Совершенствование технологии термохимической подготовки древесного топлива для малых ТЭС

Силин, Вадим Евгеньевич

Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Совершенствование технологии термохимической подготовки древесного топлива для малых ТЭС

кандидата технических наук: Силин, Вадим Евгеньевич
город: Екатеринбург
год: 2008
специальность ВАК РФ: 05.14.14

Диссертация по энергетике на тему «Совершенствование технологии термохимической подготовки древесного топлива для малых ТЭС»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии термохимической подготовки древесного топлива для малых ТЭС"

На правах рукописи

Силин Вадим Евгеньевич

Совершенствование технологии термохимической подготовки древесного

топлива для малых ТЭС

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 * £.4 2008

Екатеринбург 2008

003457333

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный технически!' университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» на кафедр «Энергосбережение» теплоэнергетического факультета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Рыжков Александр Филиппович

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Торопов Евгений Васильевич

кандидат технических наук, ведущий

научный сотрудник

Ашихмин Александр Анатольевич

Ведущая организация:

ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» Предприятие «УралОРГРЭС»

Защита диссертации состоится 18 декабря 2008 г. в 14 ч. 00 мин. в аудитории Т-703 на заседании диссертационного совета Д 212.285.07 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул.Софьи Ковалевской, 5 (8-й учебный корпус ГОУ ВПО УГТУ-УПИ).

Ваши отзывы (в двух экземплярах), заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул.Мира, 19, К-2, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, ученому секретарю. Тел. (343) 375-45-74, факс (343) 37461-55, e-mail: lta ugtu@mail.ru. vsilin@mail.ustu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО УГТУ-УПИ.

ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

К.Э. Аронсон

Общая характеристика работы

Актуальность темы Создание систем распределенной генерации энергии, основным звеном которой выступает малая ТЭС, является одной из современных тенденций развития мировой энергетики. Местные низкосортные топлива, в первую очередь древесина, рассматриваются в настоящее время в качестве основной составляющей топливного баланса систем малой генерации со значительным топливным потенциалом. В Свердловской области вовлечение этого потенциала (0.30.4 млн. ту.т./год) в ТЭБ позволило бы значительно снизить долю экологически неблагоприятных угля или мазута в сфере ЖКХ.

Применение известных методов газификации для термохимической подготовки древесного топлива перед ДВС характеризуется низким химическим КПД и сопряжено с необходимостью мокрой газоочистки, что препятствует широкому внедрению газогенераторных ТЭС на биомассе. В ходе исследования выполнен комплекс работ по совершенствованию газификационной технологии термохимической конверсии (ТХК) древесного топлива. Полученные результаты позволяют разрабатывать современные твердотопливные ТЭС с двигателями внутреннего сгорания для систем малой энергетики с эффективностью работы на уровне крупных угольных ТЭС.

Работа выполнена в рамках Государственного Контракта №4431р/6770 от 29.07.06 «Разработка и изготовление экологически чистого, бессмольного газогенератора» с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (г. Москва), Государственного Контракта с Правительством Свердловской области «Разработка экологически чистой газогенераторной малой теплоэлектростанции с двигателем внутреннего сгорания», нацелена на развитие энергетики на местных топливах, находится в сфере приоритетного направления развития науки, технологий и техники РФ «Энергетика и энергосбережение».

Цель настоящей работы состоит в совершенствовании технологии производства газообразного топлива из твердого путем минимизации содержания в газе промежуточных продуктов термохимической конверсии (С02, углеводородов, сажи) для малых ТЭС-ДВС на древесном топливе.

Научная новизна

Теоретически обоснован и прошел апробацию (на примере древесины) в лабораторных и опытно-промышленных условиях режим ТХК твердого топлива, обеспечивающий получение газа с минимальным содержанием продуктов промежуточной конверсии (ССЬ, углеводородов), позволяющий максимально полно использовать кислород и водород органической и рабочей массы.

Получены зависимости скорости реагирования и температуры частицы при ТХК древесины в воздушной среде от размера частицы в рабочем диапазоне размеров 3-75 мм и температуре среды 350-1200"С. Определены численные значения времени задержки воспламенения коксового остатка древесины при горении летучих веществ.

менных газификаторов на биомассе. Это дает возможность создавать твердотопливные ТЭС с существенно более высоким коэффициентом использования теплоты топлива, устранить необходимость применения системы сложной газоочистки и повысить конкурентоспособность их по отношению к мощным угольным электростанциям.

Достоверность и обоснованность результатов. Основные научные положения, выводы, рекомендации обоснованы результатами лабораторных экспериментов, испытаний опытно-промышленных установок, подтверждены соответствующей точностью систем измерений и использованием современной приборной базы, удовлетворительным совпадением экспериментальных и расчетных данных, анализом известных зависимостей.

Практическая значимость

1. Определены режимные параметры ТХК крупнодисперсного древесного топлива, позволяющие на воздушном дутье получать среднекалорийный паровоздушный газ с содержанием азота не более 25-30% и повышенным содержанием водорода Н2 » 25%. Эти результаты реализованы в газогенераторе обращенного типа мощностью 200 кВт по топливу.

2. Разработана и защищена патентом на полезную модель газогенераторная установка на среднедисперсном древесном топливе, реализующая разработанную автором технологию ТХК с получением газа с минимальным содержанием продуктов промежуточной конверсии (СОг, углеводородов).

3. Для реакторов плотного слоя в широком диапазоне мощностей получены корреляционные соотношения режимных характеристик (удельное тепловое напряжение, температура в зоне горения) и конструктивных параметров (диаметр зоны горения, количество фурм), предоставляющие исходные данные для проектирования газогенераторных установок различной производительности, в том числе - большей, чем современные действующие установки.

4. Разработан и верифицирован при анализе работы действующих древесных и угольных газогенераторов на различном дутье в широком диапазоне мощностей универсальный подход определения совершенства технологии газификации с помощью нормализации режимных параметров отнесением их к расчетным характеристикам идеальной ТХК.

5. Результаты использованы в учебном процессе при создании электронного образовательного ресурса «Новые энергоэффективные технологии», выполненного в рамках работ по договору с ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», и положены в основу разработанного технологического регламента использования древесины.

На защиту выносятся

1. Результаты расчета параметров идеальной ТХК древесины и определения степени соответствия показателей режима газификации в современных газогенераторах идеальному режиму ТХК.

2. Результаты исследования режима усовершенствованной ТХК древесины и древесного угля в плотном слое.

3. Результаты изучения воздушной ТХК древесных частиц в диапазоне рабочих размеров (от средне- до крупнодисперсных).

4. Результаты повышения эффективности газификации крупно- и средне-дисперсной древесины в опытно-промышленных установках.

5. Результаты оценки технико-экономической эффективности автономных малых твердотопливных ТЭС с усовершенствованной термохимической подготовкой местного древесного топлива.

Реализация. Полученные данные приняты к использованию в Свердловском филиале ОАО «Территориальная генерирующая компания №9», ОАО «Урал-трансгаз» ПО «Энергогазремонт», министерстве промышленности и науки Свердловской области, в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический универ-ситет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», ЗАО «СУЗМК-Энерго».

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на Первой в Украине международной конференции «Энергия из биомассы» (г.Киев, 2002), Международном симпозиуме «Горение и загрязнение атмосферы» (г.Санкт-Петербург, 2003), Шестой всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 2004), Второй российской национальной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (г. Москва, 2005), IV Семинаре ВУЗов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (г.Владивосток, 2005), Симпозиуме по горению и взрыву (г.Черноголовка, 2005), Третьем международном симпозиуме «Горение и плазмохимия» (г.Алматы, 2005), 15-й Школе-семинаре «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г.Калуга, 2005), VI Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г.Екатеринбург, 2006), Международном научном семинаре «Современные технологии горения и аэротермодинамики» (г.Киев, 2006), Международной конференции "Угольная теплоэнергетика: проблемы реабилитации и развития" (г.Алушта, 2006), Круглом столе «Новые технологии использования твердого топлива в энергетике Урала» в рамках Форума «Энерго-Промэкспо-2006» (г.Екатеринбург, 2006), Семинаре «Развитие малой распределенной энергетики Урала на местных топливах как фактор обеспечения энергетической безопасности региона» в рамках Форума «Энерго-Промэкспо-2006» (г.Екатеринбург,

2006), VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива» (г.Новосибирск, 2006), Международном конгрессе «Пече- и трубостроение: тепловые режимы, конструкции. Автоматизация и экология» (г.Москва, 2006), 16-й Школе-семинаре «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г.Санкт-Петербург, 2007), Третьей международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики» (г.Екатеринбург,

2007), Международной научно-технической конференции «Энергоэффектив-ность-2007» (г.Киев, 2007), Первой конференции по фильтрационному горению (г.Черноголовка, 2007), Пятой школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (г.Алушта, 2007), 6-м Международном форуме по тепломассообмену (г.Минск, 2008).

Личный вклад автора состоит в самостоятельном анализе литературных данных, разработке и создании двух лабораторных установок и непосредственном проведении на них экспериментов по горению и газификации, разработке и создании одномасштабной с опытно-промышленным газификатором установки и проведении на ней тепловизионных наблюдений, в участии в серии испытаний газогенераторной малой ТЭС с опытно-промышленным газификатором, проведении расчетов и обобщении полученных экспериментальных результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 статей, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации, одна в бюллетене изобретений.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 101 позиций и приложений. Объем диссертации 135 страниц, в том числе 62 рисунка, 20 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, представлены основные мировые тенденции в области энергетики, указана научная новизна и практическая значимость работы, приведены главные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проанализированы причины невысокой эффективности современных малых ТЭС на местном топливе и показан максимальный теоретический потенциал повышения этой эффективности. Показаны свойства древесной биомассы. Проведено сопоставление показателей работы шахтных реакторов плотного слоя (газогенераторы, доменные, обжиговые печи). Поставлены задачи исследования по усовершенствованию технологии газификации.

Электрический КПД газогенераторных ТЭС-ДВС в диапазоне мощностей 100-1000 кВт в настоящее время составляет 13-15% (рис. 1, линия «а»), что ниже, чем у ТЭС-ДВС на природном газе («г») и находится на уровне малых паросиловых ТЭС («IV»), Снижение обусловлено падением мощности ДВС при переводе с природного («II») на генераторный газ («1») и появлением технологической части (газогенератор + система газоочистки).

Рис. !. Фактический электрический КПД: ДВС на ген. газе (I), на природном газе (11); ГТУ (III) и ПТУ (IV) на природном газе; расчетный КПД ТЭС-ДВС на ген. газах: а - обычном, б - опытно-промышленного газогенератора УГТУ-УПИ. в - идеальном, г -то же на природном газе; ДВС (Waukesha): е - стандартный, д - модернизированный; Г1 - теоретическая потеря эффективности. Р - теоретический потенциал роста эффективности ТЭС-ДВС; арабские цифры у точек - значения электрического КПД

Современные газогенераторы биомассы плотного слоя обращенного типа (ГОП) производят газ с содержанием смол до 1000 мг/м3 и сажи до 300 мг/м3, что почти на порядок превышает допустимые для ДВС и ГТУ пределы загрязненности. Как правило, используются системы мокрой газоочистки. Кроме указанных загрязнителей в газе содержится до 15% С02, 15% Н20, 3-7% газообразных углеводородов. Химический КПД древесного газификатора 55-60%, а при развитой рекуперации теплоты - около 70%.

Типовая технологическая схема малой газогенераторной ТЭС представлена на рис. 2,а.

Рис. 2. Малая ТЭС: (а) по типовой и (б) по идеальной схемам; химическая энергия: (2/ - топлива, Ох - газа, <3с - смол; физическое тепло: (2ф - газа, Одвс - охлаждения ДВС, Оку - охлаждения уходящих газов; ГОХ - газоохлаждение (рекуперация), ГОЧ - газоочистка

Совершенствование процесса ТХК древесины за счет минимизации в газе (в пределе до нуля) содержания продуктов полного сгорания (С02, Н20), углеводородов, смол, сажи и максимально полного преобразования физической теплоты газа в химическую энергию приведет к повышению КПД ДВС и всей ТЭС, к уходу от сложной системы газоочистки.

Теоретический предел повышения КПД газификации - 100% (идеальный процесс). Схема ТЭС с идеальным газификатором представлена на рис. 2,6, а ее характеристики в сравнении с типовой схемой - в табл. 1. Эксплуатационные показатели малой ТЭС с ДВС мощностью 1 МВт и идеальным газификатором по-

зволяют ей включаться в централизованную сеть и конкурировать с мощными угольными ТЭС, а станция 100 кВт обеспечивает удовлетворительные показатели работы в качестве источника автономного энергоснабжения.

Таблица 1

Расчетные характеристики вариантов малых ТЭС

Природный газ

А/д» ДВС, кВт 100 1000

vT',% 30 38 43

77™' брутто,0/« 30 38 43

b брутто, г у.т./(кВтч) 410 320 290

Генераторный газ

Схема на рис. 2 а б а б б

77, газогенератора, % 60 100 60 100 100

Расчетный 77^* , % 21 23.5 30 34 38

Расчетная ДВС, кВт 70 78 780 890 890

П™' брутто, % 13.0 23.5 18.0 34 38

брутто,гу.т./(кВтч) 950 520 680 360 320

Практический достигнутый в настоящее время химический КПД газификации в установках компаний Shell, Siemens, Prenflo составляет около 82-85%. Технологическое совершенствование мощных газогенераторов происходит по пути снижения содержания в газе продуктов полного сгорания, углеводородных газов и водяного пара. Типичный состав газа в установке Shell на угле и кислородном дутье, %: СО « 60, С02 ~ 2-3, Н2 ~ 30, СНЦ ~ 0, Н20 ~ 0.5-1, N2 ~ 6-7. Для сравнения, типичный состав газа ГОП на древесном топливе и паровоздушном дутье, %: СО « 17, С02 я 7-10, Н2 « 15, СН4 « 0.5-3.0, Н20 я 0.5-1.5, N,« 50.

Для малых газогенераторных ТЭС наиболее приемлемыми являются газификаторы плотного слоя, усовершенствование которых было остановлено в первой половине XX века. Современный подход к повышению качества генераторного газа из древесного топлива в установке плотного слоя следует искать в контролируемой локализации структурных и процессных неоднородностей путем принудительной декомпозиции процесса с протеканием отдельных стадий, либо в отдельных аппаратах по многокорпусной схеме, либо в отдельных зонах одного аппарата по многозонной технологии.

Техническая реализация процесса ТХК древесного топлива должна учитывать такую специфику его свойств, как низкая плотность (250-300 кг/м3) и теплотворная способность (15МДж/кг), высокая влажность (до 40%), содержание кислорода 40%), летучих (85%), возгоняющиеся при относительно низких температурах компоненты минеральной части (Na, К, С1).

Большой опыт использования слоевых установок различной мощности в отечественной промышленности накоплен при эксплуатации как газификаторов (до середины XX века), так и иных слоевых шахтных агрегатов (доменные и обжиговые печи, вагранки). Анализ показателей их работы, проведенный в обзоре, позволяет выбрать режимные характеристики для газификаторов (удельная напряженность и температура горения) и конструктивные параметры (диаметр шахты, количество фурм).

По результатам обзора поставлены задачи исследования:

1. Определить характеристики идеального режима ТХК древесины, обеспечивающего максимальный (теоретический) химический КПД при минимальном содержании С02, НгО, углеводородов, сажи в генераторном газе, и параметры достижения этого режима в сопоставлении с другими местными топливами. Определить степень соответствия рабочих параметров современных газификаторов биомассы и угля расчетным характеристикам идеального режима ТХК.

2.Исследовать режим термохимической подготовки древесного топлива в плотном слое с минимальным содержанием С02 и углеводородов в генераторном газе.

3.Изучить различия в кинетических характеристиках ТХК крупно- и средне-дисперсных древесных частиц в рабочем диапазоне размеров.

4. Усовершенствовать промышленную технологию термохимической подготовки крупно- и среднедисперсного топлива в плотном слое для ДВС с достижением показателей наиболее совершенных современных газификаторов.

5.Оценить технико-экономическую эффективность проекта малой ТЭС-ДВС с усовершенствованной термохимической подготовкой древесного топлива.

Во второй главе определены характеристики режима ТХК древесины и ряда местных топлив, обеспечивающего максимальный химический КПД при минимальном содержании С02, Н20, углеводородов, сажи в генераторном газе, и параметры достижения этого режима. По выбранным режимным параметрам проведен анализ характеристик работы современных газогенераторов и определена степень их близости к идеальному процессу.

Расчет идеального процесса ТХК для чистого углерода, приводимый в литературе, может быть использован с незначительной погрешностью для высокоуглеродистых искусственных материалов (технический углерод, древесный,, электродный или щеточный уголь), а также низкореакционных ископаемых топлив типа антрацита и тощих углей. Для расчета идеальной ТХК высокореакционного натурального топлива (древесина, торф, бурый уголь) должна применяться многокомпонентная модель, учитывающая реальный состав. В диссертации для расчета идеальной ТХК использована модель топлива в форме механической смеси элементов С, О, Н и N. Теплотворная способность такой смеси определялась по известной ориентировочной формуле Менделеева Д.И., учитывающей взаимное влияние элементов.

В реальном газогенераторном процессе топливо подвергается пиролизу с разделением на ряд компонентов: коксовый остаток, смолы, простые газы и пиро-генетическая влага (Н20). Газообразные и смолистые компоненты в зависимости

от типа газификатора в большей или меньшей степени преобразуются в форму горючих газов (в обращенном процессе разлагается до 99% смол, в газификаторе кипящего слоя - порядка 80-90%). Для целей сопоставления с идеальной ТХК рассмотрен вариант представления топлива в форме смеси пиролизных компонентов. В расчете принято, что смолы, простые газы (ССЬ) и пирогенетическая влага полностью восстанавливаются в термонейтральном процессе до горючих газов.

Два этих случая могут рассматриваться как предельные варианты термонейтральной 'ГХК высокореакционных топлив.

Химический КПД ТХК (рис. 3) для идеального варианта механической смеси не зависит от вида топлива и составляет r¡x « 100%, как и при расчете идеального паровоздушного газа из чистого углерода. В варианте пиролизной смеси КПД ТХК как отношение химической энергии газов к теплотворной способности исходного топлива до пиролиза снижается по мере повышения степени окисленно-сти топлива и варьируется от 66% для древесины до 96% для антрацита, достигая 100% только для чистого углерода. Разница с идеальной ТХК обусловлена затратами энергии на разложение смол, С02, и Н20.

/?х Г :

100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

100% - - г^ п-П г-^п Г— Г— П-57"}

80%

60% 40%

20° о

Углерод Антрацит Каменный Бурый Торф Древесина Глкшш уголь уголь

Рис. 3. Зависимость химического КПД термонейтральной ТХК от вида топлива для двух вариантов представления их состава

Расчеты показывают, что условия идеальной, в том числе - термонейтраль-1 ной ТХК реализуются при определенном коэффициенте расхода воздуха а = ас. Зависимость химического КПД ТХК для двух вариантов представления формы топлива имеет экстремальный характер (рис. 4) с максимумом при а = ас. Коэф-1 фициент расхода воздуха отнесен к ас (табл. 2). Химический КПД ТХК определяется как ??Г=(К • О,)/(81-е +300-Н-26-О), где в числителе V, и О, - выход газа с 1 кг древесины, м3/кг, и его теплотворная способность, МДж/м3, при коэффициенте

100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

fíffi

85% 85%

ЕЗ — механическая смесь □ — пиролтная смесь

расхода воздуха а, а в знаменателе - формула Менделеева Д.И. для высшей теп-оты сгорания.

В области меньшей ас снижение т]х при уменьшении а объясняется леньшением выхода газа с 1 кг древесины, а в области большей ас - появ-ением в газе продуктов полного сгорания (С02, Н20).

Для различных топлив и смесей определены режимные параметры идеальной ТХК (коэффициент расхода воздуха и содержание пара в дутье) для двух вариантов представления топли- о 1 2 з 4 а/ас ва. Расчетное количество пара дано в Рис. 4. Расчетная зависимость химическо-виде влажности топлива (табл. 2). г° КПД паровоздушной ТХК для механической (а) и пиролизной (6) смеси от коэффициента расхода воздуха; позиции -по табл. 3

Таблица 2

арактеристики термонейтральной ТХК топлив (а -механическая смесь, 6 - пиролизная смесь) № п/п

Топливо

ас

№ = 0%)

ас

(\у = Ши)

на сухую массу, %

Углерод

0.500

0.167

100

Нефтекокс

0.449

0.219

Егоршинский А

8.5

0.437

0.212

Древесный уголь

3.0

0.444

0.203

Воркутинский КУ

5.5

0.403

0.248

Ангренский БУ

36.5

0.391

0.251

Германский лигнит

45.0

0.358

0.176

Челябинский БУ

27.5

0.360

0.198

9_ 10_

12_ 13

Северо-Сосьвинский БУ

25.0

0.330

0.158

Торф

45.0

0.258

0.126

Древесина

35.0

0.211

0.136

Целлюлоза

0.109

0.054

-23

Глюкоза

0.000

-60

Высокоуглеродистые топлива много суше, чем необходимо для термонейтральной ТХК (\УР < \¥и). Геологически «молодые» топлива типа древесины, напротив - излишне влажны, требуется сушка и отвод влаги вне цикла С№р > Wи). Рабочей влажностью, близко соответствующей обладают бурые угли (лигни-ты). Влажность зависит от формы представления топлива и может быть отрицательной, что указывает на наличие избытка пирогенетической влаги.

На рис. 5 в безразмерных координатах представлен термодинамический расчет состава газа ТХК древесины (а) - топлива с малым содержанием углерода и высоким содержанием кислорода (Сг и 50%, Ог» 40%) и нефтекокса (б) - высоко-

углеродистого топлива с малым содержанием кислорода (Сг и 90%, (У ~ 0.6%). Состав газа отнесен к составу термонейтральной ТХК (СОи, Н2И).

Рис. 5. Расчетная зависимость состава газа ТХК от коэффициента расхода дутья (линии): а -паровоздушный газ ТХК древесины; б - парокислородный газ ТХК нефтекокса; позиции 1-12 -по табл. 3; 13 - Shell-, 14 - Prenflo; 15 - Siemens; 16 - Koppers-Toízek; 17, 18, 19 - GE (Texaco); 20, 21 - E-Gas (Destec) ; 22 -Nakoso; 23 - Winkler: 24 - PHTIV; 25 - KRW; 26 - BGL; 27 - Lurgi; I - эксперимент в лабораторном реакторе

Точка с координатами (1,1) соответствует термонейтральной ТХК. Расчетный состав газа из нефтекокса близок к таковому из древесного угля, а режимные параметры ТХК для них практически совпадают.

Таблица 3

Газогенераторы демонстрационных малых ТЭС на биомассе_

№ Установка а

(КС — кипящий слой, ПС — плотный слой) по составу газа

1 Harboore (КС, Дания) 0.40

2 Oberhausen (КС, Германия) 0.49

3 Boizenburg (КС, Германия) 0.46

4 Tervola (КС, Финляндия) 0.46

5 WUT/ Wamsler (КС, Германия) 0.56

6 Двухзонный DTU (ПС, Дания) 0.42

7 Газогенератор на торфе (УГТУ) 0.47

8 ГОП 1-й режим (УГТУ) 0.46

9 ГОП 2-й режим (УГТУ) 0.43

10 ГОП 3-й режим (УГТУ) 0.40

11 ГОП 4-й режим (УГТУ) 0.34

12 Трехзонный ГОП (УГТУ) 0.50-'

на древесном угле

Фактические данные по химическому КПД и составу газов современных древесных газификаторов из табл. 3 (рис. 4 и 5,а) показывают, что работа этих установок характеризуется значением г|х, тяготеющим ко второму варианту термонейтрального режима ТХК (химический КПД не превышает 60%), и а / ас = 1.82.6. Состав газа древесных газификаторов далек от идеального. Ряд установок расположен даже ниже линии «б», что указывает на низкую степень восстановления в них промежуточных продуктов газификации (смолы, С02 и Н20). Угольные газификаторы (рис. 5,6) в основном работают в диапазоне а/ас= 1.0-2.2. Прослеживается историческая тенденция совершенствования режимов их работы (показана стрелками): приближение процесса по составу газа к идеальному в направлении от ранних слоевых установок (Lurgi) к современным поточным (Shell, Pren-flo, Siemens) при уходе от промежуточных продуктов ТХК.

В третьей главе приведены свойства экспериментально исследованных топ-лив (табл. 4) и описание методик исследований.

Таблица 4

Характеристики исследованных топлив

Параметр Древесина Пеялета Древесный уголь

Рабочая влажность % 8 6 1.4

Зольность на сухую массу Ас, % 1 1 0.9

Выход летучих веществ на горючую массу Уг, % 88 87 15

Низшая теплота сгорания 0°, МДж/кг 18.1 17.5 31.5

Кажущаяся плотность с учетом пор р„ кг/м3 520 1200 380

Удельная поверхность Э,. м2/г 1.0 4.1 8.6

С 44.6 50.8 90

Н 5.8 6.4 4.5

N 1.5 0.1 0.8

О 39.1 42.4 4.6

в 0.01 0.01 0.1

Для исследования процессов горения и газификации использованы две лабораторные установки (рис. 6) на базе цилиндрической муфельной печи, нагнетателя воздуха, барабанного газосчетчика, термопар и системы автоматической регистрации температур «ОВЕН». В установке 6,а также использованы кварцевая реторта внутренним диаметром 37 мм, высотой 650 мм, размещенная в муфеле, и система подачи воды в дутье.

Исследование состава продуктов ТХК проводилось на установке, схема которой показана на рис. 6,а. Начальный размер частиц 3-20 мм. Топливо в количестве 50 г помещали в реторту, в которую была вварена трубка для выхода газа, воздух или воздух с водяным паром подавался через фурму на разную глубину слоя. Температура печи в течение опыта поддерживалась 600 ± 30°С. Средний расход пара рассчитывался из расхода воды по мерной колбе. Состав горючей части газа определялся на газовом хроматографе «Газохром-3110». Коэффициент расхода воздуха определялся по составу уходящих газов.

а 5

Рис. 6. Схема экспериментальных установок: а - установка для исследования газификации слоя, б - то же одиночной частицы; 1 - воздуходувка; 2 - расходомер; 3 - прибор УКТ38 с адаптером; 4 - ЭВМ; 5 - муфельная печь; б - мерная колба с водой; 7 - блок управления температурой печи; 8 - образец; термопары: Т - для замера температуры в центре образца; ТО - для контроля температуры в печи; Т1-Т6 - температуры в слое

Для изучения кинетических характеристик ТХК топливной частицы в ней до середины длины создавался канал, в котором размещалась термопара (тип ХА). Частица на корольке термопары вносилась в нагретый до заданной температуры муфель (на установке по рис. 6,6). Замерялись температура частицы в муфеле, длительность стадий прогрева частицы, выхода летучих и горения коксового остатка. Первичными данными служили термограммы прогрева частицы - зависимость температуры частицы от времени. Условия проведения опытов - см. табл. 5 (позиции 1-3).

Эффективная скорость горения коксового остатка определялась в форме потока массы с единицы поверхности в единицу времени по соотношению ./ = ДМ/(Дг-5), где ЛМ - масса коксового остатка, г, выгорающая за время А г, с; 5 - геометрическая поверхность частицы по начальному размеру, м2, в предположении, что она имеет сферическую форму.

Результаты экспериментов сопоставлялись с расчетом по диффузионно-

кинетической модели. Поверхностную скорость выгорания рассчитывали по вы_

ражению = -

Г'-ехр

Стехиометрический коэффициент

+¿-(5/г-О)

Р =0.4 (догорание практически до СОг). Константы для реакции С+ 02 =С07 согласно Померанцеву: к. = 3981 м/с, Ел = 80 кДж/моль.

Для расчета критерия Шервуда использовали зависимости а) 5,Л = 2 + 0.17'Ле066, б) 5'А = 0.7-Ле05 • [1 -ехр(-0.35• 5)]'' и в) 5й = 2 + 0.6-.Р/-°"-Де0\

Температура частицы Тч (средняя по объему) в стационарном режиме горения определялась из теплового баланса между подводом теплоты при горении и отводом излучением и конвекцией. Для определения критерия Нуссельта пользовались зависимостью Ш = 2 + 0.03-Р^^-Яе054 +0.35-Рг°36 -Яе08. В качестве определяющей выбирали температуру частицы.

В четвертой главе представлены основные результаты работ по усовершенствованию ТХК топлива.

Для двух типов дутья (воздушное и паровоздушное) на установке по рис. 6,а исследована зависимость состава газа ТХК древесного угля от расхода дутья и пара. При параметрах, близких к расчетным значениям идеального режима ТХК по первому варианту и ас, получен газ с составом, близким к составу газа идеальной ТХК (рис. 7).

На сухом дутье за счет увеличения расхода воздуха и, как следствие, возрастания температуры в слое концентрация СО стремилась к расчетному значению для древесного угля на воздушном дутье СОи = 34.5%, а коэффициент расхода, определяемый по составу уходящих газов, приближался к ас. Подобный характер зависимости состава газа от расхода дутья в работах Гродзовского и Чуханова объясняется эффектом «скоростной газификации». В их опытах с активированным древесным углем при скорости дутья более 0.3 м/с была получена концентрация СО = 34.5%, не зависящая от скорости дутья. На основе исследований, проведенных автором, феномен «скоростной газификации» получает более простую трактовку, а именно - достижение режима газификации при а = ас.

Обработка результатов эксперимента на воздушном дутье в безразмерной форме (рис. 5,6, линии «I») показывает удовлетворительное совпадение данных, полученных на древесном угле, с расчетом для высокоуглеродистого нефтекокса с практически аналогичным элементным составом, подтверждая достоверность расчета.

На влажном дутье при подаче пара в количестве 1-1.2 кг/кг топлива (\¥и и 60%) была достигнута концентрация СО » 35^42%, Н2 и 22-25%, что близко соответствует расчетному составу газа идеальной ТХК древесного угля на паровоздушном дутье (СОи = 43%, Н2И = 26%).

Рис. 7. Получение газа с характеристиками, близкими к газу идеальной ТХК в лабораторном реакторе

Изучение влияния температуры среды на характер воспламенения частиц древесины и древесного угля в установке по рис. 6,6 показало, что устойчивый процесс выгорания коксового остатка древесины начинается при температурах более 350°С. Активный выход летучих веществ из древесины в интервале температур 250-350°С формирует задержку воспламенения (Дт) коксового остатка древесины относительно древесного угля. Задержка тем меньше, чем выше температура среды (для Т = 400°С она составляет порядка 120 с, для Т = 800°С - 15 с). Древесный уголь, имеющий наибольшую реакционную поверхность в сравнении с исследуемыми биомассами до их пиролиза (см. табл. 4), разогревается с 250°С.

Соотношение перегревов и скоростей горения изученных топлив (рис. о) объясняется соотношением пористости (и реакционной поверхности) коксовых остатков биотоплив и древесного угля (рис. 9). В температурном интервале 200-700°С величина удельной поверхности древесной частицы по замерам методом низкотемпературной адсорбции азота существенно зависит от скорости нагрева: при быстром нагреве она на один-два порядка больше, чем при медленном. Древесный уголь, изначально более реакционноспособный, чем биотоплива, после их пиролиза оказывается менее реакционноспособным.

Расчет выгорания по диффузионно-кинетической модели и экспериментально выявленные зависимости перегрева и скорости горения от температуры среды, скорости воздуха и диаметра частицы показывают, что ТХК коксового остатка древесины при температуре среды более 350°С протекает преимущественно в

диффузионном режиме. Данные по исследованным топливам и обзорные данные (табл. 5) удовлетворительно обобщаются зависимостями для ископаемых углей, справедливыми в диапазоне Т я 400-1500°С, (1 = 0.1-75 мм, V/ = 0.01-50 м/с. В области <1= 10-80 мм расчет с точностью ±15% апроксимируется зависимостями ДГ = 1130-<Г°М , °С и к, =23г/(м2с). Размер (1 подставляется в выражения в миллиметрах.

Таблица 5

Условия экспериментального проведения воздушной ТХК различных топлив_

Поз. на граф. Материал (способ) (1, мм Т,°С ЛУ, м/с Источник

1 Древесный уголь 3-75 100-1200 0-0.5 Автор

2 Древесная частица 3-75 100-1200 0-0.5 Автор

3 Пеллета 10 100-900 0 Автор

4 Финиковая косточка 11 100-1200 0 Надир*'

5 Пеллета (ИЧ) 13 600-1000 0.18 Бородуля, Пальченок

6 Пеллета (КС) 13 600-1000 0.42 Бородуля, Пальченок

7 Бурый уголь (КС) 2.5-5.15 800-950 0.23-0.46 Баскаков, Мунц

8 Бурый уголь (ИЧ) 0.1-1.2 850 0.01 Карц, Малотка

9 Бурый уголь (ИЧ) 0.1-1.0 950-1200 0.02-0.03 Бабий

10 Антрацит (ИЧ) 0.1-1.0 950-1200 0.02-0.03 Бабий

11 Антрацит (КС) 2-9 750-950 0.54 Яте, Уолкер

12 Антрацит (ИЧ) 15 1000-1500 0.27-1.0 Предводителев

13 Каменный уголь (КС) 2-10 800 0.25 Сидельковский, Новак

14 Углерод (ИЧ) 5.5-8.5 850-1450 0.01-10 Бабий

15 Графит (ИЧ) 15 800 0.6 Хитрин

16 Электродный уголь (ИЧ) 15,25 0.02 Предводителев

17 Древесный уголь (ИЧ) 15 280-335 0.01 Хайкина

* Надир С.М.Ш. Разработка технологии газификации местных биотоплив для систем распределенной генерации энергии Афро-Азиатского региона: Дис. ...канд.техн.наук. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006.150 с.

В пятой главе приведены результаты совершенствования промышленной технологии термохимической подготовки в классическом однозонном газогенераторе обращенного процесса (ГОП) мощностью 200 кВт по топливу с плотным слоем, рассчитанном на традиционный режим воздушной газификации крупнодисперсного топлива, и на запатентованном с участием автора (патент РФ №66007 на полезную модель) экспериментальном многозонном газификаторе для

среднедисперсного топлива (пеллеты, древесный уголь) мощностью 15 кВт по топливу.

В ГОП проводилась газификация полидисперсных древесных отходов эквивалентным диаметром от 30 мм до 150 мм и \УР = 30-35% (что больше \УИ = 10%). Предварительно были проведены поисковые эксперименты в лабораторной муфельной печи с контролируемой скоростью нагрева на частицах эквивалентным размером 35 мм с искусственно создаваемой в диапазоне 10-50% влажностью. Скорость нагрева частицы в печи соответствовала средней расчетной скорости ее нагрева в шахте газогенератора. Для данного размера топливной частицы предельная влажность, начиная с которой частица успевает по времени полностью высохнуть до входа в высокотемпературную зону газификатора, составила 3035%. Был также подтвержден, в основном, последовательный характер процессов термоподготовки крупной высоковлажной частицы - сначала сушка, затем пиролиз. В случае влажности 10%, характерной, например, для мелкого пеллетирован-ного топлива, процессы сушки и пиролиза проходили параллельно.

Для определения степени завершенности термоподготовки крупнодисперсного топлива к моменту попадания в зону фурм в газогенератор запускался контрольный образец - наиболее крупная (150x150x150 мм) древесная частица с гибкими термокабелями типа ХА в центре и на поверхности. Ее типичные термограммы, снятые в режимах с разной интенсивностью горения, представлены на рис. 10. В режиме №3, в котором была достигнута удельная массовая интенсивность процесса порядка 330 кг/(м2ч), ® 1.2МВт/м2, выполнялось условие поступления в огневую зону частицы с температурой в центре выше 450"С, что принимали за показатель завершения сушки и пиролиза по всему объему образца. Характеристики режимов представлены в табл. 6: АН/Аг- расчетная по расходу топлива и высоте шахты среднемассовая скорость схода топлива, ДГ/Дг - скорость нагрева и АТ/АИ - температурный градиент в зоне пиролиза.

Рис. 10. Термы раммы прогрева контрольного образца в газогенераторе: 1-3 - режимы с различной интенсивностью горения по табл. 6; а - новерхнос! ь; б -центр: в - выравнивание показаний термопар после крошения образца

ТаСпица 6

Характеристики режимов газификации но рис. 10

№ V,, м-'/ч Ьц. кг Н.т/См^Ч) Ок. МВт/м2 ДА/А г,мм/с Д Г/А г."С/с лг/лл."с/мм

1 100 70 0.25 0.10 0.13 1.3

2 190 130 0.5 0.19 0.29 1.5 -- ..9 -

3 300 330 1.2 0.30 0.58

Анализ содержания зольника ГОП на мехнедожог показал, что, как и предполагалось, наименьшему выгоранию подверглись наиболее крупные фракции и гранулометрический состав в зольнике был весьма неоднороден, а среднее по фракциям содержание золы составляло 30%. Основная масса недогоревшего углерода (более 90%) содержалась в частицах крупнее 10 мм, которые целесообразно возвращать обратно в газогенератор.

Состав газа и теплотворная способность в опытах циклически изменялись с периодом порядка 40 мин (рис. 11). Значение теплотворной способности колебалось с амплитудой в 10-20% вблизи значения, соответствующего теплотворной способности идеального паровоздушного газа из чистого углерода (7.08 МДж/м3).

12 0 110 10(1 9(1 80 7 0 6(1 5 0 40

1___

^ """г

г _ _____О д

Рис. 11. Фрагмент записи состава и теплотворной способности воздушного генераторного газа из древесины в ГОП в одном из опытов; расчетная теплотворная способность газов идеальной ТХК чистого углерода: парокислородной (а), паровоздушной (в), воздушной (д); расчетная теплотворная способность газа ТХК для механической (б) и пиролиз-ной (г) смесей; т - время от выхода на режим газификации (определялось по началу стабильного горения факела); колебания температуры в одномас-штабной экспериментальной установке: 1 - в зоне горения; 2 - под колосниковой решеткой; 3 - в швелыпахте; т -время от момента розжига

Объяснение периодических колебаний было найдено в опытах на одномасштабной с газогенератором 200 кВт экспериментальной установке с нетеплоизолирован-ной стальной плоской стенкой -«экраном» толщиной 4 мм, состояние которой фиксировалось с помощью тепловизора «Иртис-1200».

Было получено циклическое изменение температуры в зоне горения у фурм с периодичностью, близкой к периоду колебаний состава газа, подобно тому, как это имеет место в доменной практике,

где изменения температуры связаны с дискретностью поступления топлива в зону горения.

На основе результатов лабораторных экспериментов, приведенных в главе 4, и поисковых опытов был определен рабочий диапазон расхода дутья (80160 м3/ч), в котором реализован ряд режимов газификации (рис. 12).

Рис. 12. Зависимость характеристик работы ГОП от расхода дутья

В режиме с малым расходом воздуха температура в зоне горения не превышала 1100°С и был получен газ (табл. 7) с составом, типичным для классического ГОП. Химический КПД газификатора в этом режиме >7,- 40% (позиция «8» на рис. 4 и 5,а).

При увеличении расхода, аналогично опытам в лабораторной установке по рис. 7, возрастал температурный уровень в шахте (позиция «9» и «10» на рис. 4 и 5,а). При расходе 160м3/ч температура в зоне горения составляла порядка 1500°С и на древесине с влажностью Wp = 30-35% на воздушном дутье был получен газ с Q„c паровоздушной газификации 7.6 МДж/м3 (позиция «11» на рис. 4 и 5,а) при химическом КПД «80%.

Это позволило приблизиться при работе на древесине по химическому КПД к

мощным поточным угольным ,

о, „ п Л 7° 90 110 130 150 V..M/Ч

установкам типа Shell, Prenjlo,

Siemens, являющимся основой современной газогенераторной энергетики.

Тепловой баланс ГОП в высокотемпературном режиме, % от Q„p: Qx ~ 80, qs ® 10, потеря теплоты в системе газоочистки ~ 10, потеря с механическим недожогом ~ 1-2. В системе рекуперации воздуху передается порядка 70% физической теплоты газа. Ненулевое содержание С02 и СН4 в газе высокотемпературного

МДж/м 70

процесса, связанное с «проскоком» наиболее крупных не до конца пиролизовав-шихся частиц через зону горения, указывает на необходимость унифицировать древесное топливо, сужая диапазон его размеров.

В отличие от газификатора на крупнодисперсной древесине, где конвективный перенос теплоты является основным механизмом прогрева (что проверено с помощью теплови-зионных исследований), в слое сред-недисперсного топлива (с! = 1015 мм) этот механизм затруднен. Осуществить прогрев слоя можно, подавая воздух в верхнюю часть шахты - переходя на многозонный процесс, на который переходят в современных зарубежных установках разной мощности.

В трехзонном ГОП мощностью 15 кВт по топливу (рис. 13) проведена газификация пеллет и среднедисперсного древесного угля с получением газа с минимальным содержанием промежуточных продуктов ТХК (позиция «12» на рис. 5,а).

Рис. 13. Структурная схема идеального процесса газификации с декомпозицией; Вт - подача топлива

Результаты исследований использованы при разработке малой газогенераторной ТЭС в составе многофункционального ресурсо- и энергосберегающего энергетического комплекса в рамках Программы развития ветроэнергетики РАО «ЕЭС России», предназначенного для электро-, теплоснабжения удаленных (северных) районов страны на базе местных топливных ресурсов и нетопливного потенциала. Газогенератор производит близкий к идеальному газ, подаваемый после сухой газоочистки в двигатель внутреннего сгорания. В ходе испытаний газогенератора в составе малой автономной ТЭС-ДВС был запущен двигатель с электрогенератором на активной нагрузке.

Технико-экономическая оценка проекта использования малой ТЭС-ДВС электрической мощностью 250 кВт с усовершенствованным древесным газификатором с химический КПД 80% показала, что проект при удельных капиталовложениях в 1300-1400 $/кВт может рассматриваться как экономически перспектив-

Таблица 7

Предельные по расходу дутья рабочие режимы ГОП

Режим Низкотемпера- Высокотемпе-

турный ратурный

V., м3/ч 80 160

Ья, кг/(м^ч) 110 560

Т горения, °С 1100 1500

СО, % 13 36

Н2, % 15 21

сн4, % 3.1 2.3

со2. % 15 3

0„с, МДж/м3 4.3 7.6

КПД хим., % 40-45 75-80

ный со сроком окупаемости порядка 4—5 лет. Экономически целесообразная стоимость топлива порядка 150-200 руб./м3.

Заключение

1. Выявлено, что ключевым звеном, определяющим низкую эффективность современных малых газогенераторных ТЭС на древесном топливе, является процесс термохимической конверсии древесины (ТХК) в газогенераторе. Повышение химического КПД газогенератора с 55-60% до 82-85% (достигнутое значение в наиболее совершенных современных угольных газификаторах) за счет снижения концентрации в газе промежуточных продуктов (С02, влага, углеводороды, смолы, сажа), повысит электрический КПД газогенераторной ТЭС на древесине на 710% абсолютных и поднимет его до уровня мощных паросиловых ТЭС.

2. Рассчитаны с учетом многокомпонентной специфики натурального топлива значения режимных параметров ТХК, обеспечивающей теоретически максимальную эффективность конверсии твердого топлива в газообразное (идеальная ТХК). Учет специфики по двум предельным вариантам позволяет получить достоверные, подтверждаемые в эксперименте значения параметров. Данные по фактическому КПД известных действующих газификаторов на биомассе располагаются между значениями КПД предельных вариантов. Теплотворная способность паровоздушного идеального газа из древесины по варианту механической смеси (9.5 МДж/м3) находится выше верхней границы диапазона низкокалорийных искусственных газов (7.08 МДж/м3) и приближается к значению среднекалорийного идеального водяного (11.8 МДж/м3) и парокислородного газов (12.2 МДж/м3).

3. В результате исследования процессов ТХК древесины и древесного угля в лабораторном реакторе достигнуты режимные параметры, близкие к значениям ТХК с теоретически максимальной эффективностью, и получен газ с составом, близким к расчетному составу газа идеальной ТХК. Устойчивый процесс ТХК наступает при температуре среды 250-350°С. Кинетические характеристики ТХК в области размеров частиц d= 10-80 мм с точностью ±15% оцениваются зависимостями AT = 1130 • <Г°184, °С и к, = 23 • «Г1, г/(м2с).

4. Усовершенствована на базе однозонного газогенератора обращенного процесса технология ТХК, позволяющая на крупнодисперсной древесине на воздушном дутье за счет пирогенетической и рабочей влаги топлива проводить паровоздушную газификацию и получать газ с теплотворной способностью Qc » 7.6 МДж/м3, в 1.3-1.5 раза большей, чем в классических установках. На запатентованном с участием автора экспериментальном многозонном газификаторе получен газ с минимальным содержанием промежуточных продуктов ТХК.

5. Проведена технико-экономическая оценка проекта использования малой ТЭС электрической мощностью 250 кВт с газификацией древесного топлива по усовершенствованной технологии (^с»23%). Проект является экономически и экологически привлекательным. Вовлечение доступного древесного топливного потенциала Свердловской области (0.3-0.4 млн. т у.т.) в ТЭБ на базе малых газогенераторных ТЭС позволяет практически исключить использование экологически неблагоприятных угля или мазута в сфере ЖКХ.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Development of modem gas producer technologies / V.V. Kostunin, A.M.Dubinin,

A.F. Rizkov, V.E. Silin // Combustion and atmospheric pollution. Papers of International Symposium. St.-Petersburg, 8-14 July 2003. Moscow: Torus-press Ltd., 2003. P.P.364-369.

2. Сравнительный анализ механизмов термохимической активации твердого топлива /

B.В. Костюнин, A.M. Дубинин, В.Е. Силин, А.Ф. Рыжков // Химическая физика. 2004. Т.23 №9, С.8-11.

3. Рыжков А.Ф.Перспективы развития когенерационных энергоисточников и газогенера торные технологии / А.Ф. Рыжков, В.Е. Силин, A.A. Шабунин // Проблемы развития централи зованного теплоснабжения: сборник научных трудов Международной научно-практическо конференции, Самара, 2004. С.125-131.

4. Основные схемы мини-ТЭС-ДВС на биомассе и экология сжигания генераторного газа ДВС. Обзор / А.Ф. Рыжков, В.Е. Силии, С.М. Надир, A.A. Лазариди, A.A. Кузнецов // Сборни научных трудов 15-й Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководство акад. Леонтьева А.И. (23-27 мая 2005, г.Калуга). Т.1. С.346-350.

5. Исследование температурного поля в горячей модели газогенератора обращенного типа

B.Е. Силин, А.Ф. Рыжков, Е.В. Токарь, Д.В. Овцын // Сборник научных трудов 15-й Школы семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. Леонтьева А.И. (23-27 м; 2005, г.Калуга). Т.1. С.350-354.

6. Силин В.Е. Изучение термоподготовки крупнокускового древесного топлива в шахте газогенератора обращенного типа / В.Е. Силин, А.Ф. Рыжков, Е.В. Скопцев // Энергетика: управление, качество и эффективность использования эпергоресурсов: Труды 4-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием (Благовещенск, 2005).

C.465-471.

7. Рыжков А.Ф. Газогенераторные агрегаты современных ПГУ на твердом топливе А.Ф. Рыжков, В.Е. Силин, И.М. Нецветаева // Пече- и трубостроение: тепловые режимы, конструкции, автоматизация и экология: Труды 2-го Международного конгресса. М., 2006 г. С.254-

8. Modern trends of power engineering development / A.F. Rizkov, V.E. Silin, S.M. Nadir, E.V. Tokar // Advanced Combustion And Aerothermal Technologies. Environmental Protection An Pollution Reductions. The Netherlands. Springer. 2007. P.P. 21-31.

9. Силин В.Е. О режиме выгорания одиночной топливной частицы / В.Е. Силин А.Ф. Рыжков // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2008. №3-4. С. 14-19.

Ю.Силин В.Е. Режимы низкотемпературного горения древесного топлива для современ ных энергоустановок / В.Е. Силин, А.Ф. Рыжков // Теплоэнергетика. 2008. №8. С.65-71.

11. Склкн В.Е. Особенности низкотемпературного горения древесного топлива в современ ных энергоустановках / В.Е. Силин, А.Ф. Рыжков // Промышленная энергетика. 2008. №10.

12. Силии В.Е. Обзор индустрии мировой газификации / В.Е. Силин, А.Ф. Рыжков // Энер гетика за рубежом. Приложение к журналу «Электрические станции». 2008. №3-4. С.13-20.

13. Пат. 66007 РФ, МПК51, F23C 3/00. Установка для получения силового газа А.Ф. Рыжков, В.Е. Силин, A.B. Попов, И.В. Рыжков; заявитель и патентообладатель ОО «МИП "Генгаз"». - №2006121356/22; заявл. 19.06.2006; опубл. 27.08.2007, Бюл. № 24. С.6.

Подписано в печать 10.11.2008 Усл. печ. л. 1.39 Уч.-изд.л. 1,44_Тираж 150_Заказ 585_Бесплатно

267.

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г.Екатеринбург, ул.Мира, 19

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Силин, Вадим Евгеньевич

Область применения — газогенераторные малые тепловые электрические станции на древесном топливе.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения и сокращения.

Введение.

1 Термохимическая подготовка древесины для твердотопливных ТЭС.

1.1 Влияние эффективности газификации на показатели работы твердотопливной

ТЭС на древесине.

1.2 Характеристики древесины как топлива.

1.3 Промышленные технологии термохимической подготовки энергетических топлив. Газификация.

1.4 Технические характеристики реакторов плотного слоя.

1.5 Выводы н задачи исследования.

2 Идеальный режим термохимической подготовки натуральных топлив.

2.1 Расчетные характеристики идеального режима термохимической подготовки древесины.

2.2 Зависимость режимных параметров термохимической подготовки от вида твердого топлива.

2.3 Режимные параметры термохимической подготовки топлива в современных газогенераторах.

3 Методика исследования и экспериментальные установки.

3.1 Исследованные топлива.

3.2 Методика изучения термохимической конверсии древесного топлива.

3.3 Методика определения кинетических характеристик термохимической конверсии частицы древесного топлива.

3.4 Оценка погрешностей экспериментов.

4 Усовершенствование термохимической конверсии древесины.

4.1 Получение в лабораторном реакторе газа с характеристиками, близкими к идеальным.

4.2 Кинетические характеристики термохимической конверсии крупно- и среднедисперсных частиц древесного топлива.

5 Разработка малой ТЭС-ДВС с усовершенствованной термохимической подготовкой.

5.1 Реализация усовершенствованной технологии термохимической конверсии крупно- и среднедисперсного топлива в опытно-промышленных газогенераторах.

5.2 Технико-экономическая оценка эффективности создания и эксплуатации малой газогенераторной ТЭС-ДВС.

Введение 2008 год, диссертация по энергетике, Силин, Вадим Евгеньевич

Стратегическими целями развития электроэнергетики России на период до 2020 года являются [1]:

• надёжное энергоснабжение экономики и населения страны электроэнергией;

• сохранение целостности и развитие единой энергетической системы страны, её интеграция с другими энергообъединениями на Евразийском континенте;

• повышение эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий;

• снижение вредного воздействия на окружающую среду.

С учётом прогнозируемых объёмов спроса на электроэнергию при оптимистическом и благоприятном вариантах развития энергетики суммарное ее производство может возрасти по сравнению с 2000 годом более чем в 1.6 раза к 2020 году (до 1365 млрд. кВт-ч). При умеренном варианте развития экономики производство электроэнергии составит 1215 млрд. кВт-ч к 2020 году.

Повышение эффективности генерации энергии и газогенераторные технологии. Основой современной мировой энергетики является цикл, в котором рабочее тело, циркулирующее в замкнутом (полностью или частично) контуре, получает энергию топлива в форме теплоты при его сгорании и отдает в форме механической работы, приводя во вращение турбину. При этом кроме полезной энергии и различного рода потерь образуются побочные продукты (уходящие газы, физическое тепло охлаждающей воды).

Около половины всей электрической и тепловой энергии вырабатывается из наиболее экологически неблагоприятных углей и нефти, и по мере расходования запасов их качество неизбежно снижается. При этом потери в цикле и негативный вклад энергетики в окружающую среду растут, что заставляет искать более эффективные способы производства энергии с высоким КПД.

КПД основной массы действующих в настоящее время угольных паросиловых станций с промперегревом лежит в диапазоне 33-38%, а в России, с учетом устаревания оборудования средний по отрасли КПД - не более ~ 35%. За рубежом (США, Германия, Япония, Франция) работают крупные угольные паросиловые энергоблоки с перегревом пара с КПД нетто, значительно превосходящим КПД российских станций. Ведутся работы по достижению КПД нетто угольной станции на уровне 52-53% - близкий к термодинамическому пределу паросилового цикла с промперегревом, инициированные в рамках европейской программы «Termie». Повышение эффективности сдерживается отсутствием сплавов, способных длительно работать при температуре выше 600-650НС.

Современным энергоэффективным решением является парогазовый цикл ПГУ. Парогазовые установки обладают высоким КПД (до 60% на природном газе). За рубежом цикл ПГУ является циклом, который реализуют все вновь вводимые и ряд уже существующих станций.

В России цикл Г1ГУ так же принят для вновь вводимых газовых станций. Действует 6 Г1ГУ на природном газе:

• 2 блока по 450 МВт каждый на Северо-Западной ТЭЦ (г.Санкт-Петербург): первый блок пущен 22 декабря 2000 года, второй - 29 ноября 2006 года [2],

• блок 220 МВт на Тюменской ТЭЦ-1 - запуск 26 февраля 2004 года [3],

• 2 блока по 39 МВт на Сочинской ТЭС - запуск в 2004 году [4],

• блок 450 МВт на Калининградской ТЭЦ-2 - запуск 28 октября 2005 г. [5],

• первая промышленная ПГУ мощностью 25 МВт в России: ОАО «Чепецкий механический завод» (Глазов, Удмуртия) — 20 декабря 2006 года (на базе GT-10В производства Siemens) [6],

• блок 325 МВт на станции филиал «Ивановские ПГУ» ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС» - запуск 20 мая 2008 года [7].

Суммарная установленная мощность ~2 ГВт (1.2% от установленной мощности объектов российской генерации).

Использование твердого топлива в парогазовом цикле возможно только при его соответствующей термохимической подготовке, под которой в данной работе понимается перевод твердого топлива в газообразную форму, доступную для газоногребляющей установки (двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина, топливный элемент).

Перевод твердого топлива в газообразную форму возможен различными способами - как с полной трансформацией исходной химической энергии в тепловую энергию газа, так и с частичной трансформацией, когда часть химической энергии топлива переходит в химическую энергию газа (а остальная часть за вычетом потерь - в тепловую). К первому варианту относится полное сжигание твердого топлива, получение горячего (не горючего) газа, подаваемого в лопаточный аппарат бестопливной газовой турбины. Ко второму варианту, газификационному варианту, относятся такие способы, как:

• воздействие на угольную пыль энергией СВЧ (плазменные горелки) [8],

• частичная газификация угольной пыли в муфельной горелке [9],

• полная или частичная газификация (карбонизация) твердого топлива в специальных установках - газификаторах (карбонизаторах).

В Мире существует ряд демонстрационных ПГУ с газификацией, на которых на протяжение порядка 15 последних лет проводится отработка этой технологии в промышленном масштабе. В настоящее время на базе полученного опыта разрабатываются новые перспективные экологически чистые способы газификации (энерготехнологического использования) угля.

Кроме возможности использовать твердое топливо в парогазовом цикле, технологии газификации обладают рядом преимуществ перед технологиями прямого сжигания, в первую очередь, обусловленных их более высокой экологичностыо: меньшими выбросами оксидов азота и серы, возможностью депонирования СОг- Есть и другие, специфические преимущества, связанные с возможностью наиболее полного использования химической энергии исходного топлива, которые раскрываются в диссертации. Ключевым вопросом в области создания высокоэффективной технологии газификации является эффективность работы газогенератора.

Децентрализованная генерация и энергетическое использование возобновляемых тоилив и биомассы. Наравне с большой энергетикой во всем мире, в том числе и в России, получает развитие распределенная энергетика, базирующаяся на малых установках (до 20 МВт электрической и 20-30 Гкал/час тепловой мощности). Развитие таких систем стало возможным с отработкой высокоэффективных двигателей на природном газе и жидком топливе. На проектном топливе эти установки обеспечивают высокий ресурс бесперебойной работы и КПД по производству электрической энергии не ниже 25%.

Известно, что с увеличением единичной мощности КПД энергоустановки растет. Однако, КПД малых электростанций на базе газопоршневых установок, а также газовых микротурбин электрической мощностью менее 5-10 МВт сопоставим с КПД станций большой энергетики. Это позволяет устройствам электрической мощности, начиная от ~ 1 МВт (при решении прочих вопросов) включаться в единую с крупными станциями энергосистему и конкурировать с ними на равных.

В малой энергетике большим КПД обладают газовые технологии (например, ДВС на природном газе в сравнении с малыми паротурбинными установками), обеспечивая практически на 10-15% большую выработку электрической энергии. И гак же, как и в большой энергетике, при необходимости использования твердого топлива в (паро)газовом цикле используется технология газификации.

Использование угля в области малых мощностей нецелесообразно, так как сопряжено с необходимостью создания сложных и дорогостоящих систем топливоподготовки и газоочистки. Основным топливом малой энергетики должны стать местные виды топлив, в первую очередь — биомасса и торф. Такая политика целенаправленно проводится за рубежом: например, в Швеции существующие угольные и мазутные котельные и малые ТЭС переводятся на сжигание биомассы.

К положительным сторонам энергетического использования местных топлив типа биомассы и торфа относятся:

• повышение энергообеспеченности и энергонезависимости региона,

• экологический эффект — снижение суммарных выбросов за энергоисточником на порядок в сравнении со сжиганием мазута и низкосортных углей, снижение риска возникновения торфяных и лесных пожаров,

• значительный транспортный эффект — разгрузка транспортных потоков, до 30% которых в России в настоящее время используется для перевозки импортируемых в тот или иной регион топлив (в Свердловской области еще больше),

• социальный эффект - увеличение числа рабочих мест, что особенно важно в социально напряженных пригородных поселках, в которых ранее функционировали торфопредприятия или лесоперерабатывающие заводы.

Древесная биомасса является наиболее экологически безопасным топливом после природного газа и считается «СОг-нейтральным» (не будучи утилизированной полезно, биомасса все равно с течением времени сгниет с образованием такого же, что и при полезном ее сжигании, количества СО2). По экологическим причинам за рубежом практикуют совместное сжигание и газификацию биомассы и ископаемых углей в установках 10-80 МВгт. Относительно небольшая добавка биотоплива к основному угольному топливу (до 15% по массе) позволяет выдержать жесткие экологические требования, не прибегая к существенной модернизации котлов.

В странах ЕС количество энергии, полученной из твердой биомассы (в основном древесной), составляет в настоящее время около 3% в структуре топливного баланса. Целью энергетической политики стран ЕС является увеличение этого показателя до 5.5% в 2010 г. [10]. В Свердловской области на предприятиях лесоперерабатывающего комплекса в среднем образуется до 0.5 млн. м древесных отходов в год (опил, стружка, кора). Годичная лесосека составляет порядка 20 млн. м3, из которых по области заготавливается около 8 млн. м3. Приняв выход отхода при переработке древесины порядка 50%, можно считать, что потенциально возможный выход отходов при использовании всей лесосеки по области составит до 4.5 млн. м3. При средней насыпной плотности отходов в 150-200 кг/м" и теплотворной способности на рабочую массу порядка 10-12.5 МДж/кг топливный потенциал, доступный для использования оценивается в 0.3-0.4 млн. т.у.т.

Ежегодный расход условного топлива на производство тепловой энергии в ЖКХ составляет порядка 3 млн. т.у.т., в том числе дров - 0.013 млн. т.у.т. или 0.5%, угля — 0.4 млн. т.у.т. или 11%, мазута - 0.215 млн. т.у.т. или 7%. Вовлечение древесного топливного потенциала позволило бы поднять долю его использования до 10%, практически исключив использование экологически менее благоприятного угля или мазута для целей отопления в сфере ЖКХ.

Замена мазута и угля на древесину позволяет снизить выброс оксидов азота на 2158%, сажи на 34-80%, бенз(а)пирена на 98.6-99.2%, полностью удалить оксиды ванадия и практически полностью оксиды серы.

Актуальность темы

Цель настоящей работы состоит в совершенствовании технологии производства газообразного топлива из твердого путем минимизации содержания в газе промежуточных продуктов термохимической конверсии (СО2, углеводородов, сажи) для малых ТЭС-ДВС на древесном топливе.

Достоверность и обоснованность результатов

Основные научные положения, выводы, рекомендации обоснованы результатами лабораторных экспериментов, испытаний опытно-промышленных установок, подтверждены соответствующей точностью систем измерений и использованием современной приборной базы, удовлетворительным совпадением экспериментальных и расчетных данных, анализом известных зависимостей.

Научная новизна

Теоретически обоснован и прошел апробацию (на примере древесины) в лабораторных и опытно-промышленных условиях режим ТХК твердого топлива, обеспечивающий получение газа с минимальным содержанием продуктов промежуточной конверсии (СО2, углеводородов), позволяющий максимально полно использовать кислород и водород органической и рабочей массы.

Получены зависимости скорости реагирования и температуры частицы при ТХК древесины в воздушной среде от размера частицы в рабочем диапазоне размеров 3— 75 мм и температуре среды 350-1200°С. Определены численные значения времени задержки воспламенения коксового остатка древесины при горении летучих веществ.

Новые научные результаты, полученные в ходе исследования, позволяют усовершенствовать процесс газификации низкосортного топлива типа древесного и поднять его химический КПД выше уровня 55-60%, характерного для современных газификаторов на биомассе. Это дает возможность создавать твердотопливные ТЭС с существенно более высоким коэффициентом использования теплоты топлива, устранить необходимость применения системы сложной газоочистки и повысить конкурентоспособность их по отношению к мощным угольным электростанциям.

Практическая значимость

1. Определены режимные параметры ТХК крупнодисперсного древесного топлива, позволяющие на воздушном дутье получать среднекалорийный паровоздушный газ с содержанием азота не более 25—30% и повышенным содержанием водорода Н2 - 25%. Эти результаты реализованы в газогенераторе обращенного типа мощностью 200 кВт по топливу.

Реализация

Полученные данные использованы в Свердловском филиале ОАО «Территориальная генерирующая компания №9», ОАО «Уралтрансгаз» ПО «Энергогазремонт», министерстве промышленности, энергетики и науки Свердловской области, в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ им. Первого президента России Б.Н. Ельцина», ЗАО «СУЗМК-Энерго».

На защиту выносятся

2. Результаты исследования режима усовершенствованной ТХК древесины и древесного угля в плотном слое.

3. Результаты изучения воздушной ТХК древесных час гид в диапазоне рабочих размеров (от средне- до крупнодисперсных).

4. Результаты повышения эффективности газификации крупно- и среднедисперсной древесины в опытно-промышленных установках.

5. Результаты оценки технико-экономической эффективности автономных мгшых твердотопливных ТЭС с усовершенствованной термохимической подготовкой местного древесного топлива.

Апробация работы

Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на Первой в Украине международной конференции «Энергия из биомассы» (г.Киев, 2002), Международном симпозиуме «Горение и загрязнение атмосферы» (г.Санкт-Пегербург, 2003), Шестой всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 2004), Второй российской национальной конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (г. Москва, 2005), IV Семинаре ВУЗов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (г.Владивосток, 2005), Симпозиуме по горению и взрыву (г.Черноголовка, 2005), Третьем международном симпозиуме «Горение и плазмохимия» (г.Алматы, 2005), 15-й Школе-семинаре «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г.Калуга. 2005), VI Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г.Екатерипбург, 2006), Международном научном семинаре «Современные технологии горения и аэротермодинамики» (г.Киев, 2006), Международной конференции "Угольная теплоэнергетика: проблемы реабилитации и развития" (г.Алушта, 2006), Круглом столе «Новые технологии использования твердого топлива в энергетике Урала» в рамках Форума «Энерго-Промэкспо-2006» (г.Екатеринбург, 2006), Семинаре «Развитие малой распределенной энергетики Урала на местных топливах как фактор обеспечения энергетической безопасности региона» в рамках Форума «Энерго-Промэкспо-2006» (г.Екатеринбург, 2006), VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива» (г.Новосибирск, 2006), Международном конгрессе «Пече- и трубостроение: тепловые режимы, конструкции. Автоматизация п экология» (г.Москва, 2006), 16-й Школе-семинаре «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (г.Санкт-Петербург, 2007), Третьей международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики» (г.Екатеринбург, 2007), Международной научно-технической конференции «Энергоэффективность-2007» (г.Киев, 2007), Первой конференции по фильтрационному горению (г.Черноголовка, 2007), Пятой школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (г.Алушта, 2007), 6-м Международном форуме по тепломассообмену (г.Минск, 2008).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 статей, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации, одна в бюллетене изобретений.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 101 позиций и приложений. Объем диссертации без приложений 130 страниц, в том числе 62 рисунка, 20 таблиц.

Заключение диссертация на тему "Совершенствование технологии термохимической подготовки древесного топлива для малых ТЭС"

Заключение

Выявлено, что ключевым звеном, определяющим низкую эффективность современных малых газогенераторных ТЭС на древесном топливе, является процесс термохимической конверсии древесины (ТХК) в газогенераторе. Повышение химического КПД газогенератора с 55-60% до 82-85% (достигнутое значение в наиболее совершенных современных угольных газификаторах) за счет снижения концентрации в газе промежуточных продуктов (СО2, влага, углеводороды, смолы, сажа), повысит электрический КПД газогенераторной ТЭС на древесине на 7-10% абсолютных и поднимет его до уровня мощных паросиловых ТЭС.

Рассчитаны с учетом многокомпонентной специфики натурального топлива значения режимных параметров ТХК, обеспечивающей теоретически максимальную эффективность конверсии твердого топлива в газообразное (идеальная ТХК). Учет специфики по двум предельным вариантам позволяет получить достоверные, подтверждаемые в эксперименте значения параметров. Данные по фактическому КПД известных действующих газификаторов на биомассе располагаются между значениями КПД предельных вариантов. Теплотворная способность паровоздушного идеального газа из древесины по варианту механической смеси (9.5 МДж/м ) находится выше верхней границы диапазона низкокалорийных искусственных газов (7.08 МДж/м3) и приближается к значению среднекалорийного идеального водяного (11.8 МДж/м'') и парокислородного газов (12.2 МДж/м3).

В результате исследования процессов ТХК древесины и древесного угля в лабораторном реакторе достигнуты режимные параметры, близкие к значениям ТХК с теоретически максимальной эффективностью, и получен газ с составом, близким к расчетному составу газа идеальной ТХК. Устойчивый процесс ТХК наступает при температуре среды 250-350°С. Кинетические характеристики ТХК в области размеров частиц d4= 10-80 мм с точностью ±15% оцениваются зависимостями AT = 1130 • d-°M, °С и j = 23 • сС, г/(м2с).

Усовершенствована на базе однозонного газогенератора обращенного процесса технология ТХК, позволяющая на крупнодисперсной древесине на воздушном дутье за счет пирогенетической и рабочей влаги топлива проводить паровоздушную газификацию и получать газ с теплотворной способностью Qc ~ 7.6 МДж/м3, в 1.3-1.5 раза большей, чем в классических установках. На запатентованном с участием автора экспериментальном многозонном газификаторе получен газ с минимальным содержанием промежуточных продуктов ТХК.

Проведена технико-экономическая оценка проекта использования малой ТЭС электрической мощностью 250 кВт с газификацией древесного топлива по усовершенствованной технологии (г/™'«23%). Проект является экономически и экологически привлекательным. Вовлечение доступного древесного топливного потенциала Свердловской области (0.3-0.4 млн. т у.т.) в ТЭБ на базе малых газогенераторных ТЭС позволяет практически исключить использование экологически неблагоприятных угля или мазута в сфере ЖКХ.

Библиография Силин, Вадим Евгеньевич, диссертация по теме Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

1. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации № 1234-р от 28.08.2003 г.

2. Интернет-ресурс www.sztec.ru/index.php

3. Интернет-ресурс www.te.ru/appls/portal/Portal.nsr

4. Интернет-ресурс www.tes-sochi.ru/tes/newteh

5. Интернет-ресурс www.rao-ees.ru/ru/news/news/pr archiv/pr 2005

6. Интернет-ресурс www.chmz.net

7. Интернет-ресурс www.ivpgu.ru/progress builder

8. Гелетуха Г.Г., Железная Т. А. Обзор технологий генерирования электроэнергии, полученной из биомассы при ее газификации // Экотехнологии и ресурсосбережение. 1998. №3. С. 3-11.

9. Рыжков А.Ф., Силин В.Е., Токарь Е.В. Газификация крупиокускового древесного топлива в газогенераторе обращенного процесса // Рационализация производства и потребления энергии. Инф. сб. ОРГРЭС. №7. 2005. С. 111-122

10. Рыжков А.Ф., Силин В.Е., Нецветаева И. Газогенераторные агрегаты современных ПГУ на твердом топливе // Пече- и трубостроение: тепловые режимы,конструкции, автоматизация и экология: Труды 2-го международного конгресса. М., 2006. С. 254-267.

11. Силин В.Е., Рыжков А.Ф. Обзор индустрии мировой газификации // Энергетика за рубежом. Приложение к журналу Электрические станции. 2008. № 3-4. С.13-20.

12. С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. Газотурбинные и паротурбинные установки тепловых электростанций. М. Изд. МЭИ, 2002. 573 с.

13. Надир С.М.Ш. Разработка технологии газификации местных биотоплив для систем распределенной генерации энергии Афро-азиатского региона: Дис. .канд.техн.наук. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 150 с.

14. Gas Turbines Orders Evaporate // Diesel and Gas Turbine Worldwide. 2003. № 10. P.P. 38-42.

15. Интернет-ресурс: http://sintur.ru/

16. Газовые двигатели компании Waukesha // Энергохозяйство за рубежом: Приложение к журналу «Электрические станции». 2008. №5-6. С. 57-61

17. J. Seabright, A. Lee, R. Weissman. Environmental Enterprise: Carbon Sequestration using Texaco Gasification Process // First National Conference on Carbon Sequestration. May 14-17, 2001. Washington D.C.

18. P. Mika. The future of integral processing of fuels by gasification at the gasworks of Sokolovska uhelna, Czech Republic // 2nd international Freiberg Conference on 1GCC & XtL Technologies, 8-12.05.2007.

19. Интернет-ресурс: www.tppm.edu.ru/load/8-1-0-178

20. Щеголев M.M., Гусев Ю.Л., Иванова М.С. Котельные установки. М.: Изд-во литературы по строительству, 1972. 382 с.

21. И.Ю. Кожевников, М.А. Менковский, Б.М. Равич. Металлургия, технология угля и неметаллических полезных ископаемых. М.: Недра, 1984.

22. Основы практической теории горения / Под ред. В.В. Померанцева. Д.: Энергия, 1973. 264 с.

23. Нетрадиционная энергетика — возобновляемые источники, использование биомассы, термохимическая подготовка, экологическая безопасность: учебное пособие / Л.И. Пугач, Ф.А. Серант, Д.Ф. Серапт. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. 347 с.

24. Дик Э.П., Рябов Г.А., Тугов А.Н., Соболева А.Н. Сравнение свойств золы от сжигания углей и нетрадиционных видов топлива // Теплоэнергетика, 2007. № 3. С.60-64.

25. Козлов В.Н. Пиролиз древесины. М.: Изд-во Академии Наук СССР. 1952.283 с.

26. Рябцев Н.И. Природные и искусственные газы. М.: Изд-во литературы по строительству, 1967. 410 с.

27. Гинзбург Д.Б. Генераторные установки. 4.2. 1937. M.-JI. Гос. Издат. легкой промышленности. 603 с.

28. Тишаев С. Сжигание древесины в промышленных котлах // Аква-Терм. 2007. №6, с.22-23

29. Опыт применения и новые проекты ПГУ с газификацией углей в электроэнергетике // Ольховский Г.Г., Гончаров В.В. // Энергохозяйство за рубежом, 2007. №6. С. 11-33.

30. Аэров М.Э, Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Изд-во «Химия», 1968. 512 с.

31. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. СО РАН. Новосибирск. 1984. 163 с.

32. Зайченко А.Ю. Влияние движения твердой фазы на характер фильтрационного горения: Дис. .канд.техн.наук. Черноголовка: ИПХФ РАН, 2008 г. 100 с.

33. T.Koch, E.B.S0rensen. Perspectives for the TK Energi 3-stage gasification technology in Austria. Интернет-ресурс:w\vw.noest.ecoundco.at/news/docs/1278 TK Energi ebs DK.pdf

34. Gobel В., Henriksen U., Ahrenfeldt J., Jensen Т.К., Hindsgaul C., Bentzen E.B.,

35. Sorensen L.H. "Status-2000 hours of operation with the Viking gasifler" Интернет-ресурс: http://wwv.bgg.mek.dtu.dk/publications/pdf/rome200401 -5 .pdf

36. S.C. Bhattacharya, A.H.M. Siddique, H.L. Palm. Study on wood gasification for low tar gas producing // Energy: The international journal. 1998.

37. Табунщиков Н.П. Производство извести. M., «Химия». 1974. 240 с.

38. Каралюнец А.В., Маслова Т.Н., Медведев В.Т. Основы инженерной экологии. Термические методы обращения с отходами. М.: МЭИ, 2000. 80 с.

39. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки. Под ред. Ключникова А.Д. М.: ЭАИ. 1989. 336 с.

40. Характеристики газогенератора обращенного типа тепловой мощностью 50 кВт, работающего на древесных отходах / Борисов И.И., Халатов А.А., Гелетуха Г.Г. и др. // Промышленная теплотехника. 1998. т.20. №1. с.50-53.

41. Мезин И.С. Транспортные газогенераторы. 1948. 308 с.

42. Мезин И.С., Седов C.JL, Черномордик Б.М. Легкие газогенераторы автотракторного типа. Труды НАТИ. №33. 1934. 308 с.

43. Табунщиков Н.П. Производство извести. М.: «Химия». 1974. 240 с.

44. Кавадеров А.В. Промышленные индивидуальные газогенераторы. М.: Металлургиздат. 1945. 91 с.

45. Канторов М.В. Газогенераторы и газогенераторные станции в металлургической промышленности. ГНТИ ЛЧЦМ, свердл.отдел. Свердловск. 1958.467 с.

46. Сучков С.И. Разработка и исследование системы газификации / Труды ВТИ. М.:ВТИ, 2001. с. 240-247.

47. Товаровский И.Г., Солодкий И.И., Толмачев И.Я. и др. Получение и применение продуктов газификации угля в доменной плавке. М.: ЦНИИ ИТЭИЧМ, «Эвтектика». 1992. 101 с.

48. Готлиб А.Д. Доменный процесс. М.: "Металлургия". 1966. 630 с.

49. Тепло- и массообмен в плотном слое. Китаев Б.И., Тимофеев В.Н., Боковиков Б.А. и др. М.: «Металлургия». 1972. 432 с.

50. Захаров А.Г., Торопов Е.В. Газодинамика и тепломассообмен в металлургических шихтах: (доменное производство). Алма-Ата: "Наука". 1988. 116 с.

51. Буевич Ю.А., Минаев Г.А. Струйное псевдоожижение. 1984. 187 с.

52. Стефанович М.А. Анализ хода доменного процесса. ГНТИ ЛЧЦМ, Свердловское отделение, Свердловск. 1960. 287 с.

53. Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г.Ярошеико, Е.Л. Суханов и др. М.: «Металлургия», 1978. 248 с.

54. Добрего К.В., Жданок С.А. Физика фильтрационного горения газов. Мн.: Ин-т тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАНБ. 2002. 203 с

55. Капелович Д.Б., Караманян А.К. Технология комбинированного слоевого газогенератора (КСГ) для угольной теплоэнергетики Украины // Угольная энергетика — проблемы реабилитации и развития: Материалы Международной конференции. Киев, 2008.

56. Интернет-ресурс http://www.temw.ru

57. Справочник по химии и технологии твердых горючих ископаемых / А.Н. Чистяков, Д. А. Розенталь, Н.Д. Русьянова, В.И. Сухоруков и др. // СПб.: издат. компания «Синтез», 1996.

58. Баскаков А.П. Нагрев и охлаждение металлов в кипящем слое., М.: «Металлургия», 1974. 272 с.

59. Юдкевич Ю.Д., Васильев С.Н., Ягодин В.И. Получение химических продуктов из древесных отходов. Изд. СПбЛТа, 2002. 83 с.

60. Майстренко А.Ю., Топал А.И. Экспериментальные исследования горения энергетических углей и их коксов в кипящем слое при атмосферном и повышенном давлении. // Тр. 6-ой Всеросс. конф. "Горение твердого топлива" (6-11.11.2006, г.Новосибирск). CD-ROM изд.

61. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. М.: Химия. 1969. 624 с.

62. Кацнельсон Б.Д., Тимофеева Ф.А. Исследование коэффициента теплоотдачи частиц в потоке в нестационарных условиях // «Котлотурбостроение», 1948. №5. с.16-22.

63. Я рышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур. Л.: «Энергия», 1967. 299 с.

64. Баскаков А.П., Мунц В.А., Ашихмин А.А. Исследование динамики выгорания твердого топлива в псевдоожиженном слое мелкодисперсных инертных частиц // Физика горения и взрыва. 1983. №5. С.60-61.

65. Павлюк ЕЛО., Мупц В.А. Моделирование растопки котлов с кипящим слоем // Вестник УГТУ-УПИ: Теплоэнергетика. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2004. №3(33). С.56-61.

66. Kinetische Konstanten des Verbennungsprozesses von Braunkohlenstaub aus dem Tagebau "Brieske" und dem Tagcbau "Turow" (VR Polen) // Energietechnik. 36 Jg. Heft 11. November. 1986. pp. 420-426.

67. Яте Д.Г., Уолкер П.Р. Температура частиц в топках псевдоожиженного слоя // Новое в псевдоожижении. 1977. Ноябрь. С. 9-16.

68. Определение лимитирующей стадии выгорания частицы угля в псевдоожиженном слое / Новак В., Сидельковский JI.H. // Известия ВУЗов. Энергетика, 1985. №6. с.72-76

69. Силин В.Е. Рыжков А.Ф. Особенности низкотемпературного горения древесного топлива в современных энергоустановках // Промышленная энергетика. 2008. №Ю. С.30-36.

70. Силин В.Е., Рыжков А.Ф. Режимы низкотемпературного горения древесного топлива для современных энергоустановок // Теплоэнергетика. 2008. №8. С.65-71.

71. Предводителев А.С., Хитрин JI.H., Цуханова О.А., Колодцев, Гродзовский М.К. Горение углерода. Опыт построения физико-химических основ процесса. M.-JL: Изд-во АН СССР. 1949. 407 с.

72. Хитрин Л.И. Физика горения и взрыва. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 350 с.

73. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. М.: "Энергоатомиздат", 1986. 207 с.

74. Резняков А.Б., Басина И.П., Бухман С.В., Вдовенко М.И., Устименко Б.П. Горение натурального твердого топлива. Алма-Ата. Изд-во «Наука» Казахской ССР. 1968. 170 с.

75. Яворский И.А. Вопросы теории горения ископаемых углей и интенсификация их воспламенения. Новосибирск: Издательство СО АН СССР, 1961. 205 с.

76. Бородуля В.А., Пальченок Г.И., Рабинович О.С. и др. Термохимическая конверсия биомассы в кипящем слое: производство энергии и высокотехнологичных материалов // Минский международный форум по тепломассообмену: Труды форума на CD-ROM (Минск, 19-23.05.08)

77. Palchonok G., Leckner В., Tullin С., Martinsson L., Borodulya A. Combustion characteristics of wood pellets // PELLETS 2002: Proc. 1st World Pellets Conf. Sept. 2-6, 2002. Stockholm. 2002. p. 105-109.

78. Померанцев B.B., Шагалова С.Л., Резник B.A. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив. Л.: Энергия, 1978. 144 с.

79. А.А. Ефремов, К.Б. Оффан, В.П. Киселев. Исследование состава жидких и газообразных продуктов пиролиза скорлупы кедровых орехов // Химия растительного сырья. 2002. №3. С. 43-47.

80. Белецкий B.C., Хидиятов A.M. Исследование процесса горения углемасляного гранулята. Теплоэнергетика. 1991. №8. с.66-71.

81. Силин В.Е., Рыжков А.Ф. О режиме выгорания одиночной топливной частицы // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2008. №3-4. С. 14-19.

82. Баскаков А.П., Филипповский Н.Ф., Мунц В.А., Ашихмин А.А. Расчет температуры частиц, горящих в кипящем слое инертного материала // ИФЖ, 1987. Т.52, с.788-793.

83. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. -М.: «Энергоатомиздат». 1996. 352 с.

84. Пат. 66007 РФ, МПК51, F23C 3/00. Установка для получения силового газа / А.Ф. Рыжков, В.Е. Силин, А.В. Попов, И.В. Рыжков; заявитель и патентообладатель ООО «МИП 'Теигаз"». -№2006121356/22; заявл. 19.06.2006; опубл. 27.08.2007, Бюл. № 24.

85. Костюнин B.B., Дубинин A.M., Силин B.E., Рыжков А.Ф. Сравнительный анализ механизмов термохимической активации твердого топлива // Химическая физика. 2004. Т.23,№9. С.8-11.

86. Обзор современных технологий сжигания древесины с целью выработки тепла и электроэнергии. Часть 1 // Экотехнологии и ресурсосбережение, 1999 г. №5.

87. Оборудование для сжигания местных видов топлива и отходов лесопиления для ЖКХ, предприятий, школ, ферм и коттеджей // Стройкомплекс Среднего Урала, 2008. №4. С.47

88. Зотин А. Россия без нефти // РБК, 2008. №8. С.29-32

89. К.К. Андреев, Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ // М.: «Оборонгиз», 1960. 595 с.

90. Кирнос И.В. Сжигание природного газа в кипящем слое с целью получения безокислительной среды с регулируемым углеродным потенциалом // Дис. .канд.техн.наук. Свердловск, 1969. 149 с.

91. Сорока Б.С. Термодинамические основы современных низкоэмиссионных процессов горения углеводородного топлива//NATO Workshop, Kiev, 15-19.05.2006.

92. Асланян Г.С., Гиневская И.Ю., Шпильрайн Э.Э. Влияние параметров парокислородного дутья на газификацию углерода // Химия твердого топлива, 1984. №1. с.90-98.

93. Герасимов Г.Я., Богачева Т.М. Моделирование процесса кислородной газификации пылевидного топлива в газификаторе циклонного типа // Известия АН. Энергетика, 1999. №6. С.118-125.

Похожие работы

Энергетика
05.14.00