1. В качестве базовой технологии энергетической утилизации ТКО выбрана технология оксипиролиза - высокотемпературный пиролиз в совокупности с процессом газификации. Технология позволяет полностью перерабатывать ТКО после мусоросортировочных линий. Остатки переработки в виде зольного продукта в объеме около 10% могут применяться в производстве строительных материалов. Технология прошла апробацию на действующем экспериментальном образце ЭТК в г. Санкт-Петербург. Комплекс производительностью по отходам 150 кг/ч и электрической мощностью 30 кВт имеет контейнерное исполнение. В качестве топлива применялись отходы сортировки маркой «топливо rdf». В апреле 2019 года экспериментальный образец ЭТК выл введен в эксплуатацию в полностью автоматическом режиме. Выработка энергии осуществлялась в режиме когенерации. Энергетический модуль комплекса показал стабильную работу на протяжении длительного времени,  выбросы после системы очистки не превышали допустимых значений.

2. В качестве базовой технологии энергетической утилизации сельскохозяйственных отходов растительного происхождения (лузга подсолнечника, риса, гречихи, отходов деревообработки и им аналогичные)  выбрана технология вихревого сжигания. Подобных топлива не требует предварительной сушки и измельчения, что значительно упрощает технологическую схему ЭТК. Низкое содержание вредных веществ в уходящих газах при прямом сжигании растительных отходов также не требует усложненной и дорогостоящей системы очистки, в отличии от комплексов по энергетической утилизации ТКО. Экспериментальный образец ЭТК по энергетической утилизации отходов растительного происхождения собран для проведения испытаний на территории Индустриального парка г. Новочеркасск.

Полученные результаты позволяют масштабировать конструкторско-технологические решения на типовой ряд ЭТК. Мощностной ряд разрабатываемых ЭТК в электроэнергетическом эквиваленте соответствует диапазону 30-250 кВт. Производительность ЭТК по отходам — до 2 т/ч. Комплексы планируется изготавливать в полной заводской комплектации, в модульном исполнении, с возможностью блочного формирования микро- и мини-ТЭЦ требуемой мощности. ЭТК вырабатывает энергию в режиме когенерации, с полным покрытием собственных нужд ЭТК и отдачей излишков электроэнергии для питания оборудования мусоросортировочных линий или обрабатывающего сельхоз. сырье предприятия. Регулирование электрической и тепловой энергии раздельное. Тепловая энергия (до 3,5 МВт для ЭТК электрической мощностью 250 кВт) может быть передана для отопления и ГВС близлежащих жилых и производственных зданий.

Разработанный в рамках проекта микроэнергетический комплекс (МЭК) может сопрягаться с любым другим оборудованием по переработке отходов при условии подачи на вход турбины пара с параметрами по температуре не менее 160 °С. Контейнерное исполнение комплексов дает возможность его монтажа на свайных конструкциях, что снимает необходимость экспертизы строительной части проекта.

С целью реализацией проекта был сформирован Консорциум научно-производственных предприятий. Основные предприятия, входящие в Консорциум: разработчик технологии переработки отходов РНЦ «Прикладная химия», разработчик и изготовитель реакторного оборудования «ЦНИИ КМ «Прометей», разработчик и изготовитель высокотемпературного парогенератора ОАО «Балтийский завод», разработчик и изготовитель контейнерного оборудования и систем жизнеобеспечения ЗАО МИК «Аква-Сервис», все предприятия представляют г. Санкт-Петербург. Разработчик и изготовитель систем автоматизации и управления ОАО «Московский завод тепловой автоматики, г. Москва. Разработчики и изготовители МЭК: высокоскоростные микротурбина и электрический генератор, устройство преобразования и распределения электрической энергии ООО НПП «Донские технологии» и ООО ИТЦ «ДонЭнергоМаш», Ростовская область.

Научное руководство работами осуществляет ЦНИИ КМ «Прометей», координаторы проекта: ООО НПП «Донские технологии» и ООО ИТЦ «ДонЭнероМаш». В схеме реализации проекта среди исполнителей имеются вакантные места в области разработки и изготовления высокоскоростных подшипниковых опор на обороты от 20 до 100 тысяч об/мин, а также высокоэффективного теплообменного оборудования. Помимо этого мы заинтересованы в адаптации созданного МЭК с другими устройствами и оборудованием по утилизации сбросной тепловой энергии как для технологий переработки отходов, так и других, включая транспорт, дизель-генераторные установки и прочие.

Результаты нашей работы были опубликованы в статьях:

• «Энерготехнологические комплексы для автономного энергоснабжения на основе технологий переработки отходов», 5-й номер 2019 г. журнала «Энергосбережение и автоматизация»
• «Всё, что горит, может стать источником энергии», 5-й номер журнала «Энергетика и промышленность России» за 2020 г.
• «Автономные мини-ТЭЦ по переработке твердых коммунальных отходов», 2-й номер 2020 г. журнала «Энергосбережение»

А также были рассмотрены и высоко оценены на заседаниях:

• секции «Энергоэффективное строительство» Объединенного научно-технического совета по вопросам градостроительной политики и строительства города Москвы, 27 февраля 2020 г.
• бизнес-форума «Экотехнопарки России», 25 февраля 2020 г.

О проекте мини-ТЭЦ по переработке твердых коммунальных отходов на базе разрабатываемых ЭТК Вы можете узнать из презентационного материала, перейдя по ссылке.

Принципиальная схема ЭТК ТКО

Основные технические характеристики ЭТК:

• Производительность по отходам  — 150 кг/ч.
• Электрическая мощность — 30 кВт.
• Тепловая мощность — 350 кВт.
• Коэффициент использования топлива — 0,84
• Зольный остаток — 10% сухой массы топлива.

Энергетический модуль экспериментального образца ЭТК (паротурбинная установка, выполненная в едином корпусе вертикального исполнения) во время демонстрационных испытаний 24 апреля 2019 г. работал стабильно, поддерживая заданную частоту вращения (около 9000 об/мин) при изменении параметров поступающего пара. Для проверки работы систем безопасности имитировались внештатные ситуации. Выбросы после системы очистки не превышали допустимых.

Использование ЭТК при переработке отходов в местах их образования резко сокращает транспортные расходы. Это особенно актуально для средних и малых городов, а также населенных пунктов в сельской местности. Автономность работы и отсутствие необходимости прокладки дополнительных электрических сетей и предоставления мощности значительно повышает экономическую эффективность переработки отходов.

Модульное контейнерное исполнение предполагает возможность многократного наращивания производительности переработки. 

Испытания экспериментального образца выявили некоторые погрешности конструкции. После их устранения и частичной модернизации комплекс будет поставлен на опытную эксплуатацию в составе мусороперерабатывающего завода ОАО «Автопарк №1 «Спецтранс», г. Санкт-Петербург.

Наше предприятие впервые принимало участие в столь масштабной выставке. Уникальность мероприятия для нас была именно в его энергетической направленности.

Нами были представлены следующие разработки:

• Влажно-паровая микротурбина;
• Гидроаккумулирующая микроГЭС для горных районов;
• Локальная интеллектуальная энергетическая система ТехноЭкопарка ДГТУ;
• Автономное энергоснабжение коттеджного поселка.

Экспозиции НПП «Донские технологии» вызвала большой интерес у участников выставки. Посетители стенда задавали нашим специалистам задавали конкретные вопросы, исключающие праздный интерес. Радовало высокое понимание сферы нашей работы. Все проекты, представленные НПП «Донские технологии» на форуме ENES-2016 получили высокую оценку, в том числе и от высокопоставленных лиц, принимающих участие в мероприятии. С нашими разработками смогли ознакомится ректоры ВУЗов, директора энергетических предприятий, региональный министр энергетики Республики Чечня, представители министерства республики Северная Осетия — Алания и министерства энергетики Киргизской Республики, представители технологических платформ и научно-исследовательских институтов.

Свои технические решения мы представили:  Директору по инновациям РЭА - А. В. Коневу, Председателю Научно-экспертного совета при рабочей группе Совета Федерации РФ по мониторингу практики применения Федерального Закона № 261-ФЗ, Экс-губернатору Тюменской области — Л. Ю. Рокетскому, заведующему центром возобновляемых источников энергии при ВШЭ — Г. В. Ермоленко, Советнику Президента ЗАО «ОМК» —  Г. П. Кутовому, заместителю генерального директора ФГБУ «Российское энергетическое агентство» —  И. С. Кожуховскому, заместителю директора Департамента науки и технологий Минобрнауки России —  А. П. Антропову, Генеральному  директору  НП «Распределенная  энергетика» —  О. А. Новоселовой, экс-ректору Сибирского государственного индустриального университета —  С. П. Мочалову.

Первый заместитель Министра энергетики РФ — Текслер А.Л. — на стенде НПП «Донские технологии»

Но самым неожиданным оказалось посещение нашей экспозиции Первым заместителем Министра энергетики РФ — Текслером Алексеем Леонидовичем, который провел около 30 минут на стенде предприятия в обсуждении инновационных технических и технологических решений представленные компанией и возможность их применения для развития малой распределенной энергетики (мобильные микроГЭС, паровые микротурбины, солнечные электрические станции) в сложных климатических и географических условиях отдельных регионов России.

Выставочная экспозиция ENES была обширной: российские и международные компании представили лучшие решения в области энергосбережения на более чем сорока стендах. Насыщенной была и деловая программа: прошло более 40 мероприятий — пленарных заседаний, дискуссий, круглых столов и совещаний.

В целом, для предприятия участие в ENES-2016 оказалось очень результативным. Такой положительный и всеобъемлющий интерес к нашим разработкам ранее не проявлялся. Появилось строгое представление о том, что наша многолетняя работа над сложными и узконаправленными проектами имеет общегосударственную важность.

Форума получился ярким молодежными одновременно представительным мероприятием. Мощным поток посетителей продлился до самого окончания форума. Всего на ENES-2016 зарегистрировались около 14 тысяч человек и 100 компаний, в том числе, мировых лидеров энергетической отрасли. Работу форума освещали 700 журналистов.

Диплом ООО НПП «Донские технологии» как участника ENES-2016 Вы можете посмотреть, перейдя по ссылке.

Узнать подробности форума Вы можете, перейдя по ссылке.

В соответствии с требованиями задания в рамках государственного соглашения о предоставлении субсидии с Минобрнауки России мы публикуем результаты работ на каждом этапе календарного плана.

Результаты 1 этапа

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 27 октября 2015г. № 14.579.21.0123 по теме: «Создание высокоэффективной паровой турбины для технологий переработки жидких и твердых органических отходов при производстве энергии для малой распределенной энергетики» с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 27 октября 2015 г. по 31 декабря 2015 г. выполнялись следующие работы:

За счет субсидии

Проведена сравнительная оценка и определен оптимальный вариант направления исследований проектирования высокоэффективной паровой турбины на основе анализа состояния исследуемой проблемы.

Разработана принципиальная тепловая схема проточной части турбины.

Произведен расчет и выбор конструктивного типа турбины.

За счет софинансирования из внебюджетных источников:

Разработана технологическая схема использования различных источников тепла для разрабатываемой турбины.

Выполнен расчет и выбор парогенерирующей установки для турбины.

Выполнен расчет  диапазона рабочих параметров турбины.

 Результаты

1. Проведенный аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему развития паровых турбин малой мощности. Установлено, что в настоящее время является актуальной проблема развития научной базы создания высокоэффективной паровой турбины малой мощности. В этом направлении известен ряд работ отечественных и зарубежных авторов. Определены тенденции развития конструкции турбины. Так же в результате аналитического обзора определено, что паровых турбин малой мощности работающих на сверхкритических параметрах свежего пара нет.
2. Проведен обзор и анализ существующих технических решений получения пара на основе метода гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив. Выявлено, что гидротермальная деструкция – это эффективный процесс, позволяющий переработать любое топливо во вторичные энергоносители, высокоэнергетические парогазовые смеси. В результате протекания реакции гидротермальной деструкции на выходе образуется высокоэнергетическая парогазовая смесь со сверхкритическими параметрами (давления до 25 МПа и температуры до 560 ºС). Полученную парогазовую смесь в дальнейшем можно использовать как рабочее тело для паротурбинных генераторов.
3. Произведен расчет и разработана принципиальная тепловая схема проточной части турбины. В результате проведенного расчета была выбрана конструкция проточной части трехступенчатой турбины. Это позволит максимально эффективно использовать номинальные параметры свежего пара и обеспечить выработку 250 кВт электрической мощности.
4. Выполнен расчет конструктивного типа турбины. В результате проведения расчета конструктивного типа турбины, была выбрана активная трехступенчатая осевая турбина.
5. Выполнен расчет определения диапазона параметров рабочего тела и параметров турбины.

Графики полученных результатов

 Рисунок 1 — Процесс расширения пара в активной 3-х ступенчатой турбине в h-s-координатах

 Рисунок 2 — График зависимости изменения мощности, диаметра турбины, температуры, внутреннего КПД от частоты вращения

 Рисунок 3 — График зависимости изменения мощности, температуры, относительного внутреннего и лопаточного КПД от частоты вращения при диаметре ступени 280 мм