Syngaz, znany również jako gaz syntezowy, gaz syntetyczny lub gaz generatorowy, może być produkowany z wielu różnych materiałów zawierających węgiel. Mogą one obejmować biomasę (gaz drzewny), tworzywa sztuczne, węgiel, odpady komunalne lub podobne materiały. Historycznie gaz miejski był wykorzystywany do zaopatrywania w gaz wielu domów w Europie i innych krajach uprzemysłowionych w XX wieku. Silniki gazowe wykorzystujące syngaz jako paliwo mogą być skonfigurowane w układzie skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w celu zmaksymalizowania wydajności systemu.
Syngaz powstaje w wyniku gazyfikacji lub pirolizy materiałów węglowych. Gazyfikacja polega na poddaniu tych materiałów działaniu wysokiej temperatury, w kontrolowanej obecności tlenu, przy ograniczonym spalaniu w celu dostarczenia energii cieplnej do podtrzymania reakcji. Zgazowanie może zachodzić w zbiornikach stworzonych przez człowieka lub alternatywnie może być prowadzone in-situ, jak w przypadku podziemnego zgazowania węgla (UCG). W przypadku gdy paliwo do gazyfikatora jest pochodzenia biologicznego, takiego jak drewno lub odpady organiczne, gaz wytwarzany przez gazyfikator uważany jest za paliwo odnawialne, a energia wytworzona w wyniku jego spalania jest odnawialna. Gdy paliwo do zgazowywacza stanowi strumień odpadów, jego przekształcenie w energię w ten sposób przynosi łączną korzyść w postaci przekształcenia tych odpadów w użyteczne produkty.
Korzyści z wykorzystania syngazu w silnikach gazowych
- Generacja energii odnawialnej
- Przekształcenie problematycznych odpadów w użyteczne paliwa
- Ekonomiczna produkcja energii na miejscu i zmniejszenie strat przesyłowych
- Zmniejszenie emisji dwutlenku węgla
Wyzwania związane ze składem gazu syntezowego
Skład syngazu jest w dużym stopniu uzależniony od parametrów wejściowych do gazyfikatora. Szereg składników syngazu powoduje problemy, którymi należy się zająć na samym początku, w tym smoły, poziomy wodoru i wilgoć. Gaz wodorowy spala się znacznie szybciej niż metan, który jest normalnym źródłem energii dla silników gazowych. W normalnych warunkach szybsze spalanie w cylindrach silnika prowadziłoby do potencjalnego zapłonu wstępnego, stuków i cofania się płomienia w silniku. Aby sprostać temu wyzwaniu, silnik został poddany szeregowi modyfikacji technicznych, a jego moc została zmniejszona do 50-70% typowej mocy dla gazu ziemnego. (Tzn. silnik o mocy 1 063 kW pracujący na gazie ziemnym jest porównywalny z silnikiem o mocy maksymalnej 730 kW pracującym na gazie syntetycznym).
Skład syngazu
Następująca tabela przedstawia typowy zakres składu syngazu. Będzie to zależało od konkretnego składu chemicznego materiału wsadowego do zgazowarki
|
Substancja |
Skład (%) |
|
H2 |
|
|
CO |
|
|
CO2 |
|
|
CH4 |
|
|
N2 |
Wymagania dotyczące jakości syngazu i gazu paliwowego
W silnikach gazowych można stosować szeroki zakres gazów wodorowych. Jednakże, tak jak w przypadku wszystkich paliw silnikowych, istnieją określone limity dla różnych składników wejściowego gazu paliwowego. Zanieczyszczenia gazowe w syngazie, w szczególności smoła i wilgoć, stanowią kluczowe wyzwanie techniczne dla wykorzystania gazów syntetycznych. Aby uzyskać więcej informacji, należy poprosić o specjalną instrukcję techniczną dotyczącą jakości gazu paliwowego.
Koncepcja silnika CHP na gaz syntezowy
Zróżnicowany skład, jak również wartości kaloryczne i zachowanie podczas spalania gazów z procesów wykorzystujących gazy syntetyczne, stawiają większe wymagania w zakresie projektowania silników. Clarke Energy oferuje specjalnie zmodyfikowane silniki gazowe Jenbacher, które efektywnie wykorzystują te gazy do skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Specjalne cechy tych silników mogą obejmować przerywacze płomienia zapobiegające cofaniu się płomienia, specjalne mieszalniki gazu w celu poprawy mieszania gazu i większej odporności na zanieczyszczenia. Ogólnie rzecz biorąc, stabilny skład gazu drzewnego sprawia, że jest on korzystny jako paliwo silnikowe. Wysoka zawartość wodoru w niektórych syngazach oznacza jednak, że proces spalania przebiega bardzo szybko, co zwiększa niebezpieczeństwo przedwczesnego zapłonu silnika, stuków lub cofania się płomienia. Aby uniknąć tego ryzyka, firma Jenbacher opracowała system sterowania silnikiem, który jest w stanie zasilać silnik Jenbachera bardzo ubogą mieszanką, a jednocześnie bardzo szybko reagować na zmiany obciążenia silnika. Niektóre gazy syntetyczne mają wysoką zawartość tlenku węgla, który charakteryzuje się niską prędkością spalania i jest bardzo szkodliwy. Firma Jenbacher opracowała specyficzny system spalania silników gazowych, który umożliwia spalanie gazu w sposób wydajny i niezawodny. Dodatkowo, Clarke Energy & Jenbacher oferuje pakiet technologii bezpieczeństwa, który pozwala na pewne obchodzenie się ze szkodliwymi gazami, takimi jak tlenek węgla. Syngas może być wykorzystywany do wytwarzania gorącej wody, pary i energii elektrycznej. Gorąca woda i gazy spalinowe z silników są podawane do kotłów. Uzyskana para może być wykorzystywana w innych lokalnych procesach przemysłowych. Energia elektryczna wytwarzana przez silniki gazowe Jenbacher może być wykorzystywana na miejscu lub sprzedawana do publicznej sieci energetycznej. Sprawność elektryczna silników gazowych Jenbacher wynosi 37% i więcej
Zalety zasilania silników gazowych syngazem
- Niezależne dostawy energii
- Obniżone koszty energii oraz większa przewidywalność i stabilność
- Wydajne i ekonomiczne skojarzone dostawy ciepła i energii elektrycznej
- Wysoka sprawność elektryczna w porównaniu z innymi technologiami wytwarzania energii (tj. Turbiny parowe lub gazowe)
- Najlepsze rozwiązanie dla zakresu mocy elektrycznej od kilkuset kW do 20-30MW
- Wymagane niskie ciśnienie gazu
- Alternatywna utylizacja problematycznego gazu przy jednoczesnym wykorzystaniu go jako źródła energii
- Zastępstwo paliw konwencjonalnych
- Korzyści dla środowiska poprzez redukcję gazów cieplarnianych
Kompetencje w zakresie syngazu
Clarke Energy posiada wszechstronne doświadczenie w zakresie technologii silników gazowych i dysponuje dużym zasobem wiedzy w zakresie obsługi gazów podstępnych, takich jak syngaz. Około 30 silników gazowych Jenbacher pracuje obecnie na gazie koksowniczym lub gazie z konwertora LD. Potwierdzeniem kompetencji technicznych Jenbachera jest fakt, że jednostki te osiągnęły ostatnio łączny czas pracy przekraczający 1 milion godzin. Ponadto, dzięki wykorzystaniu „darmowych” gazów odlotowych w porównaniu z gazem ziemnym, zakłady wyposażone w technologię Jenbacher osiągnęły od momentu uruchomienia oszczędność CO2 w wysokości około 2 milionów ton. Jeżeli chcą Państwo dowiedzieć się więcej o tym, jak Clarke Energy może pomóc w rozwoju Państwa projektu związanego z gazem wysypiskowym, prosimy o kontakt z lokalnym biurem w celu uzyskania dalszych szczegółów.