Пример компоновки твёрдотопливной установки с двигателем Стирлинга ООО ИИЦ Стирлинг-технологии.

Германская фирма "SOLO Stirling Engine" занимается разработкой систем Стирлинг - Когенерации с непосредственным использованием твердого горючего, преимущественно древесины, но сталкивается с некоторыми трудностями, как например удаление шлака из камеры сгорания или предотвращение спекания частиц топлива. Исследования при помощи Газогенератора летом 1998 показали, что произведенный там древесный газ, улучшает процесс сжигания твёрдого топлива и смол. Комбинация Газогенератора с Стирлинг - Когенерацией является высоко эффективным устройством, так как горячий газ получаемый из Газогенератора не нуждается в охлаждении для применения в Стирлинг - Когенерации.
Специалисты ООО «Инновационно - исследовательский центр «Стирлинг - технологии» в России, тоже активно занимаются разработкой аналогичных систем, например проектирование энергоснабжения коттеджного городка с использованием двигателей Стирлинга, работающих на генераторном газе из торфа. В тоже время ведуться разработки твёрдотопливных установок с двигателем Стирлинга, работающих на древесной щепе, угле и угольной пыли, торфе, сланцах, отходах сельского хозяйства и навозе, бытовом мусоре и т.д..

Использование двигателя Стирлинга

Широкому применению угольного метана для выработки электроэнергии и тепла способствует и появление на мировом рынке нового типа двигателей - двигателей Стирлинга. Ранее угольный метан использовался в карбюраторных и дизельных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Однако для этих типов двигателей требовалось существенная очистка угольного метана, поддержание постоянного процентного соотношения компонентов газа, проведение частых регламентных работ и установка дополнительных фильтров для удовлетворения требований экологических норм.

Двигатель Стирлинга относится к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ). В связи с этим, по сравнению с ДВС, в двигателях Стирлинга процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров. Поэтому двигатели Стирлинга идеально соответствуют технологии использования добычи угольного метана.

Применение энергетических модулей с двигателями Стирлинга позволяет использовать напрямую как угольный метан из скважины, так и каптируемый шахтный газ.

Опыт использования двигателей Стирлинга на угольном метане в Китае позволил на порядок сократить выбросы оксидов азота без какой-либо дополнительной обработки выхлопных газов и свести к минимуму расходы на сопровождение генерирующего оборудования.

Стирлинг-генераторы очень эффективны с точки зрения преобразования химической энергии топлива в полезную электрическую энергию, в том числе и на очень низкокалорийных топливах. Современные двигатели Стирлинга достигают электрического КПД более 40%, а в когенерационном цикле с утилизацией тепла выхлопных газов суммарный КПД составляет более 90%.

Поскольку содержание метана в шахтном газе может составлять до 98%, этот газ может быть использован к качестве моторного топлива для автотранспортных средств.

Однако угольный метан, как и другие газовые топлива, имеет низкую объемную концентрацию энергии. При нормальных условиях теплота сгорания 1 л угольного метана составляет 33-36 КДж, в то время как теплота сгорания 1 л бензина составляет 31400 кДж, т. е. в 1000 раз больше, чем у угольного метана.

Поэтому угольный метан может применяться в двигателях автомобилей как моторное топливо либо в компримированном (сжатом), либо в криогенном (сжиженном) состоянии.

О практике применения сжатого (до 20 МПа) угольного метана в качестве моторного топлива для автомобилей известно достаточно давно.

По оценкам зарубежных специалистов, уже в 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на угольном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов угольных регионов страны.

Анализ результатов исследований токсичности газобаллонных автомобилей, проведенных за рубежом, показывает, что при замене бензина на угольный метан выброс токсических составляющих (г/км) в окружающую атмосферу снизился: по оксиду углерода в 5-10 раз, углеводородам - в 3 раза, окислам азота - в 1,5- 2,5 раза, ПАУ - в 10 раз, дымности - в 8-10 раз, в зависимости от типа автомобиля.

Еще более перспективной технологией является использование сжиженного угольного метана. Сжижение уменьшает объем газа, занимаемый в обычных условиях, почти в 600 раз, что позволяет, по сравнению со сжатием газа, значительно снизить массу и объем системы хранения угольного метана на автомобиле.

Одним из перспективных направлений является использование угольного метана в химической промышленности.

Из него можно производить сажу, водород, аммиак, метанол, ацетилен, азотную кислоту, формалин и различные производные - основы для производства пластмасс и искусственного волокна.

Так, в Китае работает крупный сажевый завод, потребляющий 150 тыс. куб. м/сут. угольного газа, дающий более 10 т сажи. В Японии из угольного метана получают аммиак, а из него - карбамид. С каждым годом области утилизации угольного метана расширяются, разрабатываются новые эффективные способы его переработки и использования.

Опыт зарубежных стран показывает, что масштабная добыча угольного метана в США, Австралии, Китае началась после того, как государства стали стимулировать данные проекты, предоставив значительные налоговые льготы компаниям, занявшимся извлечением газа из угольных пластов.

Очевидно, это необходимо срочно сделать и в России. Ведь добыча метана угольных пластовне только позволит расширить ресурсную базу «Газпрома», но и будет иметь значительный социально-экономический эффект в рамках всей страны.

По мнению специалистов, утилизация шахтного метана позволит снизить себестоимость добычи угля на шахтах в зависимости от конкретных условий на 3-4%.

Кроме того, это положительно скажется и на других показателях хозяйственной деятельности угледобывающих предприятий.

Во-первых, увеличится масса прибыли на единицу продукции, поскольку возрастает разница между существующей ценой и себестоимостью добычи угля или, что одно и то же, снизятся убытки, и, во-вторых, сократится расход первичного топлива (угля) на внутренние нужды, в результате чего соответственно возрастут угольные товарные ресурсы и стоимость их реализации.

Дата добавления: 2015-08-10