20 лютого 2018
Спецпроекти

ВИКОРИСТАННЯ ЗВАЛИЩНОГО ГАЗУ З ОТРИМАННЯМ ЕНЕРГІЇ. ДОСВІД МАРІУПОЛЯ

В Донецькій області, у місті Маріуполь, реалізовано один з небагатьох проектів зі збору та утилізації звалищного газу з отриманням електрики. Проект безперечно дуже важливий для міста і для області вцілому.

Нещодавно в ЗМІ  поширювалась інформація, що на зазначене устаткування обласний департамент екології та природних ресурсів не видає дозвіл на викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря.

За інформацією ми звернилусь до директора Українського наукового інституту технічної екології  Надії Нефьодової.


  Коментарі фахівця наводимо в повному обсязі

Так, ми співпрацювали з компанією «ТІС ЕКО», проект дійсно новаторський, тому пропоную детально розібратись в технічних аспектах роботи когенераційної установки.

Отже компанія «ТІС ЕКО» займається видобутком та використанням біогазу (звалищного газу) з полігонів твердих побутових відходів (ТПВ) в енергетичних цілях. Напрямками діяльності підприємства можна виділити наступні: 

  • зниження негативного впливу полігонів побутових відходів (ТПВ) на навколишнє середовище України шляхом збору та утилізації звалищного газу та сприяння розвитку внутрішнього ринку альтернативних джерел енергії;
  • впровадження найбільш апробованих світових технологій видобутку та використання сміттєвого газу з максимальним застосуванням вітчизняних комплектуючих та матеріалів;
  • активна участь в розвитку співробітництва та інформаційного обміну між організаціями, які реалізують національну програму екологічної безпеки та розвитку альтернативних джерел енергії.

 Основним видом діяльності підприємства на вказаному проммаданчику є вироблення електроенергії у енергетичній когенераційній установці для потреб загального користування шляхом спалювання біогазу, що збирається на Приморському полігоні ТПВ м. Маріуполя, який не експлуатується.

В межах ділянки підприємства розміщується:

  • когенераційна електростанція (КГЕС) – газопоршнева енергетична когенераційна установка TSU-200 BG (UMGS 200 КГУ), яка представлена у модульному виконанні контейнерного типу;
  • електропідстанція РУ-0,4 кВт;
  • диспетчерська.

КГЕС, встановлена на проммайданчику підприємства, виробляє електричну енергію, яка постачається у єдині мережі загального користування регіонального підприємства «Донецькобленерго»для задоволення потреб населення в електроенергії.

Принципова схема комплексного рішення енергопостачання із використанням біогазу наведена на рисунку нижче.

Схема збирання звалищного газуКогенераційні установки призначені для вироблення теплової та електричної енергії (когенерація). Основним елементом установки є газопоршневий двигун, принцип дії якого заснований на перетворенні теплової енергії згоряння палива у механічну енергію руху поршневого механізму.

Основним вузлом двигуна є кривошипно-повзунний механізм, який складається з поршню, шатуна, кривошипу та циліндру.

У кривошипно-повзунному механізмі лінійний рух поршню, який виникає під дією теплової енергії згоряння паливної суміші, перетворюється у обертовий рух на кривошипі (на вихідному валу двигуна). Блок двигуна в повній мірі забезпечує даний механізм. Загальний вигляд руху поршню та обертання кривошипу наведено на схемі нижче.

 

Головка блоку циліндрів, клапани та газо-паливні інжектори встановлені над блоком двигуна. При русі поршня вниз клапани відкриваються та подається паливна суміш (двигун «вдихає»). Під час зворотнього ходу впускні та випускні клапани закриваються та паливна суміш в циліндрі стискується. Під час ходу стиснення поршень здійснює роботу у відношенні паливної суміші, тому значення температури та тиску будуть підніматися до рівня, що перевищує рівень самозайняття газового палива. Відбувається займання паливної суміші із виділенням великого значення теплової енергії із значним розширенням газової суміші.

Гаряча газова суміш із великим значенням розширення тисне на поршень та теплова енергія згоряння паливної суміші перетворюється у механічну енергію поршня. Це єдиний рух поршню, при якому він поглинає теплову енергію згоряння палива. Через те, що загалом система є інертною, поршень знову рухається вгору, при цьому витискаючи газову суміш з простору циліндру через випускні клапани, які відкриваються, та відбувається викид продуктів згоряння з камери. Далі знову відбувається цикл рухів поршню під дією теплової енергії.

Такий цикл рухів називається тактом. Кожний такт складається з чотирьох ходів поршню із відповідним обертанням вихідного валу двигуна:

- перший ход – впуск («вдих»);

- другий ход – стиснення;

- третій ход – розширення (робочий ход циліндру);

- четвертий ход – випуск (вихлоп).

Чим більша кількість циліндрів встановлена в двигуні, тим більш «ровною» буде робота двигуна.

При роботі двигуна спостерігається сильна вібрація. Тому двигун монтується на міцній конструкції, яка частково пригнічує великі значення вібрації.

Вихідний вал двигуна з’єднаний із генератором електричного току. Механічна енергія обертання валу передається через ротор електричного генератора. З генератору утворена електроенергія по системі ліній електропередачі подається в єдину мережу електропостачання.

ТОВ «ТІС ЕКО» для забезпечення технологічних потреб вироблення електроенергії у енергетичній когенераційній установці для потреб загального користування шляхом спалювання біогазу експлуатує когенераційну установку TSU-200 BG (UMGS 200 КГУ), яка представлена у контейнерному виконанні модульного типу, складається з наступних основних технологічних вузлів (модулів): газопоршневого двигуна, налаштованого для роботи на збіднених газових сумішах, синхронного генератора з повітряним охолодженням і системою утилізації тепла при роботі двигуна.

Основне технологічне обладнання, з якого складається зазначена установка:

  • базовий двигун DoosanP180LE;
  • генератор перемінного струму MarelliMJB355SA4B.

 Загальний вигляд та схема улаштування когенераційної установки наведені нижче на рисунку.

Загальний вигляд улаштування газопоршневої когенераційної установки

Схема улаштування газопоршневої когенераційної установки

 Змащення поршнів двигуна енергетичної установки забезпечується потоком масла під тиском. Вихлопні гази відводяться через збірний колектор установки. Корпус та блок циліндрів представляють собою єдиний литий вузол. Корпус переходить в блок, що складається з 12-ти циліндрів, розташованих в два ряди. Колінчастий вал виготовлений із загартованої хромомолібденової сталі. Підшипникові вкладиші виготовлені зі свинцю/бронзи зі сталевою спинкою. Штамповані шатуни також виконані з хромомолібденової сталі.

Поршні зроблені з алюмінієвого сплаву з дуже низьким коефіцієнтом теплового розширення. Завдяки спеціальній конструкції камери згоряння не відбувається пошкодження поршнів і клапанів при виході з ладу зубчастого ременя приводу механізму газорозподілу.

Двигун має циркуляційну систему змащення під тиском. Всі вузли системи змащування маслом є закритими та герметичними. Масло подається з масляної ванни насосом з шестерним приводом. Очищення мастила відбувається в масляному фільтрі з паперової вставкою. Фільтр розташований на головній магістралі маслопроводу. З головної магістралі очищене масло розподіляється по різним масляним каналах. Мастило надходить до корінних і шатунних підшипників колінчастого вала, цапфу поршнів, опорам розподільного вала, клапанним важелів і одночасно через сопла охолоджує днища поршнів. Всі вузли системи змащування маслом є закритими та герметичними.

Двигун енергетичної установки має замкнуту систему охолодження. Насос подає охолоджуючу рідину спочатку до корпуса двигуна. По внутрішнім каналам корпусу охолоджуюча рідина надходить до гільз та голівок циліндрів. Система охолодження двигуна складається з відцентрового насоса з електроприводом, запобіжного клапана і мембранного розширювального бака. Всі вузли системи охолодження є закритими та герметичними.

Викид продуктів згоряння газового палива відбувається через димову трубу, змонтовану безпосередньо на збірний колектор вихлопних газів від установки.

 Для роботи енергетичної когенераційної установки TSU-200 BG (UMGS 200 КГУ) ТОВ «ТІС ЕКО» використовує звалищний газ (біогаз), який збирається з полігону твердих побутових відходів (ТПВ) та надходить до установки по системі газопроводів та колекторів.

Основні технологічні параметри установки наведені нижче.

Основні дані:

Електрична потужність

кВт

200

Стандартні виробничі умови:

Тиск повітря

мбар

1000

Висота над рівнем моря

м

100

Температура повітря

оС

25

Відносна вологість

%

30

Паливний газ:

теплотворна здатність

кВт*год/м3

3,18

кількість газу

нм3/час

187

Потужність і ККД

Споживання енергії (+/- 5%)

кВтч/кВт*ч ел.

2,98

механічна потужність

кВт

217

відведена електрична потужність при cos f = 1

кВт

202

електричний ККД

%

33,6

 Компонентний склад біогазу (звалищного газу), який збирається з полігону та надходить до енергетичної установки ТОВ «ТІС ЕКО», був визначений на газовому хроматографі фірми «Agilent» науково-промисловою фірмою «Інгаз» спільно з Інститутом газу НАН України на замовлення ТОВ «ТІС ЕКО», про що видані відповідні офіційні результати аналізу.

Викид продуктів згоряння газового палива (азоту (1) оксид [N2O], вуглецю діоксид, оксиди азоту (у перерахунку на діоксид азоту), оксид вуглецю, метан) відбувається через димову трубу вихлопних газів від установки і це є організоване джерело викидів, яке є об’єктом нормування відповідно до вимог законодавства.

В даному випадку кількісні та якісні характеристики викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря не суперечать вимогам що до них встановлено законодавчо.

Сподіваємось компанія «ТІС ЕКО» працюватиме і на інших полігонах області.