Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0032

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0032
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Название доклада
Разработка и создание экспериментального многофункционального энерготехнологического комплекса для низкотемпературного пиролиза биомассы.
Докладчик
Зайченко Виктор Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Получение значимых научных и технологических результатов, позволяющих переходить к промышленному выпуску наукоемких энерготехнологических когенерационных комплексов (ЭТКК) для производства нового вида кондиционного твердого биотоплива с высокими теплотехническими и потребительскими свойствами. Вывод на рынки технологии, оборудования и кондиционного биотоплива (торрефицированных топливных пеллет).
Актуальность и новизна исследования
Биомасса является возобновляемым энергетическим ресурсом, и ее использование в энергетике, в особенности, в распределенной, постоянно растет: в настоящее время топливо из биомассы обеспечивает около 14 % всего мирового энергопотребления. Основу современного рынка твердого биотоплива составляют топливные гранулы – пеллеты, обладающие более высокой по сравнению с необработанным биотопливом плотностью энергии и позволяющие механизировать процесс подачи топлива в топку котла. Потребность в таком экологически чистом топливе иллюстрирует неуклонный рост объемов производства пеллет, в частности, в России к 2016 г. он достиг 1 млн т в год. При всех достоинствах топливные пеллеты обладают одним существенным недостатком – высокой гигроскопичностью, что предъявляет повышенные требования к их хранению и транспортировки. Кроме того, затруднен процесс сжигания пеллет в пылеугольных котлах.
Эти недостатки могут быть устранены в процессе низкотемпературного пиролиза (торрефикации) – нагреве биомассы до температур 200 – 300 0С в бескислородной среде. Торрефицированные пеллеты гидрофобны, по своим теплотехническим характеристикам приближаются к углям и имеют хорошие перспективы использования в распределенной энергетике: в угольных и пеллетных котлах, как сырье для газогенераторов.
Интерес к процессу торрефикации растет с каждым годом, что подтверждается большим количеством научных публикаций и пилотных проектов, однако эффективных промышленных технологий пока не существует. Это связано, прежде всего, с низкой энергетической эффективностью предлагаемых схем и технических решений. Один из путей решения проблемы – применение комбинированных технологий (когенерация, тригенерация).
Описание исследования

Основная идея, заложенная в разрабатываемую технологию, – использование для непосредственного нагрева исходной биомассы отходящих газов газопоршневой энергоустановки. При этом реализуется эффективный принцип когенерации, когда одновременно с получением основного целевого продукта – торрефицированных биогранул – ЭТКК производит электроэнергию и тепло для собственных нужд комплекса. Тем самым обеспечивается максимальная эффективность и управляемость всего энерготехнологического комплекса, совершенствуется технология производства твердого биотоплива и повышаются его потребительские свойства, что увеличивает его экспортный потенциал. В результате выполнения проекта должны быть выполнены:

1. Обоснование выбора характеристик термохимического реактора для низкотемпературного пиролиза различных видов биомассы.

2. Разработка способа утилизации продуктов пиролиза перерабатываемой биомассы. 

3. Разработка математической модели ЭТКК для расчета потоков массы и энергии и определения оптимальных параметров работы различных агрегатов энерготехнологического комплекса (термохимический реактор, газопоршневая установка, электрогенератор, теплообменный модуль).

4. Модернизация стендовой установки ОИВТ РАН, моделирующей работу ЭТКК и проведение стендовых экспериментов.

5. Создание экспериментального образца ЭТКК производительностью 200 кг/ч на площадке Индустриального партнера ООО «Продмаш» (г. Ростов-на-Дону).

6. Проведение совместных испытаний установки в заводских условиях для подтверждения расчетных характеристик. Корректировка технической документации, доработка комплекса по результатам испытаний.

7. Проведение маркетинговых исследований для определения рынка сбыта опытной партии ЭТКК, потребностей потенциальных заказчиков по виду перерабатываемого сырья (тип сельскохозяйственных отходов, древесные отходы и т.п.), производительности и комплектности установок.

Результаты исследования

Проведены лабораторные эксперименты по определению физико-химических свойств необработанных и торрефицированных пеллет. Выявлены зависимости скорости термической деструкции и величины потерь массы от скорости нагрева, температуры и времени термообработки. Проведены монтаж и испытания стендовой модели ЭТКК. Разработан пакет программ ETCC v.01 (Energy Technological Cogeneration Complex), который описывает работу всех систем, входящих в экспериментальный образец ЭТКК. Результаты численных экспериментов и сравнение результатов расчетов с данными стендовых испытаний подтвердили адекватность математической модели ЭТКК. На основании проведенных стендовых испытаний были разработаны технические решения и разработана эскизная конструкторская документация экспериментального образца ЭТКК, производительностью 200 кг/ч по исходному сырью.

Результаты проведенных испытаний экспериментального образца ЭТКК показали его соответствие требованиям Технического задания. Средняя производительность ЭТКК по исходному сырью составила 262,1 кг/ч. При использовании газопоршневой электростанции АГ 200С-Т400-2РК-МТ собственные энергетические нужды комплекса полностью обеспечиваются.

Исследования свойств торрефицированных пеллет показали, что после выхода реактора на стационарный режим основные параметры пеллет не меняются в процессе работы. Удельная низшая теплота сгорания торрефицированных пеллет увеличилась на 8 – 9 % по сравнению с исходными. Выполнена доработка конструкции ЭТКК по результатам испытаний. Разработан проект технического задания на выполнения ОКР по теме «Разработка проекта энерготехнологического когенерационного комплекса для низкотемпературного пиролиза биомассы». Разработана предварительное ТЭО на разработку и производство ЭТКК, а также выполнена разработка рекомендаций по использованию результатов ПНИ с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера. Выполнены маркетинговые исследования.

Практическая значимость исследования
Исследования новой технологии улучшения теплотехнических характеристик топлив из биомассы с использованием газопоршневого электроагрегата показали принципиальную возможность реализации энерготехнологического комплекса для производства тепла, электроэнергии и конкурентоспособного твердого топлива. Это позволит эффективно использовать громадные сырьевые ресурсы, например, отходы деревоперерабатывающей промышленности, неиспользуемые (неделовые) сорта древесины, а также отходы растениеводства. Внедрение разрабатываемого комплекса позволит модернизировать существующую систему тепло- и электрообеспечения потребителей с уровнем требуемой электрической мощностью до 1МВт. Оснащение деревоперерабатывающих предприятий и предприятий АПК созданными установками, будет способствовать решению нескольких задач: замене низкосортного, минерального топлива, используемого в котельных, на экологически безопасное гранулированное биотопливо, допускающее его длительное хранение и перевозку на значительные расстояния; созданию новых рабочих мест; утилизации древесных и сельскохозяйственных отходов.
На начальном этапе реализации результатов проекта предполагается организация промышленного производства опытной партии энерготехнологических комплексов с производством топливных пеллет с улучшенными потребительскими характеристиками на заводе ОАО «Продмаш» (г. Ростов-на-Дону) для обеспечения регионального рынка ЮФО. Разрабатываемые установки будут востребованы, прежде всего, на внутреннем рынке, поскольку их применение открывает широкие возможности для производства пеллет на юге России.