Газогенераторы, работающие на отходах

 

Для получения биогаза также используются газогенераторы, вырабатывающие биогаз (синтез-газ) путём газификации биомассы.

Процесс газификации характеризуется практически нулевым уровнем выбросов, по сравнению с традиционным сжиганием отходов, а побочные продукты газификации (азот, сера, шлак) являются малоопасными для окружающей среды.

Процесс газификации отходов состоит из следующих технологических этапов:

а) транспортировка;

б) сортировка (рис. 4.7);

в) подготовка крупно габаритных отходов;

г) подача отходов в газогенератор;

д) организация процесса газификации (рис. 4.8);

ж) утилизация твердых отходов после газификации.

Рис. 4.7. Схема процесса сортировки отходов

 

Рис. 4.8 Схема процесса термического обезвреживания отходов

 

Рис. 4.9. Опытно-промышленная установка газификации отходов ООО «Балткотломаш» (г. Санкт-Петербург): 1 – приёмный бункер или склад топлива «живое дно»; 2 – транспортёр (шнековый, ленточный, скребковый); 3 – шлюзовый затвор; 4 – газогенератор; 5 – переходная камера; 6 – вторичный воздух; 7 – жаротрубный котёл; 8 – газоход; 9 – дымосос; 10 – труба

 

Вышеуказанная технология газификации ТБО реализована на опытно-промышленной установке разработанной ООО «Балткотломаш» (г. Санкт-Петербург). Складирование ТБО осуществляется на складе, который может быть оборудован тельферным погрузчиком, подвижным полом «живое дно» и т.д. ТБО по транспортеру поступает в газификатор, который не чувствителен к фракционному составу мусора (допускается небольшой процент мелочи и крупных 12 кусков до 100 мм). В газификаторе мусор газифицируется, а шлак в мелкодисперсном составе поступает на дожеговую колосниковую решетку, где происходит горение всех углеродных частиц в шлаке. Газы газификации поступают в переходную камеру, где поступает вторичный воздух и газы сгорают в топочном объеме жаротрубного котла. Передав тепло в котле, продукты сгорания поступают в мультициклон, где очищаются от взвешенных частиц, а затем через дымосос выбрасываются дымовой трубой. Газогенератор работает непрерывно, что позволяет обеспечивать теплом потребителей в течение всего отопительного периода.

Данный способ газификации позволяет поддерживать температуру процесса выше 950 ºС, а установка адиабатического циклона после газификатора продлевает нахождение вредных веществ в высокотемпературной зоне более двух секунд, обеспечивая полное окисление углеводородов и безопасность продуктов сгорания.

 

 

Системы хранения биогаза

 

Обычно биогаз выходит из реакторов неравномерно и давлением не более 5 кПа, которого с учётом гидравлических потерь газотранспортной сети недостаточно. К тому же пики производства и потребления биогаза могут не совпадать по времени. Для выравнивания неравномерности производства и потребления биогаза используются газгольдеры. Условно все газгольдеры можно разделить на «прямые» и «непрямые». В «прямых» постоянно находится некоторый объём газа, закачиваемого в периоды спада потребления и отбираемого при пиковой нагрузке. «Непрямые» газгольдеры предусматривают аккумулирование не самого газа, а тепловой энергии промежуточного теплоносителя (воды, воздуха), нагреваемого продуктами сгорания сжигаемого газа.

Биогаз в зависимости от его количества и направления последующего использования можно хранить под разным давлением, соответственно и газохранилища называются газгольдерами низкого (до 5 кПа), среднего (5–300 кПа) и высокого (0,3–1,8 МПа) давления.

В практике использования биогазовых установок часто используются газгольдеры низкого давления, предназначенные для хранения газа при незначительно колеблющемся давлении и значительно изменяющемся объёме газа. Принципиальная схема газгольдеров низкого давления приведена на рис. 4.10.

 

Рис. 4.10. Принципиальная схема газгольдеров низкого давления: а) мокрый; б) сухой; 1 – резервуар; 2 – колокол; 3 – ролики; 4 – газопровод; 5 – шайба; 6 – уплотнение; 7 – ограничитель хода

 

Газгольдеры среднего и высокого давления устраиваются по принципу неизменного объёма и меняющегося давления. Они бывают цилиндрические и сферические. Цилиндрические газгольдеры (рис. 4.11) имеют геометрический объём 50–270 м³.

 

Рис. 4.11. Цилиндрические газгольдеры высокого давления: а) горизонтальный; б) вертикальный; 1 – обечайка; 2 – днище; 3 – манометр; 4 – фундамент; 5 – газопровод

 

Вместимость газгольдеров высокого давления может быть от нескольких л (баллоны) до десятков тыс. м³ (стационарные газгольдеры). В баллонах биогаз хранится, как правило, в случае использования его заправки транспортных средств. Основные преимущества газгольдеров высокого и среднего давления – небольшие габариты при значительных объёмах хранимого газа и отсутствие движущихся частей, а недостатки – необходимость в компрессорных установках и редукторах давления газа перед газогорелочными устройствами.

 

Транспортировка биогаза

 

Для транспортировки биогаза от источника к потребителю можно использовать металлические, пластмассовые трубы или резиновые шланги, но лучше использовать трубы из полиэтилена низкого давления, т.к. массив ТБО обладает высокой просадочностью, а биогаз и фильтрат – высокой коррозионной активностью. Полиэтиленовые газопроводы, обладая приемлемой механической прочностью, эластичностью и коррозостойкостью, в отличие от металлических имеют меньшую массу, легче свариваются и не требуют электрохимической защиты. Металлические трубы для защиты от коррозии нужно изолировать битумно-полимерными, битумно-минеральными, полимерными покрытиями или двумя слоями грунтовки, затем двумя слоями краски, лака или эмали. Разъемные соединения полиэтиленовых труб со стальными трубами, компенсаторами и запорной арматурой выполняют на втулках под фланец. Запорная арматура газопровода также делается из материалов, коррозостойких к биогазу.

Газопровод предпочтительно прокладывать в глубокой траншее ниже уровня промерзания грунтов, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды.

По газопроводам биогаз поступает на пункты сбора и очистки с помощью вакуумной системы для сбора биогаза на полигонах ТБО, приведённой на рис. 4.12.

 

Рис. 4.12. Схема вакуумной системы для сбора биогаза на полигонах ТБО: 1 – вакуумный насос; 2–7 – сборные колодцы; 8 – коллектор; 9 – трубопроводы; p – давление; ℓ – длина трубопровода; ℓ _к – длина коллектора; L – расстояние от колодца до коллектора

 

Основные уравнения для расчёта характеристик вакуумной системы:

– проводимость трубопровода U_i, м³/сек.:

                                      (4.1)

– производительность откачки газа S _о, м³/сек.:

                                (4.2)

где ∆p _i –заданный перепад давлений между коллектором и откачиваемыми колодцами; Q _i – поток биогаза от i -й скважины, Па·м³/сек.; S _н, – быстрота действия насоса (определяется экспериментально),м³/сек.

Если транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по воздуху, то в низших точках шланга может собираться конденсат, вызывая сначала барботирование газа и колебания давления, затем импульсивный отвод газа и полное запирание трубопровода конденсатом. Правильное распознание причины прекращения отбора биогаза и даже перекладка газопровода очень дорогостоящи и не гарантируют неповторение произошедшего, поэтому для недопущения скопления конденсата прокладка газопровода осуществляется под уклоном и с оснащением конденсатоотводчиками.

Наиболее распространённые конденсатоотводчики с сифоном представляют собой U -образную трубку, присоединенную к шлангу в самой нижней его точке (см. рис. 6.1 б). Длина свободной ветви трубки должна быть больше, чем выраженное в мм. вод. ст. давление биогаза. По мере того как в трубку стекает конденсат из трубопровода, вода выливается через её свободный конец без утечки газа. Однако в целях безопасности необходимо следить за высыханием сифона. Недостатком их является также необходимость поддержания высоты запирающего столба жидкости на уровне максимального давления. При значительных разрежениях и коэффициенте надежности 1,5 требуется экстремальная высота столба жидкости, а значит, и глубина шахты. Это может привести к тому, что отведение конденсата со свободным уклоном, например, к дренажным трубопроводам, не представляется возможным, и поэтому может потребоваться перекачка конденсата в отдельный сборный резервуар с периодическим откачиванием и вывозом автоцистерной.

Для отведения конденсата разработаны системы с помощью газовой трубки, когда устанавливается управляемый импульса давления орган регулирования расхода, который при колебании давления попеременно дросселирует или запирает трубопровод, а затем снова полностью открывается. Благодаря этому в трубопроводе скачкообразно создается полный вакуум, и тем самым обусловливается его опорожнение.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Назовите основные требования, предъявляемы к строительству и эксплуатации биореакторов.

2. Каким образом можно увеличить скорость образования биогаза в биореакторах?

3. Каким образом производится оборудование полигонов и свалок ТБО для добычи на них биогаза?

4. Изложите принцип работы, газогенераторов, работающих на отходах.

5. Изложите основные требования, предъявляемые к системам хранения биогаза.

6. Изложите основные требования, предъявляемые к системам транспортировки биогаза.