Комбинированная генерация газотурбинных установок работающих на продуктах газификации твердых бытовых отходах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комбинированная генерация газотурбинных установок работающих на продуктах газификации твердых бытовых отходах

Одной из ключевых проблем по направлению реализации твердых бытовых отходов наряду с сопутствующими мероприятиями по унификации и переработки вторичного сырья представляется использование продуктов процесса, в качестве преобразователя составляющих химической энергии в другие виды, а именно электрическую или тепловую. Данная проблема является актуальной по причине, основанной на экологическом аспекте и возможности проведения рециклинга, с последующим использованием полученной энергии в характерно новом качестве.

Рост промышленных агломераций в местах сосредоточения человеческих ресурсов приводит к необходимости проведения мероприятий по борьбе с уже имеющимися мусорными полигонами так и новообразованными. Мировая практика проявляет огромный интерес по уровню переработки бытовых отходов, сокращению имеющихся захоронений и производство энергии, в качестве источника которого может быть использован непосредственно сам полигон. В Российской Федерации данное направление реализуется еще со времен Советского союза, но в более узком смысле, а именно вторичное сырье попросту подвергают сортировке с последующим применением в качестве исходного образца. Металл идет на переплавку, тара, изготовленная из полимеров, используется для производства новой упаковки и.т.д. Также по-прежнему одним из основных методов борьбы с отходами является их санитарное захоронение на площадях мусорных полигонов. В настоящее время предписание руководства Европейского союза приняло решение о доведении сократить уровень захороняемых отходов на 65% и обеспечить строительство и реконструкцию уже эксплуатируемых промышленных объектов направленных на получение энергии из данного вида сырья.

Мусорные полигоны представляют угрозу для цивилизации человечества. Всевозрастающие потребительские способности населения ведут к постоянному накоплению и как следствие эмиссии свалочных захоронений. В местах их скопления образуются парниковые газы, вызванные высоким содержанием метана. Данная проблема имеет несколько этапов реализации. В качестве первого используется раздельный сбор отходов и сортировочное производство для рециклинга. Второй вариант предусматривает производство синтез газа с последующим его применением в качестве энергии для нужд производственных и гражданских объектов. В Российской Федерации отсутствует нормативная база обеспечивающая регулирование и неуклонное исполнение требований к гражданам по разделению твердых бытовых отходов. Данная проблема имеет всеобъемлющий характер, но отсутствие массовой системы на государственном уровне не позволяет обеспечить глубину переработки и использование имеющегося потенциала для полного проникновения в решении вопросов утилизации отходов.

В настоящее время ведется строительство производств, и реализуются программы по сортировке вторичного сырья для рециклинга и дальнейшая газификация. При процессе газификации твердых бытовых отходов происходит выделение синтез газа, который может быть использован в качестве топлива для производства тепловой и электрической энергии. В качестве преобразователя данного вида топлива может быть применена газотурбинная установка малой мощности, целесообразность которой изложена в работе [1].

Одним из энергоэффективных решений по использованию синтез газа является применение микро газотурбинных установок (МГТУ). Производство данного типа продукции имеет широкое распространение в мире и представлено следующими производителями: Capstone Turbine Corporation (CTC), Nissan Motors, Toyota Turbine and Systems Inc. и др. В Российской Федерации налажено собственное производство в Ярославской области компанией дистрибьютором «БПЦ Инжиниринг» производителя «Capstone Turbine» [2]. Проведенный анализ номенклатуры микро газотурбинных установок показал отличия в конструктивном исполнении, термодинамических параметрах, мощности и вида используемого топлива, наряду с общим принципом работы по классической схеме газотурбинной установки с использованием регенератора и компрессора. Применение регенерации в конструктивной схеме МГТУ позволяет повысить КПД установки на 4..6% и снизить расход топлива. Параметрическая оптимизация с выбором назначенных предельных величин для достижения требуемой характеристики позволила определить границу степени повышения давления до значения 4..7 и степени регенерации рекуператора не более 0,85. Данный интервал показателей позволяет обеспечить наиболее выгодные соотношения массогабаритных и конкурентоспособных преимуществ при производстве лопаточных машин и их последующей эксплуатации. Схема комбинированной генерации МГТУ на продуктах твердых ботовых отходах не имеет существенных отличий от традиционной классической. Из-за высокой частоты вращения ротор установки используется в качестве преобразователя механической энергии в электрическую по средствам высокочастотного генератора. Теплота рассеивания от продуктов сгорания используется для подогрева горячего водоснабжения. В свою очередь продукты сгорания из МГТУ можно использовать в цикле по осушке твердых бытовых отходов. Морфологический состав синтез газа оценивается усреднением расчетных величин компонентного состава топлива (объемный в %):

Основываясь на данных исследовательских и научных работ [3, 4] изменение структуры последовательности процессов регенеративной МГТУ имеет несущественные различия по показателям термодинамических характеристик с классическим компоновочным исполнением ГТУ. Наряду с этим одним из ключевых преимуществ сжигания синтез газа является его давление, которое приравниваясь к атмосферному, обеспечивает непрерывный процесс горения и повышает газодинамическую эффективность узлов. Высокое содержание сероводорода в синтез газе требует дополнительных мероприятий по его очистке по средствам раствора соды или активированного угля. Для этого используется скруббер или адсорбер. Мокрый способ очистки является наиболее предпочтительным ввиду его простоты, но при этом газ после прохождения через содовый раствор имеет на выходе более низкие температурные значения, что приводит к снижению электрического КПД на 6 %.

Рисунок 1 - Зависимость электрического КПД от степени повышения давления в компрессоре: 1 - синтез газ после сухой очистки; 2 - синтез газ после мокрой очистки

переработка газотурбинный синтез установка

Согласно зависимости представленной на рисунке 1, спроецировав наиболее оптимальный вариант показателя степени повышения давления в компрессоре, стоит принимать равной не более 4,5. В данном случае имея практическую связь различного способа очистки серы целесообразно применение сухого метода.

Данная МГТУ, работающая на продуктах газификации твердых бытовых отходах способна вырабатывать тепловой энергии.

Решение проблемы использования существующих мусорных полигонов в качестве основного источника энергии для последующего преобразования в иные виды по средствам МГТУ с возможностью сортировки, основной целью которой является извлечение вторичного сырья для проведения рециклинга и газификации. Реализация данного мероприятия будет обеспечена МГТУ мощностью в 300 кВт, степенью повышения давления 4,5, температурой в камере сгорания 1173 К с использованием сухой очистки газа.

В данном случае использование и повсеместное внедрение комбинированной генерации ГТУ работающей на продуктах газификации твердых бытовых отходов позволит улучшить экологическую обстановку и решить проблему утилизации захоронений, при этом обеспечить выработку дополнительной тепловой и электрической энергии.

Список литературы

переработка газотурбинный синтез установка

1.Данилова С.К., Тумашев Р.З. Энерготехнологическая установка на базе газотурбинного двигателя с использованием продуктов газификации древесных отходов // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2016. № 4. С. 1-13.

2.BPC Group Power Systems. Микротурбины Capstone [Текст] / Москва. 2017. -64с.

3.Тумашев Р.З. Когенерационная установка на попутных нефтяных газах с высоким содержанием тяжелых углеводородов. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, инженерный журнал, 2012г. Выпуск 10.

4.Михальцев В.Е. Расчет параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014г. 58 с.

Размещено на Allbest.ru