СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПУТЕМ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
METHOD OF PRODUCING HEAT AND ELECTRIC ENERGY BY COMPLEX PROCESSING OF WASTES

Изобретение относится к области энергетики и экологии, в частности к комплексной переработке биоотходов с генерацией горючего газа и последующей выработкой тепловой и электрической энергии для снабжения предприятий АПК. Аккумулирование энергии топлива осуществляется путем переработки отходов и хранения получаемого твердого топлива в виде пеллет.
Известен комплекс для переработки твердых бытовых отходов (ТБО), состоящий из модуля подготовки ТБО, включающего установку для измельчения ТБО, устройство сушки и перемешивания измельченных ТБО, машину брикетирования измельченных, перемешанных и высушенных ТБО, склада ТБО, системы транспортеров, системы газификации ТБО, системы очистки генераторного газа, силовой энергетической установки (Патент РФ №61844, МПК F23G 5/02. опубл. 10.03.2007 г., бюл. №7).
Недостатком комплекса является невозможность переработки жидких отходов, то есть неполная переработка и утилизация отходов.
Наиболее близким является способ переработки отходов с использованием рекуперации и аккумулирования энергии (Патент РФ №2446112, МПК C02F 9/00, C02F 11/00, В09В 3/00, опубл. 27.03.2013, бюл. №9), заключающийся в комплексной переработке сточных вод и органического мусора посредством регенерации биогаза и очистки нефтесодержащих вод, с последующим сжиганием для использования полученной при сгорании теплоты в целях энергоснабжения, аккумулирование энергии осуществляется электролитическим разложением воды и хранением с последующим сжиганием газообразного водорода. Способ реализуется на станции, состоящей из двух функциональных комплексов - перерабатывающего и энергетического. Первый комплекс служит для предварительной подготовки отходов к обработке с последующей их переработкой. В энергетический комплекс входят тепло и электрогенерирующие устройства, в которых энергия получается за счет сжигания переработанных отходов в паровых котлоагрегатах.
Недостатком способа является необходимость применения сложного, высокотехнологического оборудования, проблема разработки эффективных и безопасных систем хранения водорода, что ставит под вопрос возможность эффективного аккумулирования энергии.
Технической задачей изобретения является повышение надежности энергообеспечения предприятий АПК за счет использования автономных энергетических комплексов.
Поставленная задача решается в способе получения тепловой и электрической энергии путем комплексной переработки отходов, содержащем подачу биоотходов на установку сортировки, где отходы разделяют в зависимости от возможности анаэробного разложения, подготавливаемый органический субстрат направляется в установку анаэробного сбраживания, где происходит генерация горючего биогаза и сопутствующих продуктов, направляемых к потребителям в виде органического удобрения, сухие отходы которые можно без подготовки сжигать, и отходы, не поддающиеся анаэробному разложению, которые прессуют, складируют и подают на дальнейшую переработку, отличающийся тем, что вырабатываемый биогаз, пройдя узел очистки, поступает в узел топливозамещения для питания когенерационных установок, вырабатывающих из него тепловую и электрическую энергии для потребителей, отходы, не поддающиеся анаэробному разложению в зависимости от исходной влажности массы, подвергаются обезвоживанию и (или) сушке и гранулированию, а полученные пеллеты поступают на склад, откуда направляются в линию газификации, где в газогенераторе из них вырабатывается синтез-газ, который, пройдя узел очистки, поступает в узел топливозамещения для питания когенерационных установок, также для выработки синтез-газа непосредственно в газогенератор подаются сухие отходы, не требующие предварительной подготовки, кроме того, в период пикового увеличения потребления тепловой энергии предусмотрено включение пикового твердотопливного котла, который обеспечивает покрытие пиковой мощности и регулирование тепловой нагрузки системы теплоснабжения, используя запасы пеллет, хранящихся на складе.
Способ реализуется на автономном энергетическом комплексе, число и назначение функциональных единиц которого обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи. Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную переработку отходов с последующим получением тепловой и электрической энергии для автономного энергообеспечения, с выходом конечных продуктов переработки в виде эффлюента метанового брожения биоотходов, и зольного остатка газификации твердых биоотходов, что способствует улучшению экологической обстановки.
На чертеже представлена структурная схема автономного энергетического комплекса, выполненная в виде прямоугольников в качестве графических обозначений элементов комплекса, функционально связанных линиями движения поступающих отходов, продуктов переработки, электрической и тепловой энергии, и выхода побочных продуктов. Элементы комплекса сгруппированы в два отдельных и последовательно связанных блока: перерабатывающий и энергетический.
Энергетический блок комплекса состоит из вырабатывающих тепловую и электрическую энергию модулей когенерационных установок 1 (КУ) на основе поршневых двигателей внутреннего сгорания, агрегатированных с электрогенераторами трехфазного переменного тока и работающих на горючем газе, поступающем от перерабатывающего блока в узел топливозамещения 2, и из пикового твердотопливного котла 3 (КА), получающего твердое топливо (пеллеты 16) через узел подачи и дозирования 4 со склада 13.
Перерабатывающий блок комплекса представляет собой систему газификации сырья, состоящую из биогазовой установки 6 (БГУ), узлов сортировки отходов 10, подготовки биоотходов 5 и узла очистки получаемого биогаза 7, газогенератора 8 (ГГ) с узлом очистки синтез-газа 9, установки по обезвоживанию и сушке 11 (ОСУ), гранулятора 12 и склада пеллет 13.
Внешние связи перерабатывающего блока отражены линиями вырабатываемого горючего биогаза 14 и синтез-газа 15, потоком твердого топлива - пеллет 16 и выходом побочных продуктов переработки - эффлюента и зольного остатка газификации. В свою очередь, тепловая и электрическая энергия, вырабатываемая энергетическим блоком, направляется потребителям, часть сгенерированной электроэнергии 17 идет на обеспечение собственных нужд, а часть вырабатываемой тепловой энергии 18 - на обеспечение технологических процессов переработки биоотходов.
Предлагаемый автономный энергетический комплекс в соответствии с принципиальной схемой, представленной на чертеже, работает следующим образом.
Принимаемые на переработку разного рода отходы, вырабатываемые в процессе деятельности предприятий АПК, поступают на сортировочный узел 10, где в зависимости от возможности анаэробного разложения биоотходы поступают в узел подготовки биоотходов 5, откуда подготовленный субстрат направляется в БГУ 6, где в процессе метанового брожения биоотходов вырабатывается биогаз, который, пройдя узел очистки 7, поступает в узел топливозамещения 2 для питания КУ 1, вырабатывающей из него тепловую и электрическую энергии для потребителей. Кроме того, в процессе переработки биоотходов в БГУ 6 образуется остаточный продукт - эффлюент, который может использоваться как органическое удобрение.
Те отходы, которые не поддаются анаэробному разложению, направляются в линию газификации отходов, где в зависимости от исходной влажности массы подвергаются обезвоживанию и (или) сушке в ОСУ 11 и гранулированию в грануляторе 12, а полученные пеллеты поступают на склад 13. Газогенератор 8, работающий на твердом топливе, вырабатывает синтез-газ, который, пройдя узел очистки синтез-газа 9, поступает в узел топливозамещения 2 для питания КУ 1. Узел топливозамещения 2 предназначен для переключения работы КУ с биогаза 14 на синтез-газ 15 в периоды прекращения или снижения выработки биогаза. В период пикового увеличения потребления тепловой энергии (зимний период) предусмотрено включение пикового твердотопливного котла 3, который обеспечивает покрытие пиковой мощности и регулирование тепловой нагрузки системы теплоснабжения, используя запасы пеллет 16, хранящихся на складе 13, которые подаются с помощью механизированной системы подачи и дозирования 4.
Комплекс полностью обеспечивает питание электропривода узлов и механизмов перерабатывающего и энергетического блока, подавая электроэнергию 17 на собственные нужды. Также часть вырабатываемой тепловой энергии 18 идет на обеспечение технологических процессов переработки биоотходов - сушку и поддержание температурного режима БГУ.
В целях обеспечения автономности, энергонезависимости и надежности энергоснабжения в предлагаемом энергетическом комплексе предусмотрено аккумулирование энергии топлива, осуществляющегося путем хранения пеллет, запас которых накапливается в период снижения отпуска тепловой и электрической энергии потребителям. Избыточная энергия, генерируемая в эти периоды, направляется на увеличение производительности линии по производству пеллет.
Таким образом, автономный энергетический комплекс для предприятий АПК полностью независим от централизованных сетей электро- и теплогазоснабжения и имеет высокую степень надежности за счет внутреннего топливозамещения и аккумулирования энергии топлива.