|
Однако, постоянный рост цен на топлива нефтяного происхождения, а также расходов на их транспортировку в отдаленные районы диктует необходимость применения альтернативных более дешевых местных видов топлив, как газообразных, так и твердых. К газообразным можно отнести высококалорийные природные и попутные нефтяные газы. Наиболее распространенным видом твердого топлива является древесное топливо, в частности отходы древесины, имеющие на местах ее заготовки и переработки практически нулевую стоимость. К другим видам твердого топлива относятся уголь, торф, сланцы, отходы с/х продукции (лузга подсолнечника, початки, косточки, солома), твердые бытовые отходы, отходы резинотехнических изделий. Но в отличие от газообразных, твердые топлива не способен потреблять поршневой двигатель. Поэтому необходимо превращать твердое топливо в газообразное. Это возможно сделать достаточно известным и широко применяемым в первой половине прошлого столетия способом газификации. Аппараты для газификации твердых топлив известны давно, но для решения конкретных задач, связанных с использованием генераторного газа в поршневых двигателях применяются определенные процессы газификации и конструкции газогенераторов.
Высокотемпературный реактор - газификатор.
В высокотемпературном реакторе применяется метод автотермической газификации. Теплота газификации, необходимая для осуществления процесса, выделяется в результате сгорания части топлива внутри самого реактора. Процесс сгорания происходит в атмосфере воздуха при значительном недостатке кислорода, при давлении внутри реактора близком к атмосферному. Подача воздуха осуществляется через ряды фурм (калиброванных отверстий определенного диаметра) расположенных в реакционной окислительной зоне шахты аппарата, где образуется очаг горения с температурой 1200-1300 С. При этом происходит взаимодействие кислорода воздуха с молекулами твердого топлива, образование окислов с выделением тепла, необходимого для устойчивого протекания химических реакций. Твердое топливо подается в шахту реактора через шлюзовую камеру, расположенную верхней части аппарата. Снизу твердое топливо поддерживается колосниковой решеткой, на которой образуется слой раскаленного углерода, представляющий собой реакционную восстановительную зону. Получаемый в реакционной зоне газ, состоящий из горючих компонентов и инерционных компонентов (азот и двуокись углерода) выводится из реакционной зоны по каналам - газосборникам и направляется через систему фильтрации к потребителю. При работе реактора выбросов в атмосферу нет. Калорийность получаемого топливного газа 1100 - 1300ккал/м3.
Образовавшийся во время работы реактора зольный остаток накапливается в зольной камере под колосниковой решеткой и периодически удаляется шнековым устройством. Таким образом, входящими потоками в реактор являются твердое топливо и воздух, выходящими - топливный газ и зольный остаток.
Массогабаритные показатели установок, позволяют размещать их в труднодоступных районах, в том числе, в местах непосредственного образования исходного сырья.
В результате переработки твердого углеродсодержащего топлива в реакторе - газификаторе получается топливный газ, основными горючими составляющими которого являются водород (Н2) и оксид углерода (СО). Также в нем содержится небольшое количество метана (СН4). Генераторный газ сильно забалластирован инертными составляющими азотом (N2) и двуокисью углерода (СО2), которые значительно снижают теплотворную способность газа. Однако, наличие инертных составляющих в топливовоздушной смеси, подаваемой в поршневой двигатель, снижает вероятность детонационного (взрывного) сгорания ее даже при наличии такого активного компонента, которым является водород. Скорость нарастания давления в цилиндрах снижается. Также снижается максимальное давление цикла. Двигатель работает 'мягче', уменьшается вибрация. В сочетании с генераторным газом можно успешно сжигать в дизельном двигателе жидкие топлива с низкими цетановыми числами и расширенным фракционным составом, такие как газовые конденсаты, сырая нефть, различные жидкие синтетические топлива, не опасаясь за жесткость процесса сгорания.
Газодизельный энергоагрегат.
Для выработки электроэнергии в газодизельном электроагрегате используется генераторный газ в качестве основного топлива и некоторая часть жидких углеводородов в качестве запального жидкого топлива. Отходом данного технологического процесса будет некоторое количество золы после газификации твердого топлива.
Модернизация дизельных двигателей для работы с использованием газового топлива на газодизельный цикл не требует значительных изменений в конструкции базового двигателя, однако связана с потреблением некоторого количества жидкого топлива (около 5% от номинального потребления, что соответствует потреблению жидкого топлива на холостом ходу). При этом сохраняется возможность работы по дизельному циклу.
Переведенный на газодизельный цикл дизельный двигатель снабжается адаптивной (самонастраивающейся) системой регулирования подачи газового топлива.
Система автоматически поддерживает заданный мощностной режим в зависимости от количества подводимого газа и его теплотворной способности, меняя соотношение жидкого топлива и газа. Система позволяет применять различные виды газов и их смеси, исключая необходимость дополнительных регулировок и настроек. Во время работы двигателя под нагрузкой в случае снижения количества подаваемого газа по внешним причинам, изменения состава газа (уменьшения его теплотворной способности) система поддерживает заданный мощностной режим работы добавлением необходимого количества жидкого топлива. Благодаря принятой схеме регулирования приемистость газодизеля, несмотря на инерционность газового тракта, соответствует приемистости дизеля, а мощность газодизеля, соответствует мощности базового дизеля, даже при работе на низкокалорийном газе, так как теплотворные способности топливовоздушных смесей дизельных и газовых двигателей соизмеримы.
Переход двигателя на работу по чисто дизельному циклу осуществляется путем отключения подачи газового топлива.
Основными преимуществами газодизельного процесса являются:
- возможность запуска установки при отсутствии других источников электроснабжения за счет работы электроагрегата на жидком топливе;
- достаточно простое переоборудование дизельного электроагрегата в газодизельный, возможное на месте эксплуатации;
- применение жидкого топлива в качестве резервного в случае сбоев с обеспечением газовым топливом;
- возможность применения на одном агрегате высококалорийных и низкокалорийных газов и их смесей без дополнительных настроек и регулировок;
- возможность получения высоких показателей переходного процесса при сбросах и набросах нагрузки;
- достаточная простота обслуживания, так как широкий мощностной диапазон электроагрегатов от 50 до 1000 кВт обеспечиваются широко распространенными базовыми дизелями типа ЯМЗ;
- стабильность выходных электрических параметров.
Тепло.
При оборудовании реактора и энергоустановки соответствующими устройствами для съема тепла, возможно получать до 2МВт тепла на 1 МВт электроэнергии. При необходимости, можно сочетать производство из получаемого в реакторе - газификаторе топливного газа электроэнергии и тепла, сжигая топливный газ например в котлах.
При сжигании топливного газа значительно сокращаются выбросы в атмосферу. Теплотворность газовоздушной смеси из топливного газа, пригодной к сжиганию такая же, как и у природного газа. Т.е. на сжигание 1м3 топливного газа нужно всего 1,1м3 воздуха, а на сжигание 1м3 метана нужно, около 10м3 воздуха. Т.е эффект от горения такой же, а вот выбросов NOх будет в несколько раз меньше
Действующие образцы.
В РФ работают 2 малотоннажных установки - в Красноярском крае и Якутии.
Видеофильмы действующих установок представлены ниже:
|
