • средняя теплота сгорания – не менее 9,8 МДж/кг;
  • средний фракционный состав сырья – 12,7…76,2 мм;
  • температура плавления золы – не менее 1150°С;
  • содержание золы – 6…10%;
  • высокая реакционная способность – Vdaf = 70%;
  • однородный элементный состав органической части.

Используемый в газогенераторе материал должен подвергаться предварительной обработке:

  • дробление отходов лесопереработки до приемлемого фракционного состава;
  • измельчение материала до указанного выше диапазона;
  • окомкование мелких фракций до указанных выше размеров;
  • сушка материала до содержания влаги меньше 50 %.

Основным элементом в системе газификации биомассы является специальный аппарат, который называют конвертор, реактор, газогенератор или газификатор.

Классификация газификаторов обычно производится в соответствии с характером перерабатываемого углеродсодержащего материала. К основным типам газогенераторов, предназначенным для периодической и непрерывной газификации, относятся реакторы с неподвижным (стационарным) и движущимся слоем сырья, с перемешивающимся слоем сырья, с псевдоожиженным слоем, с проталкивающим и циркулирующим (вращающимся) слоем как и для угольного топлива.

В реактор подается топливо вместе с ограниченным количеством воздуха (меньше теоретически необходимого для сжигания или для полного сгорания). Тепло для газификации вырабатывается за счет частичного сжигания подаваемого материала. В газификаторе происходит термохимическое превращение биомассы с зонами окисления, восстановления, газификации, пиролиза и сушки. В качестве окислителя используется воздух, пар, кислород или их комбинация. В газификаторе с воздушным дутьем получается низкокалорийный газ с теплотой сгорания 3,0…5,6 МДж/м3,а в газификаторе с кислородным дутьем – среднекалорийный газ с теплотой сгорания 7,5…13,0 МДж/м3.

Газификаторы для биомассы могут изготавливаться для работы при атмосферном или более высоком давлении. С повышением давления производительность генератора увеличивается.

Температуры в реакторе с подвижным слоем сырья по зонам составляют:

  • зона окисления t = 820…1480°С;
  • зона газификации t = 820…1100°С;
  • зона пиролиза t = 430…820°С;
  • зона удаления летучих фракций (пары смолы, низкомолекулярные органические вещества, остаточная жидкость) – t = 200…430°С.

При добавлении к воздуху (при воздушном дутье) водяного пара получается водяной газ (СО + Н2).

В целом в процессе газификации биомассы в состав газа в разной пропорции входят: СО2, СО, Н2, СН4, С2Н4, С3Н6, NН3, Н2S, N2, Н2О, пары смолы, низкомолекулярные органические жидкости.

Система для газификации биомассы состоит в основном из реактора, в который подается топливо вместе с ограниченным количеством воздуха (меньше теоретически необходимого для сжигания или для полного сгорания). Тепло для газификации вырабатывается за счет частичного сжигания подаваемого материала. Полученная в результате химическая структура топлива и внутренние реакции приводят к созданию горючего газа, который обычно называется «генераторным газом». Теплотворная способность этого газа варьируется от 4,0 до 6,0 МДж/нм3.



Реакторы, внедряемые за рубежом

В табл.1 показаны внедренные за рубежом установки с газификаторами с неподвижным слоем для биомассы. Табл.2 иллюстрирует состояние внедрения за рубежом относительно крупных ТЭЦ (мощностью 10…80 МВт) при совместном сжигании.

Газификаторы с неподвижным слоем

Ниже дана подборка либо уже эксплуатируемых установок, либо тех, сооружение которых подходит к концу.

Таблица 1

Подборка существующих газификаторов с неподвижным слоем

Подборка существующих газификаторов с неподвижным слоем


Таблица 2

Совместное сжигание с предварительной подготовкой биомассы.
Крупные станции, осуществляющие совместное сжигание

Совместное сжигание с предварительной подготовкой биомассы. Крупные станции, осуществляющие совместное сжигание


Таблица 3

Станции ПГУ с ВГЦ

Станции с парогазовой установкой (ПГУ) с внутрицикловой газификацией угля (ВГЦ)


Станции с парогазовой установкой (ПГУ) с внутрицикловой газификацией угля (ВГЦ) отрабатываются как демонстрационные установки.

Демонстрации успешно прошли в Вернамо (Швеция); Австрии и др.


Далее следуют статьи по данной теме: