Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

• Реактор с движущимся слоем (горизонтальный слой, наклонный слой, многокамерная печь, печь со шнеком): механическое перемещение слоя сырья. Газификация в таком реакторе обычно является низкотемпературной.

• Вращающаяся печь: в основном используются для переработки отходов ввиду хорошего контакта газа и твердых частиц и хорошего перемешивания сырья. Необходима тщательно продуманная конструкция для избежания уноса твердых частиц.

• Циклонные и вихревые реакторы: высокие скорости движения частиц обеспечивают высокие скорости протекания реакций. Циклонные газификаторы отличаются простотой конструкции. Однако они лишь недавно стали применяться для конверсии биомассы, и технология еще не до конца отработана.

Газификация БМ с целью получения тепловой энергии достигла коммерческого уровня. Наиболее известными сегодня являются газификаторы с ВДГ Bioneer компании Bioneer Oy (теперь Foster Wheeler Energia Oy, Финляндия) и реакторы PRM Energy Systems, Inc. (США), газификаторы с ЦКС Pyroflow компании A. Ahlstrom Oy (теперь Foster Wheeler Energia Oy) а также компаний Lurgi Energie und Umwelt (Германия) и TPS Termiska Processer AB (Швеция). Foster Wheeler Energia Oy входит в состав Foster Wheeler Corporation с главным офисом в США [3]. Кроме упомянутых выше, в мире имеется около 25 производителей газификаторов с НДГ и более 10 производителей газификаторов с КС и ЦКС; ряд компаний выпускает реакторы с ВДГ и другие виды. Производители газификаторов с НДГ – это, в основном, мелкие компании, выпускающие газификационные системы небольшой мощности (ректор + двигатель внутреннего сгорания) и уже соорудившие 1–2 демонстрационные установки. Среди крупных производителей газификаторов можно выделить PRIMENERGY Inc. (США, ВДГ), Babcock & Wilcox Volund ApS (Дания, ВДГ), KARA Energy Systems BV (Нидерланды, НДГ, КС), Kvaerner Pulping AB Power Division (Швеция, ЦКС), Future Energy GmbH (Германия, НДГ, газификация в потоке). На установках, производящих только тепловую энергию, генераторный газ, в основном, сжигается в котлах или используется в печах для обжига извести. [4–5].

Газификатор Bioneer с ВДГ разработан в Финляндии компанией VTT в сотрудничестве с SME Company. Bioneer проводит низкокалорийный генераторный газ с большим содержанием смол. Генераторный газ может применяться на тепловых станциях 1…15 МВтт и мини-ТЕЦ 1…3 МВтэ, на дизельных электростанциях после каталитической очистки. В 1982–1986 гг. были построены девять газификаторов Bioneer (4…5 МВтт) и введены в эксплуатацию на коммерческом уровне в Финляндии и Швеции: восемь – на тепловых станциях малой мощности, один – в паре с сушильной печью. Газификаторы Bioneer полностью автоматизированы. В настоящее время технология газификации, подобная Bioneer, предлагается также компанией Carbona Oy (Финляндия) [4–5].

В целом, газификация в плотном слое с ВДГ проявила себя как надежная и экономически жизнеспособная технология для использования на тепловых станциях небольшой мощности. Требования к качеству сырья соответствуют способу применения генераторного газасжигание в котле. Наиболее подходящим топливом является древесная щепа, тогда как газификация измельченной коры, опилок и измельченной строительной древесины вызывает определенные проблемы.

Газификатор Pyroflow с ЦКС разработан компанией A. Ahlstrom Oy. Первый коммерческий газификатор мощностью 35 МВтт был установлен в 1983 г. для обжиговой печи компании Wisaforest Oy (Финляндия). После этого еще три газификатора мощностью 15…35 Мвтт были установлены для коммерческого использования полученного газа в обжиговых печах в Швеции и Португалии.

Простая технология газификации, реализованная на ТЭЦ Kymijarvi, подходит только для древесной биомассы и чистой горючей части отходов. При такой техноогии много золы вместе с генераторным газом попадает в угольный котел. Использование ряда других потенциальных видов биомассы (солома, энергетические культуры) и отходов (промышленные, ТБО) практически невозможно, поскольку они содержат большое количество хлора, щелочных металлов и алюминия, которые вызывают коррозию и засорение трактов котла 4–5].

Немецкая компания Lurgi Energie und Umwelt является известным разработчиком и производителем газификаторов с циркулирующим кипящим слоем. Первый коммерческий газификатор мощностью 27 МВтт был установлен в 1987 г. на крупной бумажной фабрике в Австрии и работал на древесной коре. Процесс газификации протекал при давлении около 1 бара, проведенный ГГ частично охлаждался и сжигался в печи для обжига извести. С 1996 г. реактор Lurgi 100 МВтт эксплуатируется на цементном заводе в Rudersdorf (Германия). Генераторный газ используется в кальцинаторе цементной печи, обеспечивая 30…40 % необходимой тепловой энергии. Зола применяется для производства цемента. Газификатор работает только на достаточно чистой биомассе (древесных отходах). Lurgi имеет также установки на электростанциях в Нидерландах и Италии.[4–5].

PRM Energy Systems (США) уже более 20 лет специализируется на коммерческих газификаторах ВДГ и имеет 19 установок, работающих на пяти континентах мира. Ежегодно на этих установках перерабатывается около 500 тыс. т биомассы, в основном, рисовой шелухи.

Как правило, произведенная тепловая энергия используется в промышленных сушильных аппаратах или в промышленных технологических процессах в виде насыщенного пара низкого давления. Ряд установок также вырабатывают электроэнергию. Первые два коммерческих газификатора были внедрены на крупной фабрике по переработке риса в 1982 г. в США. Произведенный ГГ сжигается в котле, замещая потребление природного газа, а пар используется в сушильных аппаратах. С 1985 г. газификаторы этой компании работают в Австралии, с 1987 г. – в Малайзии, с 1995 г. – в Коста-Рике.

Одна из последних установок PRM Energy Systems (4 МВтэ) построена в 2003 г. в Rossano (Италия). Она состоит из газификатора PRMES KC-18, системы охлаждения, очистки и контроля качества генераторного газа, а также шести газовых двигателей Guascor S.A. (Испания). Газификатор работает на жмыхе маслин (потребление 4500 кг/час) без какой-либо предварительной подготовки сырья.[5–5].

Организация Wamsler Umwelttechnik GmbH (теперь Hugo Petersen Umwel-tengineering, Германия) имеет успешный опыт работ по созданию газификационных установок с нисходящим движением газа. В 1994 г. три такие установки тепловой мощностью 0,6…1,5 МВт были запущены в Германии, с 1998 г. работает демонстрационная установка мощностью 0,6 МВт. Wamsler также имеет опыт в очистке генераторного газа в скрубберах и эксплуатации газодизельного двигателя мощностью 200 кВтэ, работающего на генераторном газе.[5–5].