Диссертация (Научно-техническое обоснование бивалентного теплоснабжения с использованием энергетической утилизации органосодержащих отходов), страница 6

1.10 Схема образования и сбора биогаза на полигоне ТКО [81]Средний состав биогаза по [81] приведен в таблице 1.1.Таблица 1.1Средний состав биогаза [81]КомпонентН2СН4РазмерностьЗначениеСО2N2О2H2S% (об.)0,15635МДж/м380,80,12008136Проведенный анализ позволяет констатировать существование достаточногоколичестваразнообразныхтехническихрешений,позволяющихполучатьтепловую энергию за счёт местных топлив и ТКО. Одновременно следуетотметить,что в зависимостиот способовпервичнойпереработкиотходови технологии организации процесса во второй стадии двух стадийного сжиганиятеплота сгорания и топливные свойства могут варьироваться в весьма широкихпределах,что требуетучетапри выбореи разработкеоборудованиядля генерации теплоносителя бивалентного СЦТ.Коммерческим продуктом систем, использующих местные топлива для нуждСЦТ является тепловая энергия, передаваемая потребителям по тепловойсети посредством теплоносителя (чаще всего – вода с расчетным температурнымпотенциалом 150 – 70 °С, однако, на практике температурный потенциал более110-70 °С достигается крайне редко).

В этой связи выработка электрическойэнергии является побочным продуктом, и в соответствующих комбинированныхсхемах должны рассматриваться варианты её использования в СЦТ, посколькупередача еёв электрическуюсетьнеизбежно приведётк неоправданномуусложнению системы управления режимами энергетической установки, и,следовательно, создаст дополнительные трудности в её эксплуатации [69].Поэтому подобные схемы ниже рассматриваться не будут, хотя их реализацияв отдельных случаях и может оказаться оправданной. Будут исключены далее израссмотрения также бивалентные СЦТ, включающие многотопливные котлы [27],так как их применение целесообразно на крупных ТЭЦ, а в настоящей работе упорделается на рассредоточенные источники энергии.Тогда можно ограничиться несколькими простейшими тепловыми схемами,с которых, как представляется, должно начинаться внедрение биналентных СЦТв отечественную энергетику.На рис.

1.10 – 1.12представленыв предельноупрощённомвидепринципиальные схемы получения тепловой энергии за счёт энергии местных37топлив и ТКО, которые условно можно разделить на три группы. На указанныхсхемах даны лишь те узлы и тепломассообменные элементы, без которых работасоответствующих установок невозможна.На рис. 1.10 показана простейшая схема А, относящаяся к группе схемс прямымсжиганием.подготовки на схеменеПодготовленноепоказана)к сжиганиюпо трактутопливотопливоподачи 1(стадияпоступаетна сжигание топку водогрейного котла 9. Подогрев сетевой воды осуществляетсяпосредством сетевого подогревателя 8. Циркуляция котловой воды осуществляетсяс помощью циркуляционного насоса 14. Тип топочного устройства определяетсяспособом подготовки топлива и мощностью агрегата (это могут быть слоевыетопки, топки с кипящим слоем и др.). Атмосферный воздух 4 воздуходувкой 3,приводимой в действие электродвигателем 2 нагнетается в котёл по тракту 5.Для растопки котла и поддержания горения котёл снабжён дежурной горелкой 7,куда подаётся газообразное или жидкое топливо 6.

Топочные газы 11 послеочистки 12 сбрасываются в атмосферу 13. Шлак, зола, отходы системыгазоочистки 10 в золоотвал или на захоронение.Рис. 1.10. Схема одностадийного сжигания (схема А)381 – топливоподача, 2 – электропривод, 3 – воздуходувка, 4 – воздух (изатмосферы), 5 – воздушное дутье, 6 – газ, мазут, 7 – дежурная горелка, 8 – сетевойподогреватель, 9 – водогрейный котел, 10 – золоудаление, 11 – дымовые газы,12 – система газоочистки, 13 – выхлоп (в атмосферу), 14 – циркуляционный насос,Т1 – прямая сетевая вода, Т2 – обратная сетевая вода.Аппаратурное оформление установки по приведенной схеме не требует каких-либонетривиальных решений.На рис.

1.11 показаны два варианта схем, принадлежащих к группе схемдвухстадийного сжигания. При этом схема Б предполагает на первой стадиитермохимическую газификацию отходов в газогенераторе 4, куда топливо 5поступает через газоплотный питатель 6, исключающий попадание в атмосферутоксичных газов из газогенератора. Атмосферный воздух 1 воздуходувкой 2,приводимойв действиедвигателем3,направляетсяв качестведутьяв газогенератор. Газообразные продукты газификации сжигаются в горелочномустройстве 7, отдают тепло котловой воде в котле 11 и удаляются в атмосферу 8.Сетевая вода нагревается в сетевом подогревателе 12. Циркуляция котловой водыосуществляется с помощью циркуляционного насоса 13. Зола и шлак 10 выводятсяиз газогенератора и поступают на захоронение или в золоотвал.39Рис. 1.11.

Схемы двухстадийного сжигания (схемы Б и В)1 – воздух(изатмосферы),2-воздуходувка,3 – электропривод,4 – газогенератор, 5 – топливоподача, 6 – газоплотный питатель, 7 – газоваягорелка, 8 – выхлоп в атмосферу, 9 – воздушное дутье, 10 – золоудаление,11 – водогрейный котел, 12 – сетевой подогреватель, 13 – циркуляционный насос,14 – нагнетатель газа, 15 – газгольдер, Т1 – прямая сетевая вода, Т2 – обратнаясетевая вода.Особенностьсхемыпрактически предтопкомБв том,для водогрейногочто газогенераторкотла.Горелочноеявляетсяустройстворасположено непосредственно на выходе из газогенератора и связывает егос котлом. Такая компоновка позволяет полностью использовать теплоту газа,а в слоевых газогенераторах прямого процесса – дополнительно теплоту сгораниянизкокипящих смол, что увеличивает примерно на 20 % располагаемое количествотеплоты.

Однако, подобное горелочное устройство является проблемным узлом,и к особенностям его расчёта и проектирования мы вернёмся в параграфе 3.3.Схема В на рис. 1.11 отличается от предыдущей тем, что используетсябиогаз, получаемый на полигонах. Здесь появляются новые элементы: газгольдер15 для накопления и хранения биогаза и система его нагнетания к горелочномуустройству 7, включающая нагнетатель 14 с приводным двигателем 3. Котёл 11и система удаления топочных газов здесь аналогична предыдущим схемам.40На рис. 1.12 показана схема Г, которая относится к группе комбинированныхсхем, предусматривающих выработку как тепловой, так и механической энергии.В данномслучаепредусматриваетсяиспользованиегазогенератораобращённого процесса, который позволяет получать газ с меньшим содержаниемнизкокипящих смол.

Слоевые газогенераторы, как следует из данных приведенныхв [65], практически не требуют специальной подготовки топлива, единственнымтребованием является зольность не выше 20 %. Поэтому в схеме Б предусмотренузел предварительной подготовки топлива 1, где обеспечивается снижениеминеральной части до нужного уровня. Загрузка топлива в газогенератор 3осуществляется, как и в схеме Б, через газоплотный питатель. Это может быть,например, шнековый питатель с переменным шагом винта, шлюзовый питатель,шаровой клапан и т. п.

Загрузка топлива – единственная стадия процесса,где (при условии полноты сгорания топлива) возможно попадание токсичных газовв атмосферу. Поэтому надёжное уплотнение на этой стадии является гарантиейэкологической безопасности установки. После газогенератора генераторный газпроходиточисткуи охлаждениепоследовательнов горячемциклоне4,рекуператоре 5 и скруббере 6.

В данном случае предусмотрен мокрый скруббер.Вода, поступающая на орошение, в скруббер выводится со шламом и поступаетв системурегенерации(на схемене показана),гдеотделяетсяот шламаи поступает обратно на орошение, а шлам поступает на сжигание в газогенераторили топкукотла(на схеменепоказана).Очищенныйи охлаждённыйдо нужного уровня [30] генераторный газ поступает в газодизель или газовыйдвигатель. В первом случае необходима дополнительная подача некоторогоколичества дизельного топлива в качестве запального.

Продукты сгорания,отводимые из двигателя, охлаждаются в теплообменнике 9 и сбрасываютсяв атмосферу.Как видно изприведеннойсхемы,подогревсетевойводыосуществляется в трёх точках, а именно: в теплообменнике 5, системе охлаждениядвигателя 8 и системе охлаждения выхлопных газов 9. Но возможен ещедополнительный подогрев сетевой воды, если часть газа направить в водогрейный41котёл, то есть объединить схемы Б и Г. Механическая энергия, вырабатываемаядвигателем,как вариант,можетбытьиспользованадля приводаэлектрогенератора.Рис. 1.12. Схема с поршневым двигателем (схема Г)А – исходное сырьё (ТКО, МТ), Б – в отвал, В – дутьевой воздух, Г – генераторныйгаз, Д – выхлоп, Е – запальное топливо.

Т1 – прямая сетевая вода, Т2 – обратнаясетевая вода.1 – узел подготовки топлива, 2 - бункер с питателем, 3 – газогенератор,4 – горячий циклон, 5 – охладитель газа, 6 – мокрый скруббер, 7 – поршневой42двигатель,8 – охладитель10 – вода на орошение,двигателя,9 – охладитель11 – в сборник шлама,выхлопныхТ1 – прямаясетеваягазов,вода,Т2 – обратная сетевая вода.В целом схема Г открывает широкие возможности для варьированиявыработкой тепловой энергии Q различного потенциала, так и для полезногоиспользования вырабатываемой механической энергии L.1.5.Цели и задачи исследованияПроведенный выше аналитический обзор показал, что в настоящее времяна государственномуровнепоставленапроблеманаучно-техническогообеспечения работ по созданию индивидуальных схем и планов перспективногоразвития систем теплоснабжения для всех муниципальных образований страны.В этой связи, в частности, составной частью этой проблемы является комплекснаяоценка перспектив бивалентного теплоснабжения на основе местных топливноэнергетических ресурсов, включая промышленные отходы и ТКО.На основании изложенного в настоящей работе поставлена цель:Совершенствованиебивалентныхсистемцентрализованного теплоснабжениятехнологийс использованиемна основеэнергетическойутилизации органосодержащих отходовДля достиженияпоставленнойцели в работепоставленыи решеныследующие основные задачи:1.Обобщитьнакопленныйв 2013-2017гг.опытразработки схемтеплоснабжения для поселений и городских округов Российской Федерации,установить обобщённые критерии, способствующие унификации дальнейшихрасчетов.2.Определить тепловой эквивалент ТКО для теплоснабжения поселенийи городских округов Российской Федерации.433.Разработать режимы эксплуатации бивалентных СЦТ, обеспечивающиемаксимальнуюэкономиюэнергетическихресурсов и повышениекачества теплоснабжения.4.Разработать и апробировать методику предпроектной оценки технико-экономических показателей бивалентных СЦТ.5.Разработатьнаучно-методическиетехнико-экономическомурасчетуэнергетической утилизации ТКО.рекомендации по предпроектномубивалентныхСЦТс использованием44Глава 2.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ2.1.Элементы термодинамического описания бивалентных СЦТБивалентныесистемыцентрализованного теплоснабжения,согласноопределению, предусматривают наличие и совместное использование двухисточников тепловойкотельная,энергии:основного – это обычно ТЭЦи дополнительного – как правило,этоили крупнаяраспределённаятеплоэнергетическая установка или котельная, применительно к настоящемуисследованию,использующаяразличныеместныевидытоплива [69].Принципиальная схема бивалентной СЦТ приведена на Рис. 2.1.Рис. 2.1. Принципиальная схема бивалентной системытеплоснабжения1 – «традиционный»источник тепловойэнергии,2 – «нетрадиционный»источник тепловой энергии, 3 – точки сброса тепловой нагрузки.Для условий автономного использования установок их энергетические и техникоэкономические характеристики достаточно хорошо изучены.