Биотопливо

Паровинтовая установка (фото: www.vdm-plant.ru)

Энергетику ожидают большие перемены. За последние годы происходит переход от крупных генерирующих объектов к гораздо более мелким энергокластерам. И в эту парадигму очень удачно вписывается и энергетика на основе других источников энергии, не требующая для собственного развития создания дорогостоящей транспортной инфраструктуры (как для подвоза энергоресурсов, так и для передачи электроэнергии). Распределенная генерация логично вписывается и в проблему энергосбережения и повышения энергоэффективности: большая часть энергии потребляется в месте ее производства, что исключает потери электроэнергии.

На территориях, где нет готовой инфраструктуры (электросетей, газопроводов) приходится искать альтернативные пути энергообеспечения новых объектов инфраструктуры. В наиболее энергодефицитных регионах выбор все чаще делается в пользу собственной генерации.

В настоящее время в России и в мире получают все большее распространение новые технологии энергосбережения. К ним, в частности, относится использование энергии пара для выработки электроэнергии в котельных и перевода их в мини-ТЭЦ. Масштабы применения этой технологии энергосбережения достаточно велики. Так, в России находятся в эксплуатации около 80 000 паровых котельных с паропроизводительностью 10 – 100 т/час. Эти котельные обычно используются в производственно-отопительных целях и принадлежат небольшим предприятиям бумажной, лесопильной, пищевой, текстильной, кожевенной и многих других индустрий. Параметры производимого пара в разных котельных сильно различаются в зависимости от назначения использования пара на данном предприятии. Потребление пара сильно меняется по времени года (летний и зимний режимы) и от времени суток. Давление пара на выходе из котла зависит от потребностей технологии предприятия, а также от степени изношенности котлов. Так, обычные котлы широкого промышленного применения проектируются на давление пара 13 ати. Для изношенных котлов, которых в настоящее время очень большое количество, Гостехнадзор ограничивает давление 7-8 ати. Для нужд технологии обычно требуется 4-6 ати, для отопления требуется 1,5-2 ати с расходом пара 3-6 т час. Таким образом, наиболее часто в котельных имеется неиспользуемый перепад давления пара 3-6 ат с расходом пара от 6 до 50 т/час. Из этого пара можно реально получить 200 – 1500 кВт электроэнергии. Пар после котла направляют в расширительную машину, например, паровую турбину, связанную с электрогенератором. Таким образом, можно получить очень дешевую электроэнергию (дополнительный расход топлива и эксплуатационные расходы незначительны). Однако, использование паровой турбины здесь малопродуктивно, поскольку в указанной области небольших мощностей она имеет ряд известных недостатков.

Паровые винтовые машины

Возможно использовать в данном диапазоне мощностей паровые винтовые машины (ПВМ). ПВМ по сути является новым типом парового двигателя. ПВМ разработана в России, она уникальна, аналогов ее за рубежом нет. На конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено около 25 патентов в России и за рубежом. [1]

В диапазоне мощности 200-1500 кВт ПВМ практически по всем показателям значительно превосходит обычную лопаточную паровую турбину. ПВМ является наиболее перспективной основой для создания мини-ТЭЦ, особенно в районах Крайнего Севера и в районах к ним приравненным. Здесь ориентация на электростанции на дизельном топливе должна быть снижена в связи с многократным повышением цены топлива. В мини-ТЭЦ должны использоваться местные топливные ресурсы: уголь, торф, отходы лесопереработки.

Расчет экономической эффективности применения ПВМ в котельной показывает, что удельный расход топлива на выработанную электроэнергию составляет 140 – 145 г.у.т./кВт час, а срок окупаемости энергоустановки составляет 1 –1,5 года. В расчете в качестве установленной принята мощность ПВМ, равная 800 кВт. При повышении мощности эффективность ПВМ еще более повышается.

Паровые поршневые двигатели

Другим способом получения энергии с помощью пара могут быть паровые поршневые двигатели.[2]

Паровые двигатели обеспечат оптимальные решения для децентрализованного производства энергии, особенно в следующих областях применения:

- энергии, получаемой при сжигании обрезков и отходов пиломатериалов, рисовой соломы, шелухи и растений;

- энергии от процессов со значительным количеством сбросного тепла, таких как стекольное производство, газовые турбины, дизельные двигатели и установки по переработке отходов.

Используемый для привода генератора или как прямой привод, паровой двигатель подходит для паросиловых установок как малых так и средних мощностей благодаря его следующим качествам:

- Гибкость
С помощью простой модульной системы, состоящей из стандартизированных компонентов с 1-6 цилиндрами и различными типами цилиндров, возможно адаптировать паровые двигатели для различных эксплуатационных условий. В зависимости от степени повышения рабочего давления пар расширяется одной или несколькими ступенями. Многоступенчатые двигатели позволяют контролировать расширение пара под определенное давление.

- Эффективность
Особая система, регулирующая подачу пара, в сочетании с механическими преимуществами поршневого двигателя обеспечивают оптимальную рабочую эффективность (КПД), широкий диапазон управления и высокую производительность в условиях частичных нагрузок.

- Современная технология
Паровые двигатели не нуждаются в смазке цилиндров и таким образом предохраняют пар от присутствия масла.

- Надежность
Паровые двигатели применяются с установками производительностью пара до 40 т/ч и давлением на впуске 6-60бар, выходная мощность может достигать до 1500кВт.

Получение энергии с помощью пиролиза

Еще одной технологией, которая будет рассмотрена в данной статье, является получение энергии с помощью пиролиза.[2] Пиролиз – это декомпозиция органических веществ при нагревании в отсутствии кислорода. В результате пиролиза происходит образование синтез-газа и твердых углеродных остатков. Состав каждой из фаз определяется параметрами процесса (температура, скорость нагрева, давление и время пребывания в реакторе). Сырье направляется в процесс либо непрерывно, либо порциями (в периодическом режиме).

Рассмотрим ее на примере утилизации твердых бытовых отходов, хотя она может применяться и для других отходов, таких как отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и ряда других.

Рост количества отходов в России за последнее десятилетие превысил темпы роста промышленного производства. Ежегодно в стране образуется более 3,5 млрд тонн отходов которые в большинстве своем либо не утилизируются либо их просто невозможно утилизировать и они отправляются на сжигание или на свалку.

Применение пиролиза для переработки различных отходов позволяет рекуперировать как материалы, так и энергию. Эффективная пиролизная система используется для утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), полимерных отходов, старых автопокрышек, органических и медицинских отходов, отходов электроники, канализационного ила и т.д. В пиролизной системе, построенной по модульному принципу, отходы термически разлагаются, используя непрямой источник тепла при температурах порядка 400-600 градусов в отсутствие внешнего снабжения кислорода/воздуха. Летучая фракция сырья термически разлагается, образуя синтез-газ, энергия которого затем может быть использована в качестве источника энергии для выработки тепловой и электрической энергии. Отходящие газы очищаются в системе газовой очистки.

Пиролизная установка производит электричество, пар и горячую воду. Непрерывные установки пиролиза с мощностью отдельной технологической линии 250-300 т/д могут быть обьединены в агрегаты для увеличения суммарной производительности.

По сравнению с мусоросжигательными заводами пиролиз обладает рядом преимуществ:

а) продукты сгорания, ассоциированные с сжиганием отходов, не образуются,

б) зола нетоксична,

в) сточные воды из системы газоочистки не производятся,

г) металлы после процесса не окисляются,

д) возможна переработка высококалорийных отходов и т.д.

Рассмотренные технологии могут использоваться в самых разнообразных сферах промышленности, включая:

- деревообрабатывающую и бумажную промышленности;

- коммунальные объекты;

- производство стекла и керамики;

- химическую промышленность;

- пищевую и пивоваренную промышленности;

- мукомольные заводы;

- системы по сжиганию отходов.

С помощью комбинированного производства тепла и энергии, промышленные и децентрализованные установки по электроснабжению позволяют утилизировать используемую энергию более эффективно. Кроме того, применение биомассы в качестве топлива существенно снижает выбросы углекислого газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Ахметшин Р.М., Березин С.Р., Петров П.Г., Ямилев И.А. Винтовая энергетическая машина//РОСТЕХНАДЗОР. Наш регион. – 2005. – № 1–2. – С. 38–40.
2) Информация с сайта www.vdm-plant.ru

Статья опубликована в журнале ENERGY FRESH