Рекуперация тепла биогазовой генераторной установки
1. Основное применение рекуперации отходящего тепла в биогазовых генераторных установках.
Отходящее тепло биогазовых генераторных установок в основном поступает из двух частей: выхлопных газов двигателя (температура 350-550 градусов, что составляет 60%-70% общего отходящего тепла), а также гильзы цилиндра двигателя и системы охлаждения смазочного масла (температура 80-120 градусов, что составляет 30%-40% от общего количества отходящего тепла). Благодаря целенаправленной разработке системы переработки это отходящее тепло может широко применяться в нескольких сценариях, образуя замкнутую экологию «утилизации отработанного тепла при выработке электроэнергии»:
(1) Обеспечение производства биогаза: предварительная обработка сырья и нагрев при ферментации.
Это наиболее важный вариант использования рекуперации отходящего тепла, особенно подходящий для стабильной работы крупномасштабных-проектов по производству биогаза.
Нагрев бродильного резервуара: Оптимальная температура для ферментации биогаза — средняя температура (30-38 градусов) или высокая температура (50-55 градусов). Низкотемпературная среда (зима или северные регионы) может привести к снижению эффективности брожения и резкому сокращению газообразования. Утилизированное отходящее тепло используется для нагрева бродильного бульона через пластинчатые теплообменники или для обеспечения постоянной температурной защиты бродильного резервуара через систему циркуляции горячей воды, увеличивая газопроизводство на 20%-30% и обеспечивая стабильную подачу топлива для зимнего агрегата.
• Предварительная обработка сырья: в некоторых биогазовых проектах используются солома, навоз домашнего скота и другое сырье, которое необходимо нагревать для достижения разложения, гидролиза или стерилизации сырья. Отходящее тепло горячей воды может быть непосредственно использовано для процесса предварительной обработки сырья, что снижает дополнительное потребление энергии.
(2) Промышленные и коммерческие сценарии: прямая поставка тепловой энергии.
Горячая-горячая вода (80-95 градусов) или пар (низкое давление, 0,3–0,6 МПа), вырабатываемые в результате рекуперации отходящего тепла, могут напрямую удовлетворять потребности в тепловой энергии промышленных и коммерческих зданий:
Промышленное тепло: процессы очистки, сушки и нагрева в таких отраслях, как пищевая промышленность, текстильная печать и крашение, химическая фармацевтика и т. д.; Очистка фекалий в племенных фермах (пастеризация) и выращивание при постоянной температуре в теплицах (подогрев почвы, подогрев воздуха).
Отопление коммерческих помещений и зданий: зимнее отопление промышленных парков, офисных зданий, больниц и школ; ГВС для гостиниц и торговых центров (для стирки и кухни); Зимнее утепление дата-центров (замена электроотопления).
(3) Модернизация энергетики: производство электроэнергии и охлаждение на отходах тепла
Для крупномасштабных-проектов по производству биогазовой энергии (установленная мощность не менее 1 МВт) повышение энергопотребления может быть достигнуто с помощью высокотехнологичных-систем рекуперации отходящего тепла:
• Производство электроэнергии на основе отработанного тепла. При использовании технологии органического цикла Ренкина (ORC) высокотемпературные-выхлопные газы используются для нагрева органических рабочих жидкостей (таких как R245fa), что приводит в действие небольшие турбогенераторы для выработки электроэнергии, что увеличивает общий коэффициент использования энергии системы до более чем 80 %.
Абсорбционное охлаждение. При использовании абсорбционных холодильных установок на основе бромида лития отходящее тепло преобразуется в охлаждающую способность для охлаждения промышленного производства и кондиционирования воздуха в зданиях, обеспечивая мультиэнергетическую взаимодополняемость «летнего охлаждения, зимнего отопления и круглогодичного-подачи воды».
Технология утилизации отработанного тепла не только расширяет границы применения энергии биогаза, но также демонстрирует множество преимуществ с точки зрения экономики, защиты окружающей среды и технологий, становясь «мощным инструментом» для проектов по производству биогазовой энергии:
(1) Улучшить комплексный коэффициент использования энергии и сократить энергетические отходы.
Традиционные проекты производства биогазовой энергии ориентированы только на выработку электроэнергии, при этом большое количество отработанного тепла сбрасывается напрямую, а уровень использования энергии составляет менее 45%. За счет рекуперации отходящего тепла общий коэффициент использования энергии системы может быть увеличен до 75–90%, что эквивалентно более чем удвоению эффективной выработки энергии на кубический метр биогаза. Если взять в качестве примера биогазовую установку мощностью 1 МВт, то средняя ежедневная выработка электроэнергии составляет около 24 000 киловатт-часов, а рекуперированное отходящее тепло может удовлетворить потребность в 20 000 квадратных метрах отопления зданий или 500 тонн горячей воды для бытового потребления в день, полностью меняя единый режим «только выработка электроэнергии, трата тепла».
(2) Сокращение эксплуатационных расходов и повышение рентабельности проекта.
• Сокращение расхода топлива. Использование отработанного тепла для обогрева бродильных резервуаров позволяет заменить электрическое отопление и котлы, работающие на угле, -газе-, что снижает затраты на вспомогательную энергию. Согласно данным проекта по производству биогаза мощностью 1,2 МВт в северном Китае, обогрев бродильного резервуара отходящим теплом в зимний период может сэкономить в среднем 300 кубических метров потребления природного газа в день и сэкономить около 600 000 юаней на ежегодных затратах.
• Увеличение источников дохода: Избыточное отходящее тепло может поставляться извне (например, для отопления/горячей воды близлежащим предприятиям и жителям), образуя двойной доход «электричество+тепло», сокращая срок окупаемости инвестиций в проект на 1-3 года. Доходы от тепловой энергии некоторых проектов составляют 30–40% от общего дохода, что значительно повышает способность противостоять рискам.
