-
+86-28-62631188
+86-28-62631188
Когда говорят про сжигание с газификацией биомассы, часто представляют что-то вроде магии: закинул щепу, получил газ и чистую энергию. На деле же, особенно в наших реалиях с влажными отходами лесопереработки или сельхозотходами, процесс куда капризнее. Много раз видел, как проекты спотыкались именно на этом романтичном представлении, забывая про смолы, про зольность и про то, что газогенератор — не котел, ему нужен особый подход к подготовке сырья и управлению процессом.
Если грубо, то сжигание — это прямое окисление топлива для получения тепла. А сжигание с газификацией — это двухэтапный процесс. Сначала в условиях недостатка кислорода биомасса разлагается с выделением генераторного газа (в основном CO, H2, CH4), а потом этот газ дожигается. Ключевая разница — в контроле. В обычной топке все идет одним потоком, а здесь нужно разделить зоны пиролиза и окисления, плюс уловить тот самый синтез-газ. Именно это разделение и дает выигрыш в эффективности и чистоте выбросов, но и добавляет головной боли.
Частая ошибка — пытаться загружать в установку все подряд без сортировки. Кора, опилки, щепа разной фракции и влажности ведут себя по-разному. Для стабильного процесса газогенерации нужна относительно однородная фракция и влажность не выше 20-25%, а лучше 15%. Иначе вместо генерации газа получаем коксование, забивание колосников и резкое падение эффективности. Приходилось сталкиваться с ситуациями, когда из-за плохой подготовки сырья установка работала вполсилы, а клиент грешил на технологию.
Тут как раз видна ценность комплексного подхода, когда производитель отвечает не только за ?железо?, но и за всю технологическую цепочку. Например, у компании ООО Сычуань Тяньюаньрен Технология (сайт: https://www.tyrhb.ru), которая позиционирует себя как предприятие, объединяющее НИОКР, производство и строительство в сфере экологических технологий, в производстве есть отдельные цеха для изготовления печных конструкций, оборудования предварительной сортировки и систем газоочистки. Это логично — проблемы часто кроются на стыках, и если один поставщик делает печь, другой — сортировку, а третий — очистку газов, то при неудаче начинается перекладывание ответственности.
Можно иметь самую совершенную газогенераторную установку, но если сырье подготовлено кое-как, результат будет плачевным. Основные моменты — это дробление/измельчение до нужной фракции и сушка. Для большинства установок оптимальный размер частиц — от 20 до 80 мм. Меньше — они уплотняются, нарушая проход воздуха/газа, больше — не успевают пройти пиролиз полностью.
Сушка — отдельная история. Естественная сушка под навесом требует времени и больших площадей. Использовать для этого тепло от самой установки — идея здравая, но это усложняет систему. Часто проекты экономят именно на этом узле, рассчитывая на ?усредненные? показатели влажности сырья, которые в реальности, особенно в осенне-зимний период, оказываются гораздо выше. Результат — нестабильный газ, низкая температура в зоне газификации и, как следствие, повышенное образование смол и конденсатов, которые убивают оборудование.
По опыту, инвестиции в качественную линию подготовки, включающую сушильный барабан с точным контролем влажности на выходе, окупаются очень быстро за счет стабильности работы основного агрегата и снижения расходов на его обслуживание. Это тот случай, когда скупой платит дважды.
Конструкция газогенератора определяет все. Прямоточные, обратноточные, с флюидизированным слоем — у каждого свои плюсы и минусы для разных типов биомассы. В наших проектах чаще применялись обратноточные схемы для относительно крупной и влажной щепы. Они прощают некоторые огрехи в подготовке, но требуют более сложной системы очистки газа на выходе, так как газ уходит через зону подсушки и пиролиза, захватывая летучие продукты.
И вот здесь критически важна конечная стадия — очистка отходящих газов. Генераторный газ после камеры газификации содержит пыль, частицы сажи, смолы и прочую ?радость?. Если это все пустить прямо в горелку для дожига, КПД упадет, а срок службы горелки сократится в разы. Нужен целый каскад очистки: циклон для грубой очистки, скруббер, возможно, фильтр тонкой очистки.
В этом контексте подход, когда одно предприятие, как упомянутое ООО Сычуань Тяньюаньрен Технология, проектирует и производит и печь, и системы газоочистки в рамках одной технологической цепочки, выглядит обоснованно. Инженеры, которые рассчитывали газогенератор, знают, какой именно состав и температура газа пойдут на выходе, и могут точно подобрать или спроектировать систему очистки под эти параметры. Это снижает риски нестыковок, когда купленная ?на стороне? система очистки не справляется с реальной нагрузкой.
Самая большая головная боль в сжигании с газификацией биомассы — это конденсация смол. Они образуются при низкотемпературном пиролизе и если не обеспечить достаточно высокую температуру в активной зоне (выше 800-900°C для многих типов древесины), то эти смолы конденсируются в газоходах, в фильтрах, везде. Они липкие, абразивные и очень сложно удаляются. Чистка системы от смол — это долгие и дорогие простои.
Борются с этим, во-первых, поддержанием оптимального температурного режима, что зависит и от конструкции, и от качества сырья. Во-вторых, применяют различные катализаторы или специальные конструктивные решения в зоне восстановления для крекинга смол. Но универсального решения нет, под каждый тип сырья нужно немного подстраиваться.
Вторая проблема — зола и шлак. Зольность биомассы, особенно сельскохозяйственной (солома, шелуха), может быть высокой. Если зола плавится и образует шлак, она может спекаться на колосниках, блокируя их. Нужны системы шлакоудаления, иногда с водяным охлаждением. Опять же, это нужно закладывать в конструкцию изначально, а не пытаться прикрутить потом.
Технология сжигания с газификацией — не панацея. Она оправдана там, где есть постоянный и значительный объем однородной биомассы, которую иначе утилизировать дорого или невозможно. Например, на лесопилках, деревообрабатывающих комбинатах, крупных сельхозпредприятиях. Для мелкого фермера с разрозненными отходами сложность и стоимость установки, скорее всего, не окупятся.
Ключевые статьи экономии — замещение дорогих энергоносителей (природного газа, дизеля, угля) и утилизация отходов, за которую иначе пришлось бы платить. Но нужно честно считать все: не только стоимость оборудования, но и эксплуатационные расходы на электроэнергию для работы дробилок, сушилок, вентиляторов, зарплату обученного персонала, ремонтный фонд. Часто забывают про стоимость площадей под хранение и подготовку сырья.
Удачные проекты, которые видел, всегда были там, где был ответственный технолог на стороне заказчика, который понимал процесс и мог тонко управлять им, и где поставщик оборудования не просто ?продал и забыл?, а обеспечил качественный пусконаладку и обучение. Это как раз та область, где сервис и техническая поддержка значат не меньше, чем характеристики самой установки.
Технология сжигания с газификацией биомассы у нас, конечно, будет развиваться, особенно на фоне внимания к ВИЭ и циркулярной экономике. Но ее ниша, на мой взгляд, останется достаточно специфической — крупные источники однородных отходов. Массового распространения на уровне небольших котельных, как в Европе, у нас в ближайшее время не предвидится — слишком много ручного управления и требований к сырью.
Перспективы вижу в дальнейшей автоматизации, особенно в системах контроля и адаптивного управления процессом под меняющуюся влажность и фракцию сырья. И, конечно, в интеграции с другими процессами — например, использование полученного тепла не только для отопления, но и для сушки того же сырья в замкнутом цикле или для выработки электроэнергии на мини-ТЭЦ.
Главное — избавиться от иллюзии простоты. Это сложная инженерная система, требующая комплексного подхода от подготовки сырья до очистки выхлопа. И успех приходит тогда, когда все звенья этой цепи, от проектирования до ежедневной эксплуатации, работают слаженно. Как в том комплексе, который предлагает ООО Сычуань Тяньюаньрен Технология, охватывая и НИОКР, и производство основных узлов, и строительно-монтажные работы. В такой модели хотя бы минимизируются риски, связанные с нестыковкой оборудования от разных производителей, что уже половина успеха.
