Установка для производства электро- и теплоэнергии, получаемых в результате термоэнергетических процессов при переработке биоресурсов

Заявленная полезная модель относится к энергетическим установкам мощностью до 1-1,5 МВт по газификации торфа или отходов деревообрабатывающего производства (измельченной древесины, опилок и т.д.) с получением генераторного газа и может использоваться при создании энергетических установок с комбинированным циклом и газификацией торфа или отходов деревообрабатывающего производства.

Модуль установки по газификации используемого сырья с получением генераторного газа, включает в себя газогенератор с применением СВЧ-магнетрона. Газогенератор соединен с фильтром, выполненным с возможностью очистки генераторного газа от твердых частиц при одновременном охлаждении генераторного газа. Параллельно с газогенератором в схеме задействовано топочное устройство, где в процессе горения происходит образование газообразных продуктов из торфа или отходов деревообрабатывающего производства. Газогенератор и топочное устройство используются в работе попеременно в зависимости от режима работы предприятия. Технический результат от создания полезной модели - комплексное рациональное (без выбросов в окружающее пространство тепловой энергии) и безотходное использование всей энергии, имеющейся в системе, предназначенной для производства сорбента, древесного угля, бионефти, насыщенных бионефтью торфобрикетов по энергетической ценности близких к лучшим сортам каменного угля.

Заявляемая установка для производства электро и теплоэнергии (далее по тексту - установка), получаемых в результате термоэнергетических процессов при переработке биоресурсов (торфа и/или отходов деревообработки) относится, с одной стороны - к промышленному оборудованию для изготовления или торфяного сорбента или древесного угля, при этом в качестве сопутствующего продукта вырабатывается бионефть, с другой стороны - комплекс относится к энергетическому оборудованию. Газ, получаемый в процессе производства, обеспечивает генерирование тепловой и электрической энергии, достаточной для осуществления вышеуказанного процесса производства и для обеспечения тепловой и электрической энергией подключенных к системе потребителей. Использование двухмодульной установки позволяет обеспечить автономность ее работы.

Собственная электроэнергия обеспечивает весь производственный процесс при организации замкнутого энергетического цикла.

Известна (54) ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА (см. (19), RU, (11) 45013, (13) U1 (51) МПК 7 F23B 1/14), состоящая из газогенератора обращенного процесса, котла-утилизатора с размещенными в нем трубчатыми охладителями-очистителями грубой очистки, фильтрами тонкой очистки и ресивера и снабженная средствами контроля температуры газов в газогенераторе и ресивере, а также воды в котле, давления газов после грубой очистки и в ресивере и состава газа в ресивере. Полученный в установке газ может быть использован, например, для питания газопоршневой электростанции, а вода - для отопления и хозяйственных нужд.

Недостатком данной установки является то, что она является только энергетической установкой, и не связана с технологическими процессами, в которых выделяется энергия.

Известна установка для пиролиза древесины (см. RU (11) 2346023 (13) С 1 (51) МПК С10В 53/02 (2006.01) F23G 5/027 (2006.01)).

Данная установка для пиролиза древесины включает в себя камеру пиролиза и сушки, конденсатор, газодувку, камеру сгорания с горелочным устройством, газогенераторную топку, напрямую соединенную с внутренним объемом камеры пиролиза. Эта камера пиролиза расположена в камере сгорания над горелочным устройством и образует с ней два прямоугольных канала; камера сгорания соединена воздуховодом с камерой сушки, при этом имеется возможность регулируемого отбора избытка смеси пиролизного и генераторного газа из нагнетательной линии газодувки.

Недостатком данной установки является то, что в ней не полностью используется выделяющаяся в процессе пиролиза энергия. Достоинство данной установки в том, что полученный в установке разогретый газ используется только для дополнительной сушки древесины, а вода - для отопления и хозяйственных нужд. Поскольку в данном случае процесс пиролиза является прерывным и время работы носит сменный характер, в этой установке имеются большие потери энергии, связанные с запуском и окончанием процесса пиролиза.

Известны случаи использования СВЧ установок в технологических процессах (см. (19) RU (11) 2129584 (13) С1 (51) МПК 6 C10G 15/12, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНОГО ТОПЛИВА).

Но при проведении патентного поиска не выявлено энергетических установок, вырабатывающих одновременно элекро- и теплоэнергию при практически полной утилизации энергии, полученной в ходе выполнения технологического процесса пиролиза торфа и/или отходов деревообрабатывающего производства (измельченной древесины, опилок и т.д.) с использованием СВЧ- установки.

Технический результат от использования заявляемой установки - рациональное использование всей энергии, генерирующейся в установке: «линия загрузки - энергетический генерирующий модуль (пиролизная установка/котел-утилизатор) - теплообменник - двигатель-генератор».

Поскольку установка предназначена для использования в автономном режиме, и учитывая, что работы по производству сорбента /древесного угля ведутся посменно и сезонно, то имеется необходимость изменять количество вырабатываемой энергии за счет использования запараллеленных между собой генерирующих модулей различной мощности, работающих поочередно в зависимости от требуемого количества электроэнергии.

Модуль для обеспечения технологического процесса получения сорбента/угля использует пиролизную установку с встроенным СВЧ-магнетроном. Его параметры задаются объемом перерабатываемого биосырья. Приведенный ниже по тексту ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ заявляемой установки обосновывает получение товарной продукции при максимальном режиме работы с электрической мощностью 500 кВт в час.

Менее мощный модуль выполнен на базе котла-утилизатора. Этот модуль служит для первоначального запуска всей установки, а также используется в работе в часы минимальных энергетических нагрузок предприятия и его инфраструктуры.

Описание энергетической установки.

Заявляемая установка, работающая на низкокалорийном топливе - торфе и/или отходах деревообрабатывающего производства состоит из:

камеры предварительной сушки сырья/топлива, транспортера подачи сырья/топлива; газогенератора; двигателя-генератора; насосов; линии подачи газа на двигатель-генератор; вентилятора; теплообменника.

В установке имеются два газогенерирующих модуля, включающихся в работу в зависимости от потребностей производства в тепло-электро энергии, а именно:

Модуль А - котел-утилизатор;

Модуль Б - пиролизная установка, где используется СВЧ-магнетрон. Общим оборудованием для обоих газогенерирующих модулей является камера предварительной сушки сырья/топлива, транспортер для подачи топлива, теплообменник, блок очистки и охлаждения газов, вентилятор, насосы для перекачивания воды в гидросистеме, линия подачи газа и двигатель-генератор.

Функциональная схема установки приведена на ФИГУРЕ, где

1 - камера подготовки сырья, состоящая из камеры предварительной сушки сырья/топлива и транспортера подачи сырья/топлива;

2 - энергетический модуль для получения горячего газа, как источника тепловой энергии и топлива для выработки электроэнергии:

2А - котел-утилизатор;

2Б - пиролизная установка, в которой используется СВЧ - магнетрон;

3 - теплообменник, в состав которого входят насосы для перекачивания воды в гидросистеме;

4 - фильтры грубой очистки;

5 - фильтры тонкой очистки;

6 - модуль-вентилятор;

7 - линия подачи неочищенного газа;

8 - линия подачи очищенного газа;

9 - двигатель-генератор;

10 - линия подачи электроэнергии;

11 - линия забора избыточного газа на подготовку сырья. Описание работы.

Получаемый после котла-утилизатора или пиролизной установки газ подается при помощи модуль-вентилятора в теплообменник, где предварительно охлаждается, после чего проходит через систему фильтров грубой и тонкой очистки. Очищенный таким образом газ подается (как топливо), для работы двигателя-генератора.

Запуск энергетической установки начинается с растопки котла-утилизатора (модуля А). При этом функционирование всех энергопотребляющих элементов комплекса производится от внешних источников, либо от двигатель-генератора. работающего на дизельном топливе. После получения качественного генераторного газа осуществляется переход двигатель-генератора в режим работы на газе.

Товарной продукцией при работе котла-утилизатора являются: тепло и электроэнергия. Расход топлива модуля А не превышает 1,5 кг на 1 кВт×час. Электроэнергия, вырабатываемая модулем А используется в ночном/выходном режиме работы предприятия, а также для запуска пиролизной установки с применением СВЧ-энергии.

Пиролизная установка с использованием СВЧ-энергии - модуль Б - запускается в работу в рабочие смены для производства товарной продукции предприятия в полном объеме, а именно: тепло- и электроэнергия/сорбент/древесный уголь, в зависимости от вида сырья, а также бионефть, которая получается как дополнительный продукт, и может быть использована для пропитки выпускаемых предприятием торфобрикетов, что существенно повышает энергетические характеристики торфобрикета (становятся близкими к каменному углю).

Выработанной модулем Б собственной электроэнергии достаточно для обеспечения производственного цикла, а получаемая теплоэнергия отводится от теплообменника и подается на отапливание производственных помещений.

Расход сырья/топлива при работе модуля Б не превышает 0,8 кг на 1 кВт×час электроэнергии. Количество вырабатываемого газа должно обеспечивать работу двигатель-генератора электрической мощностью 500 кВт. Базовым элементом двигатель-генератора являются двигатели ЯМЗ-236 или ЯМЗ-238.

На предприятии предусмотрен двухсменный режим работы в течении рабочих суток, в связи с чем модули А и Б работают поочередно. Модуль А используется в ночном и выходном режиме работы для обеспечения предприятия необходимым минимумом э/энергии. Модуль Б - в максимальном рабочем режиме в течение двух рабочих смен.

Ниже приводится ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ заявляемой установки:

При расчете учитываются следующие факторы:

- установка работает круглосуточно в три смены в следующем режиме: в рабочие дни -две смены в режиме максимума = 500 кВт/час и ночная смена с усредненной мощностью по часам смены = 50 кВт/час, в выходные дни - все три смены = 50 кВт/час;

Ожидаемый результат реализации:

- Реализуется электроэнергия, бионефть, сорбент или древесный уголь, а именно в количестве:

- электроэнергия (сэкономленная) в квартал - 561600 кВт×час, в год - 2246400 кВт×час;

- торфосорбент/у голь в квартал - 4,8 тн, в год - 19,2 тн;

- бионефть в квартал - 6,3 тн, в год - 25,2 тн.

Данная энергетическая установка должна стать основой в реализации региональной программы обеспечения электро- и теплоэнергией удаленных потребителей.

1. Установка для производства электро- и теплоэнергии из биоресурсов - торфа и/или отходов деревообработки, работающая на низкокалорийном топливе - торфе или отходах деревообработки, имеет в своем составе камеру предварительной сушки сырья/топлива, транспортер подачи сырья/топлива; газогенератор; двигатель-генератор; насосы для перекачивания воды в гидросистеме; линию подачи газа на двигатель-генератор; модуль-вентилятор; теплообменник, отличающаяся тем, что в качестве газогенератора используются два связанных между собой модуля, обеспечивающих замкнутый энергетический цикл - пиролизная установка и котел-утилизатор, где общим оборудованием для обоих энергетических модулей является камера предварительной сушки топлива, транспортер для подачи топлива, блок очистки и охлаждения газов, модуль-вентилятор, теплообменник, линия подачи газа и двигатель-генератор.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в состав теплообменника входят фильтры грубой и тонкой очистки.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве топливного элемента используется СВЧ-магнетрон.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электропитание камеры подготовки топлива, вентилятора, насосов для перекачивания воды в гидросистеме осуществляется от двигателя-генератора.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в рабочем режиме пиролизная установка автономно вырабатывает количество тепловой и электрической энергии, необходимое для собственных нужд и для подключенных потребителей.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что котел-утилизатор автономно вырабатывает количество тепловой и электрической энергии, необходимое подключенным потребителям, в том числе достаточное для запуска СВЧ-магнетрона пиролизной установки.