ПИРОЛИЗНАЯ УСТАНОВКА ГАЗОГЕНЕРАТОРНОГО КОТЛА - СОВРЕМЕННЫЙ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

Актуальная стратегия развития энергетической отрасли Российской Федерации, прописанная до 2030 года, предполагает ряд современных мер для повышения эффективности использования природных энергетических ресурсов. Важным звеном при этом является расширение потенциала энергетического сектора страны. Одним из главных направлений в стратегии стало выявление потенциальных возможностей энергосберегающих методов использования вторичных энергоресурсов.

Вторичные энергетический ресурс (здесь и далее для краткости ВЭР) - источник энергии из отходов, побочных и промежуточных продуктов производства. Такие ВЭР не применяются в самом агрегате в ходе технологического процесса, но могут применяться как источник энергии (для повышения энергоэффективности производства) в других аппаратах и процессах.

Рассмотрим, к примеру, использование отходов производства деревообработки и твердые бытовые отходы (далее - ТБО). Их утилизирование и дальнейшая переработка стали важной частью политики экологической безопасности РФ.

Пиролиз - реакция разложения веществ под воздействием высокой температуры в бескислородной среде. На сегодня является одной из инновационных технологий в энергосбережении и перерабатывании отходов. В результате реакции получаются на выходе высококалорийные углеводороды. Метод имеет высокую энергоэффективность, безопасность (применяется даже при переработке химического оружия). При пиролизе нет необходимости в компостировании и складировании сырья и продуктов распада, что оптимально для экологии будущих поколений. Отсутствуют многие недостатки традиционного сжигания.

Промышленные отходы перерабатываются в газ с повышенным процентным содержанием углеводородов в печи для пиролиза. Принцип действия установки заключается в сжигании газа, который выделяется из отходов при значительной температуре и почти полном отсутствии кислорода. Так, для переработки древесных отходов используется температура порядка 200 - 800 °C. Древесина разлагается на газообразную часть (пиролизный газ) и твердую (древесный уголь). Пиролизный котел имеет в верхней части камеры отсек для накопления пиролизного газа, который и отправляется на сжигание для работы другого агрегата.

Отработка деревообрабатывающего производства является ценным сырьем для создания синтетического топлива. Пиролиз древесных отходов уже много лет служит одним из самых используемых способов производства топливного газа для котельных и даже двигателей внутреннего сгорания (после обработки). При этом состав и калорийность полученного газа напрямую зависит от нескольких факторов: свойств сырья, вида окислителя, температурного режима и давления в пиролизной установке.

В России используют установки с тепловой мощностью до 3МВт. Они способны обеспечить производство газа до 2500 м 3 в час. Метод имеет и свои технологические особенности: для производства необходимо электричество, требуются большие объемы древесных отходов с определенным процентом влажности (наибольший КПД 85% установка дает при абсолютно сухом сырье). При этом твердую составляющую продукта пиролиза используют дальше в промышленном производстве (активированный уголь, сажа и др.), она является безвредной.

В установке для пиролиза происходят следующие процессы:

•  высушивание сырья;
•  сухая перегонка;
•  сгорание;
•  производство газа.

Количество получаемых в установке твердых и газообразных веществ определяется качеством самих бытовых или производственных отходов, а также зависит от физических условий в агрегате для пиролиза. Процесс получения топлива может проходить с температурными условиями разных типов:

1. Пиролиз при относительно низких температурах (от 400 до 800 °С). В таких условиях производство газа минимально, количество твердой составляющей, смол и масел получается наибольшим. С повышением температуры газовая составляющая растет, а твердая - уменьшается.

2. Пиролиз с применением высоких температур (свыше 800 °С). Характеризуется минимальным объемом отходов и максимальным производством пиролизного газа на выходе.

Рисунок 1. Структурная схема пиролизного котла

Метод получения пиролизного газа и пиролизные реакции

Пиролиз - это реакция разрушения первоначальной структуры вещества при действии на сырье повышенных температур и минимального содержания кислорода в установке. Нередко в производстве применяют быстрый пиролиз, когда к сырью температура подается с быстрой скоростью.

На элементарном уровне обычный пиролиз можно представить как нагревание воды до закипания. Тогда быстрый пиролиз при этом будет выглядеть как упавшая в горячее масло капля.

Использование быстрого пиролиза имеет свои характерные особенности:

• Возможность организовать замкнутый, не прерывающийся процесс производства.

•  Высокий уровень качества продуктов пиролиза при отсутствии образования смол в процессе. Минимальные энергетические затраты на проведение реакции относительно других разновидностей пиролиза.

•  Выделение большого объема тепловой энергии при течении процесса (у быстрого пиролиза эффективность выше, чем у эндотермических процессов).

Основной элемент установки для пиролиза - реактор. Бытовые и промышленные отходы загружаются в верхней части установки. В результате пиролиза они опускаются в швельшахту. Просушка сырья также проходит в верхней зоне реактора. Под давлением своего веса сырье спускается в среднюю зону, где на сырье воздействуют высокие температуры и осуществляется пиролитическое разложение в практически лишенной кислорода среде. Для защиты атмосферы дым и газы из реактора имеют несколько ступеней очистки и абсорбции. Таким путем проводится процесс нейтрализации вредных отходов с высокой степенью энергоэффективности. Через нижний блок реактора остатки производства выходят наружу, собираются в контейнеры и отправляются для нужд других производств. Продукты производства пиролизной установки являются абсолютно экологически безопасными для человека и окружающей среды.

Продукты пиролиза

Объем и химические свойства пиролизной переработки определяется составом используемых отходов, а также скоростью и температурой при их разложении. Из ТБО получают: электрическую и тепловую энергию, топливо для печей (сходное с мазутом), синтетические газы, жидкое топливо.

В практике произвести большое количество качественного полезного топлива (бензин, дизель) сложно, так как для этого нужна тщательная сортировка отходов.

Переработка мусора с помощью пиролизных установок - перспективный способ не только уменьшения захоронений мусора, но и повышение энергоэффективности производства в целом. Пиролизные котлы - иногда единственное удобное и экономически обусловленное решение для производств и домовладений, расположенных вдали от магистралей теплового и газоснабжения. Простота эксплуатации, безопасность и высокий КПД устройств для газогенерации сделали их оптимальными элементами системы отопления.

Газогенераторные устройства широко применяются как для бытовых, так и для промышленных нужд. Такие установки перерабатывают самые разные типы отходов. Пиролизные котлы помогают решить сразу несколько задач: обеспечение теплом и горячей водой, утилизация твердых бытовых отходов, повышение энергоэффективности производства.

Важной особенностью пиролизных печей является процесс переработки газообразных веществ, которые выделяются из бытовых и промышленных отходов при высокой температуре в бескислородном пространстве. Это дополнительно повышает энергетическую эффективность установки на основе газогенератора, а также снижает до минимума выбросы вредных продуктов сгорания веществ в атмосферу. При этом максимальная теплоотдача получается от вторичного сырья, которое при переработке способно выделять большой объем газов.

Список литературы:

1. УТИЛИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПИРОЛИЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ // Научное обозрение. Технические науки. – 2016. – № 3. – С. 46-49, Долгова А.Н., Кузнецова И.В., Шайхутдинов И.З., Аминов Б.А.;
2. Определение потенциала энергосбережения вторичных энергоресурсов при проведении энергоаудита // Наука, техника и образование. 2014. № 4. С. 32-35, Николаева Н. А.;
3. Пиролиз углеродосодержащих отходов с получением топливных горючих газов // Проблемы современной науки и образования. 2014. № 10. С. 40-43, Шантарин В. Д., Киселёв М. В.