XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Растительная биомасса является одним из наиболее мощных и доступных возобновляемых источников энергии на земле. На протяжении многих веков, по крайней мере, на территории России, она являлась основным источником энергии. Еще в конце 19 века более 60% в топливном балансе мировой энергетики составляли дрова. Однако в последующие годы ситуация существенно изменилась. Уголь, а позднее нефть и газ, добыча которых значительно лучше поддается индустриализации, постепенно вытеснили древесину из топливного баланса. Однако достоинства растительной биомассы как источника энергии хорошо известны. При этом, кроме возобновляемости данного вида топлива отмечаются такие качества, как экологическая чистота в сравнении с ископаемыми топливами, а также отсутствие воздействия на баланс свободного углерода в атмосфере. Последнее связано с тем, что при сгорании растительной биомассы выделяется и выбрасывается в атмосферу меньше углекислого газа, чем поглощается растениями из атмосферы в процессе фотосинтеза.

В зависимости от вида используемоготоплива себестоимость 1 Гкал теплазначительно варьируется(табл. 1). Анализ приведенных в таблице данных показывают, что применениепроизводственныхгорючихотходовв газогенераторных установках является наиболее выгодным альтернативным способом получения тепловой энергии.

Таблица 1. ‒ Себестоимость 1 Гкал теплоты, производимой на различных видах топлива

Основноепреимущество газогенераторов состоит в том, что их функциональное назначение обеспечивает эффективное использованиепочти любых видов органического сырья в качестве топлива и возможность автоматического управления работой установки при широком диапазоне регулирования основных параметров процесса.

Важнойхарактеристикой газогенераторов является то, что в них может использоваться органическое топливо практически любого вида. Например, газогенераторы могут работать на измельченной древесине любых пород и любого качества (с корой, хвоей, подгнившей и т. п.). При этом важную роль играет влажность самого топлива, которая должна быть до 45…50%. Для обеспечения максимального срока службы агрегата с максимальной эффективностью рекомендуется использовать топливо с влажностью не выше 35%. С технической точки зрения это легко обеспечивается подсушиванием влажного топлива частью вырабатываемой самим газогенератором теплоты.

В газогенераторном процессе основными являются вопросы, связан­ные с количеством выделяемого тепла, со скоростью реакций т с протеканием их в известном направлении и до известного пре­дела. Химическая термодинамика, охватывающая учение о химиче­ском равновесии и скорости химических реакций, разъясняет сущ­ность этих вопросов.

С развитием химической термодинамики как науки появилась возможность изучать химические процессы с качественной и, что особенно важно, с количественной стороны. Это изучение имеет ог­ромное практическое значение. Для неизученных процессов хими­ческая термодинамика позволяет, не прибегая к эксперименту, пред­сказать возможность протекания и направление процесса в тех или иных условиях, результаты воздействия на него тех или иных фак­торов и количественные соотношения. Для изученных процессов термо­динамические подсчеты дают возможность представить себе идеальные (предельные) показатели, в данных условиях для рассматриваемого процесса. При изучении вопросов газификации, где экспериментиро­вание встречает значительные затруднения ввиду протекания реакций, в гетерогенной среде, особо важным является использование хи­мической термодинамики как теоретической основы методов изу­чения процессов.

Рисунок 1 Принципиальная схема газогенератора

1 ‒ Топливо; 2 ‒ Бункер; 3 ‒ Камера газообразования; 4 ‒ Зольник; 5 ‒Первичный воздух; 6 ‒ Реактор; 7 ‒ Колосниковая решетка; 8 ‒ Труба горения; 9 ‒ Котел; 10 – Камера возгорания; 11 – Вторичный воздух.

Принципиальная схема газогенератора приведена на рис. 1. Обычно при его установке обращают внимание на то, чтобы труба горения состыковывалась с топкой котла или теплообменника. Газогенератор запускается путем загрузки и розжига на колосниковой решетке растопочного материала (как в обычной печи). Далее загружается в бункер основное топливо, которое постепенно поступает в зону газообразование, а далее из камеры газообразования - в трубу горения (рис. 1), куда подается и дополнительный "вторичный" воздух. Смесь возгорается в виде факела и подается в топку агрегата, совместно с которым работает газогенератор. Регулирование процесса горения производится изменением подачи "первичного" и "вторичного" воздуха, а также изменением степени разряжения в агрегате.

Особенно актуальнымявляется использование газогенераторной установки в деревоперерабатывающих комбинатах и мебельных предприятиях, где имеется скопление больших объемов древесных отходов, утилизация и хранения которых требуют дополнительных финансовых средств. Отходы древесины на них образуются постоянно, поэтому их запасы со временем не только не уменьшаются, но и постоянно растут. Использовать восполняемый источник бросового топлива собственного производства значительно выгодней, чем закупать дорогостоящие привозные аналоги.

Использование на предприятиях лесной отрасли и мебельной промышленности экономичных газогенераторных установок позволит не только решить проблемы утилизации древесных отходов, но и получать из них высококалорийное дешевое топливо. Генераторный газ по своим качественным характеристикам не сильно уступает природному газу, поэтому может использоваться для разных бытовых нужд предприятия, например, для создания системы отопления производственных цехов, получения горячей воды, электроэнергии, а также для работы сушильных камер. Так, организация процесса сушки пиломатериаловв сушильных камерах на генераторный газ позволяет сократить в несколько раз расходы предприятия, и тем самым, снизить стоимость готовой продукции.

В газогенераторной установке отходы древесины не просто сжигаются, а посредством тления в условиях недостатка кислорода перерабатываются в высококалорийный горючий древесный газ, с минимальным содержанием канцерогенных углеводов. Это возможно благодаря тому, что древесина, в отличие от других видов топлива, хорошо горит, имеет низкий процент зольности и не содержит серы.

Особенно актуально применение газогенераторных установок в условиях кризиса, повышения цен на традиционные виды топлива, к примеру, нефть, мазут, уголь и природный газ, а также удорожания электроэнергии. С помощью газогенераторных установок предприятия лесной отрасли и мебельной промышленности могут удовлетворять не только свои потребности в дешевой энергии, но по возможности продавать ее избытки частным потребителям.

Переработка древесных отходов в газогенераторной установке позволяется также решить и экологические проблемы. Количество вредных выбросов в результате работы газогенератора будет в несколько раз ниже, чем если древесину сжигать в обычных тепловых котлах, что доказано многочисленными исследованиями и замерами компетентных инстанций. Подтверждением этому являются сертификаты, позволяющие использовать газогенераторные установки в жилых кварталах, в непосредственной близости от домов. К тому же древесина в газогенераторе сгорает практически полностью и позволяет получить КПД более 90%.

Л и т е р а т у р а

Биомасса - важнейший источник энергии для России / А. В. Клименко, Б. Ф. Реутов // Экология и жизнь: научно-популярный и образовательный журнал.‒ М., 2006 .

Сергеев В.В. Анализ целесообразности использования газогенераторов / Д.В. Петухов, В.В. Сергеев // XXIX-я Неделя науки СПбГТУ: материалы межвуз. науч. конф.: в 2 ч. – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000.– Ч. 2. – С. 88.

Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. Л: «Техническая книга», 1987. – 320 с.