иГАЗИФИКАЦИЯ
И ПИРОЛИЗА НА БИОМАСА
Има няколко
начина да направим използваема енергията съдържаща се в биомасата - от
директното изгаряне до газификация и пиролиза.
Директното
изгаряне е най-стария метод за използване на биомасата. Биомасата цялостно
се трансформира в топлина, но ефективноста е много малка.
Газификацията
и пиролизата предлагат максимално разлагане и цялостно трансформиране на
биомасата преди нейното изгаряне.
Пиролизата
и газификацията, подобно на изгарянето, са начини за оползотворяване на
отпадъците чрез термична обработка.
Защо
пиролиза или газификация ?
Повишават възможностите
за рециклиране
Пиролизата и газификацията
предлагат повече възможности за извличане енергийни продукти от отпадъци,
отколкото изгарянето.
По-висока ефективност и
принос в намаляване глобалното затопляне
Газификацията може да бъде
използвана заедно с газов двигател или турбина за постигане по-висок преобразуващ
ефект при производство на електричество, отколкото използването на конвекционалните
горива.
Чрез замяна на конвекционалните
горива, технологията на пиролиза и газификация на отпадна биомаса може
да помогне за постигане и осъществяване задълженията съгласно Киото протокола,
чрез използване енергия от възобновяеми енергийни източници.
Какъв
тип отпадъци могат да се използват ?
Много широк диапазон от
материали могат да бъдат използвани при газификация и пиролиза на биомаса.
Днес основното приложение
е:
Оползотворяване селскостопански
и горски отпадъци
Домакински и търговски отпадъци
Избора на правилната технология
за извличане на енергията от различен тип биомаса е и най-важната стъпка
за изгодна инвестиция.
Основно биомаса подходяща
за термохимична конверсия са дървесина и дървесни отпадъци, енергийни растения,
агробиомаса от селското стопанство.
Основни технически критерии
са влагосъдържанието, съдържание на пепел и калоричност.
Основни икономически критерии
са разходите за производство, събиране и транспорт, както и възможни количества.
Не на последно място е максималното и ефективно използване на получената
енергия.
ОСНОВНО ОПИСАНИЕ ПРОЦЕСА
ПИРОЛИЗА НА БИОМАСА
Има различни
видове процеси пиролиза на биомаса: такива като стандартна, мигновенна
или бърза, което зависи от параметрите на реакция.
Ниската температура на процеса
при по-продължително време на изпаряване е предпоставка за добиване на
въглища.
Високата температура при
продължително време на процеса е предпоставка за увеличаване преобразуването
на биомасата в газ.
Умерената температура с
кратко време на изпаряване е оптимална за производство на течности.
и
|
Метод
|
Условия на процеса
|
Течност
|
Пепел
|
Газ
|
| иБърза
пиролиза |
иСредна
температура,
икратко
време на процеса, частично изпарение |
75%
|
12%
|
13%
|
| иОвъгляване |
иНиска
температура, много продължителен процес |
30%
|
35%
|
35%
|
| иГазификация |
иВисока
температура, продължителен процес |
5%
|
10%
|
85%
|
и
Продукти (суха база биомаса)
получавани при различни методи на пиролиза
Типичния пиролизен процес
може да бъде описан както следва:
Биомасата предварително
се раздробява на малък размер и изсушава за да имаме пълен контрол над
процеса.
Така подготвената биомаса
се подава в реактора с малко въздух да се възпламени част от нея или топлоносител
/пясък или други/ доставящ необходимата топлина за процеса.
Система от циклони и газоохладители
спомагат за регенериране и извличане на продуктите.
Влагосъдържание на суровината
за пиролиза
Подаването на биомаса в
реактора за пиролизата с влагосъдържание по-малко от 16% , намалява разхода
на гориво за единица добита енергия.
Дървесната биомаса при получаването
и е със съдаржание 50%.
Пасивното сушене през лятото
може да снижи влагосъдържанието до 30%. Чрез активното сушене в силоза
може да се постигне влагосъдържание под 12%.
Сламата е със влагосъдържание
15% , а слънчогледовите люспи с 11,7%.
Дървесните стърготини и
талаш имат влагосъдържание от 20% до 25% .
Производството на пелети
изисква влага на подаваната суровина по-малко от 12%
Основно пиролизните системи
на биомаса се определят по няколко аспекта:
- подготовка и обработка
на биомасата, пиролизен процес, утилизация на продуктите и дообработка
, разходи и икономическа ефективност.
Модулна система
на биогориво за когенерация и производство на електро- и топлоенергия чрез
използване пиролизен агрегат "Agripower-SOOkWe" и вторичен когенератор
на отпадна топлина "Electratherm-30 kWe"
Описание
на системата
Системата използва
собствена разработка и патентован пиролизен агрегат във комплект с високотемпературна
топлообменна система въздух - въздух (включваща лъчисти и конвективни топлообменници)
и управляваща система на базата на PLC контролер и РС операционна програма.
За процеса
на пиролиза се използва доказаното и добре проучено "кипящо" огнище и газотурбинни
технологии в комбинация с "отворен" цикъл на Брайтон, за ефективно и сигурно
производство на електричество и много чист горещ ( 260 °С) въздух използван
за когенерация + отработени газове ( 150°С ) за допълнителна топлинна енергия,
която може да бъде използвана за изсушаване.
Уникалната
конструкция на системата разделя продуктите от изгарянето на биомасата
от газотурбинния цикъл, поради което силно снижава износването на турбината,
авариите и разходите по поддръжка.
След инсталиране
на вторичен генератор използващ отпадната топлина на отработените газове
от процеса на пиролиза, може да бъде произведена допълнително безплатна
електро- и топлоенергия.
Модулния принцип
и многофункционалноста на подбраните съоръжения позволява поетапна комплектовка
в различни варианти на изпълнение, а именно:
-
базова система включваща:
предварителна горивоподготовка
(раздробяване, смилане, сушене) и подаване на биомасата до двупаралелно
захранващ силоз ; модулен агрегат за пиролиза на биомаса и производство
на електроенергия и топъл въздух за когенерация;
вторичен когенератор оползотворяващ
отпадната топлина за производство на електро- и топлоенергия
-
вариант двупаралелна система за производство на електроенергия, включващ:
предварителна горивоподготовка
(раздробяване, смилане , сушене) и подаване на биомасата до двупаралелно
захранващ силоз; два паралелно работещи модулни агрегат за пиролиза на
биомаса и производство на електроенергия и топъл въздух за когенерация
+ вторичен когенератор оползотворяващ отпадната топлина за производство
на електро- и топлоенергия
-
вариант двупаралелна система за производство на електроенергия и пелети,
включваща:
предварителна горивоподготовка
(раздробяване, смилане, сушене) и подаване на биомасата до двупаралелно
захранващ силоз; модулен агрегат за пиролиза на биомаса и производство
на електроенергия и топъл въздух за когенерация + вторичен когенератор
оползотворяващ отпадната топлина за производство на електро- и топлоенергия;
паралелна система за производство на пелети от слама, слънчогледови люспи,
стърготини, талаш
Топлинната енергия
може да бъде използвана като напълно безплатен енергиен източник за подгряване
на вода или изсушаване на различни продукти, а също и предварително изсушаване
на много влажна биомаса преди използването й като биогориво или материал
за пелети.
Системата може
да работи с повечето видове биомаса като гориво:
- селскостопански отпадъци
( слама, стебла, черупки, слънчогледови люспи );
- дървесна биомаса (чипс,
кори, пелети);
- промишлени отпадъци (отпадъци
от обработката на дърво, хартия, картон и др).
Предимства
на системата
•
Чрез
възможността за използване на многообразен вид отпадъчна биомаса, безплатно
или на много ниска цена, заменя високо струващите традиционни горива за
производство на необходимата енергия.
•
Системата
е лесна за управление, конструирана е да работи на открито и закрито.
•
Може
да бъде управлявана от нискоквалифициран персонал.
•
За
разлика от слънчевите и вятърни технологии, тя може да произвежда електричество
24 часа, 7 дена в седмицата.
•
Напълно
автоматизираната система с непрекъснат PLC контрол на процеса за управление
работата на отделните агрегати, поради което обслужващия персонал е сведен
до минимум.
•
Вградена
система от шнекове автоматично отделя негоримите примеси като камъни, пирони,
винтове.
•
Единствено
необходимият човешки труд е за следене безавариината работа на съоръженията.
•
Системата
е екологична и ефективна - високите температури и уникалната конструкция
практически изпаряват биомасата и тя напълно изгаря, като се отделя малко
пепел. Високата температура също изгаря някои летливи химикали, които могат
да бъдат върху (или в) дървото - бои, лакове, импрегнанти. Някои материали
след природни бедствия (от горския фонд, от разрушени сгради, от жп. линии
) могат да бъдат използвани като гориво, като се прекарат през дробилка
и чрез добавяне на евтин скрубер,
който улавя и остранява
неизгорелите материали.
•
Системата
има вграден циклон, който практически улавя всички летящи частици, така
че те не се изхвърлят в атмосферата.
•
Системата
е създадена на модулен принцип с цел поетапно изграждане и възвращаемост
на вложените инвестиции, което я прави гъвкава и акумулираща инвестиции
сама за себе си.
•
Използва
почти всички видове дървесна и агробиомаса,
•
Едно
от най-добрите горива са всякакви отпадъци след прибиране на реколтата
от културите, отглеждани в даден регион.
•
Значителни
спестявания от цената на горивото в сравнение с цените на течните горива.
Изчислено е, че една система с мощност 300 kW/h, спрямо подобна система
на течно гориво се изплаща за около две години, а за времето на своята
работоспособност ( 20 години) ще реализира икономии в размер 10 до 15 милиона
долара.
•
Поради
високата температура на изгаряне почти няма въглеродни емисии.
•
Дава
възможност за допълнителна когенерация за производство на допълнителна
електро- и топлинна енергия за промишлени нужди.
•
Лесна
за експлоатация, дистанционен мониторинг на параметрите. Системата е проектирана
за управление от неквалифициран оператор, напълно автоматично стартиране
и управление по врема на работа.
•
Проверена
и надеждна технология на горивния процес. Уникалната конструкция на горивната
камера отделя горивните газове от газотурбинния кръг, като по този начин
се намалява износването на турбинния агрегат и се увеличава неговият живот.
•
Модулен
тип даващ възможност за поетапно изграждане и разширение, включително и
възможност за производство на биогориво пелети слама, слънчогледови люспи,
стърготини, талаш.
Системата е
изградена на принципа на отделни модули , което изключително облекчава
монтажа на място.
След монтиране на модулите
върху равна твърда площадка, тя може да започне да функционира.
Може да изгаря между 200
и 450 kg/h биомаса , включително такава с висока влажност - до 40%.
На всеки 4
енергийни единици подадено гориво, системата произвежда:
-
една
енергийна единица електричество,
-
една
енергийна единица топлина за когенерация,
-
една
енергийна единица отпадна топлина,
или на 4 подадени енергийни
единици гориво на изхода се получават 3 енергийни единици - коефициент
на полезно действие 75%.
Системата използва
само 10% от произведената електроенергия за захранване на собствените си
съоръжения (вентилатори, нагнетатели, панел за управление и др. ).
ВАРИАНТИ НА НЕОБХОДИМОТО
ОБОРУДВАНЕ ПО МОДУЛИ
След анализ
на получената информация за възможни количества и видове биомаса в региона,
са изготвени варианти за производството на електро- и топлинна енергия
от отпадна биомаса. По-долу са показани основните модулни агрегата ползвани
в различните варианти на окомплектовка.
Външен вид и комплектовка
на на пиролизен агрегат за производство на електроенергия AGRIPOWER-300kWe
и

ииииииии1.
Модул горивоподаване
ииииииии2.
Модул пиролизна горивна камера
ииииииии3.Топлообменник
газове
ииииииии4.
Главно табло управление
ииииииии5.
Компютърен контрол на процеса
ииииииии6.Турбогенератор
на електроенергия
Принципна схема на действие
- генератор "ELECTRATHERM" за производство на електроенергия от отпадна
топлина
и

• Подадената
в изпарителя (evaporator) топлинна енергия, в случая отработени газове
от пиролизния агрегат "Agripower", изпарява работния течен флуид в газова
фаза.
•
Работният
флуид циркулира в затворена система. Отработените газове след изпарителя
могат да се ползват в сушилни агрегати или за предварително подсушаване
на биомаса с висока влажност.
•
Газовото
налягане в затворената система върти един двувинтов експандер, движещ генератора
за производство на
електроенергия.
•
Газта
се охлажда обратно до течна фаза в кондензатора (condenser). За извършване
на кондензирането е необходимо да се отнеме топлинна енергия. Отнемането
може да бъде с флуид вода или въздух. Получената топлоенергия може да се
ползва за отопление или в сушилни агрегати.
•
Работния
флуид се изпомпва обратно до изпарителя за следваща Фаза на изпаряване.
Модулен генератор на отпадна
топлина "ELECTRATHERM" с възможност за монтаж на открито и закрито
и
Модулна система за горивоподготовка
Транспортьор на бали + дробилка
едро смилане
и
и
Дробилка едро смилане + мелница
финно смилане
и
Циклон +СИЛОЗ+ филтър прахоочистване
и
НОРМАТИВНА БАЗА
Закон за енергетика /ЗЕ/
- чл.Зб, ал.З; чл. 62, ал. 2; чл. 162, чл. 162а, чл. 163; и по реда на:
Наредба за регулиране на
цените на електрическата енергия /обн. ДВ, бр.17от 02.03.2004, изм.
и доп. в бр. 62 от 31.07.2007
год./.
Наредба за регулиране на
цените на топлинна енергия /обн. ДВ, бр.55от 25.06.2004, изм. и доп. в
бр. 61 от 27.07.2007 год./.
Наредба № 6 от 06.09.2004
год. за присъединяване производители и потребители на елелктрическа енергия
към преносната и разпределителни мрежи.
Закон за възобновяемите и
алтернативни енергийни източници и биогорива - чл.13, чл.14, чл.15,
чл.1б, чл.17,чл.21, и по реда на:
Наредба № 16-28 от 22 януари
2008 г. за съдържанието, условията, реда и начина за предоставяне на информация
за
произведените, изкупените
и продадени количества енергия от възобновяеми и алтернативни енергийни
източници.
Наредба № 16 - 27 от 22 януари
2008 г. за условията и реда за извършване на оценка за наличния и прогнозния
потенциал на
ресурса за производство
на енергия от възобновяеми и/или алтернативни енергийни източници.
Решение на ДКЕВР от 04.06.2007
год. за производство на електрическа енергия от биомаса /обн. ДВ, бр. 74
от 24.08.2004 год./ |