ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Утилизация древесных отходов

Загрузка...

Технологии энергетического использования древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Основными технологиями являются: сжигание, быстрый пиролиз и газификация.

Наибольший опыт использования биомассы для муниципального энергоснабжения имеется в Скандинавии. Компания KMW ENERGI изготовила за 30 лет около 5 тыс. специальных котлов, позволяющих сжигать биомассу с влажностью до 60 %.

Поселок Суслово, рядом с г. Мариинск, раньше отапливался за счет котельной, принадлежавшей ДОЗ. Котельная отапливала весь поселок и само предприятие за счет сжигания древесных отходов. Древесные отходы измельчались на механической установке и сжигались в котле. Тем не менее, в отвалах вокруг ДОЗ было накоплено примерно 150 тыс. м3 древесных отходов, что составляет около 100 тыс. тонн биотоплива или эквивалентно 35 тыс. тонн угля.

После его банкротства ДОЗ котельную передали муниципалитету. Котельную реконструировали (вложив бюджетные деньги) и перевели на угольное топливо. При цене привозного угля 600 руб. за тонну и теплоте сгорания 6000 ккал/кг, стоимость 1 Гкал энергии, получаемой котельной в виде угля, составляет при КПД 50% примерно 200 рублей. Стоимость отпускаемой котельной 1 Гкал тепла составляет 418 рублей.

По теплоте сгорания примерно 3 тонны биомассы эквивалентны 1 тонне угля. Цена древесных отходов составляет 42 рубля за тонну. В угольном эквиваленте это составит 126 руб./тонну. > есть цена 1 Гкал из биомассы составляет 42 руб. или в 4,8 раза дешевле, чем из угля.

Отдельно следует упомянуть об экологических последствиях перевода котельной с биомассы на уголь. За счет несовершенной технологии сжигания выбросы летучей золы и сажи из угольного котла примерно в 7 - 10 раз больше, чем при сжигании биотоплива. При зольности угля 15 – 20 %, в отвал выбрасывается количество шлака составляющего не менее 30 % от массы привозимого угля.

Находящиеся в поселке Суслово ООО «Стэйт» в настоящее время перерабатывает примерно 175 – 180 тыс. кубических метров древесины в год. В планах предприятия запустить три пилорамы и в последующие годы довести до 100 % переработку древесины в деловую. Это означает, что при плановой переработке 200 тыс. м3 в год будет образовываться примерно 20-25 тыс. кубометров или 15 – 17 тыс. тонн биомассы. Это количество топлива может обеспечить выработку примерно 50 тыс. Гкал тепла. То есть котел KMW ENERGI с КПД 83%, мощностью 5 Гкал/час может выпустить около 40 тыс. Гкал тепла в течение 8 - 9 лет работы. Отечественный котел выпустит примерно 28 – 30 тыс. Гкал.

В данной публикации не будет рассматриваться утилизация твердых бытовых отходов, так как это отдельная проблема, связанная, прежде всего с их сортировкой. Администрацией Кемеровской области проводится работа по созданию в области сортировочного завода, однако пока рано обсуждать результаты этой работы.

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика развивается особенно активно - прирост до 24% в год. Например, за год компания Enercon (Германия) установила 195 ВЭС мощностью 1,5 - 1,8 МВт, 151 ВЭС мощностью от 0,6 до 1,0 МВт. Компания MHI (Япония) выпускает ветроэнергетические установки мощностью 300, 600 и 2000 кВт с диаметрами роторов соответственно 30,45 и 75 м, способных работать при ветре от 2,5 м/с.

В настоящее время в России нет поомышленного производства ВЭС. Турбины мощностью 250 кВт и 1000 кВт производятся в малых количествах.

На территории Кемеровской области применение ВЭС без систем аккумулирования применения не находит из-за большого количества безветренных дней. В Горной Шории средняя скорость ветра достигает 4 - 6 м/с и там моут быть использованы ВЭС для выработки электроэнергии.

Гелиоэнергетика

Гелиоресурсами обладают южные районы Сибири. НПО "Машиностроения" (г. Реутов) производит плоский солнечный коллектор (СК) "СОКОЛ". Он позволяет получать с 1 кв. м поверхности до 90 л горячей воды в день с температурой 60-70оС. Стоимость СК, без учета стоимости транспорта, составляет $ 149 за 1м2.Стоимость вложений на получаемую горячую воду составляет $1500-3000 на 1 м3/сутки, сроки окупаемости в 3 - 5 лет даже для уровня солнечной радиации Краснодарского края.

Фирмой «Сибстройсервис» в Новосибирской области построены несколько домов, оснащенных солнечными коллекторами. К настоящему времени пока нет обстоятельных данных по эффективности использования солнечных коллекторов в Сибири.

 

Малые Гидроэлектростанции

Объекты малой гидроэнергетики условно делят на два типа: “мини” - обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и “микро” - работающие в диапазоне от 3 до 100 кВт. В 50 - 60 годах в СССР работало несколько тысяч малых ГЭС. Удельные капиталовложения для вновь сооружаемых ГЭС мощностью 10 МВт равняются $1100-1400 на 1 кВт, мощностью до 1 Мвт - $6800-8700 на 1 кВт. Строительство малой ГЭС мощностью 1 Мвт стоит от 0,5 до 2 млн. долларов. Прибыль от нее составляет 300 тыс. долларов в год, а сроки окупаемости капитальных вложений равняются от 2 до 6 лет.

Межотраслевое научно-техническое объединение “ИНСЭТ” (Санкт-Петербург) имеет опыт установки ГЭС в Тыве, на Алтае, в Бурятии, в Пермской области. При установке малой ГЭС (мощностью 500-1000 кВт) стоимость 1 кВт установленной мощности ориентировочно составляет $250-300. При совмещенном графике разработки проектной документации, изготовления оборудования, строительства и монтажа, малая ГЭС вводится в эксплуатацию за 15 - 18 месяцев. Затраты на строительство окупаются за 3,5-5 лет.

Опыта использования гидроэнергетических установок в Кемеровской области не выявлено. В АК «Омскэнерго» планируется строительство мини ГЭС в Знаменском районе. Рассматриваются два основных варианта - мощностью до 1,8 МВт на слиянии рек Оша, Б. Аев и Нягов, и мощностью до 3 МВт на р. Шиш.

 

Тепловые насосы

Тепловой насос (ТН) представляет собой устройство, позволяющее аккумулировать тепло низкопотенциальных источников тепла (НИТ), использующее эффект фазового перехода жидкостей в пар при низких температурах (фреоны, кипящие в диапазоне температур от -9 до 30 °С). ТН имеют диапазоном мощности от долей до десятков тысяч киловатт. Для автономного теплоснабжения используют преимущественно парокомпрессионные тепловые насосы тепловой мощностью 10-30 кВт и до 5 МВт (для районов и населенных пунктов). Стоимость ТН для индивидуального дома составит $1000 – 4500.

ТН все больше распространяются в мире. В Швеции они обеспечивают около 50 % всего отопления. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла Балтийское море с температурой +8°С;

Новосибирское ЗАО «Энергия», производит тепловые насосы с диапазоном мощности от 100 кВт до 3 МВт. Срок службы до капитального ремонта 45 тыс. часов (6 лет) для теплового насоса с поршневым компрессором, 60 тыс. часов (8 лет) для теплового насоса с винтовым компрессором.

В Кемеровской области в 2001 году на шахте “Осинниковская” пущена в эксплуатацию опытно-промышленная установка с ТН на шахтной воде производительностью от 110 до 130 кВт. Около 60 м3/сутки горячей воды, с температурой 45оС обеспечивают горячее водоснабжение административного здания шахты. Достигнутая производительность превышает проектную в 1,5 раза. Годовой экономический эффект составляет 268 тыс. руб., срок окупаемости капитальных вложений около двух лет.

Таким образом, в Кемеровской области имеются значительные альтернативные энергоресурсы, которые позволят значительно снизить затраты на отопление жилья и, следовательно, уровень цен на услуги ЖКХ, сэкономить ресурсы угля и улучшить экологическую обстановку, особенно в малых поселках области.

Наиболее перспективными направлениями энергосбережения в части альтернативных ресурсов для Кузбасса являются использование биотоплив и тепла шахтовых вод. Именно по этим направлениям уже имеется опыт работы и хорошие перспективы широкого внедрения.

Современные паровые машины и энергосбережение в малой энергетике

И. С. Трохин, аналитик техники паровых машин, ВИЭСХ Россельхозакадемии

Сущность энергосбережения состоит, в конечном счете, в необходимости повышения эффективности использования топлива. Если говорить о малой генерации, этому в большей степени могут способствовать современные паровые машины, обладающие высоким энергетическим потенциалом.

Поршневой двигатель XXI века унаследовал величественные черты облика классической вертикальной паровой машины

На страницах журнала «Энергосбережение» уже рассматривались технико-технологические основы применения современных паровых поршневых машин [1, 2], унаследовавших от своих классических предшественников (рис. 1) высокую надежность в сочетании с неприхотливостью в эксплуатации. Однако паровые машины сегодняшнего дня находят вполне штатное энергоэффективное применение в малой стационарной энергетике, но пока только за рубежом, например в Германии, Чехии, Италии и некоторых других странах.

Рисунок 1. Классическая вертикальная паровая машина с золотниковым парораспределением

«Планетарность» современных паровых машин

Для наглядности понимания предназначения современных паровых машин в энергетике уместно ввести условное понятие-аналогию их «планетарности»: как планета Венера является мощным источником высоких температур, несущим в себе тепловую энергию, так и паровая машина сегодня представляется некой «планетой» с большим энергетическим потенциалом, при умелом использовании которого есть возможность повышать эффективность работы электростанций малых (до 1 МВт) и средних (1–10 МВт) мощностей. «Планетарность» проявляется при использовании паровых машин в составе паросиловых мини-ТЭЦ и мини-КЭС: тандем из машины-«планеты» и ее сопутствующего оборудования-«спутников» особенно выгоден как топливосберегающее мероприятие при внедрении в котельных с паровыми котлами. В последнем случае принципиально возможно не только исключить из работы котельной процесс бесполезного дросселирования пара на задвижке, но и обеспечить электроприемники котельной электроэнергией собственного производства, которая будет в разы дешевле закупаемой от централизованных электросетей.

Почему поршень?

Паровая машина как тепловой двигатель (см. справку) используется для получения в основном механической энергии из тепловой в энерговырабатывающих установках на объектах малой энергетики для привода электромашинных генераторов, а иногда и вспомогательного оборудования (к примеру, водяных насосов) малых и средних электростанций. Кроме этого, в некоторых котельных паровые двигатели лопаточного (рис. 2) и винтового (рис. 3) типов тоже внедряются, как далее будет показано, с целью обеспечения попутной электрогенерации.

Рисунок 2. Лопаточная одноступенчатая паровая турбина или колесо Кертиса

В зарубежной малой энергетике известно и успешно практикуется уже не один год альтернативное пароприводное решение для котельных и тепловых мини-электростанций (мини-ТЭС): вместо малых паровых турбин обоих упомянутых типов используются поршневые паровые машины, точнее паровые моторы. Из последних практически мировую известность получили немецкие Spilling-моторы.

СПРАВКА
Исторически под паровой машиной понимали работающий на водяном паре тепловой двигатель только поршневого типа (других еще не было). В этом смысле сегодня почти ничего не изменилось. Необходимо все же заметить, что с появлением турбин последние стали называть еще и турбомашинами. Существуют и так называемые паровинтовые машины, принципиально относящиеся к категории турбин. Только ротор у таких агрегатов выполнен не с лопаточным венцом, а по типу винта Архимеда, обычно цилиндрической конструкции. Однако возможно более оригинальное исполнение – конусно-винтовая турбина (рис. 3).
Рисунок 3. Вариант исполнения винтовой паровой турбины

 

Главное энергетическое преимущество современных паровых поршневых машин – меньший, по сравнению с маломощными и особенно одноступенчатыми паровыми турбинами, удельный расход пара при равных параметрах (давлениях и температурах) пара на входе и выходе у сравниваемых двигателей при одинаковых мощностях. Хотя, как показывают исследования [3], энергетическая выгода рассматриваемой поршневой техники сохраняется, если даже параметры пара у сравниваемых электроагрегатов с паровыми двигателями не являются одинаковыми и существует даже некоторый больший перевес с форой в сторону паротурбинных агрегатов мощностью даже в несколько раз больше, чем у агрегатов паромоторных. Верхний предел единичной электрической мощности, например, для электрогенераторной установки со Spilling-мотором составляет 1,2 МВт.

Габаритные размеры и масса паровых моторов на сегодня несколько больше, если сравнивать с паровыми турбинами лопаточного и винтового типов. Однако отсутствие редуктора и дальнейшее совершенствование
создаваемых рядом разработчиков поршневых конструкций должны, по всей видимости, свести этот недостаток к минимуму. Но, вообще, последний не имеет первостепенного значения для наземных энергетических установок, и положительный зарубежный опыт эксплуатации паромоторных мини-ТЭС в определенной мере это подтверждает. Американская же компания Cyclone Power Technologies Inc. ведет разработки и испытания паровых моторов со звездо-образным расположением цилиндров (наподобие того, как это делалось раньше на авиационных моторах, к примеру у знаменитого Поликарповского самолета По-2). В прошлом году им удалось достичь высокого коэффициента полезного действия, величина которого составила 31,5% при единичной мощности мотора около 75 кВт.

Из перспективных отечественных паровых поршневых машин стоит отметить паропоршневые двигатели [1, 4–6] – высокооборотные паровые машины с частотой вращения вала 1000 об/мин и выше, которым должны быть присущи, по идеям разработчиков1, высокие эксплуатационные свойства (надежность, ресурс и др.).

Сопутствующее оборудование

Вырабатываемая паровой машиной механическая энергия вращения рабочего вала может полезно использоваться, равно как и тепловая (в виде теплового выхлопа отработавшего пара), для обеспечения работы следующего оборудования:

· электрогенераторного (синхронного генератора или более дешевого и простого асинхронного [7], например переделанного из асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором) машинного типа, соединяемого без промежуточной механической понижающей или повышающей передачи;

· теплоутилизационного: бойлеров-водонагревате-лей пароводяного типа, абсорбционных паровых холодильных установок (последние лучше бромистолитиевые, т.к. они значительно более безопасны в эксплуатации, чем известные в промышленности водоаммиачные холодильные установки);

· технологического производственного или вспомогательного: различных насосов, вентиляторов, детандеров (газорасширительных машин), компрессоров, причем как кинематически напрямую, так и, если это необходимо, через соответствующую редукторную или мультипликаторную механическую передачу.

Где и как внедрять?

В качестве объектов, чью энергетическую эффективность можно повысить с использованием современных паровых машин, могут выступать, в частности:

· промышленные и муниципальные котельные с паровыми котлами – паровая машина для привода электрогенератора здесь включается на линии дросселирования водяного пара параллельно либо полностью взамен существующего редукционно-охладительного устройства [2], роль которого часто выполняет простая дроссель-задвижка;

· паросиловые мини-теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ), где паровую машину энергетически наиболее целесообразно предусматривать вместо маломощных паровых лопаточных и винтовых турбин, особенно если последние предусматриваются на электрическую мощность до 1,2 МВт и в одноступенчатом исполнении или же в многоступенчатом, но без промежуточного отбора пара;

· технологические производственные установки, где по условиям реализации основных процессов выпуска продукции есть возможность с помощью парового котла-утилизатора использовать сбросное тепло (например, в металлургии такими установками могут выступать крупные сталеплавильные печи, а в стекольной промышленности – печи для варки стекла).

Технологические решения для мини-ТЭС – конденсационных мини-электростанций (мини-КЭС) и мини-ТЭЦ – с использованием современных паровых машин принципиально схожи с известными, реализуемыми на паротурбинных мини-ТЭС. Это комбинированное производство электрической и тепловой энергии (когенерация на мини-ТЭЦ, в т.ч. создаваемых на базе котельных с паровыми котлами) либо так называемая тригенерация [2], т.е. комбинированная выработка сразу трех видов энергии одновременно (к примеру, электрической, тепловой и холодильной). В качестве холодопроизводящего оборудования при тригенерации на паросиловых мини-ТЭС используются абсорбционные холодильные машины, для работы которых вполне достаточно отработавшего в паровом двигателе водяного пара. Такой вариант гораздо более экономичен, чем выработка холода с помощью чисто электрических кондиционеров.

Теоретически возможно осуществить технологию квадрогенерации, опять же с использованием современных паровых поршневых машин. Производство четырех видов энергии (скажем, механической для привода технологического производственного оборудования, а также электрической, тепловой и холодильной) в комбинированном режиме реализовать довольно сложно, т.к. все получаемые соответствующие мощности будут взаимозависимы. Однако благодаря тому, что у паровых поршневых машин расход пара через них в определенных пределах весьма слабо зависит от изменений нагрузки, квадрогенерация может стать практически осуществимым энергосберегающим мероприятием для промышленных и муниципальных энергетических объектов. А современная автоматика и микроконтроллерная техника этому могут здорово помочь.

Вывод

Современные паровые поршневые машины вполне могут способствовать энергосбережению в ряде технологических и энергетических установок, в частности тех, у которых при работе выделяется сбросное тепло в виде выхлопных или дымовых газов.

Литература

1. Дубинин В.С., Шкарупа С.О., Лаврухин М.К. Котельные должны работать автономно // Энергосбережение.– 2011.– № 8.– С. 56–61.

2. Трохин И.С. Мини-ТЭЦ с паровыми моторами – реальность XXI века // Энергосбережение.– 2012.– № 2.– С. 62–68.

3. Трохин И.С. Мини-ТЭЦ с паровыми моторами для бесперебойного энергоснабжения ответственных потребителей // Промышленная энергетика.– 2012.– № 9.– С. 15–20.

4. Титов Д.П., Дубинин В.С., Лаврухин К.М. Паровым машинам быть! // Промышленная энергетика.– 2006.– № 1.– С. 50–53.

5. Дубинин В.С. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий : монография.М. : Изд-во Моск. ин-та энергобезопасности и энергосбережения, 2009. 164 с.

6. Дубинин В.С., Лаврухин К.М., Алексеевич М.Ю., Шкарупа С.О. Применение паропоршневых технологий в котельных в качестве альтернативы внешнему электропитанию // Энергобезопасность и энергосбережение.– 2010.– № 6.– С. 17–20.

7. Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы автономных систем.М. : Знак, 1997. 288 с.

 

1 Коллектив создателей и испытателей этих двигателей возглавляет В. С. Дубинин, эксперт по отбору инновационных молодежных проектов в рамках российской программы-конкурса «У.М.Н.И.К.», руководитель объединенной научной группы «Промтеплоэнергетика» Московского авиационного института, Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии, Московского энергетического института, Королёвского колледжа космического машиностроения и технологии, Московского института энергобезопасности и энергосбережения, совместно с московской научно-исследовательской молодежной инновационной фирмой «ООО "Новая энергия"».

 

Загрузка...

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти