Газовое оборудование бытового назначения

 

1.1. Перспективы и практические вопросы газовой отрасли

 

Современные технологии (производства), по возможности, должны быть связаны между собой таким образом, что конечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигаются практически полная безотходность и интенсификация производства на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем.

По мнению экспертов ООН, именно такой комплексный подход, когда осуществляется схема подбора предприятий и производств, работающих на одном виде сырья, а отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, может полностью решить проблему устойчивого развития общества.

В своей статье «Традиционные газовые установки и возможности их модернизации» инженер из Омска Г. Б. Осадчий справедливо замечает, что в условиях постоянного повышения цен на ископаемые энергоносители, а также истощение запасов нефти и газа все большее количество стран развивают альтернативные источники энергии.

Одним из таких видов топлива является газ. К слову, Г. Осадчий – автор 140 изобретений в СССР – аргументированно утверждает, что основными недостаткомами газовой энергетики являются значительный вес удельных капитальных затрат (в расчете на единицу мощности), невысокая рентабельность проектов, а также проблемы с организацией сбыта энергии посредством централизованных сетей.

Несмотря на это, в России наблюдается увеличение спроса на газовые установки (ГУ) – как для малых потребителей, так и для более мощных.

Газовые технологии вписываются в Доктрину ООН устойчивого развития общества. И многие в России привержены этой идее. Газ не загрязняет окружающую среду. При этом газ по сути своей становится возобновляемым источником энергии.

Необходим комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе органические, тепловые, водные, газо-воздушные, перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражаются на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем. «Эволюционные» и «революционные» изменения, в том числе в сфере энергетики, взаимообусловлены, дополняют и нередко сменяют друг друга. Не исключаются и случаи возврата к «старым» техническим решениям на качественно новой технологической базе.

Обычно под газовой установкой (станцией) подразумевается комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств:

• подготовки сырья;

• производства газа;

• очистки и хранения газа;

• производства электроэнергии и тепла;

• трансляции газа к потребителю;

• автоматизированной системы управления газовым хозяйством.

Магистрали газового оборудования должны быть герметичны, в них не должно быть доступа кислорода и посторонних примесей.

Контрольно-измерительные приборы, устанавливаемые на газовых магистралях, должны обеспечивать контроль уровня газа, температуры и давления внутри него.

Современные технологии позволяют перерабатывать в газ любые виды органического сырья, однако наиболее эффективно использование газовых технологий очистки для выработки из газового сырья.

Однако не будем забывать и другой путь получения сырья – биогаз. Так, эффективную и стабильную работу биогазовой установки (БГУ) обеспечивает периодическое перемешивание субстрата в специальном метантенке. Цель перемешивания – высвобождение образованного биогаза, перемешивание свежего субстрата и бактерий (прививка), предотвращение образования корки и осадка, недопущение образования участков разной температуры внутри метантенка, обеспечение равномерного распределения популяции бактерий, предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную площадь метантенка.

Но и слишком частое или продолжительное перемешивание вредно. Рекомендуется медленное перемешивание субстрата через каждые 4–6 ч.

Оптимальное перемешивание сырья повышает выход биогаза до 50 %. К примеру, в термофильном режиме при температуре 52…56 °C органические отходы перерабатываются за 5–10 дней, при этом качество газа и удобрений по ряду показателей обычно ниже.

Такой режим подходит большего всего тем, у кого основная задача – переработать большое количество отходов. При оптимизации работы установки и состава отходов можно ускорить переработку даже до 3–4 дней. Выгода от работы в термофильном режиме – в том, что резко снижается стоимость 1 кВт установленной мощности БГУ.

Наиболее распространенной системой подогрева является внешняя система подогрева с водонагревательным котлом (котельной установкой), работающим на биогазе, электричестве или твердом топливе, где теплоносителем является вода с температурой около 60 °C. Более высокая температура теплоносителя повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника – теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства.

Все газовое хозяйство (газовая установка, ГУ) должно быть максимально автоматизировано. Объем автоматически выполняемых операций газовых установок различного назначения может быть различен. В обязательный объем автоматизации входят (для газовых установок небольшой мощности):

• при срабатывании датчика загазованности (газоанализатора) помещения автоматически включаются системы оповещения персонала (сигнальные лампы, электрические звонки и др.) и происходит аварийное отключение систем ГУ, в частности срабатывает предохранительный клапан, перекрывающий подачу газа;

• при срабатывании любого теплового реле в цепях питания насосов циркуляционного, водяного или загрузочного включаются системы аварийного оповещения потребителей.

По данным корпорации AEnergy, составляющие положительного денежного потока газовых проектов могут быть следующими (табл. 1.1), при гарантированной надежности и долговечности надежной работы ГУ.

 

Таблица 1.1.

Составляющие положительного денежного потока газовых проектов

 

При этом учитывается, что производство 1000 м3 газа обеспечивает замещение 10 т выбросов СО2. Средняя рыночная цена 1 т СО2 сегодня составляет 10 евро.

Газ легче воздуха, поэтому стремится вверх.

Роспотребнадзор регламентирует все отходы производства и потребления; их делят на 4 класса опасности: 1 – чрезвычайно опасные, 2 – высокоопасные, 3 – умеренно опасные и 4 – малоопасные.

Органы Федеральной налоговой службы, осуществляя плановые проверки объектов хозяйственной и иной деятельности независимо от форм собственности с целью государственного экологического контроля, принимают решения по отчислениям, по уплате экологического налога. Несмотря на то что экологический налог нельзя считать обременительным и он существенно не влияет на конкурентоспособность отечественной животноводческой продукции, для отдельных категорий товаропроизводителей экологический налог является одним из основных видов обязательных платежей государству.

В помещении, где размещено газовое оборудование большой мощности, по правилам безопасности и регламенту (ГОСТ Р 53790– 2010) должны находиться:

• комплект противопожарного инвентаря;

• диэлектрические перчатки и ковры у щитов управления электрическими агрегатами;

• газоанализаторы или газосигнализаторы;

• средства индивидуальной защиты;

• взрывобезопасные аккумуляторные фонари;

• аптечка первой доврачебной помощи.

Контролировать концентрацию газов в воздухе помещения можно с помощью газоанализаторов. Этим современным приборам посвящена вторая глава книги.

В обслуживающем помещении газовой установки электрическое освещение, электродвигатели, пусковые и энергопитающие устройства и аппаратура должны выполняться во взрывозащищенном исполнении в соответствии с классом взрывоопасной зоны (в зависимости от категории помещения).

Устройство и эксплуатация газгольдеров и газовой сети должны проводиться в соответствии с требованиями Правил безопасности в газовом хозяйстве и Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

При прямом сжигании газа в горелках котлов и двигателях внутреннего сгорания не требуются большие газгольдеры. В этих случаях газгольдеры должны обеспечивать выравнивание неравномерностей газовыделения и улучшения условий последующего горения, в зависимости от типа газгольдера и выдерживаемого им давления объем газгольдера составляет от 1/5 до 1/3 объема реактора.

Так, пластиковые газгольдеры применяют для сбора газа в простых, совмещенных установках, где пластиком покрывают открытую емкость, служащую в качестве реактора, или отдельный пластиковый газгольдер соединяют с реактором. Стальные газгольдеры делят на газгольдеры низкого (0,01–0,05 кгс/см2), среднего (8–10 кгс/см2) и высокого (200 кгс/см2) давления. Стальные газгольдеры низкого давления оправданы только в случае большого расстояния (минимум 50–100 м) от установки до использующих газ приборов. В других случаях следует рассматривать возможность использования более дешевого пластикового газгольдера.

В газгольдеры среднего и высокого давления газ закачивается с помощью компрессора. Газгольдеры высокого давления используют для заправки автомашин и баллонов. Контрольно-измерительные приборы, устанавливаемые на газгольдеры, должны включать в себя водяной затвор, предохранительный клапан, манометр и редуктор давления. Стальные газгольдеры должны быть заземлены.

Привлекательно применение газа для факельного обогрева теплиц и иных локальных обогревательных установок. Кроме поступления углекислого газа из газгольдера, происходит образование углекислого газа, к примеру при сгорании метана производится освещение теплиц и одновременно образуется вода, увлажняющая воздух.

Еще одно направление использования составных компонентов газа – утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 40 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана, он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.

 

Что такое газовый генератор

 

Газовые генераторы не только могут работать на природном газе, но и сами могут вырабатывать газ (биогаз) из отходов. Стоимость электроэнергии, которую дают газогенераторы на древесных отходах, состоит лишь из затрат на покупку и обслуживание электростанции. Именно фактор простоты получения сырья делает «газогенератор на дровах» экономичным.

Современный газогенератор может заменить даже инверторный бензогенератор.

Газогенераторы были разработаны на основе передовых достижений науки и техники еще в Советском Союзе.

Сегодня генераторы на основе твердого топлива переживают второе рождение. С их помощью можно существенно сэкономить свои средства.

Если бензо– или дизель-генератор работает на жидком топливе, то газовые генераторы предназначены для получения горючего газа (смесь СО, Н и др.) из твердого топлива влажностью до 40 % (торф, уголь, дрова, сельскохозяйственные и прочие отходы, способные гореть, окисляясь кислородом из воздуха).

Газовые электростанции и двигатели совмещают в себе как минимум четыре положительных момента:

• наименее вредны для природы;

• дольше работают;

• имеют высокую надежность (ресурс наработки до отказа);

• экономичны для бюджета.

Эти факторы позволяют утверждать, что газогенераторы и газовые станции – это выгодное решение для фермеров, экологических поселений и большого числа людей, живущих как вне крупных городов вообще, так и в местах, удаленных от различных коммуникаций в частности; а таких мест на территории России очень много.

Газовый генератор (далее – газогенератор) предназначен для термической переработки твердых и жидких топлив в горючие газы, осуществляемой в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров); получаемые в процессе его работы газы называются генераторными.

Горение твердого топлива в газогенераторе (в отличие от любой топки) осуществляется в изолированном слое и характеризуется поступлением количества воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива (к примеру, при работе на паровоздушном дутье в газогенератор подаётся 33–35 % воздуха от теоретически необходимого). Образующиеся газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетического разложения топлива (угарный газ, водород, метан, углерод). В генераторные газы переходит также азот воздуха. Процесс, происходящий в газогенераторе, называется газификацией топлива.

Что представляет собой газогенератор? Это шахта, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом. Сверху этой шахты загружается топливо, а снизу подается дутье. Слой топлива постоянно поддерживается на необходимом уровне колосниковой решеткой.

Подаваемое в газогенератор дутье вначале проходит через зону золы и шлака, где оно немного подогревается, а далее поступает в раскаленный слой топлива (окислительная зона, или зона горения), где кислород дутья вступает в реакцию с горючими элементами топлива.

Образовавшиеся продукты горения, поднимаясь вверх и встречаясь с раскаленным топливом, восстанавливаются до окиси углерода и водорода. При дальнейшем движении вверх сильно нагретых продуктов восстановления происходит термическое разложение топлива (зона разложения), и продукты восстановления обогащаются продуктами разложения (газами, смоляными и водяными парами). В результате разложения топлива образуется вначале полукокс, а затем и кокс, на поверхности которых при их опускании вниз происходит восстановление продуктов горения.

При опускании еще ниже осуществляется горение кокса. В то же время в верхней части газогенератора происходит сушка топлива теплом поднимающихся газов и паров.

В зависимости от того, в каком виде подается кислород дутья, состав генераторных газов изменяется. При подаче в газогенератор одного воздушного дутья получается воздушный газ, теплота горения которого в зависимости от перерабатываемого топлива колеблется от 3,8 до 4,5 МДж/м3 (900–1080 ккал/м3). Применяя дутье, обогащенное кислородом, получают парокислородный газ (содержащий меньшее количество азота, чем воздушный газ), теплота горения которого может быть доведена до 5–8,8 МДж/м3 (1200–2100 ккал/м3).

При работе газогенератора на воздухе с умеренной добавкой к нему водяных паров получается смешанный газ, теплота сгорания которого (в зависимости от исходного топлива) колеблется от 5 до 6,7 МДж/м3 (1200–1600 ккал/м3). И наконец, при подаче в раскаленный слой топлива водяного пара получают водяной газ с теплотой сгорания от 10 до 13,4 МДж/м3 (2400–3200 ккал/м3).

В зависимости от вида перерабатываемого твердого топлива различают типы газогенераторов для «тощего» топлива – с незначительным выходом летучих веществ (кокс, антрацит, тощие угли), для битуминозного топлива – со значительным выходом летучих веществ (газовые и бурые угли), для древесного и торфяного топлива и для отбросов минерального топлива (коксовая и угольная мелочь, остатки обогатительных производств).

Различают газогенераторы с жидким и твердым шлакоудалением. Битуминозные топлива обычно газифицируются в газогенераторе с вращающимся водяным поддоном, а древесина и торф – в устройстве большого внутреннего объема, поскольку перерабатываемое топливо имеет незначительную плотность. Мелкое топливо перерабатывается в газогенераторе высокого давления и во взвешенном или кипящем слое.

При эксплуатации газогенератора соблюдается режим давления и температуры, величина которых зависит от перерабатываемого топлива, назначения процесса газификации и конструкции устройства.