RU2631450C1 - Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation - Google Patents

Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2631450C1
RU2631450C1 RU2016114315A RU2016114315A RU2631450C1 RU 2631450 C1 RU2631450 C1 RU 2631450C1 RU 2016114315 A RU2016114315 A RU 2016114315A RU 2016114315 A RU2016114315 A RU 2016114315A RU 2631450 C1 RU2631450 C1 RU 2631450C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
raw materials
steam
gasification
air
drying
Prior art date
Application number
RU2016114315A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Григорьевич Варочко
Александр Иванович Забегаев
Игорь Владимирович Тихомиров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority to RU2016114315A priority Critical patent/RU2631450C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631450C1 publication Critical patent/RU2631450C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60Processes
    • C10J3/64Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method provides for the first stage the supply of raw materials - crushed fuel biomass of various origins - and its steam-air gasification in a dense layer in a direct-process gasification reactor, while in the process of gasification in countercurrent flow of raw materials through the lower part of the gasification reactor where the accumulation and withdrawal of solid products are carried out - gasification wastes, gasifying agents - air and water vapour and/or water - are supplied to the active gasification zone by means of, for example, blowing, in the ratio necessary for the occurrence of redox reactions of gasification with the raw materials, and the resulting gasification combustible fuel gas is filtered through a layer loaded in the gasification reactor of the raw material and is discharged from its upper part for use in the second stage, including the burning of the resulting fuel gas in a steam boiler, converting heat energy of steam into mechanical energy in a thermal machine and an electric energy through the generator. Moreover, raw materials for gasification - substandard in terms of moisture content of the fuel biomass, are subjected to preliminary preparation, including drying, for which a closed loop of the working medium of the heat engine is created, in which the exhausted steam is cooled in an air condenser by atmospheric air, which is then used by forced circulation as a drying agent for convective air-heater-drying of the raw material, and the exhausted steam that has completed the phase transition, in the form of condensate, continues to circulate in a closed circuit. The raw material for drying is an optimized biofuel mixture, which is obtained by mixing raw materials from different groups characterized by different values of the biomass fuel parameters, including substandard one or several parameters. The optimized characteristic is the relative humidity of the biofuel mixture, the optimisation parameter is the composition of the mixture as the ratio of the weight fractions of the raw material species in the final mixture, and the optimality criterion is the correspondence of the relative humidity of the biofuel mixture to the optimum value providing the maximum electrical efficiency at the generator output with complete removal of external moisture from the raw material in the process of its drying.
EFFECT: increasing the efficiency of electricity production.
16 cl, 1 tbl, 4 dwg

Description

МПК F01K 17/06 - рекуперация энергии пара в паросиловых установках, например, использование отработавшего пара для сушки твердого топлива, сжигаемого в той же установкеIPC F01K 17/06 - recovery of steam energy in steam power plants, for example, the use of spent steam to dry solid fuel burned in the same installation

МПК F23G 5/00 - сжигание отходов или низкосортных топлив,IPC F23G 5/00 - incineration of waste or low-grade fuels,

5/02 - с предварительной обработкой5/02 - pretreated

5/027 - со стадией пиролиза или газификации5/027 - with the stage of pyrolysis or gasification

5/04 - сушка5/04 - drying

5/08 - с дополнительным нагревом5/08 - with additional heating

5/20 - со сжиганием во вращающихся или колеблющихся барабанах5/20 - with burning in rotating or oscillating drums

5/46 - рекуперация тепла5/46 - heat recovery

МПК F28C 3/00 - Прочие теплообменные аппараты непосредственного контактаIPC F28C 3/00 - Other direct contact heat exchangers

3/18 - …мелкораздробленный твердый материал движется во вращающихся барабанах3/18 - ... finely divided solid material moves in rotating drums

Изобретение относится к электроэнергетике на основе возобновляемых источников энергоресурсов и местных видов топлива, в частности биомассы, децентрализованному электроснабжению, а также к переработке и утилизации твердых органических, в том числе бытовых отходов.The invention relates to the electric power industry based on renewable energy sources and local fuels, in particular biomass, decentralized electricity supply, as well as to the processing and disposal of solid organic, including household waste.

Приоритетным направлением научно-технического прогресса в энергетике является создание и развитие эффективных технологий использования местных энергоресурсов, в том числе новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы, для построения устойчивой системы децентрализованного энергоснабжения, а также решения сопутствующей задачи утилизации твердых городских (бытовых) отходов.The priority area of scientific and technological progress in the energy sector is the creation and development of effective technologies for the use of local energy resources, including new types of fuel derived from various types of biomass, to build a sustainable decentralized energy supply system, as well as to solve the related problem of solid urban (household) waste disposal .

Под биомассой понимаются все виды вещества растительного и животного происхождения, продукты жизнедеятельности организмов и органические отходы, образующиеся в процессах производства, потребления продукции и на этапах технологического цикла отходов (ГОСТ Р 52808-2007. Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения), а под топливной биомассой - твердая первичная биомасса, твердые отходы переработки первичной биомассы, твердые городские (бытовые) отходы (ТБО), которые могут быть использованы в качестве энергетического сырья.Biomass refers to all types of substances of plant and animal origin, the waste products of organisms and organic waste generated in the processes of production, consumption of products and at the stages of the waste technological cycle (GOST R 52808-2007. Non-traditional technologies. Energy biowaste. Terms and definitions), and under fuel biomass - solid primary biomass, solid waste from processing primary biomass, solid urban (household) waste (MSW) that can be used as energy of raw materials.

Биомасса как энергоресурс относится к низкосортным видам топлива с высокой относительной влажностью (до 85% и более), малой энергетической плотностью, низкой теплотой сгорания, неоднородностью фракционного состава, при этом обладает следующими преимуществами по сравнению с ископаемыми углеродсодержащими видами сырья (нефть, природный газ, уголь, торф, горючие сланцы):Biomass as an energy resource refers to low-grade fuels with high relative humidity (up to 85% or more), low energy density, low heat of combustion, heterogeneity of fractional composition, while it has the following advantages compared to fossilized carbon-containing raw materials (oil, natural gas, coal, peat, oil shale):

- возобновляемостью, т.е. нейтральностью по выбросу СО2 (по отношению к балансу углекислого газа в атмосфере), что снижает антропогенную нагрузку на окружающую среду;- renewability, i.e. neutrality of CO 2 emission (relative to the carbon dioxide balance in the atmosphere), thereby reducing anthropogenic environmental load;

- почти полным отсутствием серы, что снимает проблему кислотных осадков, а также других вредных для оборудования и окружающей среды химических элементов и соединений;- an almost complete absence of sulfur, which removes the problem of acid precipitation, as well as other chemical elements and compounds that are harmful to equipment and the environment;

- распространенностью и доступностью.- prevalence and availability.

Энергетическое использование биомассы предполагает либо непосредственное сжигание, либо производство промежуточных энергоносителей: твердых, газообразных или жидких биотоп лив.The energy use of biomass involves either direct burning or the production of intermediate energy carriers: solid, gaseous, or liquid biofuels.

Биомасса может использоваться для получения энергии либо без дополнительной обработки, что относится к рафинированной или подготовленной по параметрам (гранулометрическому, или фракционному составу, влажности, зольности, насыпной плотности и др.) в соответствии с техническими условиями топливной биомассе, либо с минимальной подготовкой применительно к нерафинированной некондиционной биомассе, которая представляет собой дешевый (с низкой, нулевой или отрицательной стоимостью) и практически не используемый в настоящее время источник местных энергоресурсов.Biomass can be used to produce energy either without additional processing, which refers to refined or prepared according to the parameters (particle size or fractional composition, moisture, ash, bulk density, etc.) in accordance with the technical conditions of the fuel biomass, or with minimal preparation as applied to unrefined substandard biomass, which is a cheap (with low, zero or negative cost) and practically not currently used source estno energy.

Получение из твердой биомассы электроэнергии, представляющей собой универсальный вид энергии высокого качества, базируется как на традиционных способах прямого сжигания, так и на современных термохимических технологиях /ГОСТ Р 54531-2011 Нетрадиционные технологии Возобновляемые и альтернативные источники энергии. Термины и определения/ и осуществляется посредством применения теплоэлектростанций (ТЭС), в частности, конденсационных электростанций, однако их электрический КПД, особенно в части энергоустановок малой мощности, крайне невысок и возможности его роста в рамках существующих технологий ограничены ввиду того, что большая часть энергии приходится на отводимое, так называемое «сбросное» тепло, которое часто на практике эффективно использовать затруднительно.The production of electricity from solid biomass, which is a universal type of energy of high quality, is based both on traditional methods of direct combustion and on modern thermochemical technologies / GOST R 54531-2011 Non-traditional technologies Renewable and alternative energy sources. Terms and definitions / and is carried out through the use of thermal power plants (TPPs), in particular, condensing power plants, however, their electrical efficiency, especially in terms of low-power power plants, is extremely low and the possibilities for its growth in the framework of existing technologies are limited because most of the energy to the so-called "waste" heat that is often difficult to use effectively in practice.

Известны способы и устройства получения электроэнергии (электрогенерации) в энергоустановке - тепловой электростанции (ТЭС), преобразующей энергию горения твердого топлива, в частности, биомассы, в энергию пара по технологиям прямого сжигания - в неподвижном слое, в псевдоожиженном (кипящем и циркулирующем) слое, пылевое сжигание (в факеле, в вихре) - применительно к виду используемого топлива и тепловой мощности котельного агрегата с дальнейшим преобразованием энергии пара в механическую энергию тепловой машины (в частности, паровой машины, в т.ч. турбины) и связанного с ней электрогенератора /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г. 360 с. с илл.; «Применение энергии биомассы для отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь. Методические рекомендации по применению передовой практики. Часть А: Сжигание биомассы.» - ЭСКО. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», №2, февраль, 2006/. Так как топливная биомасса и образующийся при ее сжигании топочный (дымовой) газ содержат элементы, которые могут вызвать повреждение двигателя, такие как частицы зольной пыли, металлы и хлорные примеси, современные технологии производства энергии посредством сжигания биомассы основаны на использовании процессов с замкнутым циклом, где процессы сжигания и производства энергии разделяются посредством передачи тепла горячего дымового газа на теплоноситель, используемый во вторичном цикле, что позволяет уменьшить объем вредных выбросов.Known methods and devices for generating electricity (electric power) in a power plant - a thermal power plant (TPP), which converts the combustion energy of solid fuel, in particular biomass, into steam energy using direct combustion technologies - in a fixed bed, in a fluidized (boiling and circulating) bed, dust burning (in a flare, in a whirlwind) - in relation to the type of fuel used and the thermal power of the boiler unit with further conversion of steam energy into mechanical energy of a heat engine (in particular, steam engine (including turbines) and associated electric generator / Handbook. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008 360 s. with ill .; “The use of biomass energy for heating and hot water in the Republic of Belarus. Guidelines for the application of best practices. Part A: Biomass burning. ”- ESCO. Electronic journal of the energy service company Ecological Systems, No. 2, February 2006 /. Since the fuel biomass and the combustion (flue) gas generated during its combustion contain elements that can cause engine damage, such as fly ash particles, metals and chlorine impurities, modern technologies for energy production through biomass combustion are based on closed-cycle processes, where Combustion and energy production processes are separated by transferring the heat of the hot flue gas to the coolant used in the secondary cycle, which reduces the amount of harmful emissions .

Для прямого сжигания разработано и широко используется достаточно простое оборудование, такое как котлы, представляющие собой сочетание топок различных конструкций с теплообменниками между горячими дымовыми газами и рабочим телом. Топки установок для сжигания обычно оснащены механическим или пневматическим устройством подачи топлива и оборудованы системами контроля технологических процессов, обеспечивающими автоматизацию процесса эксплуатации.For direct combustion, fairly simple equipment has been developed and is widely used, such as boilers, which are a combination of furnaces of various designs with heat exchangers between hot flue gases and a working fluid. The furnaces of combustion plants are usually equipped with a mechanical or pneumatic fuel supply device and equipped with process control systems that automate the operation.

Так, известным распространенным примером технического осуществления способа электрогенерации на основе прямого сжигания биомассы является технологический процесс, реализуемый в работе традиционной паротурбинной конденсационной электростанции /см. указанный выше Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. …», с. 152-230; Трухний А.Д., Лосев С.М. «Стационарные паровые турбины», М., 1981/ в составе паросиловой (паротурбинной) установки с электрогенератором, а также участка топливоподготовки и хранения.So, a well-known common example of the technical implementation of the method of power generation based on direct combustion of biomass is a technological process implemented in the work of a traditional steam-turbine condensing power plant / cm. The above reference. “Boiler houses and biofuel power plants. …", from. 152-230; Trukhny A.D., Losev S.M. “Stationary steam turbines”, M., 1981 / as part of a steam power (steam turbine) installation with an electric generator, as well as a fuel preparation and storage section.

На участке топливоподготовки и хранения исходная некондиционная биомасса, т.е. биомасса, не полностью соответствующая техническим условиям технологии сжигания, подготавливается в рамках технологических механических операций измельчения, очистки и сортировки, а также сушки (подсушивания). Для обеспечения бесперебойной работы участок содержит топливный механизированный секционированный склад для хранения оперативного запаса подготовленного сырья, а также технологический транспорт (транспортер сырья) необходимого типа и производительности (ленточные и скребковые транспортеры и нории, гибкие и негибкие шнеки, стокерные полы, системы пневмотранспорта).In the fuel preparation and storage area, the initial substandard biomass, i.e. biomass that does not fully comply with the technical conditions of the combustion technology is prepared as part of the technological mechanical operations of grinding, cleaning and sorting, as well as drying (drying). To ensure smooth operation, the section contains a mechanized fuel sectional warehouse for storing the operational stock of prepared raw materials, as well as technological transport (feed conveyor) of the required type and capacity (belt and scraper conveyors and elevators, flexible and inflexible screws, stocker floors, pneumatic conveying systems).

Подготовленная биомасса с топливного склада подается транспортером в бункер и далее сжигается в топке - камере котла (парогенератора), превращая питательную воду в сухой насыщенный пар, который в свою очередь поступает (как правило, в перегретом состоянии) по паропроводу к паровой турбине. Расширяясь в ней, пар вращает ее ротор, соединенный с ротором электрогенератора, который вырабатывает электрический ток. Отработанный пар поступает в конденсатор - теплообменник, по трубкам которого непрерывно протекает холодная вода, подаваемая циркуляционным насосом из водоема или специального охладительного устройства (градирни). Пар конденсируется в межтрубном пространстве и стекает вниз, конденсат подается в деаэратор и питательным насосом возвращается в котел, чем замыкается технологический пароводяной цикл преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата. Дымовые газы, отдав основную часть теплоты питательной воде, поступают на трубы водяного экономайзера и воздухоподогреватель, отдавая тепло питательной воде и воздуху для горения топлива, и далее с помощью дымососа через электрофильтры, улавливающие летучую золу, и дымовую трубу в атмосферу.The prepared biomass from the fuel depot is fed by the conveyor to the hopper and then burned in the furnace - the boiler chamber (steam generator), turning the feed water into dry saturated steam, which in turn enters (usually in an overheated state) through the steam line to the steam turbine. Expanding in it, the steam rotates its rotor, connected to the rotor of the electric generator, which generates an electric current. The waste steam enters a condenser - a heat exchanger, through the tubes of which cold water flows continuously, supplied by a circulation pump from a reservoir or a special cooling device (cooling tower). The steam condenses in the annulus and flows down, the condensate is supplied to the deaerator and returned to the boiler with a feed pump, which closes the technological steam-water cycle of converting the chemical energy of the fuel into mechanical rotational energy of the rotor of the turbine unit. Flue gases, having given the bulk of the heat to the feed water, go to the pipes of the water economizer and the air heater, giving off heat to the feed water and air for burning fuel, and then using a smoke exhauster through electrostatic precipitators that capture fly ash and the chimney into the atmosphere.

Известны также варианты описанного выше способа электрогенерации, где вместо паротурбинной установки (ПТУ) может использоваться иной тип тепловой (паровой) машины с замкнутым циклом, а именно, паровой поршневой двигатель (ППД), паровая винтовая машина (ПВМ), тепловая турбина органического цикла Ренкина (ORC) и др. /см. указанный выше источник: «Применение энергии биомассы …», разд. 4/.Variants of the above-described method of electric generation are also known, where instead of a steam turbine installation (PTU), a different type of closed-cycle heat (steam) machine can be used, namely, a steam piston engine (PPD), a steam screw machine (FDA), and a Rankine organic cycle heat turbine (ORC) et al. / See source indicated above: “Use of biomass energy ...”, sect. four/.

Наиболее существенные недостатки способов получения электроэнергии на основе технологий прямого сжигания биомассы:The most significant disadvantages of methods for generating electricity based on direct biomass burning technologies:

- низкий общий и электрический КПД (существенные тепловые потери), что не позволяет на их основе строить устойчивую энергетическую систему;- low overall and electrical efficiency (significant heat loss), which does not allow them to build a stable energy system;

- не решена проблема вредных выбросов в атмосферу (золы уноса, содержащей тяжелые металлы; сажи; монооксида углерода; окислов серы и азота; соединений хлора; диоксинов и полиароматических углеводородов), требуется сложная дорогостоящая очистка дымовых газов (стоимость современного мусоросжигающего завода более чем на 60% состоит из стоимости очистных сооружений);- the problem of harmful emissions into the atmosphere (fly ash containing heavy metals; soot; carbon monoxide; oxides of sulfur and nitrogen; chlorine compounds; dioxins and polyaromatic hydrocarbons) has not been solved; complex, expensive flue gas treatment is required (the cost of a modern incinerator is more than 60 % consists of the cost of treatment facilities);

- шлаки, как правило, содержат недогоревший углерод и полиароматику;- slags, as a rule, contain unburned carbon and polyaromatics;

- ограничены возможности использования влажной и высокозольной биомассы, нижний предел теплоты сгорания влажного и высокозольного органического вещества, при котором возможно автогенное (самоподдерживающееся) его сжигание без применения дополнительного топлива, соответствует условию Таннера: относительная влажность W<50%, зольность А<60%, содержание углерода С>25%;- the possibilities of using wet and high-ash biomass are limited, the lower limit of the calorific value of wet and high-ash organic matter, in which it is possible to autogenously (self-sustaining) burning it without using additional fuel, meets the Tanner condition: relative humidity W <50%, ash content A <60%, carbon content C> 25%;

- сложность автоматизации технологических процессов, т.к. ввиду низкой теплоты сгорания, высокой влажности и неоднородности биомассы требуется ее предварительная обработка (измельчение, уплотнение, сушка, гомогенизация и т.п.) или рафинирование (изготовление топливных гранул - пеллет, топливных брикетов);- the complexity of the automation of technological processes, because due to the low calorific value, high humidity and heterogeneity of the biomass, its preliminary processing (grinding, compaction, drying, homogenization, etc.) or refining (production of fuel pellets - pellets, fuel briquettes) is required;

- требуется отвод большого количества «сбросной» теплоты и, соответственно, большой расход охлаждающей воды;- requires the removal of a large amount of "waste" heat and, accordingly, a large flow rate of cooling water;

- громоздкость оборудования.- bulkiness of equipment.

Из известных технологий преобразования биомассы в электрическую энергию наиболее предпочтительны технологии, способы, устройства на основе двухступенчатого, или двухстадийного процесса термохимической конверсии сырья, а именно с предварительной (внутрицикловой) газификацией сырья, поскольку позволяют получить дешевый, удобный и экологически чистый энергоноситель - топливный (генераторный) газ, при сжигании которого концентрация вредных веществ в дымовых выбросах существенно снижается.Of the known technologies for converting biomass into electrical energy, the most preferable are technologies, methods, and devices based on a two-stage or two-stage process for the thermochemical conversion of raw materials, namely, with preliminary (in-cycle) gasification of raw materials, since they make it possible to obtain a cheap, convenient and environmentally friendly energy carrier - fuel (generator) ) gas, during the combustion of which the concentration of harmful substances in flue emissions is significantly reduced.

Это позволяет существенно сэкономить на дорогостоящем оборудовании газоочистки дымовых газов и оборудовании обеззараживания перерабатываемых отходов. Кроме того, при газификации недожог топлива в сравнении с прямым сжиганием существенно ниже, а в получаемом газе и зольном остатке практически отсутствует сажа (не прореагировавший углерод).This allows you to significantly save on expensive equipment for gas flue gas treatment and equipment for disinfection of recyclable waste. In addition, during gasification, the underburning of fuel is significantly lower in comparison with direct combustion, and there is practically no soot in the produced gas and ash residue (unreacted carbon).

Разработано большое количество разнообразных методов газификации твердого топлива и конструкций реакторов-газификаторов (газогенераторов) / см. указанный выше Справочник. Котельные и электростанции на биотопливе.…»; Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски.- М., Мир, 1985; А. Самылин, М. Яшин. Современные конструкции газогенераторных установок. -ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М.: Инфра-Инженерия, 2012. - 504 с; Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955/, при этом получаемый в результате газификации топливный (генераторный) газ может использоваться как топливо для двигателей внутреннего (при условии применения оборудования очистки и охлаждения) и внешнего (при условии применения горелок, аналогичных котельным) сгорания с последующим преобразованием механической энергии в электроэнергию.A large number of various methods have been developed for the gasification of solid fuels and the design of gasification reactors (gas generators) / see the above Handbook. Boiler houses and biofuel power plants. ... "; Biomass as a source of energy. Ed. S. Soufer, O. Zaborski.- M., Mir, 1985; A. Samylin, M. Yashin. Modern designs of gas generating units. -LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current status and development prospects - M .: Infra-Engineering, 2012. - 504 s; G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955 /, while the fuel (generator) gas obtained as a result of gasification can be used as fuel for internal engines (subject to the use of cleaning and cooling equipment) and external (subject to the use of burners similar to boiler rooms) combustion followed by the conversion of mechanical energy into electricity.

Так, известен способ получения электроэнергии из биомассы (древесной щепы) по двухстадийной технологической схеме посредством мини-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), реализуемый в газогенераторной электростанции /см. указанный выше Справочник «Котельные и электростанции на биотопливе …», с. 248-253/, состоящей из четырех участков: топливоподготовки, газификации, электрогенерации, системы оборотной воды для охлаждения топливного газа. Участок топливоподготовки состоит из транспортера с металлодетектором для сепарации металловключений, дробилки для измельчения древесных кусков в щепу, вибросита для отсеивания некондиционной щепы, транспортера для подачи кондиционной щепы в загрузочную станцию, транспортной системы для подачи топлива из загрузочной станции в шлюзовое устройство газогенератора, системы управления и автоматики. На участке газификации установлен газогенератор WBG400 с очистительными установками для охлаждения и очистки топливного газа перед подачей в газопоршневой двигатель. Участок электрогенерации состоит из электрогенераторной установки с газопоршневым двигателем и шкафами управления. На участке системы оборотной воды устанавливается блочно-модульное очистное сооружение, состоящее из трубопроводов, насосов, емкостей, блоков очистки, пульта управления, градирни или теплообменника. Газогенераторная электростанция работает в режиме ТЭЦ, обеспечивая выходную электрическую мощность 250 кВт и тепловую мощность 469 кВт, с общим КПД около 50% в номинальном режиме с учетом полезной утилизации тепла.So, there is a known method of producing electricity from biomass (wood chips) according to a two-stage technological scheme by means of a mini-CHP based on gas piston internal combustion engines (ICE), implemented in a gas-generating electric power plant / cm. the above reference "Boiler houses and power plants on biofuel ...", p. 248-253 /, consisting of four sections: fuel preparation, gasification, power generation, circulating water system for cooling fuel gas. The fuel preparation section consists of a conveyor with a metal detector for separating metal inclusions, a crusher for grinding wood pieces into chips, a vibrating screen for screening substandard chips, a conveyor for feeding the conditioned chips to the loading station, a transport system for supplying fuel from the loading station to the lock of the gas generator, a control system and automatics. At the gasification section, a WBG400 gas generator was installed with purification plants for cooling and purifying fuel gas before being fed to the gas piston engine. The power generation section consists of an electric generator with a gas engine and control cabinets. A block-modular treatment plant consisting of pipelines, pumps, tanks, purification units, a control panel, a cooling tower or a heat exchanger is installed on a section of the recycled water system. The gas-generating power plant operates in the CHP mode, providing an output electric power of 250 kW and a thermal power of 469 kW, with a total efficiency of about 50% in the nominal mode, taking into account useful heat recovery.

Данный способ электрогенерации на базе газопоршневых агрегатов получил практическое распространение / Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955/, однако ему присущи существенные недостатки:This method of power generation based on gas piston units has received practical distribution / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955 /, however, it has significant shortcomings:

- низкий электрический КПД (-18%) ввиду необходимости охлаждения топливного газа (энергетические потери до 20%), а также превалирующей доли (2/3 и более) тепловой составляющей в выходной мощности;- low electrical efficiency (-18%) due to the need to cool fuel gas (energy losses up to 20%), as well as the prevailing share (2/3 or more) of the thermal component in the output power;

- высокое содержание вредных выбросов (СО, NOx) в атмосферу вследствие использования газопоршневых агрегатов в технологической цепи генерирования электроэнергии;- high content of harmful emissions (СО, NOx) into the atmosphere due to the use of gas-piston units in the power generation technological chain;

- ограничения по сырью (содержание влаги не выше 20%);- restrictions on raw materials (moisture content not higher than 20%);

- низкие эксплуатационно-технические характеристики установок (значительный удельный вес на единицу мощности и габариты, наличие сложной многоступенчатой системы очистки, охлаждения и осушки газа, низкая степень автоматизации).- low operational and technical characteristics of the plants (significant specific gravity per unit of power and dimensions, the presence of a complex multi-stage system for cleaning, cooling and drying gas, low degree of automation).

Свойства получаемого генераторного газа (высокая температура, присутствие влаги, пыли и смол, низкокалорийность, низкое давление) при его использовании для производства электроэнергии по технологиям, эффективным для природного газа (в установках открытого и полузамкнутого цикла - в газопоршневых агрегатах, газотурбинных установках), приводят к значительному усложнению и удорожанию оборудования (требуются многоступенчатые системы очистки, охлаждения и осушки, дожимные компрессоры), существенному снижению эффективности работы применяемых энергоагрегатов, громоздкости установок.The properties of the produced gas (high temperature, the presence of moisture, dust and resins, low calorie content, low pressure) when it is used to produce electricity using technologies effective for natural gas (in open and semi-closed cycle plants - in gas piston units, gas turbine units), to a significant complication and appreciation of equipment (requires multi-stage cleaning, cooling and drying systems, booster compressors), a significant decrease in operating efficiency is applied Mykh power units, cumbersome installations.

В значительной степени свободны от указанных недостатков известные способы и установки для производства электроэнергии на основе двухстадийной технологической схемы, предусматривающей на первой стадии газификацию топливной биомассы, а на второй стадии - сжигание полученного топливного газа и преобразование тепловой энергии в механическую энергию в тепловой машине (двигателе) замкнутого цикла, где рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру без связи с атмосферой.To a considerable extent, the known methods and installations for generating electricity based on a two-stage technological scheme providing for the gasification of fuel biomass in the first stage and burning of the resulting fuel gas and the conversion of thermal energy into mechanical energy in a heat engine (engine) are largely free from these drawbacks. closed loop, where the working fluid circulates in a closed loop without communication with the atmosphere.

Подобную схему следует признать предпочтительной с точки зрения минимизации вредного влияния на окружающую среду за счет снижения вредных выбросов в атмосферу. В результате снижения либо снятия требований по очистке топливного газа не только упрощается и удешевляется оборудование газоочистки, но и повышается теплотворная способность газа за счет содержащихся в нем горючих низко- и высокомолекулярных органических соединений (например, спиртов и, особенно, смол). Кроме того, при исключении операции по охлаждению получаемого газа одновременно с экономией на соответствующем оборудовании свой вклад в нагрев рабочего тела энергоустановок вносит физическое тепло горячего газа, а также снимается вопрос утилизации жидких вторичных отходов (газового конденсата).Such a scheme should be recognized as preferable from the point of view of minimizing the harmful effects on the environment by reducing harmful emissions into the atmosphere. As a result of reduction or removal of requirements for fuel gas purification, gas cleaning equipment is not only simplified and cheapened, but also the calorific value of the gas is increased due to the combustible low and high molecular weight organic compounds contained in it (for example, alcohols and, especially, resins). In addition, with the exception of the operation to cool the produced gas at the same time as saving on the corresponding equipment, the physical heat of the hot gas contributes to the heating of the working fluid of the power plants, and the issue of recycling liquid secondary waste (gas condensate) is also addressed.

В энергоустановках малой мощности (до 100…500 кВт) могут быть использованы отработанные технологии на базе известных двигателей замкнутого цикла (ПТУ, ППД, ПВМ, турбина ORC).In power plants of low power (up to 100 ... 500 kW), proven technologies based on well-known closed-cycle engines (PTU, PDP, FDA, ORC turbine) can be used.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является известный способ и устройство для производства тепловой и электроэнергии посредством термической переработки углеродсодержащих материалов (горючих отходов) на основе двухстадийной технологической схемы /см. указанный выше источник: Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив …, с. 298-300/, предусматривающий на первой стадии газификацию биомассы, включая подачу сырьевого материала - измельченной твердой (топливной) биомассы различного происхождения, в том числе органических отходов, для паровоздушной газификации в плотном слое в реакторе-газификаторе прямого процесса. В процессе газификации в противоток движению сырья через нижнюю часть реактора-газификатора, где происходит накопление и вывод твердых продуктов - отходов газификации (золы), в активную зону газификации посредством, например, дутья подаются газифицирующие агенты - воздух и водяной пар и/или вода (в зависимости от конструкции реактора-газификатора) - в необходимых для протекания окислительно-восстановительных реакций газификации соотношениях с газифицируемым сырьевым материалом. Получаемый в результате газификации горючий топливный газ (генераторный, или продукт-газ), содержащий водород Н2, монооксид углерода СО и, в ряде случаев, метан и другие углеводороды и/или другие органические соединения (летучие фракции, пары смол), фильтруется через слой загруженного в реактор сырьевого материала и отводится из верхней части реактора. На второй стадии осуществляют сжигание получаемого горячего топливного газа в паровом котле (парогенераторе), преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию в тепловой (паровой) машине и далее в электрическую энергию посредством электрогенератора, при этом часть отработавшего пара может отбираться для подачи в реактор-газификатор в качестве газифицирующего агента в необходимом для протекания реакций газификации объеме, дымовые газы фильтруются очистителем с известью (специальным фильтром-нейтрализатором серы) и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.Closest to the invention in terms of essential features is a known method and device for the production of heat and electricity through the thermal processing of carbon-containing materials (combustible waste) based on a two-stage technological scheme / cm. source indicated above: V. Kopytov Gasification of condensed fuels ..., p. 298-300 /, which provides for the first stage of gasification of biomass, including the supply of raw material - crushed solid (fuel) biomass of various origins, including organic waste, for vapor-air gasification in a dense layer in a direct process gasifier. In the process of gasification, in counter-flow to the movement of raw materials through the lower part of the gasification reactor, where solid products - gasification waste (ash) are accumulated and removed, gasification agents - air and water vapor and / or water - are supplied to the active gasification zone by, for example, blowing depending on the design of the gasifier reactor) - in the ratios necessary for the occurrence of redox reactions of gasification with gasified raw material. The resulting combustible fuel gas (generator or product gas) containing hydrogen H 2 , carbon monoxide CO and, in some cases, methane and other hydrocarbons and / or other organic compounds (volatile fractions, fumes of resins) is filtered through a layer of raw material loaded into the reactor and discharged from the top of the reactor. At the second stage, the resulting hot fuel gas is burned in a steam boiler (steam generator), the thermal energy of the steam is converted into mechanical energy in a heat (steam) machine, and then into electrical energy by means of an electric generator, while a part of the spent steam can be selected for supply to the gasifier reactor as a gasification agent in the volume necessary for gasification reactions, flue gases are filtered by a purifier with lime (a special sulfur neutralizing filter) and emissions They are emitted into the atmosphere through a chimney.

Процесс газификации топлива осуществляется в реакторе-газификаторе шахтного типа прямого процесса газификации, в частности, в наклонном вращающемся цилиндрическом реакторе-газификаторе в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом в «плотном» слое /см., например, патент RU 2376527, Манелис и др., дата публ. 20.12.2009; патент RU 2322641, Дорофеенко и др., дата публ. 27.11.2007; Кислов В.М. Газификация древесины и ее компонентов в фильтрационном режиме. Автореферат дисс. к.ф.м.н. ИПХФ РАН, Черноголовка, 2008/.The process of gasification of fuel is carried out in a shaft type gasifier reactor of a direct gasification process, in particular, in an inclined rotating cylindrical gasifier reactor in the filtration combustion mode with super-adiabatic heating in a “dense” layer / see, for example, patent RU 2376527, Manelis, etc. , date publ. 12/20/2009; patent RU 2322641, Dorofeenko et al., date publ. 11/27/2007; Kislov V.M. Gasification of wood and its components in a filtration mode. Abstract of diss. Ph.D. IPCP RAS, Chernogolovka, 2008 /.

Достоинствами указанных способа и устройства являются высокий КПД газификации, отсутствие системы охлаждения и очистки газа, низкий уровень вредных выбросов в атмосферу. При этом имеется ряд существенных недостатков:The advantages of these methods and devices are high gasification efficiency, lack of a cooling and gas purification system, low level of harmful emissions into the atmosphere. There are a number of significant drawbacks:

- ограниченные возможности использования некондиционного сырья для газификации (влажность - до 25…50%, зольность - до 10…25% и др. / см. указанные выше источники: Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе …», с. 220; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив …, с. 280-290/);- limited opportunities for the use of substandard raw materials for gasification (humidity - up to 25 ... 50%, ash - up to 10 ... 25%, etc. / see the above sources: Reference. "Boilers and power plants using biofuels ...", p. 220; Kopytov VV Gasification of condensed fuels ..., p. 280-290 /);

- значительные тепловые потери и, соответственно, низкий электрический КПД (до 0,15…0,25), вредное влияние на окружающую среду ввиду большого расхода охлаждающей воды и возможного присутствия в дымовых газах продуктов неполного сгорания и уноса (пыли);- significant heat loss and, consequently, low electrical efficiency (up to 0.15 ... 0.25), a harmful effect on the environment due to the large consumption of cooling water and the possible presence in the flue gases of products of incomplete combustion and entrainment (dust);

- невысокие эксплуатационно-технические показатели (громоздкость оборудования - реактора-газификатора, конденсаторов рабочего теплоносителя, низкая адаптация к колебаниям нагрузки, ограниченные возможности автоматизации).- low operational and technical indicators (bulkiness of equipment - gasification reactor, working fluid condensers, low adaptation to load fluctuations, limited automation capabilities).

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности производства электроэнергии (электрического КПД) в автономных энергоустановках малой мощности, работающих на местном возобновляемом энергоресурсе - биомассе, с расширением спектра используемого сырья, включая дешевую некондиционную топливную биомассу, в том числе с высоким содержанием влаги, при минимизации вредного влияния на окружающую среду процесса производства электроэнергии.The present invention is aimed at solving the problem of increasing the efficiency of electricity production (electrical efficiency) in low-power autonomous power plants operating on local renewable energy - biomass, with the expansion of the range of raw materials used, including cheap substandard fuel biomass, including with a high moisture content, while minimizing harmful effects on the environment of the electricity production process.

В изобретении обеспечивается получение технических результатов, которые выражаются, во-первых, в повышении электрического КПД способа и устройства для получения электроэнергии по двухстадийной схеме с газификацией сырья с последующим преобразованием тепловой энергии топливного газа, сжигаемого в паровом котле (парогенераторе), в электроэнергию посредством тепловой (паровой) машины с электрогенератором, и, во-вторых, в расширении спектра используемого дешевого низкосортного сырья, прежде всего некондиционной по содержанию влаги топливной биомассы.The invention provides technical results, which are expressed, firstly, in increasing the electrical efficiency of the method and device for generating electricity according to a two-stage scheme with gasification of raw materials, followed by the conversion of thermal energy of fuel gas burned in a steam boiler (steam generator) into electricity through heat (steam) machines with an electric generator, and, secondly, in expanding the range of used cheap low-grade raw materials, primarily substandard moisture content implicit biomass.

Указанные технические результаты, а также возможность использования сырья с повышенной влажностью (до 70…85% и выше), достигаются за счет того, что введен участок топливоподготовки для приведение исходного сырья до кондиций биотоплива с параметрами, соответствующими техническим условиям переработки (газификации), при этом поступающее на переработку сырье перед подачей его на газификацию предварительно аккумулируется (складируется) таким образом, что каждая очередная поступающая партия сырья, включая некондиционную биомассу, т.е не соответствующую техническим условиям для газификации применительно к конкретному реактору-газификатору по содержанию влаги, складируется и хранится отдельно от других поступивших партий сырья, для подачи на газификацию осуществляется подготовка сырья посредством составления смеси сырья из двух и более партий, которое, например, попарно дозировано (в определенном объеме) смешивается в определенных весовых пропорциях таким образом, чтобы получить оптимизированный состав биотопливной смеси, причем оптимизируемой характеристикой является относительная влажность биотопливной смеси, параметром оптимизации - состав смеси (соотношение весовых долей видов сырья в конечной смеси), а критерием оптимальности процесса является соответствие значения относительной влажности (общей влаги) биотопливной смеси оптимальному значению, обеспечивающему максимум электрического КПД на выходе электрогенератора. Полученная биотопливная смесь гомогенизируется путем перемешивания с дальнейшей непрерывной либо дозированной ее загрузкой в сушильный аппарат барабанного типа, где подвергается конвективной воздушно-калориферной сушке с нагревом высушиваемого материала посредством воздуха в качестве сушильного агента с использованием тепловой энергии от охлаждения и конденсации отработавшего пара, для чего создается замкнутый контур циркуляции рабочего тела тепловой машины (воды или органического теплоносителя), в котором отработанный в тепловой (паровой) машине пар конденсируется посредством воздушного охлаждения, при этом сушильный агент - атмосферный воздух - в качестве теплоносителя и влагопоглотителя посредством принудительной циркуляции отбирает тепло от парового теплоносителя в паровоздушном теплообменнике, затем подогревает и осушает сырье в сушильном аппарате, в частности, барабанного типа, и далее увлажненный воздух в необходимом (регулируемом) объеме используется для дутья в реакторе-газификаторе в качестве газифицирующего агента, остальная часть возвращается в атмосферу, а отработавший пар, завершивший фазовый переход, в виде конденсата продолжает циркулировать в замкнутом контуре, высушенное же сырье непрерывно либо дозировано поступает в реактор-газификатор.The indicated technical results, as well as the possibility of using raw materials with high humidity (up to 70 ... 85% and higher), are achieved due to the fact that a fuel preparation section has been introduced to bring the feedstock to the condition of biofuel with parameters corresponding to the technical conditions of processing (gasification), at At the same time, the raw materials arriving for processing before being fed for gasification are pre-accumulated (stored) in such a way that each successive incoming batch of raw materials, including substandard biomass, i.e. According to the technical conditions for gasification in relation to a specific gasification reactor, the moisture content is stored and stored separately from other consignments of raw materials; for supply to gasification, raw materials are prepared by compiling a mixture of raw materials from two or more batches, which, for example, is dosed in pairs (in a certain volume) is mixed in certain weight proportions in such a way as to obtain an optimized composition of the biofuel mixture, and the optimized characteristic is relative humidity of the biofuel mixture, the optimization parameter is the composition of the mixture (the ratio of the weight fractions of the types of raw materials in the final mixture), and the criterion for the process optimality is the correspondence of the relative humidity (total moisture) of the biofuel mixture to the optimal value that ensures maximum electrical efficiency at the generator output. The resulting biofuel mixture is homogenized by stirring with further continuous or metered loading into a drum-type dryer, where it is convectively air-calorified dried by heating the material to be dried using air as a drying agent using heat energy from cooling and condensation of the exhaust steam, which creates closed loop circulation of the working fluid of a heat engine (water or organic coolant), in which waste heat steam condenses to the steam (steam) machine through air cooling, and the drying agent - atmospheric air - as heat carrier and desiccant through heat circulation takes heat from the steam coolant in the steam-air heat exchanger, then heats and drains the raw materials in the drying apparatus, in particular, drum type , and then humidified air in the required (controlled) volume is used for blasting in the gasification reactor as a gasifying agent, the rest is returned to atmosphere, and the exhaust steam that completed the phase transition continues to circulate in a closed circuit in the form of condensate, while the dried raw materials are continuously or metered into the gasifier reactor.

Технический результат предлагаемого изобретения, который выражается в минимизации вредного влияния на окружающую среду предлагаемых способа и устройства для получения электроэнергии, достигается за счет следующей совокупности действий и условий:The technical result of the invention, which is expressed in minimizing the environmental impact of the proposed method and device for generating electricity, is achieved by the following set of actions and conditions:

- в части снижения вредных выбросов в атмосферу - путем построения технологической цепи на основе использования в качестве сырья возобновляемого ресурса - биомассы, реализации двухстадийной схемы с газификацией биомассы, использования тепловых машин (двигателей) замкнутого цикла;- in terms of reducing harmful emissions into the atmosphere - by building a technological chain based on the use of a renewable resource as biomass, implementing a two-stage scheme with gasification of biomass, using closed-circuit heat machines (engines);

- в части снижения (исключения) вредного влияния (загрязнение, нарушение естественного температурного режима) на водные ресурсы - посредством исключения водяного охлаждения для отвода «сбросной» теплоты при конденсации теплоносителя (пара) и применения воздушного охлаждения;- in terms of reducing (eliminating) the harmful effect (pollution, violation of the natural temperature regime) on water resources - by eliminating water cooling to remove “waste” heat during condensation of the heat carrier (steam) and using air cooling;

- в части снижения отходов - за счет полноты переработки и исключения не утилизируемых отходов (в частности, специальных фильтров для очистки газов).- in terms of waste reduction - due to the completeness of processing and exclusion of non-recyclable waste (in particular, special filters for gas purification).

Технический результат, который выражается в обеспечении в предлагаемом изобретении автономности процесса производства электроэнергии, достигается посредством совокупности действий и условий через компоненты данной характеристики, включая:The technical result, which is expressed in ensuring in the proposed invention the autonomy of the electricity production process, is achieved through a combination of actions and conditions through the components of this characteristic, including:

универсальность по сырью, а именно возможность использования некондиционного по одному или нескольким рабочим параметрам сырья, по содержанию влаги, посредством введения участка топливоподготовки с предварительной подготовкой - механической обработкой (сортировкой, измельчением, компрессированием -уплотнением) сырья и последующим составлением биотопливной смеси сырья из различных партий с учетом выполнения ограничений на значения параметров конечной смеси для нахождения их в границах рабочих диапазонов (зольности Ad≤Ad гр, содержания углерода С≥Сгр, насыпной плотности BD≥BDгp и др.) согласно техническим условиям;universality in raw materials, namely the possibility of using raw materials that are substandard in one or several operating parameters, in terms of moisture content, by introducing a fuel preparation section with preliminary preparation - mechanical processing (sorting, grinding, compression-compaction) of raw materials and subsequent compilation of a biofuel mixture of raw materials from various lots taking into account the fulfillment of restrictions on the values of the parameters of the final mixture for finding them within the boundaries of the operating ranges (ash A d ≤A d gr, containing carbon carbon С≥Сгр, bulk density BD≥BDгp, etc.) according to specifications;

относительная независимость от внешних источников сырья за счет возможности аккумулирования сырья на складе, объем которого может быть рассчитан на достаточно длительный период работы;relative independence from external sources of raw materials due to the possibility of accumulation of raw materials in the warehouse, the volume of which can be calculated for a sufficiently long period of work;

практическую независимость от внешних источников водных ресурсов за счет применения конденсатора отработавшего пара с воздушным охлаждением;practical independence from external sources of water resources through the use of an air-cooled exhaust steam condenser;

независимость от внешних источников энергии;independence from external energy sources;

отсутствие потребности в коммуникациях для транспортировки получаемого топливного газа, для передачи электроэнергии (снабжаются местные пользователи), а также в специальных стационарных (капитальных) сооружениях.lack of communication requirements for transporting the resulting fuel gas, for the transmission of electricity (local users are supplied), as well as in special stationary (capital) facilities.

Также для достижения технического результата в виде расширения диапазона выходной электрической мощности, а также улучшения эксплуатационно-технических характеристик при осуществлении предлагаемого изобретения, таких как стабильная работа в широком диапазоне потребления электроэнергии и при различном качестве пара, полная автоматизация процессов, компактность (низкие габаритно-массовые характеристики), предлагается использовать цилиндрический наклонный вращающийся реактор-газификатор в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом, а в качестве тепловой (паровой) машины - различные типы двигателей внешнего сгорания замкнутого цикла (ПТУ, ППД, ПВМ, турбины ORC).Also, to achieve a technical result in the form of expanding the range of output electric power, as well as improving operational and technical characteristics in the implementation of the invention, such as stable operation in a wide range of energy consumption and various steam quality, full automation of processes, compactness (low overall weight characteristics), it is proposed to use a cylindrical inclined rotating reactor-gasifier in the mode of filtration combustion from super iabaticheskim heating, and as heat (steam) presses - different types of external combustion engines of the closed cycle (PTU, PDI, PVM, ORC turbine).

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4.The invention is illustrated in FIG. 1-4.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства для осуществления способа получения электроэнергии из некондиционной топливной биомассы по двухстадийной технологической схеме с участком топливоподготовки и воздушно-калориферной сушкой биомассы при использовании для газификации биомассы цилиндрического наклонного вращающегося реактора-газификатора.In FIG. 1 shows a general diagram of a device for implementing a method for producing electricity from substandard fuel biomass according to a two-stage technological scheme with a fuel preparation section and air-caloriferous drying of biomass when using a cylindrical inclined rotating gasifier for gasification of biomass.

На фиг. 2 приведены графики зависимости нижней теплотворной способности исходной биомассы от ее относительной влажности (общей влаги) при различных значениях НТС сухой биомассы.In FIG. Figure 2 shows graphs of the dependence of the lower calorific value of the initial biomass on its relative humidity (total moisture) at different values of the dry-mass biomass NTS.

На фиг. 3 приведены графики зависимости величины электрического КПД предлагаемого устройства от относительной влажности (общей влаги) исходной биомассы при различных значениях НТС сухой биомассы для практически реализуемого диапазона значений рабочих параметров устройства (величины КПД теплообмена при конденсации пара и сушке сырья, электрического и теплового КПД).In FIG. Figure 3 shows graphs of the dependence of the electrical efficiency of the proposed device on the relative humidity (total moisture) of the initial biomass for various values of the dry biomass NTS for a practically feasible range of device operating parameters (heat transfer efficiency during steam condensation and drying of raw materials, electrical and thermal efficiency).

На фиг. 4 приведен график зависимости величины электрического КПД предлагаемого устройства от величины КПД теплообмена при конденсации пара и сушке сырья (рекуперации тепла отработавшего пара).In FIG. 4 is a graph of the dependence of the electrical efficiency of the proposed device on the value of the heat transfer efficiency during steam condensation and drying of raw materials (heat recovery of exhaust steam).

Способ получения электроэнергии из некондиционной топливной биомассы осуществляется посредством устройства (фиг. 1), которое работает следующим образом.A method of producing electricity from substandard fuel biomass is carried out by means of a device (Fig. 1), which operates as follows.

На первой стадии 1 предусматривается газификация предварительно подготовленной (кондиционной) биомассы F в реакторе-газификаторе 3 прямого процесса паровоздушной газификации в плотном слое. Сырье поступает в реактор-газификатор 3 через загрузочное устройство 4, в противоток движению сырья F через разгрузочное устройство 5, где происходит накопление и вывод твердых продуктов - отходов газификации (золы) R, в активную зону газификации посредством, например, дутья подаются газифицирующие агенты - воздух А и водяной пар и/или вода W - в необходимых для протекания окислительно-восстановительных реакций газификации (стехиометрических) соотношениях с газифицируемым сырьевым материалом, а получаемый в результате газификации топливный газ G, содержащий водород H2, монооксид углерода СО и, в ряде случаев, метан и другие углеводороды и/или другие органические соединения (летучие фракции, пары смол), фильтруется через слой загруженного сырья F и отводится из верхней части реактора-газификатора 3. Примеры технической реализации реакторов-газификаторов прямого процесса широко известны /см. указанные выше источники: «Биомасса как источник энергии...»; Копытов В.В. «Газификация конденсированных топлив …»; А.Самылин, М.Яшин. «Современные конструкции газогенераторных установок». -ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85/.At the first stage 1, gasification of pre-prepared (conditioned) biomass F is provided in the gasification reactor 3 of the direct process of vapor-air gasification in a dense layer. The raw material enters the gasifier reactor 3 through the loading device 4, in countercurrent to the movement of the raw material F through the unloading device 5, where the solid products - gasification waste (ash) R are accumulated and removed, gasification agents are fed into the active gasification zone, for example, by blowing air A and water vapor and / or water W - in the ratios necessary for the occurrence of redox gasification (stoichiometric) ratios with the gasified raw material, and fuel resulting from gasification gas G containing hydrogen H 2 , carbon monoxide CO and, in some cases, methane and other hydrocarbons and / or other organic compounds (volatile fractions, resin vapors), is filtered through a layer of loaded feed F and is discharged from the top of the gasification reactor 3 Examples of the technical implementation of direct process gasification reactors are widely known / see the sources indicated above: "Biomass as a source of energy ..."; Kopytov V.V. "Gasification of condensed fuels ..."; A. Samylin, M. Yashin. "Modern design of gas generating units." -LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85 /.

На второй стадии 6, представляющей собой энергетическую (паросиловую) установку, получаемый топливный газ G непосредственно (без очистки и охлаждения) сжигается в паровом котле (парогенераторе) 7, оснащенном газовой горелкой, тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию в тепловой (паровой) машине 8 -двигателе внешнего сгорания, и в электроэнергию посредством электрогенератора 9, при этом часть отработавшего пара может отбираться для подачи в реактор-газификатор 3 в качестве газифицирующего агента в необходимом объеме.In the second stage 6, which is an energy (steam-powered) installation, the resulting fuel gas G is directly (without cleaning and cooling) burned in a steam boiler (steam generator) 7 equipped with a gas burner, the thermal energy of the steam is converted into mechanical energy in a heat (steam) machine 8 - an external combustion engine, and into electricity by means of an electric generator 9, while part of the spent steam can be selected for supply to the gasification reactor 3 as a gasification agent in the required volume.

В дополнение к приведенной известной двухстадийной схеме при осуществлении предлагаемого способа исходный сырьевой материал - некондиционная (с точки зрения применения в известных способах и устройствах газификации) по содержанию влаги топливная биомасса F - перед подачей на газификацию подвергается конвективной воздушно-калориферной сушке в сушильном аппарате 2, например, барабанного типа /ГОСТ 28115-89. Аппараты и установки сушильные. Классификация. Атмосферные с вращающимися барабанами насадочные/, входящим в состав дополнительно введенного участка топливоподготовки 12.In addition to the known two-stage scheme, when implementing the proposed method, the starting raw material is substandard (from the point of view of application in known methods and gasification devices) in terms of moisture content, fuel biomass F is subjected to convective air-caloriferous drying in a drying machine 2 before being fed to gasification, for example, drum type / GOST 28115-89. Devices and installations drying. Classification. Atmospheric nozzles with rotating drums /, which are part of the additionally introduced fuel preparation section 12.

Сушильный агент - атмосферный воздух А - принудительно нагнетается через воздушный конденсатор 10, представляющий собой паровоздушный теплообменник, например, радиатор из пучков тонких оребренных трубок для прохождения отработавшего в тепловой (паровой) машине 8 пара, который в процессе охлаждения конденсируется и передает свою тепловую энергию нагреваемому воздуху.The drying agent - atmospheric air A - is forcedly pumped through an air condenser 10, which is a steam-air heat exchanger, for example, a radiator from bundles of thin finned tubes for passing 8 steam spent in a heat (steam) machine, which condenses during cooling and transfers its thermal energy to the heated the air.

Отработавший в сушильном аппарате 2 увлажненный воздух А в требуемом (регулируемом) объеме в качестве газифицирующего агента направляется в реактор-газификатор 3, его излишки возвращаются в атмосферу, а конденсат теплоносителя поступает в резервуар питательной воды 11.The humidified air exhausted in the drying apparatus 2 is sent to the gasification reactor 3 in the required (controlled) volume as the gasification agent, its surplus is returned to the atmosphere, and the coolant condensate enters the feedwater tank 11.

Высушенное сырье F из сушильного аппарата 2 непрерывно либо дозировано поступает через загрузочное устройство 4 в реактор-газификатор 3, твердый минеральный остаток от газификации биомассы - зола R - непрерывно или дозировано выгружается через разгрузочное устройство 5 в сборник золы (конструкции такого устройства могут быть различными).The dried raw material F from the drying apparatus 2 is continuously or metered through a loading device 4 into a gasification reactor 3, the solid mineral residue from biomass gasification - ash R - is continuously or metered discharged through an unloading device 5 into an ash collector (the design of such a device may be different) .

Основным конструктивным элементом сушильного аппарата 2 барабанного типа является вращающийся сушильный барабан, в котором твердые частицы влажной биомассы F перемешиваются и обдуваются потоком принудительно циркулирующего сушильного агента - атмосферного воздуха А, являющегося одновременно теплоносителем и влагопоглотителем. Могут использоваться (альтернативно либо попеременно) режимы прямоточного или противоточного движения биомассы F и сушильного агента А. При этом сушильный барабан может устанавливаться под углом к горизонту, чтобы обеспечить необходимую скорость движения биомассы (для известных технических примеров это 3-4°). Частота вращения барабана может быть переменной и определяться параметрами высушиваемой биомассы (для известных технических примеров это 1,5-9 об/мин). Наклон барабана и его вращение обеспечивают движение биомассы под действием силы тяжести (и, возможно, напора воздуха для режима прямоточного движения) от загрузочной камеры (шлюза) к выгрузочной камере (разгрузочному шлюзу). В средней части сушильного барабана на его внутренней боковой стенке, как правило, устанавливаются лопастные, секторные, винтовые или иные насадки, обеспечивающие перемешивание сырья, что интенсифицирует процесс сушки, обеспечивая большую площадь поверхности контакта между частицами биомассы и сушильным агентом.The main structural element of the drum-type dryer 2 is a rotary dryer, in which the solid particles of wet biomass F are mixed and blown by a stream of forcibly circulating drying agent - atmospheric air A, which is both a heat carrier and a desiccant. Direct-flow or counter-flow modes of biomass F and drying agent A can be used (alternatively or alternately). In this case, the drying drum can be installed at an angle to the horizontal to provide the necessary biomass speed (for known technical examples, this is 3-4 °). The rotational speed of the drum can be variable and determined by the parameters of the dried biomass (for well-known technical examples it is 1.5-9 rpm). The inclination of the drum and its rotation provide biomass movement under the action of gravity (and, possibly, air pressure for the direct-flow mode) from the loading chamber (lock) to the unloading chamber (discharge lock). In the middle part of the drying drum, on its inner side wall, as a rule, blade, sector, screw or other nozzles are installed that provide mixing of the raw material, which intensifies the drying process, providing a large contact surface area between the biomass particles and the drying agent.

В качестве тепловой машины с замкнутым циклом могут быть применены паровая турбина, паровой поршневой двигатель, паровая винтовая машина (рабочее тело - вода), а также турбины органического цикла Ренкина - ORC (рабочее тело - органический теплоноситель).As a closed-loop heat engine, a steam turbine, a steam piston engine, a steam screw machine (working fluid - water), and also Rankine organic cycle turbines - ORC (working fluid - organic coolant) can be used.

При использовании на стадии газификации наклонного вращающегося цилиндрического реактора-газификатора 3 с загрузочным устройством 4 со шлюзовой камерой и вертикальным цилиндром, газификация осуществляется в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом, а в качестве газифицирующих агентов используются воздух и вода, подающаяся в жидком состоянии в активную зону реактора-газификатора 3 (примеры технической реализации реакторов см. патент RU 2322641 С2, приоритет от 02.05.2006, Дорофеенко и др.; патент RU 2376527 С2 приоритет от 19.12.2007, Жирнов, Зайченко, Манелис, Полианчик).When using an inclined rotary cylindrical gasifier reactor 3 with a charging device 4 with a lock chamber and a vertical cylinder at the gasification stage, gasification is carried out in the filtration combustion mode with super-adiabatic heating, and air and water are used as gasification agents, which flows in a liquid state into the active zone gasifier reactor 3 (for examples of the technical implementation of reactors, see patent RU 2322641 C2, priority dated 02.05.2006, Dorofeenko et al .; patent RU 2376527 C2 priority dated 12/19/20 07, Zhirnov, Zaichenko, Manelis, Polyanchik).

Некондиционная, т.е. не соответствующая стандартам или техническим условиям и требующая предварительной подготовки, топливная биомасса представляет собой дешевый и практически не используемый в настоящее время источник местных энергоресурсов. К параметрам, по которым определяются кондиции биомассы как энергосырья и от которых зависит его стоимость и, соответственно, экономичность его использования, относятся такие рабочие характеристики, как теплотворная способность, общая влага, зольность, содержание углерода, насыпная плотность, форма частиц, фракционный состав (однородность) и др. /ГОСТ Р 54220-2010 Биотопливо твердое Технические характеристики и классы топлива. Часть 1. Общие требования; ГОСТ Р 54236-2010 Топливо твердое из бытовых отходов. Технические характеристики и классы/.Substandard, i.e. not meeting the standards or technical specifications and requiring preliminary preparation, fuel biomass is a cheap and practically not currently used source of local energy resources. The parameters that determine the conditions of biomass as energy raw materials and on which its cost and, accordingly, the efficiency of its use depend on such performance characteristics as calorific value, total moisture, ash content, carbon content, bulk density, particle shape, fractional composition ( homogeneity), etc. / GOST R 54220-2010 Solid biofuel Technical characteristics and fuel classes. Part 1. General requirements; GOST R 54236-2010 Solid fuel from household waste. Specifications and classes.

Энергетическая, и, соответственно, потребительская ценность топлива определяется в основном его теплотворной способностью - количеством энергии в единице массы топлива, которое может быть использовано для производства тепла/электричества. В частности, качество биомассы как топлива оценивается нижней теплотворной способностью (НТС) Q, которая в значительной степени зависит от содержания влаги в топливе. Его количественный показатель - относительная влажность (общая влага) W - является одной из наиболее важных переменных характеристик топлива, в значительной степени определяющей его стоимость и, в конечном счете, экономичность его энергетического использования на практике.The energy, and, accordingly, consumer value of fuel is determined mainly by its calorific value - the amount of energy per unit mass of fuel that can be used to produce heat / electricity. In particular, the quality of biomass as fuel is estimated by the lower calorific value (LF) Q, which is largely dependent on the moisture content of the fuel. Its quantitative indicator - relative humidity (total moisture) W - is one of the most important variable characteristics of the fuel, which largely determines its cost and, ultimately, the efficiency of its energy use in practice.

По справочным данным /см. указанные выше источники: Справочник «Котельные и электростанции на биотопливе …; «Биомасса как источник энергии…»/ средняя относительная влажность низкосортного дешевого сырья может составлять 33…50% для свежесрубленной и 50…80% для мокрой (транспортируемой по воде) древесины, до 70% - для отстоя городских сточных вод, 60…85% - для навоза, до 55% и более - для сельскохозяйственных отходов, 15…35% - для ТБО.For reference data / cm. the above sources: Reference book “Boiler houses and biofuel power plants ...; “Biomass as a source of energy ...” / the average relative humidity of low-grade cheap raw materials can be 33 ... 50% for freshly cut timber and 50 ... 80% for wet (transported by water) wood, up to 70% for sludge from urban wastewater, 60 ... 85% - for manure, up to 55% and more - for agricultural waste, 15 ... 35% - for solid waste.

Взаимосвязь между вышеуказанными характеристиками может быть выражена следующим соотношением:The relationship between the above characteristics can be expressed by the following ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Δtw - температура нагрева влаги сырья от текущего значения до 100°С;where Δt w is the temperature of heating the moisture of the raw material from the current value to 100 ° C;

Qc - НТС сухого вещества топлива;Q c - NTS of dry matter of fuel;

Cw = - удельная теплоемкость воды;C w = is the specific heat of water;

Lγ = - удельная теплота парообразования.L γ = is the specific heat of vaporization.

Принимая Δtw=80° (от 20°С до 100°С); Cw=4,1872 кДж/кгК; Lγ=2 250 кДж/кг, получимTaking Δt w = 80 ° (from 20 ° C to 100 ° C); C w = 4.1872 kJ / kgK; L γ = 2 250 kJ / kg, we get

Figure 00000002
Figure 00000002

Зависимость НТС исходного сырья от его влажности W для заданного диапазона исходных данных представлена на фиг. 2.The dependence of the STC of the feedstock on its moisture content W for a given range of source data is shown in FIG. 2.

Для полной сушки исходного сырья, а именно получения 1 кг сухого сырья, потребуется тепловой энергии в количестве (ккал):For complete drying of the feedstock, namely the production of 1 kg of dry feedstock, heat energy is required in an amount (kcal):

Figure 00000003
Figure 00000003

Опытные данные по энергетической эффективности существующих малых энергоустановок с тепловыми двигателями (машинами) замкнутого цикла приведены в таблице 1 /см. указанные выше источники: «Применение энергии биомассы …»; А. Самылин, М Яшин. «Современные конструкции газогенераторных установок». - ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85/.Experimental data on the energy efficiency of existing small power plants with closed-circuit heat engines (machines) are given in table 1 / cm. sources indicated above: “Use of biomass energy ...”; A. Samylin, M Yashin. "Modern design of gas generating units." - LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85 /.

Figure 00000004
Figure 00000004

Примем следующий диапазон параметров энергетической эффективности энергоустановок, в том числе для известных близких аналогов:We take the following range of parameters of energy efficiency of power plants, including for well-known close analogues:

электрический КПД ηе=0,10…0,20electrical efficiency η e = 0.10 ... 0.20

тепловой КПД ηт=0,45…0,65.thermal efficiency η t = 0.45 ... 0.65.

Достижимый (потенциальный) уровень электрического КПД ηе (y) для предлагаемого способа и устройства при полной сушке исходного сырья за счет тепла отработавшего пара может быть определен следующим образом:The achievable (potential) level of electrical efficiency η e (y) for the proposed method and device during complete drying of the feedstock due to the heat of the spent steam can be determined as follows:

Figure 00000005
Figure 00000005

илиor

Figure 00000006
Figure 00000006

Максимальную влажность Wmax исходного сырья, при которой возможна его внутрисистемная автотермическая (без поступления энергии извне, а именно за счет утилизации (рекуперации) «сбросной» тепловой энергии на выходе тепловой машины) сушка, можно определить из соотношения:The maximum humidity W max of the feedstock, at which its intrasystem autothermal (without energy from the outside, namely due to the utilization (recovery) of "waste" thermal energy at the outlet of the heat engine) drying is possible, can be determined from the ratio:

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где γ - коэффициент теплообмена (рекуперации тепла отработавшего пара),where γ is the heat transfer coefficient (heat recovery of exhaust steam),

отсюда

Figure 00000008
from here
Figure 00000008

Подставляя (7) в (5), получим выражение для достижимого уровня электрического КПД (W=Wmax):Substituting (7) into (5), we obtain the expression for the attainable level of electrical efficiency (W = W max ):

Figure 00000009
Figure 00000009

Исследуем, как изменяется величина электрического КПД ηе при отклонении параметров [W, Qc] сырья в зависимости от текущей относительной влажности W исходного сырья в диапазоне возможных значений W=(0; Wпред), где предельное значение относительной влажности исходного сырьяWe study how the value of electric efficiency η e changes when the parameters [W, Qc] of the feedstock deviate depending on the current relative humidity W of the feedstock in the range of possible values W = (0; W before ), where the limiting value of the relative humidity of the feedstock

Figure 00000010
Figure 00000010

а) Для случая 0<W<Wmax текущий 'электрический КПД определяется по (5),a) For the case 0 <W <W max, the current 'electrical efficiency is determined by (5),

б) Для случая Wmax<W<Wmax необходимо учесть системные потери тепла, обусловленные влажностью получаемого топливного газа /Кислов В.М. Газификация древесины и ее компонентов в фильтрационном режиме. Автореферат дисс.к.ф.м.н. ИПХФ РАН, Черноголовка, 2008. - с. 10-13/.b) For the case W max <W <W max, it is necessary to take into account the system heat losses due to the humidity of the resulting fuel gas / V. Kislov Gasification of wood and its components in a filtration mode. Abstract of dissertation IPCP RAS, Chernogolovka, 2008. - p. 10-13 /.

НТС исходного сырья определяется по (1), НТС подсушенного сырья определим как:The STC of the feedstock is determined by (1), the STV of the dried raw material is defined as:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Свп - удельная теплоемкость водяного пара,where C VP - specific heat of water vapor,

Δtвн = температура нагрева водяного пара в дымовых газах,Δt bn = heating temperature of water vapor in flue gases,

ΔW - уменьшение влажности в результате сушки.ΔW - humidity reduction as a result of drying.

Принимая Свп - 2 510 Дж/кг, Δtвп=125° и поставляя в (10) численные значения, получим:Taking С VP - 2 510 J / kg, Δt VP = 125 ° and supplying numerical values to (10), we obtain:

Figure 00000012
Figure 00000012

С учетом подсушки сырья справедливо соотношение:Given the drying of raw materials, the following ratio is true:

Figure 00000013
Figure 00000013

Подставляя (12) в (11) получимSubstituting (12) in (11) we obtain

Figure 00000014
Figure 00000014

Определяя электрический КПД устройства какDefining the electrical efficiency of the device as

Figure 00000015
Figure 00000015

и, подставляя (13) в (14), получим результирующее выражение для электрического КПД устройства:and, substituting (13) in (14), we obtain the resulting expression for the electrical efficiency of the device:

Figure 00000016
Figure 00000016

при уточненном предельном значении относительной влажности:at the specified limit value of relative humidity:

Figure 00000017
Figure 00000017

Графики зависимости электрического КПД ηе (y) устройства от относительной влажности W исходной биомассы при различных значениях НТС Qc сухой биомассы приведены на фиг. 3.The dependences of the electric efficiency η e (y) of the device on the relative humidity W of the initial biomass at different values of the TCF Qc of dry biomass are shown in FIG. 3.

Примечание: Некоторое приближение расчетов связано с тем, что с учетом температуры отработавшего («мятого») пара для предлагаемых типов тепловых (паровых) машин практически может быть реализована сушка только до воздушно-сухого состояния сырья. В то же время топливная биомасса в зависимости от ее происхождения, в частности древесина, может содержать также реакционную (химическую) влагу, отделение которой начинается при температуре свыше 150°.Note: Some approximation of the calculations is due to the fact that taking into account the temperature of the exhausted (“crushed”) steam for the proposed types of heat (steam) machines, drying can only be realized only to the air-dry state of the raw material. At the same time, fuel biomass, depending on its origin, in particular wood, may also contain reaction (chemical) moisture, the separation of which begins at temperatures above 150 °.

Относительно эффективности предлагаемых технических решений можно сделать следующие выводы.Regarding the effectiveness of the proposed technical solutions, the following conclusions can be made.

1. Для диапазона возможных значений параметров сырья (НТС сухого вещества Qc=2000…5000 ккал/кг) и технологических процессов (теплового КПД энергетической (паросиловой) установки ηт=0,45…0,65; коэффициента теплопередачи на сушку сырья γ=0,5) технический результат, выражаемый в увеличении электрического КПД, находит подтверждение, однако проявляется неравномерно, при этом существует оптимальное значение относительной влажности исходного сырья Wopt=Wmax и ему соответствует максимальное значение электрического КПД

Figure 00000018
предлагаемого способа и устройства, которое не зависит от НТС Qc сухого вещества сырья и превышает электрический КПД ηе известных аналогов в 1,5 раза.1. For the range of possible values of the parameters of the raw materials (dry-fueled dry matter Q c = 2000 ... 5000 kcal / kg) and technological processes (thermal efficiency of the power (steam-power) installation η t = 0.45 ... 0.65; heat transfer coefficient for drying the raw material γ = 0.5) the technical result, expressed in an increase in electric efficiency, is confirmed, however, it is uneven, while there is an optimal value of the relative humidity of the feedstock W opt = W max and the maximum value of electric efficiency corresponds to it
Figure 00000018
the proposed method and device, which does not depend on the NTS Q c dry matter of raw materials and exceeds the electrical efficiency η e known analogues in 1.5 times.

Примечание - Эффективность предлагаемых решений может несколько снижаться с учетом возможных эксплуатационных затрат электроэнергии, потребляемой вращающимся сушильным барабаном, насосами, вентиляторами (воздуходувками).Note - The effectiveness of the proposed solutions may be slightly reduced, taking into account the possible operational costs of the electricity consumed by the rotary drying drum, pumps, fans (blowers).

Так, по расчетам предлагаемое устройство с номинальной электрической мощностью 100…500 кВт должно иметь потребление по сырью (Qc=2000…5000 ккал/кг, W=Wopt=0,5…0,.7 - см. фиг. 5) в диапазоне 215…1535 кг/ч. Существующие модели сушилок барабанного типа БСЛ данной производительности имеют потребляемую мощность на вращение барабана 1…4 кВт, что не превышает ~1% выходной мощности. С учетом энергопотребления вентиляторными системами электростанций (~0,5…0,7% от выходной мощности) повышение доли минимально необходимых эксплуатационных энергозатрат находится в пределах 2% от выходной мощности, что позволяет считать несущественным снижение электрического КПД предлагаемого устройства.So, according to calculations, the proposed device with a rated electric power of 100 ... 500 kW should have a consumption of raw materials (Q c = 2000 ... 5000 kcal / kg, W = W opt = 0.5 ... 0, .7 - see Fig. 5) in the range of 215 ... 1535 kg / h. Existing models of BSL drum-type dryers of a given capacity have a power consumption per drum rotation of 1 ... 4 kW, which does not exceed ~ 1% of the output power. Taking into account the energy consumption by the fan systems of power plants (~ 0.5 ... 0.7% of the output power), the increase in the share of the minimum required operational energy consumption is within 2% of the output power, which allows us to consider the decrease in the electrical efficiency of the proposed device to be insignificant.

2. Верхняя граница диапазона допустимых значений влажности Wдoп исходного сырья может быть определена, исходя из требований к энергетической эффективности. В частности, при условии

Figure 00000019
указанная граница соответствует значениям Wдоп=0,7…0,85, что существенно выше возможностей рассмотренных выше аналогов (Wдоп=0,2…0,5) и подтверждает достижение технического результата, заключающегося в расширении спектра материалов, а именно по параметру влажности, используемых в качестве сырья для производства электроэнергии.2. The upper limit of the range of permissible humidity values W dop of the feedstock can be determined based on the requirements for energy efficiency. In particular, subject to
Figure 00000019
the specified boundary corresponds to the values of W add = 0.7 ... 0.85, which is significantly higher than the capabilities of the above analogues (W add = 0.2 ... 0.5) and confirms the achievement of the technical result, which consists in expanding the spectrum of materials, namely, the parameter humidity used as raw material for electricity production.

3. Нелинейный характер зависимости электрического КПД ηe (y) устройства от коэффициента теплообмена γ при конденсации пара и сушке сырья (фиг. 4) определяет возможности его существенного повышения при нахождении эффективных технических решений по рекуперации тепла отработавшего пара (особенно в области значений γ>0,5).3. The nonlinear nature of the dependence of the electrical efficiency η e (y) of the device on the heat transfer coefficient γ during steam condensation and drying of the raw material (Fig. 4) determines the possibility of its significant increase when finding effective technical solutions for recovering the heat of the spent steam (especially in the range of γ> 0.5).

Реализация вышеприведенных возможностей по использованию некондиционного сырья в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.The implementation of the above opportunities for the use of substandard raw materials in the proposed device is as follows.

Исходное сырье F для производства электроэнергии - измельченная (при необходимости) некондиционная, в частности по содержанию влаги, топливная биомасса различного происхождения, в том числе органическая часть твердых бытовых (городских) отходов, поступающая на участок топливоподготовки 12, транспортером 13 непрерывно либо дозировано загружается в расходный секционированный склад сырья 14, причем каждая партия сырья, имеющая определенные известные рабочие параметры, в том числе содержание влаги, складируется через входной (загрузочный) шлюз 15 в соответствующую секцию склада отдельно от других партий сырья.The feedstock F for the production of electricity is crushed (if necessary) substandard, in particular in terms of moisture content, fuel biomass of various origins, including the organic part of the solid household (urban) waste coming to the fuel preparation section 12, it is continuously or metered loaded by conveyor 13 into sectionalized raw materials supply warehouse 14, each batch of raw materials having certain known operating parameters, including moisture content, is stored through an input (loading) slurry of 15 in the corresponding storage section separate from the other raw material batches.

Подготовка сырья осуществляется путем смешивания сырья из двух и более партий с составлением оптимизированной биотопливной смеси, для чего сырье дозировано выгружается из определенных секций склада 14 через выходной (разгрузочный) шлюз 16 в соответствующих расчетных весовых пропорциях и посредством транспортера 13 загружается в бункер сырья 17, где перемешивается и гомогенизируется, затем непрерывно либо дозировано перегружается в сушильный аппарат 2.Raw materials are prepared by mixing raw materials from two or more batches with the compilation of an optimized biofuel mixture, for which the raw materials are dosed unloaded from certain sections of the warehouse 14 through the outlet (discharge) gateway 16 in the corresponding calculated weight proportions and loaded into the raw material bin 17 through the conveyor 13, where mixes and homogenizes, then is continuously or metered reloaded into the drying apparatus 2.

При этом параметры смеси, в частности, из двух партий сырья определяются следующим образом:The parameters of the mixture, in particular, from two batches of raw materials are determined as follows:

относительная влажность

Figure 00000020
relative humidity
Figure 00000020

нижняя теплотворная способность

Figure 00000021
lower calorific value
Figure 00000021

где α12≥0 - весовые доли смешиваемых партий сырья, α12=1,where α 1 , α 2 ≥0 are the weight fractions of the mixed batches of raw materials, α 1 + α 2 = 1,

W1, W2 - относительная влажность партий сырья,W 1 , W 2 - relative humidity of the lots of raw materials,

Q1, Q2 - НТС партий сырья.Q 1 , Q 2 - NTS batches of raw materials.

Оптимальные значения α1, α2 могут быть определены с учетом данных соотношений (7), а именно

Figure 00000022
, где
Figure 00000023
смеси определяется из (1) при
Figure 00000024
.The optimal values of α 1 , α 2 can be determined taking into account these relations (7), namely
Figure 00000022
where
Figure 00000023
the mixture is determined from (1) for
Figure 00000024
.

При попарном переборе смешиваемых партий сырья возможное число вариантов состава смеси равно числу неупорядоченных сочетании

Figure 00000025
, где n - число партии сырья.In pairwise enumeration of mixed batches of raw materials, the possible number of variants of the mixture composition is equal to the number of disordered
Figure 00000025
where n is the number of lots of raw materials.

С учетом возможной некондиционности сырья по иным параметрам помимо влажности составление биотопливной смеси сырья из различных групп (партий) может осуществляться с учетом выполнения ограничений на значения параметров конечной смеси для нахождения их в границах рабочих диапазонов (зольности Ad≤Аd гр, содержания углерода С≥Сгр, насыпной плотности BD≥BDгp и др.) согласно техническим условиям для газификации.Given the possible substandard nature of the raw materials for other parameters, in addition to moisture, the compilation of a biofuel mixture of raw materials from various groups (batches) can be carried out taking into account the restrictions on the values of the parameters of the final mixture to be within the operating ranges (ash A d ≤ A d gr, carbon content ≥Cgr, bulk density BD≥BDgp, etc.) according to the technical conditions for gasification.

В участок топливоподготовки 12 может быть дополнительно введена линия предварительной подготовки сырья 19, которая подключается к транспортеру 13 и состоит из специализированных средств механической обработки (сортировки, измельчения, уплотнения - компрессирования) сырья 20.An additional preliminary preparation line for raw materials 19 may be introduced into the fuel preparation section 12, which is connected to the conveyor 13 and consists of specialized means of mechanical processing (sorting, grinding, compaction - compression) of the raw material 20.

Для определения (измерения) и/или текущего контроля рабочих параметров сырья (при необходимости) в процессе его поступления, хранения и подготовки на входе транспортера 13 и/или в секциях склада 14 могут устанавливаться соответствующие средства измерения и/или контроля 18 (влагомеры и т.п.).To determine (measure) and / or monitor the operating parameters of the raw material (if necessary) in the process of its receipt, storage and preparation at the inlet of the conveyor 13 and / or in the sections of the warehouse 14, appropriate means of measurement and / or control 18 (moisture meters and t .P.).

Отработавший в сушилке 2 воздух может использоваться для предварительной подсушки хранящегося сырья, для чего пропускается через заданные секции склада 14.The air spent in the dryer 2 can be used for pre-drying the stored raw materials, for which it is passed through the specified sections of the warehouse 14.

Примечание - Участок топливоподготовки 12 может комплектоваться известными техническими средствами подготовки, хранения, погрузки твердого топлива, в том числе топливной биомассы /см. указанный выше Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе…/, отвечающими требованиям действующих норм и правил /СП 90.13330.2012 Электростанции тепловые. Актуализированная редакция СНиП П-58-75; СТО 70238424.27.100.023-2008. Топливно-транспортное хозяйство ТЭС. Прием и хранение твердого топлива Условия поставки. Нормы и требования; ГОСТ Р 54205-2010. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Наилучшие доступные технологии повышения энергоэффективности при сжигании: смешивание отходов с предварительной обработкой (измельчением крупногабаритных отходов и т.п.)/.Note - The fuel preparation section 12 may be equipped with well-known technical means of preparation, storage, loading of solid fuel, including fuel biomass / cm. The above reference. “Boiler houses and biofuel power plants ... / that meet the requirements of current norms and rules / SP 90.13330.2012 Thermal power plants. Updated edition of SNiP P-58-75; STO 70238424.27.100.023-2008. Fuel and transport facilities of thermal power plants. Reception and storage of solid fuel. Terms of delivery. Norms and requirements; GOST R 54205-2010. Resource Saving. Waste management. The best available technologies for improving energy efficiency during combustion: mixing waste with pre-treatment (grinding of bulky waste, etc.) /.

По графикам, приведенным на фиг. 3, рассматривая в качестве значений переменных параметров [W, Qc] исходной биомассы расчетные значения соответствующих параметров биотопливной смеси, которым соответствует точка максимума графика, можно сделать заключение о том, что оптимизированная по составу биотопливная смесь позволяет обеспечить максимальное значение электрического КПД

Figure 00000026
предлагаемого устройства, которое превышает электрический КПД ηе известных аналогов в 1,5 раза (в частности, с 0,2 до 0,3 для принятых исходных данных). При этом предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении спектра материалов, используемых в качестве сырья для производства электроэнергии, поскольку с целью утилизации в составе биотопливной смеси в качестве ингредиента, добавляемого к кондиционному сырью, может быть использовано исходное некондиционное сырье любой, в том числе повышенной влажности (0,7…0,85 и выше), однако с точки зрения энергетической эффективности целесообразно ограничить содержание влаги величиной W≤Wпред=0,7…0,85 (см. фиг. 2).According to the graphs shown in FIG. 3, considering as the values of the variable parameters [W, Q c ] of the initial biomass the calculated values of the corresponding parameters of the biofuel mixture, which correspond to the maximum point of the graph, we can conclude that the biofuel mixture optimized in composition allows us to provide the maximum value of electrical efficiency
Figure 00000026
the proposed device, which exceeds the electrical efficiency η e of known analogues in 1.5 times (in particular, from 0.2 to 0.3 for the adopted source data). Moreover, the present invention ensures the achievement of a technical result, which consists in expanding the range of materials used as raw materials for electricity production, since for the purpose of utilization in the composition of a biofuel mixture as an ingredient added to conditioned raw materials any non-standard raw material can be used, including including moisture (0.7 ... 0.85 and above), but from the standpoint of energy efficiency it is advisable to limit the magnitude of the moisture content before W≤W = 0.7 0.85 (see. Fig. 2).

Claims (16)

1. Способ получения электроэнергии из некондиционной топливной биомассы по двухстадийной технологической схеме, предусматривающий на первой стадии подачу исходного сырья - измельченной (при необходимости) топливной биомассы различного происхождения - и осуществление ее паровоздушной газификации в плотном слое в реакторе-газификаторе прямого процесса, при этом в процессе газификации в противоток движению сырья через нижнюю часть реактора-газификатора, где происходит накопление и вывод твердых продуктов - отходов газификации (золы), в активную зону газификации посредством, например, дутья подают газифицирующие агенты - воздух и водяной пар и/или воду - в необходимых для протекания окислительно-восстановительных реакций газификации соотношениях с газифицируемым сырьем, а получаемый в результате газификации горючий топливный газ фильтруется через слой загруженного в реактор-газификатор сырья и отводится из его верхней части для использования на второй стадии, включающей сжигание получаемого топливного газа в паровом котле (парогенераторе), преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию в тепловой (паровой) машине и в электрическую энергию посредством электрогенератора, отличающийся тем, что сырье для газификации - некондиционную по содержанию влаги топливную биомассу, подвергают предварительной подготовке, включающей сушку, для чего создают замкнутый контур циркуляции рабочего тела (воды или органического теплоносителя) тепловой машины, в котором отработавший пар охлаждают в воздушном конденсаторе атмосферным воздухом, который затем за счет принудительной циркуляции в качестве сушильного агента используют для конвективной воздушно-калориферной сушки подаваемого сырья, а отработавший пар, завершивший фазовый переход, в виде конденсата продолжает циркулировать в замкнутом контуре, при этом сырьем для сушки является оптимизированная биотопливная смесь, которую получают путем смешивания сырья из различных групп, характеризующихся различными значениями параметров топливной биомассы, в том числе некондиционной по одному или нескольким параметрам, при этом оптимизируемой характеристикой является относительная влажность биотопливной смеси, параметром оптимизации - состав смеси как соотношение весовых долей видов сырья в конечной смеси, а критерием оптимальности - соответствие значения относительной влажности биотопливной смеси оптимальному значению, обеспечивающему максимум электрического КПД на выходе электрогенератора при полном удалении внешней (гигроскопической) влаги из сырья в процессе его сушки.1. A method of producing electricity from substandard fuel biomass according to a two-stage technological scheme, providing for the first stage to supply the feedstock - crushed (if necessary) fuel biomass of various origins and implementing its vapor-air gasification in a dense layer in a direct process gasifier, while the gasification process in countercurrent to the movement of raw materials through the lower part of the gasification reactor, where the accumulation and removal of solid products - gasification waste (ash) takes place, and the gasification zone through, for example, blasting, gasifying agents — air and water vapor and / or water — are supplied in the ratios necessary for the gasification reaction to occur with gasified raw materials, and the fuel gas obtained as a result of gasification is filtered through a layer loaded into the reactor gasifier of raw materials and is removed from its upper part for use in the second stage, including the combustion of the resulting fuel gas in a steam boiler (steam generator), the conversion of heat steam steam into mechanical energy in a heat (steam) machine and into electrical energy by means of an electric generator, characterized in that the feedstock for gasification is fuel biomass substandard in moisture content, subjected to preliminary preparation, including drying, for which a closed loop of the working fluid (water) circulation is created or organic coolant) of a heat engine in which the exhaust steam is cooled in an air condenser by atmospheric air, which is then due to forced circulation as land The agent is used for convective air-caloriferous drying of the feedstock, and the exhaust steam that completes the phase transition continues to circulate in the form of condensate in a closed loop, while the drying feed is an optimized biofuel mixture, which is obtained by mixing raw materials from various groups characterized by different the values of the parameters of the fuel biomass, including substandard in one or more parameters, while the optimized characteristic is the relative moisture durability of the biofuel mixture, the optimization parameter is the composition of the mixture as the ratio of the weight fractions of the types of raw materials in the final mixture, and the criterion of optimality is the correspondence of the relative humidity of the biofuel mixture to the optimal value, which ensures maximum electrical efficiency at the generator’s output when the external (hygroscopic) moisture is completely removed from the raw materials in the process of drying it. 2. Способ получения электроэнергии по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное значение относительной влажности биотопливной смеси определяется как
Figure 00000027
, где Δtw - температура нагрева влаги сырья до 100°C; Cw - удельная теплоемкость воды; Lγ - удельная теплота парообразования;
Figure 00000028
- нижняя теплотворная способность сухого вещества биотопливной смеси; ηт - тепловой КПД тепловой (паровой) машины; γ - коэффициент теплопередачи от отработавшего пара на сушку сырья.
2. The method of producing electricity according to claim 1, characterized in that the optimal value of the relative humidity of the biofuel mixture is determined as
Figure 00000027
where Δt w is the temperature of heating the moisture of the raw material to 100 ° C; C w is the specific heat of water; L γ is the specific heat of vaporization;
Figure 00000028
- lower calorific value of dry matter of the biofuel mixture; η t - thermal efficiency of a thermal (steam) machine; γ is the heat transfer coefficient from the spent steam to the drying of raw materials.
3. Способ получения электроэнергии по п. 2, отличающийся тем, что биотопливную смесь составляют из сырья двух групп, которые соответствуют одному из возможных вариантов попарного перебора всех N имеющихся групп сырья, при этом для каждого варианта оптимальные значения весовых долей αi, αj≥0 (αij=1) смешиваемых i-й и j-й партий сырья (i, j)∈[1,N], i≠j, определяют из соотношений для относительной влажности
Figure 00000029
и нижней теплотворной способности
Figure 00000030
смеси, где Wi, Wj - известные значения относительной влажности сырья i-й и j-й групп соответственно, Qi, Qj - известные или расчетные значения нижней теплотворной способности сырья i-й и j-й групп соответственно, с учетом соотношения
Figure 00000031
.
3. The method of producing electricity according to claim 2, characterized in that the biofuel mixture is composed of two groups of raw materials that correspond to one of the possible pairwise enumeration of all N available groups of raw materials, while for each option the optimal weight fractions α i , α j ≥0 (α i + α j = 1) of the mixed ith and jth batches of raw materials (i, j) ∈ [1, N], i ≠ j, are determined from the relations for relative humidity
Figure 00000029
and lower calorific value
Figure 00000030
mixtures, where Wi, Wj are the known values of the relative humidity of the raw materials of the i-th and j-th groups, respectively, Q i , Q j are the known or calculated values of the lower calorific value of the raw materials of the i-th and j-th groups, respectively, taking into account the ratio
Figure 00000031
.
4. Способ получения электроэнергии по одному (любому) из пп. 1-3, отличающийся тем, что составление биотопливной смеси проводят с выполнением ограничений на значения параметров смеси (зольности, насыпной плотности и др.) для нахождения их в заданных границах рабочих диапазонов.4. The method of producing electricity one (any) of paragraphs. 1-3, characterized in that the compilation of the biofuel mixture is carried out with the fulfillment of restrictions on the values of the parameters of the mixture (ash, bulk density, etc.) to find them within the specified boundaries of the operating ranges. 5. Способ получения электроэнергии по п. 1, отличающийся тем, что использованный для сушки сырья воздух в необходимом (регулируемом) объеме подают в реактор-газификатор в качестве газифицирующего агента.5. The method of producing electricity according to claim 1, characterized in that the air used for drying the raw material in the required (controlled) volume is supplied to the gasification reactor as a gasifying agent. 6. Устройство для получения электроэнергии из некондиционной топливной биомассы по двухстадийной технологической схеме, включающее транспортер для подачи сырья - измельченной топливной биомассы различного происхождения, в том числе органических отходов - в реактор-газификатор прямого процесса паровоздушной газификации в плотном слое, имеющий загрузочное устройство с шлюзовой камерой в верхней части и разгрузочное устройство со сборником отходов газификации - золы - в нижней части, а также выход в верхней части для подачи топливного газа, получаемого в результате газификации, в паровой котел (парогенератор) для сжигания, к нижней части реактора-газификатора подведены входы для подачи, например, посредством дутья, газифицирующих агентов - воздуха и водяного пара/воды в противоток движению сырья в активную зону газификации, при этом паровой котел (парогенератор) соединен с резервуаром теплоносителя - рабочего тела (воды или органического теплоносителя), а его выход для производимого пара соединен с входом тепловой (паровой) машины, которая конструктивно соединена с электрогенератором, отличающееся тем, что оно имеет в своем составе замкнутый контур для циркуляции рабочего тела (воды или органического теплоносителя) тепловой (паровой) машины, образованный посредством введения в состав устройства воздушного конденсатора для охлаждения и конденсации отработавшего в тепловой (паровой) машине пара, а также сушильного аппарата барабанного типа для конвективной воздушно-калориферной сушки исходного сырья из состава введенного участка топливоподготовки, куда также включены секционированный склад сырья и бункер-смеситель сырья, при этом транспортер имеет вход для поступающего на переработку исходного сырья и выход для его подачи через загрузочный шлюз в секционированный склад, при этом загрузочный шлюз позволяет каждую очередную партию исходного сырья, имеющую определенные известные рабочие параметры, загрузить в отдельную секцию склада, который через разгрузочный шлюз имеет выход на транспортер и далее в бункер-смеситель, при этом разгрузочный шлюз позволяет подавать сырье из различных секций непрерывно либо дозированно в требуемых для составления биотопливной смеси весовых пропорциях, а бункер-смеситель может вращаться и перемешивать загруженную биотопливную смесь, выход бункера-смесителя соединен с загрузочным шлюзом сушильного аппарата, оснащенного также разгрузочным шлюзом для подачи высушенного сырья в реактор-газификатор, а выход тепловой (паровой) машины для отработавшего пара соединен с воздушным конденсатором, выход которого для конденсата подключен к резервуару для питательной воды, воздушный конденсатор имеет также вход для нагнетаемого атмосферного воздуха, охлаждающего пар, и выход для подогретого паром воздуха через сушильный аппарат в атмосферу.6. A device for producing electricity from substandard fuel biomass according to a two-stage technological scheme, including a conveyor for feeding raw materials - ground fuel biomass of various origins, including organic waste - to the gasification reactor of the direct process of vapor-air gasification in a dense layer, having a loading device with a lock a chamber in the upper part and an unloading device with a collection of gasification waste - ash - in the lower part, as well as an exit in the upper part for supplying fuel ha and, resulting from gasification, in the steam boiler (steam generator) for burning, the inputs for supplying, for example, by means of blowing, gasifying agents - air and water vapor / water in counter-flow to the movement of raw materials into the active gasification zone, are connected to the lower part of the gasification reactor, wherein the steam boiler (steam generator) is connected to the reservoir of the coolant - the working fluid (water or organic coolant), and its output for the produced steam is connected to the input of the heat (steam) machine, which is structurally connected to the electric generator, characterized in that it includes a closed circuit for circulating the working fluid (water or organic heat carrier) of a heat (steam) machine, formed by introducing into the device an air condenser for cooling and condensing the steam spent in the heat (steam) machine, as well as a drum-type dryer for convective air-caloriferous drying of the feedstock from the introduced fuel preparation section, which also includes a sectioned feedstock and bun storage ep-mixer of raw materials, while the conveyor has an input for incoming raw materials for processing and an outlet for supplying it through a loading gateway to a partitioned warehouse, while a loading gateway allows each subsequent batch of raw materials having certain known operating parameters to be loaded into a separate section of the warehouse which through the discharge gateway has access to the conveyor and further to the hopper-mixer, while the discharge gateway allows you to feed raw materials from various sections continuously or batch in the required leaving the biofuel mixture in weight proportions, and the bunker-mixer can rotate and mix the loaded biofuel mixture, the outlet of the bunker-mixer is connected to the loading gateway of the dryer, also equipped with an unloading gateway for supplying the dried raw materials to the gasifier reactor, and the output of the heat (steam) machine for the exhaust steam is connected to an air condenser, the output of which for condensate is connected to the feed water tank, the air condenser also has an input for the injected atmospheric water air cooling the steam, and the outlet for air heated by steam through the dryer to the atmosphere. 7. Устройство для получения электроэнергии по п. 6, отличающееся тем, что на входе транспортера и в каждой секции секционированного склада устанавливаются средства для определения (измерения) и/или текущего контроля параметров сырья (влажности, зольности, насыпной плотности и т.п.) каждой группы, результаты измерений используются для составления оптимизированной биотопливной смеси с учетом выполнения ограничений на значения параметров газифицируемого сырья, заданных, в частности, техническими условиями.7. A device for generating electricity according to claim 6, characterized in that means are installed at the conveyor inlet and in each section of the partitioned warehouse to determine (measure) and / or monitor the parameters of the raw materials (moisture, ash, bulk density, etc. ) of each group, the measurement results are used to compile an optimized biofuel mixture, taking into account the fulfillment of restrictions on the parameters of gasified raw materials specified, in particular, by technical conditions. 8. Устройство для получения электроэнергии по п. 6, отличающееся тем, что участок топливоподготовки дополнительно оснащен линией предварительной подготовки сырья, включающей специализированные средства механической сортировки и обработки (измельчения, компрессирования - уплотнения) сырья и соединенной с транспортером сырья, осуществляющим подачу поступающего исходного сырья и/или сырья из секций секционированного склада на сортировку и обработку и обратно в секции склада8. A device for generating electricity according to claim 6, characterized in that the fuel preparation section is additionally equipped with a line of preliminary preparation of raw materials, including specialized means of mechanical sorting and processing (grinding, compression - compaction) of raw materials and connected to a conveyor of raw materials supplying incoming raw materials and / or raw materials from sections of a partitioned warehouse for sorting and processing and back to sections of a warehouse 9. Устройство для получения электроэнергии по п. 6, отличающееся тем, что выход сушильного аппарата подключен к реактору-газификатору для регулируемой подачи использованного воздуха в качестве газифицирующего агента.9. A device for producing electricity according to claim 6, characterized in that the output of the drying apparatus is connected to a gasifier reactor for a controlled supply of used air as a gasifying agent. 10. Устройство для получения электроэнергии по п. 6 или 9, отличающееся тем, что выход использованного воздуха сушильного аппарата подключен к секционированному складу с возможностью изменения маршрута прохода воздуха как сушильного агента для подсушки хранящегося сырья через различные секции склада сырья, а каждая секция оснащена средствами (влагомерами) для непрерывного либо периодического контроля уровня относительной влажности хранящегося сырья, при этом воздух для подсушки может преимущественно направляться в секции склада с сырьем с повышенным уровнем влажности, секции имеют выходы в атмосферу для проходящего через них воздуха.10. A device for producing electricity according to claim 6 or 9, characterized in that the outlet of the used air of the drying apparatus is connected to the partitioned warehouse with the possibility of changing the route of the air as a drying agent for drying the stored raw materials through different sections of the raw material warehouse, and each section is equipped with means (moisture meters) for continuous or periodic monitoring of the relative humidity of the stored raw materials, while the air for drying can mainly be sent to the sections of the warehouse with cheese it with an increased level of humidity, the sections are discharged to the atmosphere for passing air therethrough. 11. Устройство для получения электроэнергии по п. 6, отличающееся тем, что для газификации топливной биомассы используется цилиндрический наклонный вращающийся реактор-газификатор в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом.11. A device for producing electricity according to claim 6, characterized in that for the gasification of fuel biomass a cylindrical inclined rotating reactor-gasifier is used in the filtration combustion mode with super-adiabatic heating. 12. Устройство для получения электроэнергии по п. 6 или 11, отличающееся тем, что в качестве тепловой (паровой) машины используется паровая турбина конденсационного типа.12. A device for generating electricity according to claim 6 or 11, characterized in that a condensing type steam turbine is used as a heat (steam) machine. 13. Устройство для получения электроэнергии по п. 6 или 11, отличающееся тем, что в качестве тепловой (паровой) машины используется паровая винтовая машина.13. A device for generating electricity according to claim 6 or 11, characterized in that a steam screw machine is used as a heat (steam) machine. 14. Устройство для получения электроэнергиипо п. 6 или 11, отличающееся тем, что в качестве тепловой (паровой) машины используется паровой поршневой двигатель.14. A device for generating electricity according to claim 6 or 11, characterized in that a steam piston engine is used as a heat (steam) machine. 15. Устройство для получения электроэнергии по п. 6 или 11, отличающееся тем, что качестве тепловой (паровой) машины используется турбина органического цикла Ренкина (ORC).15. A device for generating electricity according to claim 6 or 11, characterized in that the Rankine Organic Cycle Turbine (ORC) is used as the heat (steam) machine. 16. Устройство для получения электроэнергии по п. 6, отличающееся тем, что для сушки сырья используется сушильный аппарат барабанного типа, имеющий по крайней мере один загрузочный шлюз и один разгрузочный шлюз для сырья, с возможностью работы в режимах непрерывной и/или дозированной загрузки/разгрузки, прямоточной (сырье и воздух перемещаются в одном направлении) и/или противоточной (сырье и воздух перемещаются в противоположных направлениях) сушки с возможностью варьирования угла наклона, скорости движения воздуха внутри барабана, скорости вращения барабана.16. A device for producing electricity according to claim 6, characterized in that for drying the raw materials, a drum type dryer is used, having at least one loading lock and one discharge lock for raw materials, with the possibility of operating in continuous and / or metered loading modes / unloading, direct-flow (raw materials and air move in the same direction) and / or counter-current (raw materials and air move in opposite directions) drying with the possibility of varying the angle of inclination, air velocity inside the drum, soon sti rotation of the drum.
RU2016114315A 2016-04-13 2016-04-13 Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation RU2631450C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114315A RU2631450C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114315A RU2631450C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2631450C1 true RU2631450C1 (en) 2017-09-22

Family

ID=59931117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114315A RU2631450C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631450C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663144C1 (en) * 2017-09-25 2018-08-01 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2737833C1 (en) * 2020-07-06 2020-12-03 Игорь Владимирович Тихомиров Autonomous electric generation method and device - small solid fuel power plant for its implementation
RU2788409C1 (en) * 2022-05-31 2023-01-19 Виктор Николаевич Стародубцев Waste disposal plant

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2100721C1 (en) * 1994-03-21 1997-12-27 Николай Владимирович Евсеев Method of drying pasty materials
WO2007045291A1 (en) * 2005-10-15 2007-04-26 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Process for production and preparation of rapid pyrolysis products from biomass for pressurized entrained-flow gasification
RU2346026C2 (en) * 2007-04-06 2009-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные энергетические системы" Method of sng and coal char obtaining by pyrolysis reaction of biomass
RU2489475C1 (en) * 2011-12-15 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" Method of treating organic wastes
RU2519441C1 (en) * 2010-03-23 2014-06-10 Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. Technology and device for obtaining synthesis gas from biomass by pyrolysis
RU2561793C2 (en) * 2011-05-25 2015-09-10 Энер-Кор Пауэр, Инк. Power plant with gasificator and waste processing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2100721C1 (en) * 1994-03-21 1997-12-27 Николай Владимирович Евсеев Method of drying pasty materials
WO2007045291A1 (en) * 2005-10-15 2007-04-26 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Process for production and preparation of rapid pyrolysis products from biomass for pressurized entrained-flow gasification
RU2346026C2 (en) * 2007-04-06 2009-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные энергетические системы" Method of sng and coal char obtaining by pyrolysis reaction of biomass
RU2519441C1 (en) * 2010-03-23 2014-06-10 Ухань Кайди Инджиниринг Текнолоджи Рисерч Инститьют Ко., Лтд. Technology and device for obtaining synthesis gas from biomass by pyrolysis
RU2561793C2 (en) * 2011-05-25 2015-09-10 Энер-Кор Пауэр, Инк. Power plant with gasificator and waste processing
RU2489475C1 (en) * 2011-12-15 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" Method of treating organic wastes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОПЫТОВ В.В., Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития, Москва, Инфра-Инженерия, 2012, с.298-300. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663144C1 (en) * 2017-09-25 2018-08-01 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2737833C1 (en) * 2020-07-06 2020-12-03 Игорь Владимирович Тихомиров Autonomous electric generation method and device - small solid fuel power plant for its implementation
RU2788409C1 (en) * 2022-05-31 2023-01-19 Виктор Николаевич Стародубцев Waste disposal plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101992204B (en) Domestic waste and sewage sludge resource ecology process for separating and recovering
RU2373263C2 (en) Method of transformation of solid bio-waste products into renewable fuel
JP7050043B2 (en) Waste treatment system
CN111989169B (en) Waste treatment system and waste treatment method
CN106938881A (en) A kind of processing system and method for carbonaceous solids discarded object
CN105368499B (en) Block biomass updraft type fixed bed gasification power generating simultaneously electricity, charcoal, the technique of heat
CN105509059A (en) Power generation system and power generation method
CN101056968A (en) Method of slurry dewatering and conversion of biosolids to a renewable fuel
RU2631450C1 (en) Method of producing electricity from substandard fuel biomass and device for its implementation
CN204421013U (en) Domestic garbage pyrolysis reduction treatment system
CN2697475Y (en) Screened pyrolyzing treatment furnace for domestic refuse
JP7101160B2 (en) Waste treatment system
CN105327930A (en) Power generation system using household garbage and power generation method thereof
RU2631456C1 (en) Method for producing electricity from sub-standart (wet) fuel biomass and device for its implementation
CN205165331U (en) System for utilize domestic waste electricity generation
RU2631459C1 (en) Method of producing electricity from uncommediate (wet) fuel biomass and device for its implementation
RU2631455C1 (en) Method of producing electricity from substandard (wet) fuel biomass and device for its implementation
JP7101159B2 (en) Waste treatment system
CN106402887A (en) System and method for drying garbage by means of waste heat from flue gas
CN206410140U (en) Utilize the system of fume afterheat garbage drying
CN207877557U (en) A kind of mud drying device
RU106246U1 (en) ORGANIC RAW MATERIAL PROCESSING PLANT
CN105753274A (en) Sludge disposal system and sludge disposal technology
CN205505003U (en) Power generation system
CN205443177U (en) Mud carbomorphism system charcoal device

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200826