Фев 17 2004

Особенности сжигания биогаза полигонов

Опубликовано в 13:38 в категории Сбор и переработка отходов

Особенности сжигания биогаза полигонов

в котлах

И.Я. сигал, А.В. Марковский, Э.П. Домбровская, Е.С. Кернажицкая

Институт газа НАН Украины, г. Киев

    В городах Украины имеется свыше 650 крупных полигонов – свалок, из части которых,  при условии наличия капиталовложений, может быть извлечен и полезно использован биогаз. По составу биогаз отличается от природного газа наличием (кроме 50¸70 % метана) балласта в количестве 30¸40 %, в основном СО2, а также некоторых других веществ, среди которых имеется небольшое количество сероводорода Н2S. Примерный состав биогаза: СО2 – 30,2 %; СН4 – 69,3 %; N2 – 0,3 %; Н2S – 0,2 %;

g =1,02 кг/м3 ; Q= 5500ккал/нм3 (23 Мдж/м3).

Использование биогаза свалок позволяет заменить ним часть природного газа, используемого для выработки тепла и электроэнергии.

В связи с ратификацией Верховным Советом Украины Киотского протокола использование биогаза свалок как топлива является еще более необходимым, т.к. позволяет уменьшить выброс парникового газа – СН4 – в атмосферу. При сжигании метана биогаза полигонов в СО2 влияние газов на парниковый эффект снижается в 8¸10 раз.

При использовании биогаза в качестве топлива приходится сталкиваться со следующими основными трудностями: а) из-за высокого содержания СО2 снижается нормальная скорость распространения пламени и его устойчивость, сужаются пределы регулирования горелок; б) из-за содержания сероводорода возникает проблема коррозии горелок, фронтовых плит котлов и т. д. (уменьшается срок службы котла).

Добываемый биогаз обычно подается в газгольдеры, а оттуда – на свечу дожигания для временного сброса избыточного биогаза, а также в котельную для выработки горячей воды и пара, или – в дизельные двигатели для выработки электроэнергии.

В Институте газа НАНУ проведены исследования сжигания биогаза,

разработаны и изготовлены горелочные устройства котлов и свеча

для временного дожигания биогаза.

На экспериментальном стенде Института Газа НАНУ проведено исследование сжигания биогаза с учетом возможного повышения содержания инертных примесей в топливе, отличительных особенностей его сжигания от сжигания природного газа, влияния примесей СО2 к метану на характеристики сжигания. Для имитации биогаза применялась смесь природного и углекислого газов.

К смесителю подавался природный газ из городской сети и углекислый газ (СО2) от баллонов (через редуктор и регулирующий клапан). Давление газа контролировалось водяным манометром, а его расход – газовым счетчиком, для регулирования применялся игольчатый вентиль.

Основным параметром при расчетах характеристик сгорания было выбрано содержание СН4 в газе-имитаторе, который варьировался от 55 до 85 % по объему. На лабораторном стенде также проведено визуальное исследование устойчивости пламени биогаза, которое показало необходимость предусмотреть в конструкторских разработках горелок повышенные требования к отрыву пламени.

В зависимости от содержания СО2 в биогазе процесс горения (окисление) метана можно записать в виде интегральных реакций типа:

           0,7СН4 + 0,3СО2 + 1,4О2 + 5,27N2 ®  СО2 + 1,4Н2О + 5,27 N2             

На первом этапе добываемый биогаз полигонов (свалок), обычно, подается в свечу дожигания.

    Разработанная Институтом газа НАНУ свеча имеет специальные устройства для дистанционного зажигания факела и защиты его от отрыва, проскока и потухания.

Для уменьшения длины факела в конструкции предусмотрена расширяющая насадка (оголовок). Выходное сечение насадки перекрыто сеткой малого живого сечения, которая обеспечивает защиту пламени от проскока, а также выравнивание скоростей газовых струй по всей выходной плоскости насадки.

Для дистанционного зажигания и поддержания ветроустойчивости основного факела по периферии насадки установлено 4 специальных электрогазовых запальника (типа ЗЗУ – запально-защитное устройство), которые подключены к основному трубопроводу биогаза свечи, а по электропитанию, через высоковольтные трансформаторы – к сети переменного тока напряжением 220 В.

Сама свеча представляет собой трубу-стояк высотой 12 м, Æ325 мм, в верхнем ярусе обрештована металлическим каркасом с лестницей для подъёма и круговой площадкой на уровне насадки для обслуживания. Корпус насадки свечи, все её детали, в т.ч. защитная сетка, изготовлены из нержавеющей стали. 

 Свеча работает при давлении биогаза от 100 до 1000 мм в.ст. и обеспечивает расход временно сжигаемого биогаза в свече от 500 до 1600 м3/час с минимальным выбросом токсичных веществ в атмосферу. Содержание токсичных веществ в продуктах сгорания биогаза cоответствует  Европейским нормам: NОх  ≤  100 мг/м3,  СО ≤ 50 мг/м3, СnНm ≤ 10 мг/м3.

Горелки для сжигания биогаза были установлены в котле ДКВР-6,5, сертифицированы и эксплуатируются 2 года на биогазе городских очистных сооружений того же состава, что и газ свалок.

Сотрудниками Института газа НАНУ (рук. разработки д.т.н., проф.      Сигал И.Я.) согласно заданию и при поддержке Госкомэнерго-сбережения, разработаны специальные щелевые подовые горелка для сжигания биогаза в паровых (ДКВР-6,5) и водогрейных котлах. При разработке конструкции горелок учтены специфические особенности горения биогаза (малые пределы устойчивости пламени и т.д.). Они могут работать в широком диапазоне режимов эксплуатации котла с расходом биогаза от 160 до 318 м3/ч. Горелки изготовлены  из специальных сталей, имеют съемные сопла, которые не подвержены сероводородной коррозии, а также имеют специальные устройства для стабилизации пламени. С целью уменьшения коэффициента избытка воздуха горелки имеют специальные полосы, направляющие воздух к каждому из 400 сопел и не допускают большого избытка  воздуха.

Разработанные горелки имеют достаточно большую производи-тельность – 318 м3/ч биогаза и работают без вентиляционного дутья или с дутьем.

Ранее в котле биогаз подавался в подовые горелки, расчитанные на сжигание природного газа. При этом они выходили из строя каждые 1-2 месяца, предельная мощность котла не превышала 4 т/ч пара, а КПД – 78-80 %, выброс СО в 30-50 раз превышал допустимые нормы.

В котле ДКВР-6,5-13 были установлены 3 специальные горелки МПИГ-3Б, разработанные и изготовленные в ИГ НАНУ. Испытания котла ДКВР-6,5-13 (ст.№ 1) с модернизированными подовыми щелевыми горелками нового поколения МПИГ-3 на биогазе показали:

- производительность котлов увеличилась на 20 %;

- значительно возросла граница регулирования производительности котла (от 100 до 40 % и ниже); 

- КПД котла увеличился от 77¸82 % до 89¸91 %; при установке горелок на 3-х котлах ДКВР-6,5-13 и использовании биогаза вместо природного газа при том же КПД общая экономия природного газа составит » 1,5 млн.м3/год, (более 600 тыс. грн./год);

- выброс СО снизился в 40 раз и составляет 20 мг/м­3, что ниже нормы в 5 раз.

  Выводы

1. Проведены лабораторные и промышленные исследования сжигания биогаза и определены характеристики горения при различной степени балластирования метана углекислым газом. Показано, что при сжигании биогаза требуются специальные методы стабилизации пламени из-за сближения концентрационных границ воспламенения по сравнению с природным газом.

2. Показано, что при замене природного газа биогазом выброс оксидов азота и показатели токсичности продуктов сгорания снижаются на 40¸50 %.

3. Разработаны, испытаны и внедрены в котле ДКВР-6,5-13 специальные горелочные устройства для сжигания биогаза, которые обеспечивают КПД котлов 89¸91 %.

4. Разработаны автоматизированные свечи дожигания биогаза.

5. Горелочные устройства сертифицированы и могут быть рекомендованы для применения в других котлах.

 

Features of burning of ranges-DUMh biogas In boiler

I. Sigal, A. Markovskyy, E.  Dombrowska, E. Kernazhytskay

The Gas Institute, National Academy of sciences, Ukraine, Kyiv

Near cities of Ukraine there are more than 650 large ranges - dumps from which the biogas may be received and may be used as fuel instead of natural gas for generation  heat and electric power, that will allow to reduce СН4 emission to atmosphere, to lower influence of range methane on greenhouse gases effect in 8-10 times, to reduce consumption of natural gas. By the Gas Institute (National Academy of sciences) modernized bottom slotted burners of new generation MPIG-3B are developed, are investigated, are certificated, are made and are tested in steam boiler DKVR-6,5 for biogas burning. Also  automated candles for temporary afterburning of biogas were developed. It is shown, that replacement of natural gas by biogas doesn\’t change all computational parameters of the boiler. Nitrogen oxides emission and  parameters of fuel gases are reduced on 40-50 %. Biogas burners are successfully maintained in the boiler DKVR-6,5-13 within 2 years.

Особенности сжигания биогаза полигонов

в котлах

И.Я. сигал, А.В. Марковский, Э.П. Домбровская, Е.С. Кернажицкая

Институт газа НАН Украины, г. Киев

В городах Украины имеется свыше 650 крупных полигонов – свалок, из которых может быть извлечен биогаз и использован как топливо для выработки тепла и электроэнергии взамен природного газа, что позволит уменьшить выброс СН4 свалок в атмосферу, снизить влияние метана полигонов на парниковый эффект в 8¸10 раз, уменьшить потребление природного газа. Институтом газа НАНУ разработаны, исследованы, сертифицированы, изготовлены и испытаны в паровых котлах ДКВР-6,5 модернизированные подовые щелевые горелки нового поколения МПИГ-3Б для сжигания биогаза. Также разработаны автоматизированные свечи временного дожигания биогаза. Показано, что при замене природного газа биогазом выдерживаются все расчетные параметры котла, выброс оксидов азота и показатели токсичности продуктов сгорания снижаются на 40¸50 %. Горелочные устройства на биогазе успешно эксплуатируются в котле ДКАР-6,5-13 в течение 2 лет.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.