Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0065

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0065
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Разработка технологии и технических решений политопливного газогенератора на базе местных и возобновляемых топливных ресурсов
Докладчик
Подгородецкий Геннадий Станиславович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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
Актуальность и новизна исследования
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.
Описание исследования

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. 

Результаты исследования

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.

 

Практическая значимость исследования
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.