переход республики Беларусь на локальные системы отопления, которые уже два десятилетия активно внедряются в западноевропейских странах для теплообеспечения производственного и жилого сектора, является наиболее эффективным путем уменьшения затрат и значитель­ной экономии топлива в этой сфере деятельности [Гелетуха, Г. Г, 1998]. Интерес к теплогазогенераторам, работающим на местных видах воз­обновляемого биотоплива, возник в связи с появлением конструкций, отличающихся экологичностью, пожаробезопасностью и КПД выше 80 %. Можно отметить, что дрова стали рассматриваться как перспек­тивный вид топлива с широким внедрением теплогенераторов, в кото­рых высокий КПД обеспечивается за счет реализации двух процессов: регулируемого замедленного режима горения топлива и дожигания га­зовой смеси. Соответственно, на рынке появилась новая разновидность твердотопливного оборудования - газогенераторные котлы на древес­ном топливе. В них используется пиролизное горение. Эти котлы ли­шены одного из главных преимуществ традиционных теплогенерато­ров на твердом топливе - независимости от электроэнергии. Однако имеют и многие неоспоримые достоинства: высокий КПД, экологич­ность, возможность управления процессом сжигания топлива. В этих устройствах топливо не разгорается пламенем, а лишь тлеет, и процесс можно активизировать либо «укрощать», изменяя количество подавае­мого воздуха.

Газификация древесины давно известна и широко применяется в промышленных установках. В слой тлеющих углей, находящихся в бункере для топлива, вентилятором подается воздух (первичный). В результате образуется горючий генераторный газ, состоящий в основ­ном из со. Газ проходит через керамическую форсунку, где смешива­ется с дополнительным (вторичным) воздухом. Газовоздушная смесь воспламеняется в камере сгорания, соприкасаясь с катализатором, при этом сгорают и тяжелые соединения, и частицы сажи. В сравнении с котлами поверхностного горения газогенераторные котлы вырабаты­вают дымовые газы, практически не содержащие токсичных и иных примесей.

растапливаются котлы традиционно или с помощью системы элек­трического поджига. однако в качестве топлива для них применяют только сухие дрова (влажность до 20 %). хотя в общем случае для гази­фикации могут использоваться сухие брикеты, опилки, стружка, щепа, обрезки, смесь дров и древесных отходов, некоторые виды торфа, смесь древесных отходов и торфа, а также отходы пищевой и легкой промыш­ленности, содержащие целлюлозу. Если топливо, а также расход пер­вичного и вторичного воздуха подобраны правильно, генераторный газ горит пламенем практически белого цвета. При повышении влажности твердого топлива понижается теплотворная способность газа, увеличи­вается образование копоти, дегтя и конденсата.

Чтобы избавить потребителя от необходимости подкладывать то­пливо в топку котла, некоторые фирмы разработали автоматизирован­ные топочные аппараты (АТА). По мере сгорания топлива его новая порция подается из загрузочного бункера автоматически. В этом случае в качестве топлива может использоваться только мелкоразмерная дре­весина. Лучше всего подходят древесная щепа (размером 5-50 мм) или гранулированные опилки (пеллеты). Последние получают прессовани­ем опилок и мелкой стружки.

В состав аппарата входят котел, в котором нагревается вода, горе­лочное устройство с механизмом автоматической подачи топлива и ду­тьевой вентилятор для обеспечения полного сгорания топлива.

Установленную на выходе из котла температуру воды отслеживает терморегулятор. Если эта температура снизилась на 5 °С относительно установленной, по его сигналу на несколько секунд включается элект­родвигатель шнека, и порция топлива подается в горелочное устрой­ство, в котором постоянно поддерживается тлеющий заряд. Дутьевой вентилятор нагнетает воздух в горелочное устройство, и температура воды в котле повышается. однако как только она достигает верхнего предела, автоматика отключает вентилятор.

чтобы огонь по шнеку не проник в бункер, в конструкции АТА предусмотрены две системы. Первая следит за температурой кожуха подающего шнека. При повышении температуры до 40-45 °С специ­альный термостат отключает дутьевой вентилятор и подачу топлива. Вторая система - это автоматическое пожаротушение. При температу­ре топливоподающего кожуха 70-80 °С подающий шнек и горелочное устройство заливаются водой.

Помимо рассмотренных котлов, которые предназначены для водя­ного отопления строений, выпускаются и твердотопливные аппараты,

поставляющие в комнаты теплый воздух. Т аковы печи российского про­изводства «Буллерьян» («прокк энЕрготЕкс») и «синель» («ком­пания орАнти»), работающие на дровах, древесных отходах, тор­фяных брикетах, картонажных изделиях, низкокалорийном угле и не требующие электропитания. Их можно назвать печами-калориферами. они способны быстро (за 20-25 мин.) разгореться и заполнить комнату потоками теплого воздуха, который производят в значительном объеме (более 4,5 м3/мин). В печах использован принцип пиролизного горения, благодаря чему одной загрузки дров достаточно, чтобы поддерживать тепло в помещении целую ночь. Расход топлива - 6-8 кг на 8-12 час., а кПД устройств - 75-80 %. Помещения снабжаются теплом за счет конвекции воздуха, который нагревается, проходя мимо топки. печи отличаются направлением прохождения нагреваемого воздуха: в «Бул - лерьяне» - по системе труб, кольцом опоясывающих корпус топки, а в «Синели» - через промежуток между цилиндром топки и внешним корпусом устройства.

разжигаются печи как обычно, а потом на раскаленные угли закла­дывают основное топливо и заслонками устанавливают нужный режим горения. колосники не предусмотрены. Их функции выполняет слой золы, неизбежно скапливающейся на дне. вычищать золу надо в сред­нем после 5-6 топок, оставляя при этом слой в 5-6 см, чтобы предот­вратить прогорание дна.

В Республике Беларусь твердотопливные газогенераторные котлы выпускают Мозырский завод «Сельмаш», Гомельский завод «комму­нальник», Минский завод отопительного оборудования, Минский за­вод «Метромаш», Березинская РАПТ и др. Все эти котлы имеют основ­ной недостаток - в них трудно управлять процессом горения твердого топлива, точность поддержания желаемой температуры невысока. По­явление прогрессивных газогенераторных котлов заметно облегчило эксплуатацию котельной, но всех проблем не сняло.

Параметры газогенераторных (пиролизных) котлов мощностью 70 кВт, производимых на СЗАо «Электромеханический завод» г. Мо­лодечно (рис. 76), по результатам испытаний на УП «Гродноэнергосбе - режение» следующие:

• номинальная мощность N = 70 кВт;

• может в длительном режиме отдавать N = 116 кВт;

• мощность в пиковом режиме N = 140 кВт;

• кПД - 92 % (с накопительной емкостью).

генераторный газ методом пиролиза может получаться не только из дров, но и из отходов растениеводства (солома, стебли), отходов животноводства (подсушенный навоз), который потом используется в

качестве бытового или технологического топлива, а также для произ­водства электроэнергии. принцип получения генераторного газа, как уже отмечалось выше, заключается в термической обработке биомассы в условиях восстановительной среды [гелетуха, Г г., 1999].

камеры пиролиза имеют загрузку сверху, а снизу осуществляется продувка воздуха в режиме, обеспечивающем поддержание восста­новительной среды в реакторе. в камере газогенератора можно выде­лить зону с температурой 800-1 200 °С (окислительная зона, источник тепловыделения), зону пиролиза с температурой 400-800 °С (восста­новительная зона, обеспечивающая выделение монооксида углерода и водорода - основных горючих компонентов), а также зону подготовки (подсушки) топлива с температурой 200-400 °С. Кроме монооксида углерода и водорода в генераторном газе присутствуют углеводороды: метан и пары жидких углеводородов, а также балластные газы - двуо­кись углерода и азот.

Путем подбора соответствующих катализаторов можно регулиро­вать направление пиролиза древесины. прямое воздействие катализато­ра на процесс пиролиза древесного сырья достигается путем введения в исходный материал методом пропитки водными или органическими растворами. катализаторы увеличивают выход твердых углеводород­ных или жидких и газообразных продуктов, ускоряя в процессе пиро­лиза древесины и лигнина реакции дегидратации или гидрогенолиза органической матрицы.

С применением катализаторов скорость пиролиза может возрастать в 10 раз, температура деструкции древесины, целлюлозы снижается на 150 °С, выход угля увеличивается в 1,5 раза. Способы каталитическо­го пиролиза могут использоваться для получения металлсодержащих углеродистых сорбентов.

Влияние катализатора на процесс пиролиза древесины использова­но для получения жидкого топлива. Перевод твердого древесного сы­рья в жидкую форму и удаление значительной части содержащегося в исходном сырье кислорода достигаются применением железосодержа­щего катализатора.

Основными факторами, влияющими на теплоту сгорания генера­торного газа, являются: процесс газификации (прямой, обратный или смешанный), вид топлива и его качественные показатели (влажность, зольность, гранулометрический состав, температура плавления золы, реакционная способность); вид дутья (воздушное, паровоздушное, кислородное); давление в газогенераторе; применение катализаторов, изменяющих интенсивность процесса и содержание горючих компо­нентов; совместная газификация твердого и жидкого топлива.

процесс сжигания смесей твердых топлив и горючих отходов мож­но регулировать определенным соотношением их компонентов, что позволит повышать теплоту сгорания и снижать вредные выбросы, на­пример летучих сернистых соединений, за счет связывания их компо­нентами золы топлива или специальными добавками.

Положительное влияние на экологические показатели при сжига­нии топлива оказывает применение катализаторов, таких как карбоната или отходов при производстве калийных удобрений на основе сильви­нита. При этом снижается механический недожог топлива, повышается КПД и снижаются вредные выбросы в атмосферу.

Несмотря на очевидную целесообразность использования расти­тельной биомассы в энергетике, оно сталкивается с проблемами отсут­ствия совершенных технологий и оборудования для их реализации.