Издательский Центр Аква-Терм
HP19konf
hp19_450x100_ticket

Твердое топливо из отходов для систем теплоснабжения

Б. Хрусталев, д.т.н., профессор, А. Пехота, к.т.н., заместитель директора ОДО «ТеплоБел»

В Белорусском национальном техническом университете на кафедрах  «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Промышленная теплоэнергетика» исследовано и разработано получение многокомпонентного твердого топлива на основе различных нефтедревесных отходов.

Основной целью производства альтернативного твердого топлива является выработка недорогих энергоресурсов с использованием энергоэффективных, ресурсосберегающих технологий и различных отходов, а также сокращение объемов образования отходов. Направления деятельности  и виды отходов могут различаться и иметь свои особенности, но конечная цель состоит в получении твердого восстановленного топлива (RDF). 

Технологии производства альтернативного топлива RDF в разных странах и регионах имеют различия, использование такого топлива, как правило, предусмотрено на промышленных котельных. Теплотворная способность RDF топлива в различных странах с использованием различных технологий составляет 13-23 МДж/кг. Существенное влияние на теплотворные характеристики оказывают многие факторы.

Не все энергетические ресурсы и не всегда потребляются в их непосредственном виде (рис. 1). Чаще всего они подвергаются облагораживанию (обогащению), переработке и преобразованию.

Рис. 1. Общая классификация искусственных видов топлива

Общая классификация искусственных видов топлива

В представленной статье описывается базовая разработка многокомпонентного твердого топлива на основе нефтедревесных отходов, однако разработанная технология его производства позволяет получать твердое топливо с использованием различных отходов (ила очистных, животноводства).

Основная концепция разработанного топлива заключается в добавлении определенной экологически безопасной пропорции отходов (нефтесодержащих продуктов, ила, сопропели и т.п.) при производстве сортового твердого топлива на основе древесно-растительного сырья. Вследствие применения такого технологического решения достигается увеличение до приемлемых и необходимых энергетических показателей теплоты сгорания, при которых потребительские  характеристики топлива соответствуют требованиям стандартов, предъявляемым к твердым топливам. Более того, разработанные технологические решения позволяют при производстве многокомпонентного твердого топлива применять углеводородсодержащие отходы в качестве гидрофобизатора, а  вязкие отходы этой группы используются в качестве связующего компонента.

В составе топлива дополнительно могут быть использованы насыщенные нефтепродуктами опилки и ветошь, фильтрующие элементы фильтров различного назначения, сорбенты и т.п. Топливо, полученное предложенным способом, названо авторами «Топливо твердое многокомпонентное» (ТТМ или англ. multicomponent solid fuel MSF).

Разработанное MSF топливо обеспечивает достаточно полное  сжигание используемых в нем горючих материалов с выделением заданных теплотехнических характеристик, при этом оно  удовлетворяет требованиям  транспортировки и хранения, обеспечивая сохранение свойств и качественных характеристик горючей массы.

Разработанный комплекс оборудования и составов осуществлен за счет  трансформирования подходов, изучения закономерностей процессов и усовершенствования технологических схем производства твердого топлива методом влажного брикетирования различных многокомпонентных составов.

Технология получения топлива твердого многокомпонентного базируется на брикетировании отходов с использованием в качестве основного компонента сыпучих (измельченных) отходов биомассы (древесные отходы, сельскохозяйственные, лесозаготовительные, лигнин, сапропель,  и т.п.)  или даже некондиционных горючих минеральных ресурсов (уголь, торф и т.п.), которые смешиваются с связующим компонентом.

Технология влажного брикетирования является универсальной, и например в случае отсутствия (окончания с годами) одних компонентов,  используемых в процессе производства, тот же эффект соединения частиц отходов на описываемой установке  достигается за счет использования  других   связующих добавок (минеральных, полимерных и пр.), в том числе с применением иных различных отходов.

Так, получение ТТМ (MSF) с использованием отходов деревообрабатывающей промышленности (опили, стружка, пыль) позволяет добавлять угольную пыль, торф в качестве наполнителя. Дополнительно в качестве армирующего волокна допускается использование измельченной ветоши, волокнистых сорбентов, насыщенных нефтепродуктами, утилизация которых в других технологиях крайне затруднена (рис. 2).

Рис. 2. Схема промышленной установки производства ТТМ (MSF)

Схема промышленной установки производства ТТМ (MSF)

Установка работает в следующей последовательности: из расходного бункера-смесителя предварительно подготовленная смесь поступает в шнековый пресс, где уплотняется, затем перемещается через коническую формующую насадку шнекового пресса при давлении до 20 МПа. Получение многокомпонентного топлива с оптимальными экологическими выбросами при сжигании топлива характеризуется соблюдением следующих соотношений  используемых  сырьевых отходов:

- основное сырье (отходы деревообработки, сельскохозяйственные отходы и т.п.) – не менее 70% (допускается присутствие мелких  частиц,  размером до 10 мм объемом не более 20%);

- связующее сырье в виде углеводородсодержащих вязких отходов (нефтешламы, нефтепродукты отработанные, донные отложения нефте-мазутных резервуаров и т.п.) – не более 30%;

- добавки (при необходимости) – ветошь промасленная или сорбенты насыщенные нефтепродуктами (материал сорбента – торф, мох, лигнин и т.п.) – не более 5% [6].

Подготовленная смесь характеризуется влажностью не менее 42-45%  и долей нефтесодержащих веществ в смеси, определяемой в зависимости используемых видов углеводородсодержащих отходов, а также с учетом необходимых теплотехнических  свойств.

В установке применяется при необходимости устройство электрогидравлической обработки (ЭГО)  нефтесодержащих отходов, позволяющее уменьшать содержание серы в используемых отходах.

Присутствующие в формуемой массе нефтесодержащие отходы выступают в качестве связующего, выполняют функцию смазки, что способствует безостановочному (непрерывному) прохождению брикета внутри рабочего канала, образованного конической втулкой и матрицей-фильерой, при этом они придают формуемой массе пластичность, гидрофобные свойства, и в конечном итоге повышают теплоту сгорания топлива.

Изменяя насадку матрицы-фильеры на установке, можно производить гранулированное топливо диаметром от 14 мм, кусковое топливо различных типоразмеров (как правило от 25 мм)  и брикеты  различной формы и типоразмеров (в диаметре от 50 мм до 200 мм).

Влажность смеси в разработанной установке играет важную роль  и в первую очередь влияет на  производительность.

Многообразие физико-химических и структурно-реологических процессов, которые протекают в период формования структурного каркаса брикета, обусловлено большим количеством факторов. Прежде всего, следует учитывать гранулометрический состав, активность поверхности, влажность прессуемых компонентов, условия и пропорции смешивания компонентов, давление прессования.

Практическая и научная новизна данной технологии состоит не только в разработке установки технологического процесса производства и оптимальных составов топлива, но и в получении математической модели, позволяющей, с учетом физико-химического состава используемых  компонентов, особенностей энергоустановки, используемой в последствии для сжигания произведенного топлива, рассчитать оптимальное с энергетической и  экологической точек зрения соотношение компонентного состава. В табл. 1 представлены сравнительные данные по теплоте сгорания различных видов топлива.

Таблица 1. Сравнение теплоты сгорания различных видов топлива

Вид топлива

Топливо твердое многокомпонентное

Торф

Бурый уголь

Антрацит

Древесина

Нефть

Мазут

Q, МДж/кг

18,0 - 21,0

8,0 – 21,0

19,3 – 31,0

34,3

12,5

42,0

40,3 – 41,3

Экономическая оценка критерия эффективности применения в соответствии с расчетами себестоимости  производства с использованием нефтешламов и древесных отходов составляет 29,4$ США. При отпускной цене топлива твердого многокомпонентного, определенного на 5% ниже стоимости 1 тонны дров в поленнице (кругляк), составляет 46,5$ США, окупаемость установки составляет 22 месяца (при двухсменном режиме работы и с учетом того, что монтаж установки производится в существующем здании).

Теплота сгорания и цена различных видов топлива в России представлены в табл. 2.

Таблица 2. Теплота сгорания и стоимость различных видов топлива

Виды топлива

Теплота сгорания, Дж/кг

Цена за тонну, 
$ / (руб.)

Топливо твердое многокомпонентное «Марки-2» при W = 15%

18100

46,5 (2650)

Дрова поленик (кругляк) при W = 15%

10450

49,2 (2800)

Дрова колотые, при W = 15%

10450

61,8 (3525)

Торфобрикет, при W не более 16%

15048

58,5 (3350)

Топливный брикет типа RUF при W = 12%

17138

107 (6100)

Топливный брикет типа PINY KЕY при W = 9%

20440

114,1 (6500)

Топливные гранулы при W = 77%

19103

122,8 (7000)

Уголь бурый марки 2БР и ДПК

17460

87,7 (5000)

Уголь антрацит марки АМ

25916

122,8 (7000)

      

Накопленный исследовательский и производственный опыт объективно доказывает, что данное направление содержит в себе большие потенциальные возможности, экономическую выгоду и способствует решению ряда экологических проблем. 

 

Статья из журнала «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ», №1/2019.




Поделиться:

Опубликовано: 01 октября 2019 г.

вернуться назад

Hp19_275x275_bilet
AT20-275
mohlenhoff.pro