Ресурсосберегающие технологии в энергетике сельскохозяйственных производств

В настоящее время сложилась неблагоприятная ситуация в энергообеспечении сельскохозяйственного производства. Постоянно возрастающие тарифы на тепловую и электрическую энергию сводят на нет все усилия производителей с/х продукции в реализации программы обеспечения продовольственной безопасности РФ. В связи с этим предлагается проект, в основе которого лежит принцип использования отходов с/х производства для получения высококачественных удобрений, позволяющих значительно улучшить структуру черноземов, а также обеспечение тепловой и электрической энергией предприятий с/х профиля. По нашим расчетам базовый ресурс отходов с/х производства (органические удобрения в виде помета с подстилкой, а также гидросмывы свиноферм вместе с отходами растениеводства) составляет примерно 400 МВт энергетической мощности в пересчете на электрические параметры. При реализации этого проекта помимо получения энергии можно значительно улучшить экологию территорий, занятых с/х производством, а также значительно повысить социальный уровень населения, находящегося в этих зонах.

В зависимости от условий с/х производства, вида деятельности (птицеводство, крупнорогатый скот, свиноводство или растениеводство) предполагаются различные виды разработок, включающие как получение выходного продукта в виде брикетированного компоста, так и в виде тепловой и электрической энергии, а в случае необходимости и получение синтетического топлива.

На рис. 1 представлена функциональная схема установки для получения высококачественного удобрения на основе компоста.

рис. 1 Технология АТФ для получения высококачественного удобрения

Она включает в себя накопитель сырья, в который производится загрузка исходных компонентов, транспортируемых от ферм. С накопителя навоз направляется в бункер-дозатор, в котором в зависимости от его консистенции производится загрузка фермента (торф, солома) в необходимых пропорциях. Из бункера-дозатора органическая масса направляется в ферментер, где производится термическая обработка при температуре 50-70 °С с одновременным перемешиванием и продувкой воздуха продуктов переработки. В зависимости от требований к продукту (например, для продажи и длительного хранения) полученная масса направляется на узел фасовки, в котором формируется требуемый компонент по типу удобрения (гранулы, брикеты и т.д.). Данная система является обобщенной и в зависимости от технического задания может комплектоваться дополнительными устройствами (тепловая установка, газогенератор).

На рис. 2 представлена схема переработки отходов в тепловую и электрическую энергию и топливо.

рис. 2 Переработка отходов в тепловую и электрическую энергию и топливо

Помимо перечисленных ранее узлов она включает в себя смеситель, отличающийся от указанного в первом случае тем, что термическая обработка осуществляется в режиме «теплового удара» для сохранения в большей степени углеводородов в перерабатываемом сырье, так как наличие микробов, играющих полезную роль в ферментизации, во втором варианте недопустимо из-за снижения калорийности топлива. Подготовленная масса поступает на пресс-гранулятор, где осуществляется формирование топлива для данного типа газогенератора. Для поддержания необходимой влажности топлива формируемая масса поступает в узел вакуумной сушки, а оттуда непосредственно на газогенератор. В зависимости от мощности газогенераторной установки схема может быть трансформирована по двум технологическим ниткам. По первой нитке генерируемый газ поступает на пароперегреватель, где осуществляется перегрев пара до параметров необходимых для работы турбины, вращающей электрогенератор. Отработанный пар с отборов турбины может быть использован на редукционном охладительном устройстве (РОУ) или использован в системе отопления. По второй технологической нитке газ с выхода газогенератора поступает на пиролизную установку, где разделяется на отдельные компоненты и в зависимости от назначения топлива поступает в узел гидрирования, в котором происходит сжижение и насыщение водородом, поступающим от электролизера через дозатор.

На рис. 3 представлена схема технологической линии переработки отходов для получения тепловой и электрической энергии.

рис. 3 Технология получения генераторного газа для выработки электроэнергии

Кроме указанных ранее узлов (накопитель, приемный бункер-дозатор, смеситель, пресс-гранулятор), назначение которых было описано, топливо, поступающее на газогенератор, преобразуется в генераторный газ, с которого подается на вход теплообменника. Пар низкого давления вместе с охлажденным газом полается на горелку паронагревателя, где преобразуется в пар высокого давления. После пароперегревателя теплоноситель (перегретый пар) поступает на вход турбогенератора. С выхода электрогенератора электрическая энергия поступает потребителю, а с тепловых отборов турбины тепловая энергия распределяется по теплоприемникам.

На рис. 4 представлен общий вид энергетического комплекса, в состав которого входят:

рис. 4 Энергетический комплекс:

1 пиролизный реактор, его назначение – преобразовать отходы, содержащие углеводородные компоненты в генераторный газ;

Для хранения избытка газа используется газгольдеры (2). Выработка тепловой и электрической энергии осуществляется энергоблоком с газотурбинной установкой (3). Для осуществления теплообменных процессов в нормальном режиме в отсутствии масштабного источника воды используются градирни (4). Для эффективности систем охлаждения применяется обменный водоем (5). Преобразование и передача электрической энергии осуществляется с помощью трансформаторной подстанции (6). Для питания пиролизной установки контейнерного типа применяется транспортная линия (7). Для распределения и аккумулирования тепла применяется бойлерная установка (8). Избыточный газ пиролизной установки преобразуется в жидкое топливо и транспортируется в накопитель (9).

рис. 5 Проект энергетического комплекса с утилизацией тепла

рис. 6 Комплекс гидрирования топлива

На рис. 6 представлен комплекс гидрирования топлива, включающий в себя установку пиролиза, работающую в режиме получения топлива с регулируемым соотношением компонентов углерода и водорода. Реактор гидрирования топлива (2) предназначен для получения различных фракций жидкого топлива в зависимости от режима гидрирования и соотношений компонентов. Для осуществления необходимого соотношения между водородом и углеродом в блок гидрирования дополнительно подается свободный водород от электрохимического генератора с блоком катализа. В блоке ректификации (4) осуществляется разделение компонентов по фракциям, которые затем подаются в накопители продуктов переработки (5).

В перспективе в проектах больших городов целесообразно планировать автономные системы питания крупных зданий и сооружений от топливных элементов, конструкция которой позволит осуществить надежную экологически чистую систему обеспечения тепловой и электрической энергией городское население. Наиболее предпочтительно для этих целей использовать высокотемпературные металлокислительные топливные элементы, электроды которых не содержат драгоценных металлов. Однако условия их работы могут быть обеспечены только при высоких температурах (примерно 700-750 °С).

Рабочий ресурс таких установок в настоящее время составляет примерно 10 000 часов, что вполне приемлемо с учетом капитальных вложений в их производство. Утилизируемое тепло используется для теплоприемников городского хозяйства, а электрическая энергия – для питания электропотребителя. Предположительно, что такие системы могут быть использованы при создании высокоэффективных аккумуляторов водорода на основе твердых накопителей с гидридами металлов.

7 Проект комплексного использования энергии, вырабатываемой ЭХГ

рис. 8 Общий вид мобильной пиролизной установки

На рис. 8 представлен общий вид мобильной энергетической установки, позволяющей осуществлять работу в условиях большого удаления от населенных пунктов. В состав ее входят блоки контейнерного типа, базирующиеся на основе автомобильных прицепов, число которых комплектуется в зависимости от технологических требований, предъявляемых к комплексу переработки. Установка позволяет осуществлять работу в режиме генерации электрической и тепловой энергии, а при необходимости получать синтетическое топливо. Первоначальный запуск (стартовый пуск) осуществляется от дизель-генератора, входящего в состав установки и обеспечивающего собственные нужды всех агрегатов.

Один комментарий на «Ресурсосберегающие технологии в энергетике сельскохозяйственных производств»

  1. rakywe4ka@yandex.ru пишет:

    Добрый день! Очень интерессная статья! А подскажите минимальную стоимость установки технологии АТФ для получения высококачественного удобрения, и по переработке отходов в тепловую и электрическую энергию и топливо!

Оставьте свой комментарий

Вы должны войти, чтобы иметь возможность комментирования.