Яндекс.Метрика

info@vadogroup.com

Тел. + 43 1 587 17 86

Перед подачей в газификатор и прохождение в нем различных этапов газификации древесная щепа осушается. Основными фазами при этом являются реакторы-газификаторы с двумя камерами сгорания. Топливо в процессе газификации постоянно контролируется и его качество поддерживается в стабильном состоянии. Завершается процесс очисткой древесного газа, который затем и подается в мини ТЭЦ

Сушка древесного топлива

Сушка щепы или  удаление остаточной влажности измельченной вторичной древесины, составляющей около 10%, происходит, как правило, на «подвижном полу». Если щепа обладает повышенной влажностью, например, свежесрубленная лесная древесина, рекомендуется предварительная сушка на воздухе (хранилище с крышным перекрытием).  Эта продувка воздухом требуется также во избежание повышения температуры древесного топлива, и связанных с этим потерь качества. Если используется вторичная древесина, то эта продувка не требуется, поскольку остаточная влажность в такой древесине составляет 20%-30%, и ее состояние является стабильным. Остаточная влажность во вторичной древесине возникает при сносе строительного лесоматериала и при измельчении в шредере, когда для уменьшения пылеобразования добавляется вода. При хранении древесины на открытом воздухе содержание влаги в ней также увеличивается. 

Термохимическая газификация – описание процесса

Зона сушки (100º - 200ºС)

В зоне сушки щепа доводится до абсолютного сухого состояния (содержание влажности с 10-15% до 0%). Высвобожденная вода остается в процессе, и щепа не подвергается никаким химическим видоизменениям. Хотя возможно возникновение микротрещин или других похожих физических изменений, в зависимости от скорости нагрева. 

Зона пиролиза (150 – 500 °C):

В этой зоне без доступа воздуха происходит термическое индуцированное (вынужденное) пиролитическое разложение микромолекул (целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина). В температурном диапазоне 200 Сº - 300 Сº макромолекулы вскрываются и тем самым безвозвратно разрушаются. Возникают летучие газы (например, CO2, H2 и CH4) и органические пары. В органических парах содержатся углеводородные соединения, как смола и ароматизирующие вещества, которые конденсируются  при  комнатной температуре и давлении окружающей среды и выделяются в качестве  пиролизного масла. При температуре 400 - 500 °C пиролитическое разложение древесины практически заканчивается. В этом температурном диапазоне 80% древесного материала преобразовано в газо- и парообразное состояние. В остатке получается твердый древесный кокс, состоящий их углерода и золы.   

Зона окисления  (500 – 2000 °C):

Требуемая для газификации и пиролиза тепловая энергия вырабатывается в процессе частичного сжигания продуктов пиролиза, который происходит в средней и нижней части газификатора (там, где подается газифицирующий агент  – воздух). Равномерное, по возможности, образование горячей зоны имеет важное значение для качества газа, так как термический крекинг  длинноцепных углеводоргодов (смол) происходит лишь здесь.

Зона восстановления (800 – 1100 °C):

Основная часть горючих компонентов генераторного (древесного) газа образуется в зоне восстановления. Водяной пар и диоксид углерода в соединении с твердым углеродом превращаются (восстанавливаются ) в водород и окись углерода.  При этом среди прочего происходят и другие химические реакции: реакция Будуа и гетерогенная реакция водного газа; реакция гетерогенного образования метана или гомогенного образования водного газа. Эти реакции являются к тому же равновесными реакциями, в зависимости от давления и температуры. Так как равновесие важных реакций при температуре около 900 °C сдвигается почти полностью в нужное направление, то в зону восстановления  необходимо подавать достаточное количество тепла.   

Большая часть минеральных составляющих древесины (в основном соединения Ca-, Mg-, K-, P-, Na-), некоторое количество тяжелых металлов, песка, земли, а также несгоревший углерод образуют при сгорании золу. Часть золы, в качестве пыли, остается в полученном газе. Кроме того в полученном газе содержатся азот, диоксид углерода, кислород, водяной пар и длинноцепные молекулы углеводорода, так называемая смола. Содержание пыли и смолы в газе имеет большое значение при его дальнейшем использовании в мини ТЭЦ.

Реактор - газификатор

Конструкция реактора-газификатора с двумя камерами сгорания  в целом похожа на конструкцию реактора однонаправленного потока (поток воздуха/газа и топлива идет в одном направлении).  Но дополнительно он имеет зону окисления на высоте решетки реактора. Благодаря этому оптимизируется процесс сжигания щепы, и содержание углерода в золе составляет менее 5%, вследствие чего ее можно без проблем хранить (депонировать). Кроме этого, так же можно поддерживать температуру в зоне уменьшения в оптимальном диапазоне. Реактор всегда наполнен до шлюза. В нижней части находится зола, над ней древесный уголь, и наверху щепа.   Газовый реактор сконструирован как реактор с неподвижным катализатором с цикличной  загрузкой.  Они работают по так называемому принципу двойного сжигания с двумя зонами окисления. При этом на первом этапе в реакторе происходит пиролиз древесной щепы, продукты которого затем попадают в первую зону окисления. Далее горючие газы проходят через зону восстановления, в которой существует дефицит воздуха, и потом  попадают снова, в уже вторую, зону окисления.   В этом процессе углерод полностью преобразуется в низкокалорийный (обедненный) газ, состоящий преимущественно из окиси углерода, водорода, а также азота из добавленного воздуха. Этот газ затем подается в газопоршневую электростанцию. В зону окисления подается именно такое количество воздуха, чтобы в конце оставались не угли, а лишь чисто минеральная зола.

Очистка древесного (пиролизного) газа

Возникший в результате термохимических процессов сырой газ не соответствует ни по температуре ни по степени очистки требованиям газопоршневого двигателя. Поэтому необходима 3-х ступенчатая газоподготовка, включающая в себя следующее оборудование:

  • Охладитель неочищенного газа
  • Фильтр
  • Охладитель очищенного газа
Охладитель газа Фильтр Скруббер (промыватель газа) 

Оптимизированная геометрия ректора 3-ей серии позволяет отказаться от применения циклона для отделения мелких частиц. Вследствие чего отпадает необходимость утилизации золы из циклона. В целом установка газоподготовки работает без конденсата, и лишь  зола из фильтра требует утилизации. Ниже представлены этапы газоочистки: 

Сырой (неочищенный) газ поступает из реактора с температурой ок. 650°C. Проходя через трубчатый теплообменник газ охлаждается до температуры  170 °C. Важное условие – избегание нежелательной конденсации в теплообменнике.  

Частицы пыли в неочищенном газе отсеивается с помощью тканевого фильтра, нашедшего свое применение среди прочего и в газоочистке. Из-за кислотосодержащих капель конденсата и соединений углеводорода, которые конденсируются при температуре свыше  160 °C возможно возникновение закупоривания. Поэтому перед отсеиванием применяются специальные тканевые фильтры. Для создания, так называемого, верхнего фильтрующего слоя перед фильтром устанавливается дозирующая станция в комбинации с рециркуляцией. В качестве фильтрующего средства используется известь или сорбалит (смесь из извести и активированного угля). Очистка осуществляется в зависимости от перепада давления посредством скачков давления.  

Скруббер

Затем температура отфильтрованного неочищенного газа должна быть доведена до уровня, приемлемого для газопоршневого двигателя: около 40°С. Охлаждение осуществляется с помощью охлаждающего газоочистителя. Температура на входе составляет около 140°C. Охлаждение может производиться водой или с органического растворителя (биодизель).

Преимущество мокрого охлаждения состоит в эффективном разделении сконденсированных компонентов, как смола и вода, которые затем проходят рециркуляцию в реакторе. Возвращенный конденсат пройдет в реакторе повторный процесс газификации.

Полученный древесный газ имеет примерно такой состав:

Элемент Содержание в %
CO 18 - 22
CH4 1,5 - 2,5
H2 14 - 17
CO2 10 - 11
H2O 8
N2 40 - 50
Мин. теплотворная способность 1000 - 1500 кКал/м3

 

Рейтинг@Mail.ru