14.578.21.0065

Разработка технологий для создания теплогенерирующих систем мощностью 0,5 МВТ и выше с использованием различных видов топлива, включая возобновляемые ресурсы c акцентом на местные виды топлива Сибири и Дальнего Востока. Использование местных энергоресурсов и принципа политопливности в теплогенерирующем оборудовании мирового уровня позволит повысить эергоэффективность и снизить себестоимость электро- и теплогенерации в удаленных и труднодоступных регионах

Более 60% тепловой и электрической энергии в мире вырабатывается за счет сжигания угля. Генерация тепловой и электрической энергии на угольных станциях сопровождается выбросами ряда экотоксикантов таких как: оксиды серы, азота, мышьяка, хлорорганические соединения (диоксины, фураны) и др. Сжигание твердого топлива сопровождается образованием сотен миллионов тонн золошлаковых остатков. Недожог в существующих генераторах доходит до 10 - 15%. В мире накоплены десятки миллиардов тонн отходов добычи и обогащения углей. Продолжают накапливаться твердые бытовые отходы. Практически не используется торф. Все эти виды твердого топлива могут служить источником тепла и электроэнергии. В РФ имеются целые регионы, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке, лишенные возможности использовать для выработки тепла и электроэнергии природный газ, в то же время располагающие значительными запасами таких видов твердого топлива как торф, отходы деревообработки, твердые бытовые отходы и т.д. Их переработка в газогенераторах позволит производить тепловую и электрическую энергию, себестоимость которой кратно ниже существующих цен.

Проведенный аналитический обзор и патентные исследования показали, что разрабатываемая технология и конструкция политопливного газогенератора содержит многочисленные элементы новизны научных и технологических решений. Из большого числа публикаций, посвященных технологиям газификации известно, что существует ряд технологий генерации газа из углей, реализованных на практике. К ним относятся газогенераторы по методу Винклера, Лурги, Копперс-Тотцек, Коноко-Филипс, Сименс. Все они обладают рядом недостатков, связанных, прежде всего с тем, что в них могут использоваться только некотрые виду углей, имеющих определенную крупность. Другим важным недостатком существующих технологий являются высокие капиталовложения. Наиболее близкой по техническим решениям и получаемому результату является технология РОМЕЛТ, разработанная в НИТУ "МИСиС". В ней реализован принцип безотходности и политопливности. Однако и технология РОМЕЛТ не лишена недостатков, связанных с конструктивными особенностями печи. В разрабатываемой технологии все перечисленные недостатки устранены.

Анализ методик исследования химических свойств различных видов твердого топлива подтвердил вывод о том, что существующие методики химического анализа углей и других видов твердого топлива, особенно их минеральной части, имеют ряд недостатков. В ходе выполнения ПНИЭР были разработаны новые методики определения химического состава твердого топлива. 

Помимо химического состава различных видов твердого топлива проведен анализ методик определения физических и теплотехнических свойств этих материалов.  Определены методики проведения исследований.  Показано, что для успешной переработки твердого топлива в газогенераторах необходимо проводить полный комплексный анализ этих материалов. Проведены исследования полного химического состава различных видов углей и торфа. Проведены исследования физико-химических свойств различных видов твердого топлива, определены их физические свойства, калорийность, элементный состав, Выполнен термогравиметрический анализ различных видов твердого топлива. Определены калорийность и температуры воспламенения твердого топлива на воздухе.

Проведен теоретический анализ существующих методов предварительного окускования различных видов твердого топлива. Выявлены основные критические параметры окускования, определяющие прочностные свойства твердотопливных брикетов. Разработаны программа и методики экспериментальных испытаний окускования различных видов твердого топлива с добавками различных видов связующего. В ходе разработки программы и методики экспериментальных испытаний были проведены эксперименты по опробованию различных видов углей, отходов углеобогащения торфа, органической части твердых бытовых отходов. Опробованы различные виды связующего. Проведена серия испытаний по брикетированию с добавками различных видов связующих: бурых углей; отсевов и шламов энергетических длиннопламенных углей; отсевов каменных углей марок Г, ГЖ, Т и шламов коксующихся углей; торфа; древесных опилок, лигнина и органической частью ТБО.  

Разработана конструкция и смонтирована горячая модель горна газогенератора. На модели газогенератора выполнены эксперименты по раздельному сжиганию различных видов топлива: газообразного, жидкого и твердого в жидкой шлаковой ванне.

Разработан рабочий проект и выполнен монтаж пилотного образца политопливного газогенератора. 

В ходе выполнения исследований полного химического состава твердого топлива разработаны методики, которые позволяют проводить более полный и точный химический анализ образцов твердого топлива, и обладают научной новизной. 

В ходе исследований по брикетированию различных видов твердого топлива показано, что наилучшим способом окускования твердого топлива является экструзия. Определены оптимальные размеры производимых брикетов, состав брикетов, количество и состав связующего. Показано, что практически любое твердое топливо, в том числе отходы углеобогащения, возобновляемые источники энергии, такие как торф, твердые бытовые отходы и т.д., могут быть предварительно окускованы с получением брикетов, имеющих прочность, достаточную  для их использования в политопливном газогенераторе.

На разработанной и смонтированной горячей модели горна политопливного газогенератора показано, что при газификации различных видов топлива (твердого, жидкого и газообразного) можно получать высококалорийный генераторный газ, содержание негорючих компонентов в котором не превышает 10-15%. Изучено поведение ряда сопутствующих твердому топливу компонентов, таких как сера, фосфор, железо, ванадий, фтор, хлор, натрий, калий.Показано, что в жидкой шлаковой ванне создаются условия для управления перераспределения этих  компонентов между продуктами переработки.  

Разработан рабочий проект, и выполнен монтаж пилотного образца политопливногго газогенератора. Проведены предварительные работы по подготовке пилотного образца политопливного газогенератора к горячему запуску.

Полученные результаты обладают научной новизной. Подано 5 заявок на патенты РФ, зарегистрировано 8 ноу-хау.

Разработана уникальная конструкция и смонтирован пилотный образец политопливного газогенератора. Установка не имеет мировых аналогов.

 

Практическое внедрение результатов ПНИЭР будет происходить по следующей схеме. Выбирается энергетическое предприятие - потенциальный потребитель продукта, высказавшее заинтересованность в его использовании. Параллельно научно-технические результаты ПНИЭР будут докладываться на научно-технических советах других предприятиях - потенциальных потребителях, так как сырьевые особенности энергетических предприятий предопределяют необходимость взаимодействия с каждым отдельно.
Для ускорения прохождения процесса внедрения разрабатываемой технологии в промышленность предполагается проведение демонстрационных опытных компаний на пилотном образце политопливного газогенератора с использованием твердого топлива, используемого (или планируемого к использованию) на конкретном предприятии. По результатам опытных компаний будут разрабатываться ТЭО и КД промышленных образцов политопливного газогенератора с учетом требований конкретного заказчика. Массовое внедрение технологии производства тепла и электроэнергии в депрессивных регионах из местных источников энергии позволит решить ряд социальных и экологических проблем, будет способствовать развитию регионов. Строительство установок политопливного газогенератора позволит вовлечь в процессы их освоения предприятия энергетического машиностроения, химической, металлургической и строительной индустрии.
Проведены переговоры со специалистами по химическому катализу органического топлива и других товарных продуктов из генераторных газов . Разработан план мероприятий по дооснащению пилотной установки системой тонкой очистки и коррекции генераторных газов с дальнейшим использованием на узле каталитического синтеза.
Результаты выполненной ПНИЭР позволяют перейти на стадию освоения разработанной технологии в опытно-промышленных масштабах.