КОМПЛЕКС ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПЕРЕРАБОТКИ БИОМАССЫ

Предлагаемая полезная модель относится к использованию различных видов биомассы и местных топливно-энергетических ресурсов, в частности низкосортных углей, торфа, промышленных, в т.ч. древесных, и твердых бытовых отходов в энергетике, преимущественно в распределенной малой энергетике, для получения искусственных твердого, жидкого, газообразного топлив, а также электро- и теплоэнергии.
Известен комплекс безотходной переработки твердых бытовых и производственных отходов, содержащий модуль газификации отходов и теплоэнергетический модуль, соединенный с модулем газификации (RU 37500 U1, свидетельство на полезную модель «Комплекс безотходной переработки твердых бытовых и твердых производственных отходов», МПК B65F 5/00, аналог).
Недостатком этого комплекса является отсутствие в нем устройств производства электроэнергии.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является комплекс энерготехнологический для переработки бурого угля, включающий газификатор, предназначенный для производства генераторного газа, газопоршневой энергоблок для производства электрической энергии, программатор с компьютером, соединенным с исполнительными механизмами всех составляющих комплекса с измерительной аппаратурой и предназначенный для управления режимами работы всех устройств комплекса (RU патент 2421501, МПК F22B 33/18, С10В 49/00, прототип).
Недостатком этого комплекса является ограниченность его функциональных возможностей при применении для целей распределенной энергетики, использующей местные топливно-энергетические ресурсы.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу расширения функциональных возможностей комплекса для целей распределенной энергетики, использующей местные твердые топлива, такие как отходы лесозаготовок и лесопереработки, растениеводства, птицеводства, торф и другие.
Поставленная техническая задача решается тем, что комплекс энерготехнологический многофункциональный переработки биомассы, включает газификатор, предназначенный для производства генераторного газа, газопоршневой энергоблок для производства электрической энергии, программатор с компьютером, соединенным с исполнительными механизмами всех составляющих комплекса с измерительной аппаратурой и предназначенный для управления режимами работы всех устройств комплекса, причем комплекс содержит устройство грубого измельчения биомассы, устройство тонкого измельчения биомассы, устройство пеллетизации тонко измельченной биомассы с получением биопеллет, устройство торрефикации биопеллет, устройство синтеза жидких топлив, а также линии распределения электроэнергии на все устройства и линии подачи отработанных газов энергоблока в газификатор и устройство торрефикации.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется схемой, показанной на фиг.1.
Комплекс содержит устройство 1 грубого измельчения, устройство 2 тонкого измельчения, пеллетизер 3, торрефикатор 4, газификатор 5, газопоршневую мини-ТЭЦ 6, линию 7 распределения электроэнергии на все устройства комплекса, линию 8 подачи отработанных газов, программатор 9.
Возможны два варианта работы комплекса. Для каждого варианта программатор через компьютер по инсталлированной в нем программе выдает команды исполнительным механизмам (например, дроссельным заслонкам, клапанам и другим элементам системы управления), которые устанавливают задаваемый вариант работы комплекса с соответствующими материальными и энергетическими потоками. Ниже приводятся примеры работы комплекса по двум вариантам.
1. Вводные условия: в качестве биомассы используется высоковлажная древесная щепа. В газификаторе нагрев щепы происходит в объеме слоя щепы газифицирующим агентом.
Требуется получить торрефицированные пеллеты тепловую и электрическую энергию.
Примерный алгоритм работы программы:
устройство грубого измельчения и устройство синтеза жидкого топлива не работают. В двигатель мини-ТЭЦ 6 подается топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха α>1, задаваемым программатором 9. Часть щепы подается в устройство тонкого измельчения, тонко измельченная щепа подается в пеллетизер, пеллеты из пеллетизера подаются в торрефикатор. Оставшаяся часть щепы подается в газификатор 5, в котором имеется сушилка. В газификаторе реализуется технология теплопередачи в объеме газифицируемого материала, т.е. не через стенки реактора, как это требуется в аллотермических технологиях для получения синтез-газа, состоящего в основном из водорода и монооксида углерода. Отработанные кислородсодержащие высокотемпературные газы мини-ТЭЦ подаются по линии 8 на вход газификатора 5, где они делятся на два потока: один направляется на формирование сушильного агента, в другой подается некоторое количество газов, получаемых в газификаторе. При сгорании газов происходит «дожигание» кислорода, которое содержится в отработанных газах при α>1, подогретые газы подаются в слой подсушенной щепы, которая пиролизуется с выделением паров смолистых веществ, которые сгорают, обеспечивая компенсацию эндотермических эффектов газификации. Основная часть получаемых газов подается в цилиндры двигателя мини-ТЭЦ 6, обеспечивая получение электрической и тепловой энергии. Некоторая часть электроэнергии распределяется по линии 7, обеспечивая работу устройств внутри комплекса, а большая часть и теплоэнергия направляются внешним потребителям.
2. Работа комплекса по полному циклу.
Вводные условия: в качестве биомассы используются отходы лесозаготовок: ветки, сучья, кора и т.д. Требуется получить торрефицированные пеллеты, жидкое топливо, электрическую и тепловую энергию.
2
Весь биоматериал подвергается грубому измельчению, (возможно, с одновременной сушкой). Часть щепы, получающейся после грубого измельчения, подается в газификатор, оставшаяся часть подвергается тонкому измельчению с последующей пеллетизацией. Пеллеты подаются в торрефикатор. Теплоноситель для процесса торрефикации с заданной температурой в диапазоне 250÷300°C формируется из отходящих газов мини-ТЭЦ, которая работает в когенерационном режиме. Торрефицированные пеллеты направляются на складирование. Газификатор работает по аллотермической технологии газификации с теплопередачей через стенки или с использованием теплоты экзотермической реакции дисперсного алюминия или силумина с водяными парами. На выходе аллотермического газификатора получается синтез-газ (СО и Н), который подается на синтез жидкого топлива по процессу Фишера-Тропша. Некоторая часть синтез-газа используется в качестве топлива газопоршневой мини-ТЭЦ. Более экономичным вариантом является введение в состав второго газификатора, работающего по схеме п.1. Таким образом, комплекс вырабатывает торрефицированные пеллеты, пригодные для длительного хранения и перевозки, жидкое топливо, электрическую и тепловую энергию.
Комплекс может быть востребованным в регионах с неразвитой энергетической инфраструктурой, где слишком дорого или даже невозможно подключение к централизованной энергосистеме. Экономические преимущества особенно очевидны при использовании местных энергоресурсов.