РФФИ 19-18-50096 Экспансия - Обзор современных тенденций развития технологий газификации твердых топлив

Одноступенчатые процессы газификации топлива разрабатывались и широко исследовались в России и за рубежом на протяжении 20 века. Они остаются основными при создании и проектировании современного газогенераторного оборудования. Во многих исследованиях было показано, что одноступенчатые процессы газификации, уже достигли предела совершенствования, за которым существенное улучшение их эксплуатационных характеристик оказывается невозможным и нерентабельным.Отвечающая современному уровню развития техники, технология газификации должна соответствовать следующим критериям: а) работа установки в автоматическом, преимущественно безлюдном режиме; б) функционирование газогенератора должно быть стабильным и обеспечивать незначительные колебания состава и расхода газа, произвольно возникающие во времени; в) станция должна производить минимальное количество жидких и твердых отходов; г) процесс конверсии должен быть, по возможности, малочувствительным к изменению свойств топлива– влажности и крупности частиц; д) эффективность конверсии химической энергии топлива в химическую энергию газа должна достигать 80-85%.Наиболее полно отвечает современным техническим требованиям технология ступенчатой газификации. На первой стадии процесса организуется аллотермический пиролиз биомассы с использованием тепла генераторного газа и выхлопа силовой установки. На данной стадии происходит выход летучих продуктов (газа и смолы) из топлива. На второй стадии, вне слоя топлива, происходит разложение смолы под действием нагретого воздуха и пара, образующаяся парогазовая смесь в дальнейшем реагирует с древесным углем на третьей стадии процесса.Технология ступенчатой газификации разрабатывается несколькими европейскими организациями, однако еще не получила широкого коммерческого применения. По всей видимости, данное обстоятельство обусловлено возникшими проблемами при работе лабораторных и демонстрационных установок. К таким проблемам, по-видимому, можно отнести возможность слипания частиц топлива в шнековом транспортере, ведущего к проворачиванию топлива вместе со шнеком; необходимость контроля высоты слоя топлива в реакторе; согласование скорости вращения шнека с поддержанием постоянного уровня топлива в реакторе. Поскольку при регулировании высоты слоя за счет скорости вращения шнека неизбежно меняется степень отсечения, КПД процесса также должен изменяться. Поэтому для каждого вида топлива существует некоторая оптимальная длина пиролизера-транспортера. Кроме трудностей возникающих в шнековом реакторе, остаются технологические проблемы связанные с одноступенчатыми газогенераторами. В первую очередь проблема обусловленная нестабильностью термохимического процесса, проявляющейся в значительном колебании его параметров. В зависимости от типа реактора могут возникать те или иные сложности его функционирования. Другая проблема обуславливающая недостаточно высокую эффективность существующих установок. Стоит отметить, что в настоящее время набирают популярность технологии газификации многокомпонентных топлив, например, совместная газификация угля и древесины. В данном случае использование смесевого топлива позволяет с одной стороны покрыть дефицит древесины как исходного источника энергии, с другой применение угля не влечет значительного увеличения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Перечисленные выше факторы обуславливают как высокий интерес к технологиям газификации, особенно низкокачественного твердого топлива, так и проблемы масштабирования установок газификации и возникающие при этом технологические проблемы. Таким образом, планируемая обзорная статья отразит существующее состояние технологий газификации, возникающие трудности при их эксплуатации, масштабировании на большие уровни мощности, а также предлагаемые пути развития рассматриваемой технологии.