Традиционной технологией получения электроэнергии является прямое сжигание биомассы в паровом котле и далее использование пара в паровой турбине. Недостатком традиционной технологии является: высокая цена оборудования для малых электростанций мощностью менее 1 МВт, большие габариты, значительный расход топлива и другое. Конечно, существуют новые технологии, основанные на прямом сжигании, такие как Органический цикл Рэнкина (ORC), Энтропийный цикл, двигатели Стирлинга, но эти технологии еще более дорогие, а некоторые из них, по сути, находятся в стадии исследований и опытных разработок.

Одной из экономически выгодной альтернативой прямому сжиганию является технология газификации сельскохозяйственных отходов с использованием полученного генераторного газа в электрогенераторных установках с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Преимуществами газификации по сравнению с традиционной паровой технологией являются:

• высокий электрический КПД - более 24%;
• широкий диапазон мощностей – от нескольких единиц до нескольких сотен кВт;
• возможность выработки тепловой, электрической энергии в режиме когенерации (а так же холода в режиме тригенерации, что очень важно для Краснодарского края в летнее время);
• сравнительно невысокая стоимость и модульность оборудования;
• достойные экологические характеристики: выхлопные газы двигателей содержат меньше выбросов, чем при работе на природном газе, побочные продукты представляют собой древесный уголь (используется как топливо) и древесную золу (используется как удобрения).

Оборудование

Газогенераторная когенерационная мини-ТЭЦ представляет собой комплекс оборудования, полностью обеспечивающий реализацию вышеуказанной технологической схемы.

На сегодняшний день базовое оборудование в основном импортного производства в диапазоне мощностей от 11 до 950 кВт и более.
Комплектация большей части вспомогательного оборудования (участок подготовки топлива, система оборотного водоснабжения, когенерационное оборудование) производится силами отечественных производителей.

При проектировании установленной мощности выше 1 МВт мини-ТЭЦ реализуется в виде нескольких параллельных блоков, синхронизированных между собой и, если необходимо, работающих параллельно с сетью.

Основной составляющей оборудования мини-ТЭЦ является газогенератор с очистительной установкой, предназначенный для получения силового генераторного газа энергетического применения. Основные технические характеристики газогенераторов показаны в Таблице 1.


Таблица 1

Топливо для газогенератора	Производительность по газу, Нм3/час	Калорийность газа, Ккал/Нм3	Пиролизные смолы, мг/Нм3	Твердые частицы, мг/Нм3
Древесные отходы (щепа из кусковых отходов, опилки)	50 – 4000	> 1100	< 5	< 5
С/хозяйственные отходы (лузга риса, подсолнечника, овса, гречихи т.п.)	100 – 1250	> 1200	< 5	< 10

 

СХЕМА ПРОЦЕССА:

Лузга /насыпью или в уплотненной форме/ --> газогенератор --> генераторный газ --> газодизельный или газопоршневой двигатель --> электроэнергия --> когенерация (получение тепла) или тригенерация (с получением холода)

В процессе переработки 100 тонн семян подсолнечника в сутки мы имеем вредный отход производства – лузга соответственно 17 т в сутки или 700 кг в час.

Мини-ТЭЦ для утилизации 17 т/сутки лузги подсолнечника рассчитана на максимально возможное получение электрической энергии, горячей воды и пара.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

Для решения поставленной задачи используем модульную газогенераторную когенерационную мини-ТЭЦ, использующую технологию газификации топлива.

Из 1 кг лузги получено минимум 2,5 Нм3 газа с минимальной калорийностью 1150 Ккал/Нм3. Полученный генераторный газ используется в электрогенераторных установках с газопоршневыми двигателями. Исходя из расчетной цифры удельного расхода газа при 75% нагрузке в размере 3140 Ккал/кВт-час и минимальной калорийности газа 1150 Ккал/Нм3 можно получить в сутки из 17 тн лузги (17000 кг лузги * 2,5 Нм3/кг * 1150 Ккал/Нм3) : 3140 Ккал/кВт-час = 15565 кВт-час или 650 кВт в среднем.

Вариант с тремя электроагрегатами по 250 кВт позволяет иметь пиковую мощность 700 кВт и обеспечивает полную утилизацию 17000 кг лузги в сутки.

Если один газогенератор остановлен, то в варианте 2 х 250 кВт - максимум 400 кВт. Таким образом, с использованием 3-х электроагрегатов по 250 кВт предприятию удалось:

1) утилизировать всю лузгу без остатка,
2) получать до 650 кВт час электроэнергии,
3) иметь большую мощность при одном работающем газогенераторе.

Мини-ТЭЦ состоит из двух газогенераторов модели WBG-500 с очистительными установками. Газогенераторы индийского производства были плохо приспособлены для работы на российском топливе и были модернизированы Российскими учёными и специалистами фирмы ООО «Центр Соя».

Газ, полученный в двух газогенераторах, после соответствующей подготовки в очистительных установках используется в трех параллельных электрогенератораторах на основе газопоршневого двигателя CumminsGTA-1710G номинальной электрической мощностью 220-250*) кВт (ГПЭА-250) каждый, работающих на чистом генераторном газе.

Располагаемая тепловая энергия Мини-ТЭЦ составляет:

До 800 кВт горячей воды путем утилизации тепла от рубашек охлаждения 3-х двигателей (в случае работы двигателей на номинальной мощности);

Вся газогенераторная мини-ТЭЦ размещается в специально построенном капитальном здании, к которому примыкает участок охлаждения и очистки оборотной воды, и состоит из следующих участков:

• участка топливоподачи для хранения оперативного запаса и доставки лузги /уплотненной лузги в газогенераторы;
• участка газификации для получения из топлива чистого генераторного газа;
• участка электрогенерации для получения из генераторного газа электрической энергии и выдачи ее потребителям;
• участка теплогенерации для получения теплоносителей - горячей воды и пара - и выдачи их потребителям;
• участка осветления и охлаждения оборотной воды для организации замкнутой системы, используемой для охлаждения и грубой очистки генераторного газа, включая модули регенерации оборотной воды для очистки ее от примесей, которые удаляются из газа и накапливаются в оборотной воде.

Таким образом, мини-ТЭЦ имеет модульную архитектуру, состоящую из двух одинаковых газогенераторных установок и трех одинаковых электрогенераторных установок, что обеспечивает повышенную надежность мини-ТЭЦ и взаимозаменяемость оборудования.

ВЫВОДЫ:

1. Проект газогенераторной станции на лузге разрабатывался более 6-ти лет
2. Накоплен большой опыт научных и опытно конструкторских работ
3. Освоена пуско-наладка сложного энергетического комплекса
4. Станция в пробном режиме отработала (по состоянию на 1 июня 2013 г) более 500 часов и получены следующие показатели:

• расход топлива - 1 кг/кВт час
• минимальная теплотворная способность газа - 1200 ккал/м куб
• КПД газогенератора – 84%;
• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КПД – 24%
• количество зольно-угольного остатка – менее 10%;
• количество смол (на выходе из ГГ) – менее 1.5г/м куб
• максимальная мощность (на одном ГГ) – до 320 кВт час
• расход топлива при мах. мощности – 330 кг.