Высокотемпературная газификация с электротермической стабилизацией (ВТГЭС) твердых бытовых отходов (ТБО) и другого углеродсодержащего сырья Эко-Дон Стандарт

Задача Задача : трансформировать тепловой потенциал твердого топлива произвольного происхождения в энергетический газ без потерь потенциала и вредных экологических последствий. Способ решения задачи: Способ решения задачи: твердое топливо подвергается высокотемпературной газификации по принципу обращенного процесса с жидким шлакоудалением. Стабилизация теплового режима обеспечивается электроподогревом шлаковой ванны.

Устройство газогенератора ВТГЭС

Технологические преимущества: Специальная подготовка сырья не требуется Размер загружаемых кусков сырья - до 200 мм Влажность – до 70% Зольность – до 80% Температура обработки сырья – о С Произведенный генераторный газ отводится из газогенератора без контакта с исходным мусором Устойчивость процесса не зависит от состава сырья, и обеспечивается электроподогревом шлаковой ванны

Экологические преимущества Технология безотходная: получаемые продукты газификации – генераторный газ, тепло и экологически инертный шлак Процесс идет при температуре 1500–1650 о С, что обеспечивает гарантированное разложение всех токсичных органических соединений, в том числе бенз-а-пирена, диоксинов, фуранов и т.п. Восстановительная атмосфера газогенератора с избытком углерода исключает возможность нового синтеза диоксинов, – освобожденный из диоксиновой решетки кислород при температуре выше 1250 о С соединяется с углеродом, образуя СО, что ликвидирует материальную базу для повторного создания диоксиновой решетки (хлор-кислород)

Результаты газификации 1 т ТБО среднестатистического состава по технологии ВТГЭС Загружено (в пересчете на элементы, кг) Получено Углерод (С) – 200 Генераторный газ – 1100 нм 3 Химсостав, %: СО – 33,0 Н 2 – 34,0 N 2 – 32,1 Тепловой потенциал – 8,62 МДж/нм 3 Шлак – 250 кг Водород (Н 2 ) – 30 Влага (Н 2 О) – 400 Кислород (О 2 ) – 120 Зола (А) – 250

Таблица. Сопоставительные показатели характерных способов газификации твердого топлива (технологические преимущества) Степень реализации Способ газификации (сырье, %С) Температу ра, °С Показатели газификации Источник информации Расход воздуха, м³/кг, (м³/кг С) Расход пара, кг/кг, (кг/кг С) Выход газа, м³/кг (м³/кг С) Теплотворная способность, Мдж/м³ (ккал/м³) хим состав газа,% Удельная производительность кг/м² час Теорети- ческие данные воздушная, (углерод) 900 4,84 -5,37 4,43(1057); СО-34,7 N2- 65,3 - Перелетов И.И. и др. Высоко- температурные тепло технологические процессы. -М: Энергоатом- издать, 1989.– 336 с. паровая, (углерод) 900 1,53,73 11,75(2804);СО-50,0 Н2-50,0 - паровоздушная, (углерод) термонейтральна я. 9000,420,754,55 7,4(1760); СО-41 Н2- 20,9; N2- 38,1 - Промыш- ленное производ-ство паровоздушная, жидкое шлакоудаление (кокс,87,4) ,3 (3,77) 0,3 (0,34) 4,43 (5,06) 5,07(1210); СО-32,0 Н2-7,5; СН4 – 0,5; N2- 58,0; СО2-2,0 340 Рамбуш Н.Э. Газогенераторы –М- Л.: ГОНТИ, с воздушная, твёрдое золоудаление (дрова,19,7) 800 0,7 – 1,2 (3,55 – 6,09) - 1,7 – 2,2 (8,62 – 11,2) 5,48-6,28( ); СО-24,8; Н2-11,7; СН4-3,1; N2- 52,0; СО2-8,0; О2-0, парокислородная, жидкое шлакоудаление (кокс, 87,0) 1500 кислород – 0,5 (0,57) 0,42 (0,48) 2,27 (2,60) 11,75(2807);СО-62,0 Н2-31,0; N2- 1,0; СО2-6, Шиллинг Г-Д и др. Газификация угля. –М.: Недра, – 175 с. В стадии разработки ВТГЭС, жидкое шлакоудаление (ТБО, 20,0) ,4 (2,0) - 1,1 (5,5) 8,62(2056); СО-33,9; Н2-34,0; N2- 32, В.И.Горда Пат.28075ИА Способ утилизации твердых бытовых и других отходов был г. ВТГЭС, жидкое шлакоудаление (угольный шлам, 35,0) ,77 (5,05) - 2,21 (6,28) 6,49(1550); СО-35,5;Н2-15,5; N

Производство генераторного газа

Статьи затрат при производстве газа из 8 тыс. тонн ТБО в год Капитальные затраты тыс. USD Эксплуатационные затраты USD/год: - Заработная плата с начислениями З 0 =10 чел./сут. * 350 USD * 1,51 * 12 мес.= USD/год - Электроэнергия. На собственные нужды расходуется 150 к Вт*ч на 1 тонну ТБО. Учитывая наличие собственного источника электро- энергии, затраты на ее приобретение не включаются в статьи затрат.

: Результаты производства: В результате газификации из одной тонны ТБО для реализации сторонним потребителям производится: нм³ генераторного газа; - 0,44 Гкал тепловой энергии в котле-утилизаторе в виде горячей воды; кг шлака. По тепловому потенциалу 3800 м³ генераторного газа (2056 ккал/м³) заменяют 1000 м³ природного газа (7600 ккал/м³). Соответственно стоимость генераторного газа составит 131 USD за 1000 м³.

Произведенная годовая продукция Газ: V= 900 * 8000 = м³ (131 USD/1000 м³) Тепло: Q = 0,44 * 8000 = 3520 Г кал (85,56 USD/ Гкал) Шлак: М ш = 0,25 * 8000 = 2000 т (5 USD/т) Годовой доход от реализации произведенной продукции: Р г = 0,131 * = Рт = 85,56 * 3520 = Р ш = 5 * 2000 = Всего Р= = USD/год Прибыль: П = Р-З = = USD Срок окупаемости при производстве газа и тепла: Т = К д /П = / = 0,55 года

Производство тепла

Статьи затрат при производстве тепла из 8 тыс. тонн ТБО в год Капитальные затраты тыс. USD Эксплуатационные затраты USD/год: - Заработная плата с начислениями З 0 =10 чел./сут. * 350 USD * 1,51 * 12 мес.= USD/год - Электроэнергия. На собственные нужды расходуется 150 к Вт*ч на 1 тонну ТБО. Учитывая наличие собственного источника электро- энергии, затраты на ее приобретение не включаются в статьи затрат.

Результаты производства В результате газификации из одной тонны ТБО для реализации сторонним потребителям производится: нм³ генераторного газа ; - 0,44 Гкал тепловой энергии в котле-утилизаторе в виде горячей воды; кг шлака Генераторный газ сжигается в котле с к.п.д. 0,9. Из 1 т ТБО получаем: 900 * 2056 * 0,9 = 1,66 Гкал тепла Всего тепловой энергии - 2,1 Гкал

Произведенная годовая продукция Теплоэнергия: Q = 2,1 * 8000 = Гкал (85,56 USD/ Гкал) Шлак: М ш = 0,25 * 8000 = 2000 т (5 USD/т) Годовой доход от реализации произведенной продукции: Рт = 85,56 * = Р ш = 5 * 2000 = Всего Р= = USD/год Прибыль: П = Р-З = = USD Срок окупаемости при производстве теплоэнергии: Т = К д /П = / = 0,55 года

Производство электроэнергии

Аппаратурно-технологическая схема процесса ВТГЭС

Баланс использования тепла, произведенного в процессе газификации 1 т ТБО

Статьи затрат при производстве электроэнергии из 8 тыс. тонн ТБО в год Капитальные затраты тыс. USD Эксплуатационные затраты USD/год: - Заработная плата с начислениями З 0 =10 чел./сут. * 350 USD * 1,51 * 12 мес.= USD/год - Электроэнергия. На собственные нужды расходуется 150 к Вт*ч на 1 тонну ТБО. Учитывая наличие собственного источника электро- энергии, затраты на ее приобретение не включаются в статьи затрат.

Результаты производства В результате газификации из одной тонны ТБО для реализации сторонним потребителям производится: к Вт*ч электроэнергии ; - 0,44 Гкал тепловой энергии в котле-утилизаторе в виде горячей воды; - 0,935 Гкал тепловой энергии от когенерационных установок; кг шлака Всего тепловой энергии - 1,375 Гкал

Произведенная годовая продукция Электроэнергия: W=850 * 8000 = к Вт*ч (0,1143 USD/к Вт*ч) Теплоэнергия: Q = 1,375 * 8000 = Гкал (85,56 USD/ Гкал) Шлак: М ш = 0,25 * 8000 = 2000 т (5 USD/т) Годовой доход от реализации продукции: Р э = 0,1143 * = Рт = 85,56 * = Р ш = 5 * 2000 = Всего Р= = USD/год Прибыль: П = Р-З = = USD Срок окупаемости при производстве электроэнергии: Т = К д /П = / = 0,99 года

Сравнительные показатели экономической эффективности модуля ВТГЭС производительностью 1 т/час (8 тыс. т/год) Полученный продукт на реализацию Стоимость модуля, тыс. USD Годовая прибыль, тыс. USD Срок окупаемости, год Генераторный газ 700,01 276,9800,55 Тепловая энергия 760,01 383,9880,55 Электроэнергия 1650,01 664,9800,99

Сырьевая база для технологии ВТГЭС в Украине п/п Наименование Масса, млн т Удельная теплота сгорания, т.у.т./т Всего, млн т.у.т. 1Осадки городских сточных вод 18,00,5810,44 2Твердые бытовые отходы 10,00,313,10 3Уольные шламы 2,560,782,00 4 Отходы растительного происхождения (биомасса) 16,60,6811,3 Итого:47,16 26,84 Из источников, публикуемых в открытой печати и Интернете.

Преимущества технологии ВТГЭС

Перерабатывается любое твердое топливо и его отходы без ограничений по зольности и влажности. Специальная подготовка сырья не требуется КПД газификации топлива достигает 100%, то есть тепловой потенциал топлива полностью переходит в произведенный газ Процесс стабилен при любом топливе или при изменении его состава, так как устойчивость процесса газификации гарантируется автономным электроподогревом шлаковой ванны

Технология безотходная: энергетический потенциал сырья извлекается в виде генераторного газа и тепла, материальный ресурс – в виде экологически инертного шлака Химсостав шлака из ТБО близок к составу природного базальта. Следовательно он может быть использован для производства теплоизоляционных материалов и изделий из каменного литья. Производство из расплава попутное, без нагрева, что обеспечивает низкую себестоимость

Автономность и замкнутость схемы, компактность оборудования и экологическая чистота определяют возможность размещения установок ВТГЭС в черте города, то есть создавать рентабельные модули малой производительности (1-6 тыс. т/год) и устанавливать их на территории существующих котельных, что даст значительную экономию при перевозках ТБО Установка производительностью 8 тыс. т/год размещается на площади 100 м 2 Все оборудование и комплектующие установки ВТГЭС производятся в Украине

График реализации проекта п/п Наименование этапов Срок выполнения, месяцев Месяцы реализации проекта Разработка проектно- конструкторской документации газогенератора 3 2. Приобретение оборудования и комплектующих материалов 2 3. Строительство и монтаж газогенераторной установки 6 4. Пуск и наладка установки 2 Всего:12