Энергия из древесных отходов

Утилизация древесных отходов с получением тепловой и электрической энергии.

В последние годы во всем мире энергетическое использование древесной биомассы и, в частности, древесных отходов, рассматривается как желанная аль тернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO2нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совер шенствуются. Основными технологиями являются: Сжигание, Быстрый пиролиз и Газификация.

Сжигание

Сжигание древесных отходов бази руется на нескольких методах сжигания, в том числе:

Прямое сжигание

• сжигание в кипящем/циркулирую щем слое;
• газификация/сжигание газов во вторичной камере сгорания;
• сжигание пылевидного топлива.

Прямое сжигание происходит в топ ках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах и печах малой мощ ности (менее 20 МВт) для сжигания дре весного топлива, в том числе с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, опилок, топлив ных брикетов и гранул и т.д. Для авто матизированного сжигания измельченных отходов также используются трубчатые горелки со шнековой подачей. Обычное использование тепла — для сушки древе сины в сушильных камерах, в водогрейных котлах для обогрева производственных и/или жилых помещений. Для выработки электрической энергии отходы сжигаются в паровом котле с последующим исполь зованием пара в паровой турбине. Эта тех нология имеет низкий электрический к.п.д. порядка 813% (для миниТЭЦ мощностью 6001000 кВт), который повышается бла годаря использованию более совершен ных методов сжигания, таких как сжигание в кипящем/циркулирующем слое или сжи гание пылевидного древесного топлива. Однако эти методы используются в электростанциях мощностью не менее 5 МВт, строительство которых требует больших капитальных затрат. Недостатком этого метода является низкая эффективность и высокий уровень эмиссии отходов горения в дымовых газах.

Сжигание в кипящем/циркулирующем слое позволяет достичь большей эффек тивности и экономичности за счет почти 100%го сгорания топлива при меньшем уровне эмиссии отходов горения по срав нению с прямым сжиганием. При исполь зовании данного метода измельченное древесное топливо подается в «кипящий» слой, созданный путем продувания возду ха или газа через слой инертного матери ала, например, песка. Количество инер тного материала с у щ е с т в е н н о больше коли чества топлива, поэтому процесс горения проте кает стабильно с высокой эффек тивностью. В зависимости от скорости про дувки частицы инертного слоя остаются в нем или же выно сятся из слоя вместе с продук тами горения и собираются с помощью циклонов, после чего возвращаются в кипящий слой (метод циркулирующего слоя). Метод сжигания в кипящем слое используется в коммерческих или муни ципальных котельных и ТЭЦ в диапазоне мощностей от 5 до 600 МВт для получе ния электрической и тепловой энергии. Дополнительным достоинством данного метода является возможность сжигания различных видов топлива (всего до 70 видов), включая низкосортный уголь, торф, твердые бытовые отходы, отходы ЦБК и т.д.

Газификация/Сжигание газов

Во вторичной камере сгорания (газогенераторная топка) представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе топливо подается шнековым питателем на наклонную решетку в первичной камере (предтопке), где оно нагревается до такой температуры, при которой происходит процесс газификации. Перегретый и смешанный со вторичным воздухом древесный газ сгорает во вторичной камере практически без остатка. Продукты сгорания используются в котле или печи для получения горячей воды, пара или воздуха. В когенерационном режиме пар может использоваться в паровой турбине для получения электроэнергии. Диапазон мощностей систем сжигания такого рода от 150 кВт до 30 МВт. Недостаток — высокая стоимость.

Сжигание пылевидного топлива

Осуществляется с помощью специальных горелок, предназначенных для сжигания древесной пыли, образующейся в процессе производства или в результате измельчения древесных отходов в пыль. Весь процесс от исходных древесных отходов, измельчения в пыль с влажностью порядка 8%, подачи и сжигания пыли — полностью автоматизирован. Получение энергии с использованием только древесной пыли используется достаточно редко; обычно это топливо используется в котельных или ТЭЦ, работающих на пылевидном угле и/ или торфе. Стоимость комплектного оборудования для сжигания древесной пыли также высока

Быстрый пиролиз

Газификация

Газификация представляет собой процесс высокотемпературного превращения древесины (и других видов биомассы, а также угля и торфа) при нормальном или повышенном давлении в газ, называемый древесным или генераторным газом, а также небольшое количество золы, в специальных реакторах (газогенераторах) с ограниченным доступом воздуха или кис лорода. Генераторный газ имеет температуру 300 — 600 °С и состоит из горючих газов (CO, H2 , CH4), инертных газов (CO2 и N2), паров воды, твердых примесей и пиролизных смол. Из 1 кг древесной щепы полу чают около 2.5 Нм3 газа с теплотой сгорания 900 — 1200 Ккал/Нм3. Эффективность газификации достигает 8590%. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является более эффективным и чистым процессом, чем сжигание. В зависимости от реализованного процесса существуют различные типы газогенераторов: с восходящим потоком газа (П — прямой процесс), с нисходящим потоком газа (О — обращенный процесс), в циркулирующем кипящем слое (ЦКС). Используемый процесс, давление получаемого газа, содержание в нем примесей и пиролизных смол, наличие систем охлаждения и очистки газа определяют следую щие применения генераторного газа. Как следует из сравнения, наиболее подходящей технологией получения электро и тепловой энергии из древесных отходов для малых и средних предприятий, а также небольших городов и поселков, использующих котельные на жидком топливе, является процесс газификации в Газогенераторах древесных отходов в составе Газогенераторных электростанций и Газогенераторных тепловых станций.