Газификация древесины – актуальное направление развития лесопромышленного комплекса России
Международная
публикация
ART 54764
УДК
001
В.
А. РыжовБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Рыжов
В.
А.,
Кислицын
А.
Н.,
Рыжова
Е.
С.,
Короткий
В.
П. Газификация древесины – актуальное направление развития лесопромышленного комплекса России // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
2501–2505. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54764.htm.
Аннотация. Газификация растительного сырья (биотоплива) как доступного и дешевого альтернативного источника энергии взамен неуклонно дорожающих природных ископаемых актуальна для большинства стран мира. В России это ощущается особенно остро в таких отраслях, как лесопромышленный комплекс, сельское хозяйство, перерабатывающая и другие отрасли промышленности, где скапливается большое количество неутилизируемых отходов.
Ключевые слова:
лесопромышленный комплекс, растительное сырье, биотопливо, газификация, генераторный газ, газообразное топливо
Текст статьи
Рыжов Виктор Анатольевич,начальник отдела ООО НТЦ «Химинвест», Нижний Новгородwoodnn@yandex.ruКислицын Алексей Николаевич,доктор химических наук, консультант ООО НТЦ «Химинвест», Нижний Новгородwoodnn@yandex.ruРыжова Елена Семеновна,кандидат химических наук, заместитель директора Нижегородского института технологий и управления (филиала) ФГБОУ ВПО «МГУТУ им. К.Г.Разумовского», Нижний Новгородrelenas@mail.ruКороткий Василий Павлович,директор ООО НТЦ «Химинвест», Нижний Новгородhiminvest@sandy.ru
Газификация древесины –актуальное направление развития лесопромышленного комплекса России Аннотация. Газификация растительного сырья (биотоплива), как доступного и дешевого альтернативного источника энергии, взамен неуклонно дорожающих природных ископаемых актуальна длябольшинствастран мира. В России это ощущается особенно остро в таких отраслях, как лесопромышленный комплекс, сельское хозяйство, перерабатывающая и другие отрасли промышленности, где скапливается большое количество неутилизируемых отходов.Ключевые слова: лесопромышленный комплекс, растительное сырье, биотопливо, газификация, генераторный газ, газообразное топливо.В России газификациядревесины применялась ссерединыXIXвека для обеспечения горючим генераторным газом печей в черной металлургии и стекольном производстве.Интенсивная разработка технологий газификации древесного сырья и оборудованиядля нее, началась в нашей стране еще в годы Великой Отечественной войны. На транспорте устанавливались малогабаритные газогенераторы, основным сырьем для которых служила мелко нарезанная воздушносухая чурка. Полученный газ подавался в двигатель в качестве топлива. После войны началось строительство стационарных генераторных станций,установки были расположены в леспромхозах, лесных поселках, приближенных к лесоперерабатывающим предприятиям, поскольку основным сырьем являлись отходы лесопереработки. Станции вырабатывали энергетический газ для котельных (получение тепла) и дизелей (получение электроэнергии).
Однако после 1960 года вследствие обеспечения леспромхозов дешевой электроэнергией от государственных энергосистем, роста добычи нефти и выработки жидкого топлива, существующие и работающие, газогенераторные станции были остановлены или полностью демонтированы. Энергетический кризис 80х годов заставил вспомнить и вернуться к вопросу получения генераторного газа и его использования в качестве альтернативного вида топлива. В настоящее время интерес к газификации растительного сырья с целью получения энергетического газа или газасырца стал еще более актуальным. Многие фирмы и предприятия не только в России, но и за рубежом занимаются вопросами создания установок газификации. При этом применяются традиционно известные способы газификации древесиныв шахтных газогенераторных установках с прямым или обращенным процессами. Теплотворная способность газа, получаемого на таких установках,низкая и не превышает 4,2 –4,6 МДж на 1 нормальный кубометр (нм3) газа. Такой газ, как правило, пригоден в основном для производства тепла и малоэффективен при производстве электроэнергии.Европейскийсоюз ставитзадачу –к 2020 году довестииспользование энергии из возобновляемыхисточников до 12%от общего потребления. Уже сегодня часть энергии, получаемой таким образом, составляет в Австрии 15%, Швеции —19%, Финляндии —23%, а в России –близка нулю. И это вто время, когда только в ЛПК образуется в год 41,2 млн. м3древесных отходов, из которых можно получить 81577000 МВт электроэнергии, 35075200 Гкал теплана общуюсумму 144570,8 млрд. рублей,не учитывая огромные отходы сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности. Квалифицированноеиспользование отходов биомассы может сэкономить миллиарды кубометров природного газа и решить ряд других задач.По мнению ряда ученых и специалистов открытыхзапасов нефти и газа хватит на 15–20лет, разработка
новых месторождений, добыча горючих ископаемых и их транспортировка потребует больших капиталовложений, что скажется на стоимости энергоресурсов. В последние 10 лет цены на газ, нефтепродукты, электроэнергию и тепло постоянно растут,в результате чего перед многими промышленными и коммунальными предприятиями возникает проблема выживания.В то же время по обеспеченности лесами Россия занимает первое место в мире, используя эти ресурсыкрайне расточительно и небрежно. Так, из 551 млн. куб. метров годовой расчетной лесосеки вырубается ежегодно около 130 млн. куб. метров, кроме того, много неликвидной древесины образуется от рубок ухода за лесом, не говоря уже о громадных отходах деревоперерабатывающих производств, составляющих до 40% от вывезенной из леса древесины.Оставленная в лесу невырубленная спелая и перестойная древесина особенно малоценных мягколиственных пород, порубочные остатки после заготовки древесины не только препятствуют переформированию лиственных насаждений в более ценные хвойные древостои, но создают,в результате естественного отпада, особенно перестойных древостоев, высокую пожарную опасность в лесах, способствуют размножению лесных вредителей, фитозаболеваний и расходуют в процессе гниения значительное количество атмосферного кислорода.Решение проблемы промышленного использования такой древесины имеет важное не только национальное, но и глобальное мировое значение.В настоящее время для электрои теплоснабжения зданий и сооружений, получения горячей воды, пара и горячего воздуха для различных технологических процессов применяются либо централизованные, либо автономныеисточники энергообеспечения, использующие дорогостоящие электроэнергию, нефтепродукты, природный газ и каменный уголь.Более 70% территории нашей страны (удаленные и труднодоступные районы Крайнего Севера и приравненные к ним местности) в настоящее время не включены в единую энергосистему, поэтому организация энергоснабжения этих регионовявляется крайне острой проблемой. Следует также отметить, что суммарная стоимость топлива, используемого для производства тепла и электроэнергии, и затрат на доставку сравнима с объемом всего бюджета этих территорий.С другой стороны, удаленность большинства городов и административных центров России от мест добычи нефти, природного газа и каменного угля, высокие удельные затраты на их транспортировку, большой объем работ по подключению многих населенных пунктов к федеральным газовым системам, изношенность и необходимость коренной реконструкции муниципальных электрических сетей, требующей колоссальных затрат, ложащихся непосильным бременем на соответствующие организации и бюджет (стоимость реконструкции одного километра линии электропередач обходится примерно в 270 тыс. рублей), также создают объективные предпосылки для поиска альтернативных источников углеродосодержащего сырья (низкосортная древесина, отходы лесопиления, кора и торф).В малых городах и населенных пунктах целесообразно сооружение малых ТЭЦ на базе достаточных ресурсов низкосортной древесины, отходов деревообработки и коры. Только там, где имеется избыток электроэнергии, оправдано использовать для теплоснабжения газовые котельные установки, вырабатывающие только тепловую энергию. С другой стороны, существует большое количество потребителей, у которых проблемы теплоснабжения и горячего водоснабжения решены обеспечением индивидуальными тепловыми установками в процессе газификации населенных пунктов, однако находящимися в местности, испытывающей определенные трудности с обеспечением электроэнергией. В этом случае экономически целесообразно для электроснабжения использование модульных миниэлектростанций на базе газотурбинных или газопоршневых установок.Наиболее эффективным является использование автономных энергетических установок на объектах, включающих в себя жилищный сектор (отопление, электроэнергия), с производством, потребляющим тепловую энергию в технологических целях (деревопереработка, сушильное хозяйство лесного и сельскохозяйственного комплекса).Такой подход позволит, помимо решения задач ресурсосбережения и экологии, решить задачу независимого (от выделения лимитов) и дешевого энергообеспечения.Основными результатами при реализации в регионе такой модели должны стать:
сокращение расходов регионального и местного бюджетов на топливноэнергетические ресурсы;
повышение эффективности производства, передачи, распределения и потребления энергоресурсов;
укрепление энергетической независимости региона;
повышение надежности систем жизнеобеспечения;
повышение комфортности проживания населения независимо от места жительства;
оздоровление экологической обстановки в регионе.Сегодня газогенераторы успешно применяются для производства газа, служащего топливом для существующих бойлеров в ряде стран Европы (Финляндия, Бельгия, Нидерланды, Австрия и Швеция). Что касается России, то основное использование газогенераторов это получение газа, его дальнейшее сжигание с целью получения тепловой энергии. Есть проекты по использованию генераторного газа в двигателях, но так как теплотворная способность полученного газа невелика, для устойчивой работы двигателя требуется дополнительная подача дизельного топлива, что естественно сказывается на экономических показателях. Учитывая однотипность используемых газогенераторов эффективность таких установок примерно одинакова. В основе разработаннойавторами технологии лежит процесс газификации измельченной древесины новым способом, обеспечивающим получение высококалорийного газа (теплотворная способность в 2 –2,5 раза выше, чем при известных способах газификации).Полученный газ на 86% состоит из горючих компонентов–41,5% СО и 36,1/%Н2. Результаты исследований опубликованы, получен Патент РФ2238962«Способ получения газообразного топлива». [Изобретения. Официальный патентный бюллетень, №30, 27.10.2004г.], поданы заявки на изобретение «Устройство для получения газообразного топлива из растительного сырья». [Регистрационный номер 2006112184. Изобретения. Официальный патентный бюллетень, №31, 10.11.2007г.и«Способ получения газообразного топлива из растительного сырья». Регистрационный номер 2006137990. Изобретения. Официальный патентный бюллетень, №13, 10.05.2008г].Процесс получения газа основывается на взаимодействииуглеродас углекислотой и водяным паром при высокой температуре по схеме:С + Н2О = СО + Н2;С + СО2= 2СО;С + 2Н2О = СО2+ 2Н2.Приведенные реакции происходят с поглощением тепла, поэтому для поддержания реакции необходим постоянный подвод тепла, которое образуется за счет сгорания самого топлива. Процесс газификации осуществляется в газогенераторе. При газификации мелкого древесного сырья необходим слой топлива определенной высоты. В этом случае обычно снизу подается паровоздушная смесь, подогреваемаяза счет теплообмена с зольным остатком. Подогретая паровоздушная смесь поступает в нижнюю часть слоя топлива (окислительную зону), продукты горения поднимаются в восстановительную зону, где протекают основные реакции газификации, в результате эндотермического эффекта которых температура газов снижается, но остается еще высокой и достаточной для прококсовывания верхних слоев древесины. В самой верхней части слоя газы подсушивают загруженную древесину, после чего отводятся из газогенератора для очистки от пыли, смол и водяных паров.Тепловая энергия (около 50%) вырабатывается за счет утилизации тепла, получаемого при охлаждении генераторного газа (получаемого при газификации) с 450°С до 30°С, а также использования тепла выхлопных газов и воды, охлаждающей двигатели внутреннего сгорания. Электрическая энергия и дополнительно (порядка 50%) тепловой вырабатывается в газопоршневых или дизельгенераторных установках, выпускаемых серийно отечественными производителями. Проведенные исследования показали, что газификации может быть подвергнуто любое древесное сырье –дровяная тонкомерная древесина, ветви, сучья, горбыли, срезки, опилки и т.п. При этом не исключена возможность газификации торфа, отходов сельскохозяйственных культур и другихорганическихотходов.Газообразное топливо на выходе из реактора –чистое,в нем отсутствуют смоляные продукты.Получаемый генераторный газ может использоваться самостоятельно(даже без подготовки), для питания двигателей,дизельгенераторов при производстве электроэнергии, как теплоноситель при охлаждении его на выходе из газогенератора или как синтезгаз для получения из него других продуктов.При использовании такого газа в качестве топлива в дизельгенераторе мощностью 1000 кВт по сравнению с природным газом мощность его снижается на 26%, в то время как при использовании газа от типовых газогенераторов мощность дизельгенератора снижается на 44%.Нами проработано несколько вариантов газогенераторных установок различной мощности (по получаемому газу или вырабатываемой электроэнергии):
стационарные,выполненные в блоке;
передвижные,устанавливаемые на транспортные средства;
бытовые для установки в домах индивидуальной застройки. Принципиальная технологическая схема газогенераторной установки приведена ниже.
Из 1 куб. метра древесины можно получить 1506 кВтч электроэнергии и около 0,8 Гкал тепла, кроме того, получается древесная зола –ценное минеральное удобрение. Стоимость сырья (170 руб./куб. м) составляет около 6% от стоимости производимой продукции или другими словами из 1 куб. метра древесины можно получить продукции на сумму около 2700 руб.На сегодняшний день доля энергоресурсов, основанных на биомассе, в общемировом объеме энергопотребления составляет 14 –15% (1,2 млрд. т. у. т. в год). Директивой 2003/30/ЕС от 8 мая 2003г. предусмотрено, чтобы к концу 2005г. страны –члены ЕС обеспечили 2% минимальную долю биотоплив в общем, балансе бензиновых и дизельных топлив, реализуемых на рынке. К 2010 году указанная доля биотоплива должна утроиться и достичь 5,75%.В странах Южной Америки, Ближнего и Дальнего Востока,где ограничены или отсутствуют ископаемые энергоресурсы,или районы, где обеспечение электроэнергией невозможно либо экономическиневыгодно, проблемаобеспечения электроэнергией на основе использования биотоплива стоит особенно остро.Вопрос использования биотоплива для производства тепловой энергии в России и в мире в большей или меньшей степени решен, однако производство электроэнергии, ввиду низкой теплотворной способности генераторного газа попрежнему почти не решается.Доля затрат на топливо и энергию в общей сумме издержек производства, например, по лесопромышленному комплексу составила в 2002г. 11,2%, в том числе в лесозаготовительной промышленности –12,7%, в деревообрабатывающей –7,8%, в целлюлознобумажной –13,2%, в лесохимической –13,8%. В целом предприятия ЛПК на приобретение топлива и электротеплоэнергии тратят в год 23 млрд. рублей (данные Роскомстата).Создание установок по газификации древесного сырья позволит:
снять вопрос с поставкой топлива в отдаленные районы;
заменив природный газ газом из древесины, существенно уменьшить стоимость производства тепла и электроэнергии;
позволит
улучшить экологическую ситуациюв Россииза счет снижения количества отходов и уменьшения вредных выбросов в атмосферу;
использовать огромные запасы древесных отходов и нетоварной древесины, получив от их переработки до 3,5тыс. рублей товарной продукции.Ryzhov Victor Anatolyevich,head of department of JSC NTTs Himinvest, Nizhny Novgorodwoodnn@yandex.ruKislitsyn Alexey Nikolaevich,Doctor of Chemistry, consultant of JSC NTTs Himinvest, Nizhny Novgorodwoodnn@yandex.ruRyzhova Elena Semenovna,Candidate of Chemistry, the deputy director of Nizhny Novgorod institute of technologies and management (branch) FGBOU VPO "MGUTU of K.G.Razumovsky", Nizhny Novgorodrelenas@mail.ruKorotkiy Vasily Pavlovich,director of JSC NTTs Himinvest, Nizhny Novgorodhiminvest@sandy.ruWood gasification –the actual direction of development of timber processing complex of RussiaSummary.Gasification of vegetable raw materials (biofuel) as available and cheap alternative energy source, instead of steadily rising in price natural minerals it is actual for the majority of the countries of the world. In Russia it is felt especially sharply in such branches, as timber processing complex, the agriculture, processing and other industries where a large number of not utilized waste accumulates.Keywords: timber processing complex, vegetable raw materials, biofuel, gasification, generating gas, gaseous fuel.
Газификация древесины –актуальное направление развития лесопромышленного комплекса России Аннотация. Газификация растительного сырья (биотоплива), как доступного и дешевого альтернативного источника энергии, взамен неуклонно дорожающих природных ископаемых актуальна длябольшинствастран мира. В России это ощущается особенно остро в таких отраслях, как лесопромышленный комплекс, сельское хозяйство, перерабатывающая и другие отрасли промышленности, где скапливается большое количество неутилизируемых отходов.Ключевые слова: лесопромышленный комплекс, растительное сырье, биотопливо, газификация, генераторный газ, газообразное топливо.В России газификациядревесины применялась ссерединыXIXвека для обеспечения горючим генераторным газом печей в черной металлургии и стекольном производстве.Интенсивная разработка технологий газификации древесного сырья и оборудованиядля нее, началась в нашей стране еще в годы Великой Отечественной войны. На транспорте устанавливались малогабаритные газогенераторы, основным сырьем для которых служила мелко нарезанная воздушносухая чурка. Полученный газ подавался в двигатель в качестве топлива. После войны началось строительство стационарных генераторных станций,установки были расположены в леспромхозах, лесных поселках, приближенных к лесоперерабатывающим предприятиям, поскольку основным сырьем являлись отходы лесопереработки. Станции вырабатывали энергетический газ для котельных (получение тепла) и дизелей (получение электроэнергии).
Однако после 1960 года вследствие обеспечения леспромхозов дешевой электроэнергией от государственных энергосистем, роста добычи нефти и выработки жидкого топлива, существующие и работающие, газогенераторные станции были остановлены или полностью демонтированы. Энергетический кризис 80х годов заставил вспомнить и вернуться к вопросу получения генераторного газа и его использования в качестве альтернативного вида топлива. В настоящее время интерес к газификации растительного сырья с целью получения энергетического газа или газасырца стал еще более актуальным. Многие фирмы и предприятия не только в России, но и за рубежом занимаются вопросами создания установок газификации. При этом применяются традиционно известные способы газификации древесиныв шахтных газогенераторных установках с прямым или обращенным процессами. Теплотворная способность газа, получаемого на таких установках,низкая и не превышает 4,2 –4,6 МДж на 1 нормальный кубометр (нм3) газа. Такой газ, как правило, пригоден в основном для производства тепла и малоэффективен при производстве электроэнергии.Европейскийсоюз ставитзадачу –к 2020 году довестииспользование энергии из возобновляемыхисточников до 12%от общего потребления. Уже сегодня часть энергии, получаемой таким образом, составляет в Австрии 15%, Швеции —19%, Финляндии —23%, а в России –близка нулю. И это вто время, когда только в ЛПК образуется в год 41,2 млн. м3древесных отходов, из которых можно получить 81577000 МВт электроэнергии, 35075200 Гкал теплана общуюсумму 144570,8 млрд. рублей,не учитывая огромные отходы сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности. Квалифицированноеиспользование отходов биомассы может сэкономить миллиарды кубометров природного газа и решить ряд других задач.По мнению ряда ученых и специалистов открытыхзапасов нефти и газа хватит на 15–20лет, разработка
новых месторождений, добыча горючих ископаемых и их транспортировка потребует больших капиталовложений, что скажется на стоимости энергоресурсов. В последние 10 лет цены на газ, нефтепродукты, электроэнергию и тепло постоянно растут,в результате чего перед многими промышленными и коммунальными предприятиями возникает проблема выживания.В то же время по обеспеченности лесами Россия занимает первое место в мире, используя эти ресурсыкрайне расточительно и небрежно. Так, из 551 млн. куб. метров годовой расчетной лесосеки вырубается ежегодно около 130 млн. куб. метров, кроме того, много неликвидной древесины образуется от рубок ухода за лесом, не говоря уже о громадных отходах деревоперерабатывающих производств, составляющих до 40% от вывезенной из леса древесины.Оставленная в лесу невырубленная спелая и перестойная древесина особенно малоценных мягколиственных пород, порубочные остатки после заготовки древесины не только препятствуют переформированию лиственных насаждений в более ценные хвойные древостои, но создают,в результате естественного отпада, особенно перестойных древостоев, высокую пожарную опасность в лесах, способствуют размножению лесных вредителей, фитозаболеваний и расходуют в процессе гниения значительное количество атмосферного кислорода.Решение проблемы промышленного использования такой древесины имеет важное не только национальное, но и глобальное мировое значение.В настоящее время для электрои теплоснабжения зданий и сооружений, получения горячей воды, пара и горячего воздуха для различных технологических процессов применяются либо централизованные, либо автономныеисточники энергообеспечения, использующие дорогостоящие электроэнергию, нефтепродукты, природный газ и каменный уголь.Более 70% территории нашей страны (удаленные и труднодоступные районы Крайнего Севера и приравненные к ним местности) в настоящее время не включены в единую энергосистему, поэтому организация энергоснабжения этих регионовявляется крайне острой проблемой. Следует также отметить, что суммарная стоимость топлива, используемого для производства тепла и электроэнергии, и затрат на доставку сравнима с объемом всего бюджета этих территорий.С другой стороны, удаленность большинства городов и административных центров России от мест добычи нефти, природного газа и каменного угля, высокие удельные затраты на их транспортировку, большой объем работ по подключению многих населенных пунктов к федеральным газовым системам, изношенность и необходимость коренной реконструкции муниципальных электрических сетей, требующей колоссальных затрат, ложащихся непосильным бременем на соответствующие организации и бюджет (стоимость реконструкции одного километра линии электропередач обходится примерно в 270 тыс. рублей), также создают объективные предпосылки для поиска альтернативных источников углеродосодержащего сырья (низкосортная древесина, отходы лесопиления, кора и торф).В малых городах и населенных пунктах целесообразно сооружение малых ТЭЦ на базе достаточных ресурсов низкосортной древесины, отходов деревообработки и коры. Только там, где имеется избыток электроэнергии, оправдано использовать для теплоснабжения газовые котельные установки, вырабатывающие только тепловую энергию. С другой стороны, существует большое количество потребителей, у которых проблемы теплоснабжения и горячего водоснабжения решены обеспечением индивидуальными тепловыми установками в процессе газификации населенных пунктов, однако находящимися в местности, испытывающей определенные трудности с обеспечением электроэнергией. В этом случае экономически целесообразно для электроснабжения использование модульных миниэлектростанций на базе газотурбинных или газопоршневых установок.Наиболее эффективным является использование автономных энергетических установок на объектах, включающих в себя жилищный сектор (отопление, электроэнергия), с производством, потребляющим тепловую энергию в технологических целях (деревопереработка, сушильное хозяйство лесного и сельскохозяйственного комплекса).Такой подход позволит, помимо решения задач ресурсосбережения и экологии, решить задачу независимого (от выделения лимитов) и дешевого энергообеспечения.Основными результатами при реализации в регионе такой модели должны стать:
сокращение расходов регионального и местного бюджетов на топливноэнергетические ресурсы;
повышение эффективности производства, передачи, распределения и потребления энергоресурсов;
укрепление энергетической независимости региона;
повышение надежности систем жизнеобеспечения;
повышение комфортности проживания населения независимо от места жительства;
оздоровление экологической обстановки в регионе.Сегодня газогенераторы успешно применяются для производства газа, служащего топливом для существующих бойлеров в ряде стран Европы (Финляндия, Бельгия, Нидерланды, Австрия и Швеция). Что касается России, то основное использование газогенераторов это получение газа, его дальнейшее сжигание с целью получения тепловой энергии. Есть проекты по использованию генераторного газа в двигателях, но так как теплотворная способность полученного газа невелика, для устойчивой работы двигателя требуется дополнительная подача дизельного топлива, что естественно сказывается на экономических показателях. Учитывая однотипность используемых газогенераторов эффективность таких установок примерно одинакова. В основе разработаннойавторами технологии лежит процесс газификации измельченной древесины новым способом, обеспечивающим получение высококалорийного газа (теплотворная способность в 2 –2,5 раза выше, чем при известных способах газификации).Полученный газ на 86% состоит из горючих компонентов–41,5% СО и 36,1/%Н2. Результаты исследований опубликованы, получен Патент РФ2238962«Способ получения газообразного топлива». [Изобретения. Официальный патентный бюллетень, №30, 27.10.2004г.], поданы заявки на изобретение «Устройство для получения газообразного топлива из растительного сырья». [Регистрационный номер 2006112184. Изобретения. Официальный патентный бюллетень, №31, 10.11.2007г.и«Способ получения газообразного топлива из растительного сырья». Регистрационный номер 2006137990. Изобретения. Официальный патентный бюллетень, №13, 10.05.2008г].Процесс получения газа основывается на взаимодействииуглеродас углекислотой и водяным паром при высокой температуре по схеме:С + Н2О = СО + Н2;С + СО2= 2СО;С + 2Н2О = СО2+ 2Н2.Приведенные реакции происходят с поглощением тепла, поэтому для поддержания реакции необходим постоянный подвод тепла, которое образуется за счет сгорания самого топлива. Процесс газификации осуществляется в газогенераторе. При газификации мелкого древесного сырья необходим слой топлива определенной высоты. В этом случае обычно снизу подается паровоздушная смесь, подогреваемаяза счет теплообмена с зольным остатком. Подогретая паровоздушная смесь поступает в нижнюю часть слоя топлива (окислительную зону), продукты горения поднимаются в восстановительную зону, где протекают основные реакции газификации, в результате эндотермического эффекта которых температура газов снижается, но остается еще высокой и достаточной для прококсовывания верхних слоев древесины. В самой верхней части слоя газы подсушивают загруженную древесину, после чего отводятся из газогенератора для очистки от пыли, смол и водяных паров.Тепловая энергия (около 50%) вырабатывается за счет утилизации тепла, получаемого при охлаждении генераторного газа (получаемого при газификации) с 450°С до 30°С, а также использования тепла выхлопных газов и воды, охлаждающей двигатели внутреннего сгорания. Электрическая энергия и дополнительно (порядка 50%) тепловой вырабатывается в газопоршневых или дизельгенераторных установках, выпускаемых серийно отечественными производителями. Проведенные исследования показали, что газификации может быть подвергнуто любое древесное сырье –дровяная тонкомерная древесина, ветви, сучья, горбыли, срезки, опилки и т.п. При этом не исключена возможность газификации торфа, отходов сельскохозяйственных культур и другихорганическихотходов.Газообразное топливо на выходе из реактора –чистое,в нем отсутствуют смоляные продукты.Получаемый генераторный газ может использоваться самостоятельно(даже без подготовки), для питания двигателей,дизельгенераторов при производстве электроэнергии, как теплоноситель при охлаждении его на выходе из газогенератора или как синтезгаз для получения из него других продуктов.При использовании такого газа в качестве топлива в дизельгенераторе мощностью 1000 кВт по сравнению с природным газом мощность его снижается на 26%, в то время как при использовании газа от типовых газогенераторов мощность дизельгенератора снижается на 44%.Нами проработано несколько вариантов газогенераторных установок различной мощности (по получаемому газу или вырабатываемой электроэнергии):
стационарные,выполненные в блоке;
передвижные,устанавливаемые на транспортные средства;
бытовые для установки в домах индивидуальной застройки. Принципиальная технологическая схема газогенераторной установки приведена ниже.
Из 1 куб. метра древесины можно получить 1506 кВтч электроэнергии и около 0,8 Гкал тепла, кроме того, получается древесная зола –ценное минеральное удобрение. Стоимость сырья (170 руб./куб. м) составляет около 6% от стоимости производимой продукции или другими словами из 1 куб. метра древесины можно получить продукции на сумму около 2700 руб.На сегодняшний день доля энергоресурсов, основанных на биомассе, в общемировом объеме энергопотребления составляет 14 –15% (1,2 млрд. т. у. т. в год). Директивой 2003/30/ЕС от 8 мая 2003г. предусмотрено, чтобы к концу 2005г. страны –члены ЕС обеспечили 2% минимальную долю биотоплив в общем, балансе бензиновых и дизельных топлив, реализуемых на рынке. К 2010 году указанная доля биотоплива должна утроиться и достичь 5,75%.В странах Южной Америки, Ближнего и Дальнего Востока,где ограничены или отсутствуют ископаемые энергоресурсы,или районы, где обеспечение электроэнергией невозможно либо экономическиневыгодно, проблемаобеспечения электроэнергией на основе использования биотоплива стоит особенно остро.Вопрос использования биотоплива для производства тепловой энергии в России и в мире в большей или меньшей степени решен, однако производство электроэнергии, ввиду низкой теплотворной способности генераторного газа попрежнему почти не решается.Доля затрат на топливо и энергию в общей сумме издержек производства, например, по лесопромышленному комплексу составила в 2002г. 11,2%, в том числе в лесозаготовительной промышленности –12,7%, в деревообрабатывающей –7,8%, в целлюлознобумажной –13,2%, в лесохимической –13,8%. В целом предприятия ЛПК на приобретение топлива и электротеплоэнергии тратят в год 23 млрд. рублей (данные Роскомстата).Создание установок по газификации древесного сырья позволит:
снять вопрос с поставкой топлива в отдаленные районы;
заменив природный газ газом из древесины, существенно уменьшить стоимость производства тепла и электроэнергии;
позволит
улучшить экологическую ситуациюв Россииза счет снижения количества отходов и уменьшения вредных выбросов в атмосферу;
использовать огромные запасы древесных отходов и нетоварной древесины, получив от их переработки до 3,5тыс. рублей товарной продукции.Ryzhov Victor Anatolyevich,head of department of JSC NTTs Himinvest, Nizhny Novgorodwoodnn@yandex.ruKislitsyn Alexey Nikolaevich,Doctor of Chemistry, consultant of JSC NTTs Himinvest, Nizhny Novgorodwoodnn@yandex.ruRyzhova Elena Semenovna,Candidate of Chemistry, the deputy director of Nizhny Novgorod institute of technologies and management (branch) FGBOU VPO "MGUTU of K.G.Razumovsky", Nizhny Novgorodrelenas@mail.ruKorotkiy Vasily Pavlovich,director of JSC NTTs Himinvest, Nizhny Novgorodhiminvest@sandy.ruWood gasification –the actual direction of development of timber processing complex of RussiaSummary.Gasification of vegetable raw materials (biofuel) as available and cheap alternative energy source, instead of steadily rising in price natural minerals it is actual for the majority of the countries of the world. In Russia it is felt especially sharply in such branches, as timber processing complex, the agriculture, processing and other industries where a large number of not utilized waste accumulates.Keywords: timber processing complex, vegetable raw materials, biofuel, gasification, generating gas, gaseous fuel.
