CC BY
72
© И.М. Ялтанец, С.М. Штин, 2009
И.М. Ялтанец, СМ. Штин
ПОЛУЧЕНИЕ БИОТОПЛИВА И ЕГО СЖИГАНИЕ С ЦЕЛЬЮ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛИЩНОГО И СОЦИАЛЬНОГО СЕКТОРА НЕБОЛЬШИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ С ЧИСЛЕННОСТЬЮ НАСЕЛЕНИЯ 11-15 ТЫСЯЧ ЖИТЕЛЕЙ
Предложена технология, сочетающая в себе традиционные методы подготовки болота к проведению добычных работ (вскрытие месторождения) и ведение добычных работ специальными землесосными снарядами, предназначенными для разработки торфяных месторождений, с гидротранспортом торфяной пульпы на фабрику по производству биотоплива.
Ключевые слова: биотопливо, торф, сапропель, торфяные месторождения, землесосный снаряд, гидромеханизированный комплекс, добыча и переработка торфа, сжигание торфа.
ш я о прогнозам РАО "ЕЭС России", уровень потребления
М. А. электроэнергии в Росси в ближайшие годы будет выше, чем ее производство. Эта разница с каждым годом будет расти. Мощностей электростанций будет не хватать для снабжения страны. В то же время в России имеются объективные ресурсные, социально-экономические и экологические предпосылки для широкомасштабного использования торфа и сапропелей. Одним из важнейших приоритетов является топливно-энергетический комплекс России. Использование торфа для получения энергии и тепла является важной составляющей топливно-энергетической политики, которая получила свое отражение в Федеральной программе Энергетическая стратегия России. Главная цель этой программы заключается в эффективном использовании различных энергетических ресурсов страны.
Торф - горючее полезное ископаемое растительного происхождения. Торф является органической горной породой, образовавшейся в результате биохимического расклада болотных растений (мох, осока и т.д.) в условиях повышенной обводненности и дефицита кислорода. Ближайшей горной породой является бурый уголь (отличается рыхлой структурой, плотностью, влажностью).
Запасы торфа России составляют 47% от мировых запасов. В настоящее время учтено и разведано 65 686 торфяных месторождений с запасами 235 млрд. т Потенциальные запасы в стране составляют 68.3 млрд. т и уступают лишь углю (97 млрд. т), но превышают суммарные запасы нефти и газа в России (31 млрд. и 22 млрд. т соответственно).
Сапропель - органоминеральный, озерный, пресноводный донный ил или вязкие илистые отложения, образующиеся на дне водоема из отмерших растений и животных организмов. Запасы страны - 225 млрд. м3. Количество озерных месторождений сапропеля составляет около 50 тысяч. Мощность сапропелевых отложений изменяется от 3 до 10 м, доходя иногда до 40 м.
В то же время по производству и потреблению топливного торфа Россия занимает только третье место в мире после Финляндии и Ирландии. Продолжают добычу и использование 23 субъекта РФ, и размещены они в основном в Приволжском, Центральном и Северо-Западном федеральных округах и Свердловской области. Сравнивая запасы торфа в данных субъектах с данными энергобаланса РФ, просматривается закономерность, чем больше запасов торфа в субъекте РФ, тем меньше его обеспеченность собственной генерацией электроэнергии (табл. 1).
Несомненно, что с 2011 года (год либерализации цен на газ) данная область при существующей структуре регионального бюджета и региональной инвестиционной политике столкнется с ростом коммунальных тарифов, понижением уровня жизни населения, ростом себестоимости внутреннего валового продукта, сокращению уровня бюджетной обеспеченности и
необходимостью увеличения дотаций из федерального бюджета. Похожая ситуация может сложиться: по условиям энергообеспеченности в Архангельской, Свердловской, Ленинградской, Псковской, Тверской и Новгородской областях. Частично ситуацию с ростом себестоимости региональной продукции и повышением коммунальных тарифов можно компенсировать за счет ввода в топливный баланс торфа и увеличения генерации на данном топливе на существующих мощностях или строительстве новых генераций.
Переход на сжигание торфа и замещение дальнепривозных углей в условиях прогнозного роста цен на природный газ Таблица 1
Обеспеченность субъектов РФ запасами торфа
Субъекты РФ Запасы торфа млн. т Обеспеченность генерацией, %
Вологодская область 3 678,8 5,0%
Свердловская область 3 289,5 5,1%
Ленинградская область 957,3 6,1%
Псковская область 762,3 27,2%
Тверская область 656,0 30,5%
Новгородская область 743,7 35,9%
Архангельская область 798,1 37,5%
Кировская область 413,7 39,1%
Смоленская область 312,1 40,5%
Костромская область 282,0 41,3%
Республика Карелия 620,8 43,3%
Московская область 183,0 48,5%
Нижегородская область 192,8 51,8%
Брянская область 179,8 52,0%
Ярославская область 159,2 52,2%
Владимирская область 129,8 53,9%
Калининградская область 80,5 54,3%
Республика Марий Эл 115,4 54,8%
Рязанская область 109,3 55,1%
Чувашская Республика 42,2 56,3%
Ивановская область 71,7 56,8%
Республика Мордовия 8,3 61,1%
Удмуртская Республика 90,0 61,3%
в ближайшую перспективу является актуальной задачей для субъектов РФ, где есть собственные запасы торфа. Этому способствует внедрение современных котлов с подвижной колосниковой решеткой и с циркулирующим кипящим слоем способных к одновременному сжиганию различных видов топлив.
Непосредственная организация процесса по вводу торфа в топливный баланс предприятий является, в основном, административной работой органов исполнительной власти в субъектах совместно с собственниками генерирующих компаний.
Указом Президента Российской Федерации Д.А. Медведева: “О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической российской экономики” от 4.06.2008 года №889, а также решением Совета Безопасности РФ от 30.01.2008 г. определена необходимость создания в стране индустрии переработки отходов и местного углеводородного сырья. Определена актуальность создания базовых проектов по организации топливно-энергетических комплексов для внедрения экологически чистых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих высокую рентабельность производства, небольшие сроки строительства и окупаемости [1].
Учитывая важность указаний Президента по эффективному использованию местного углеводородного сырья необходимо отметить, что в настоящее время объективно и остро созрело реформирование торфо-сапропелевой промышленности России.
2. Существующие базовые технологические схемы разработки торфяных месторождений
Существующие базовые технологии добычи торфа можно условно представить в виде схемы, которая определяет основные существующие способы добычи торфа (рис. 1).
Добыча торфа сложный и многоэтапный процесс. Разработке предшествуют осушение и подготовка поверхности. С поверхности залежи удаляется древесная, а иногда и моховая растительность, разрабатываемый слой залежи освобождается от древесных включений. Поверхность разработки делится открытыми каналами на определённые участки (карты). Производится отвод воды с болота открытым водоотливом, или с помощью водокачек, что приводит к понижению влажности в залежи и тем самым повышается выход торфа из единицы объема залежи. Поверхность поля планируется. Подготовленную торфяную залежь делят на участки, размер которых в среднем
Рис. 1. Способы добычи торфа
равен размаху поворота стрелы экскаватора, и определяют последовательность разработки забоев. Подготовленный таким образом торф служит сырьем пригодным для последующей переработки. Использование традиционных методов экскавации эффективно на небольших глубинах. По мере увеличения глубины неизбежно возникнет проблема частичного или полного размыва извлеченного объема полезного ископаемого при его перемещении через толщу воды от забоя к транспортной машине.
Фрезерный способ добычи торфа. Основными технологическими операциями фрезерного способа добычи торфа являются: фрезерование, то есть измельчение верхнего слоя залежи, сушка фрезерованного торфа, уборка и штабелирование готового торфа в полевые штабели. В таком состоянии торф хранится до того момента как будет транспортирован в перерабатывающие цеха. Фрезерование является первой и основной операцией технологического цикла. Слой фрезерного торфа должен быть равномерным по фракционному составу. Фрезерование осуществляется строго на заданную глубину.
Экскаваторный. Экскаваторный (машиноформовочный), или багерный (многоковшовый), способ добычи торфа. Экскаватор передвигается вдоль карьера, постепенно расширяя его. Добытый торф направляется в перерабатывающий пресс, напоминающий мясорубку. Выходящий из пресса торф с помощью транспортера направляется в кузов стилочной машины. По ходу стилочной машины из мундштука выдавливается торфяная масса в виде ленты, которая затем разрезается на отдельные кирпичи.
После добычи экскаваторным способом выработки торфа остаются узкие (3-6 м) и длинные (до 1,5 км) карьеры, разделенные поперечными бровками шириной 2-3 м. Большинство карьеров заполнялось водой. Глубина оставшейся залежи около 3 м. Дно захламлено пнями. В дальнейшем эти карьеры или поля сушки могли быть выработаны гидроторфом.
Гидравлический способ добычи торфа (гидроторф). Торфяная залежь размывается водяной струей сильного давления. В результате размыва торф превращается в жидкую гидромассу с содержанием воды до 96%. Гидромасса из рабочего карьера засасывается торфососом и передается в специальный растиратель, где подвергается измельчению. Далее при помощи центробежного насоса, перегоняется по трубам или прямо на поле розлива, или сначала в особые бассейны (аккумуляторы)
и оттуда, посредством другого торфонасоса, на поле розлива. Гидромасса, разлитая ровным и небольшим слоем (от 160 до 200 мм) подсыхает в течение 5-7 дней, после чего подвергается формованию вручную или при помощи самодвижущегося формовочного аппарата, и полученные кирпичи затем сушатся обычным порядком.
3. Современное состояние торфяной промышленности и анализ существующих технологий
Анализ существующих технологий, которые, в основном, распространены по территории РФ показывает, что эти технологии не могут способствовать резкому развитию отрасли, так как они очень зависимы от горно-геологических условий торфо-сапропелевых месторождений, от их сложности, а эффективность добычных работ целиком и полностью зависят от сезонности и метеорологических условий.
Кроме того на пути решения указанных задач стоят объективные трудности, которые сложились в процессе развития и становления торфяной промышленности. Торфяная промышленность России, сформировавшаяся как одна из отраслей топливноэнергетического комплекса, на первом этапе своего развития специализировалась, преимущественно, на добыче топливного торфа, используемого в качестве местного топлива для электростанций, коммунально-бытовых потребителей и населения. За последние 60 лет, верховые виды торфа, запасы которого наиболее доступны к проведению добычных работ фрезерным способом, в значительной степени, выработаны, и использованы. В результате чего в настоящее время большая часть предприятий по добыче торфа испытывают серьезный спад производства по объемам и номенклатуре выпускаемой продукции. Достаточно высокая себестоимость существующих технологий по добыче фрезерованного торфа в сочетании с низкими механической прочностью, водо- и гигростойкостью, высокой металло- и энергоемкостью существующих технологий не обеспечивают необходимый уровень эксплуатационных характеристик и существенно снизили конкурентоспособность торфяной продукции. А в науке о технологиях торфяного производства исследования и разработки по формированию добычных технологических структур и структур переработки продукции не достигли необходимого достаточного развития. Кроме того, многие месторождения верхового торфа являются природоохранными объектами и не подлежат разработке.
На общем фоне снижения объемов работ, резко снизилась, а порой отсутствует совсем, проектная проработка освоения торфосапропелевых месторождений. В проектах на "торфяные карьеры" разделы по обезвоживанию (сушки) экскавированного торфяного сырья вообще отсутствуют, а торф используется в переувлажненном состоянии, что скорее приносит вред, чем пользу и противоречит требованиям действующих государственных стандартов к ре-культивационному слою почвы, для создания которого он предназначается.
Очень часто добыча этого полезного ископаемого ведется из таких "карьеров торфа", по сути, незаконно. Однако такие проекты получили и продолжают получать: необходимые согласования в установленном порядке, отвод земельного участка и положительное заключение государственной экологической экспертизы. Существующая практика добычи и использования переувлажненного торфяного сырья для экологических нужд показывает, что эффективность использования этого природного ресурса, практически нулевая и только наносит ущерб торфяным ресурсам и дискредитирует возможности этого полезного ископаемого. Проектные решения этих "карьеров торфа" не только нарушает практически все нормативные документы по разведке, добыче и использованию этого полезного ископаемого, но и противоречат здравому смыслу. Торф добывается экскаваторным способом из неосушенной залежи, даже без сброса "верховых вод", по сути, из-под воды. Экскаваторным способом из-под воды не ведется добыча ни одного полезного ископаемого, поэтому промышленные потери, при такой добыче, намного превышают нормативные, а так как по "карьерам торфа" еще и нет утвержденных балансовых запасов, то никто и не знает и не контролирует - сколько добыли сырья, а, сколько осталось под водой навсегда.
4. Актуальная необходимость создания непрерывной, экологически чистой, безотходной технологии добычи и переработки торфа
Как мы видим, основными недостатками существующих технологий проведения добычных работ на обводненных месторождениях торфа и погребенных сапропелях, является: цикличность производства, большие затраты, связанные с отводом и содержанием полей сушки, огромная зависимость от погодных условий, как ведения добычных работ, так и переработка торфа до кондиций,
занятость в производстве большого количества различных видов мелиоративной и строительной техники, сезонность проведения добычных работ, затраты, связанные с постоянным строительством и содержанием временных дорог для транспортирования извлеченного полезного ископаемого на поля сушки, постоянное опережающее проведение мелиоративных работ для поддержания определенного уровня грунтовых вод, обеспечивающих проведение добычных работ, очень высокая опасность возгорания высушенного торфа, находящегося в штабелях или на полях сушки.
Задача, которую ставят авторы — это создание непрерывной, экологически чистой, безотходной, высокопроизводительной технологии добычи и переработки торфа и погребенных сапропе-лей. Технический результат — интенсификация процесса за счет использования гидромеханизированной технологии добычи торфа и сапропелей на любых по сложности строения и обводнения месторождениях.
5. Непрерывная, высокоэффективная гидромеханизированная технология добычи и переработки торфа с целью получения и сжигания биотоплива
Предлагаемая авторами технология сочетает в себе традиционные методы подготовки болота к проведению добычных работ (вскрытие месторождения) и ведение добычных работ специальными землесосными снарядами, предназначенными для разработки торфяных месторождений, с гидротранспортом торфяной пульпы на фабрику по производству биотоплива.
Предусматривается следующая последовательность подготовительных, вскрышных и добычных работ с одновременной переработкой торфо-сапропелевой пульпы:
1. Мелиоративная подготовка торфяной залежи. На торфяном месторождении, подлежащем разработке, проводят подготовительные работы и мероприятия по предварительному осушению залежи, лесосводке, строительству временных дорог, обеспечивающих прохождение торфодобывающих и транспортных машин.
2. Вскрышные работы.
2.1. Подготовленную торфяную залежь делят на забои, размер которых равен радиусу поворота стрелы экскаватора. Экскаватором срезают верхний породообразующий (торфогенный) слой, толщина которого колеблется 0,3-0,5 метров в зависимости от вида
залежи, и сохраняют его на отдельно выделенной площадке для проведения последующих рекультивационных работ.
2.2. Проводят экскавацию торфа с древесными включениями на глубину не более 1 м ниже уровня грунтовых вод с вывозкой на поля сушки и переработки. В основном это пушицево-сфагновый или сфагновый торф с пнями и корневой системой растений.
2.3. Экскавированный торф и древесные включения доставляют саморазгружающимися тракторными прицепами по временным дорогам на стационарную технологическую площадку, где проводят сортировку и разделение торфа от древесных включений. Погрузочным краном из добытого сырья извлекают крупные древесные включения и складируют их в отдельный навал.
2.4. Отсепарированный от крупных древесных включений торф с целью понижения его влагосодержания до рациональных значений выдерживают в навале 6-8 месяцев. За это время под действием сил гравитации влагосодержание торфа снижается от 8-10 до 4-6 кг воды/кг сухого торфа. Подготовленный таким образом торф служит сырьем для дальнейшего использования.
3. Проведение добычных работ и получение биотоплива способом гидромеханизации. После вскрытия торфо-сапро-пелевой залежи, ведется непрерывная послойная, траншейная разработка торфяной залежи специальным землесосным снарядом, оснащенным широкозахватным грунтозаборным устройством фрезерношнекового типа, с подачей торфо-сапропе-левой пульпы по магистральному пульпопроводу на обогатительный цех по переработке тофо-сапропелевой пульпы. Где в едином непрерывном технологическом цикле производится обезвоживание торфяной пульпы и получение конечного продукта в виде биотоплива или органоминерального удобрения. Проведение специальных мероприятий по утеплению забоя, магистральному и водосбросных трубопроводов обеспечит проведение добычных работ круглогодично и вне зависимости от погодных условий зима-лето.
4. Полученное биотопливо автотранспортом доставляется на объект котельного комплекса на биотопливе для теплоснабжения жилищного и социального сектора небольших населенных пунктов с численностью населения 11-15 тысяч жителей. Дальность транспортирования не должна превышать расстояние 50-10 км.
6. Состав и технологические требования к оборудованию, используемого в гидромеханизированной технологии
6.1. Землесосный снаряд
Эффективность работы режущего инструмента, в породах легких и средней крепости, можно увеличить за счёт уменьшения скорости его взаимодействия с массивом, то есть при переходе на режим силового взаимодействия, который характеризуется непрерывным отделением крупных элементов горной массы и почти статическими величинами сопротивляемости разрушаемой среды элементарным деформациям.
Накопленный опыт эксплуатации торфяных и сапропелевых месторождений указывает на то, что наиболее эффективным решением при разработке торфа является использование на исполнительном рабочем органе добывающих установок поверхностных фрез дискового инструмента, когда реализуется принцип разрушения торфо-сапропелевых пород срезом и отрывом. Специфические свойства торфо-сапропелевых горных пород потребовали создания агрегированного инструмента с выделением режимных параметров и характеристик схем набора рабочего органа.
Основной конструктивной идеей является оснащение землесосного снаряда для разработки торфо-сапропелевого месторождения широкозахватным грунтозаборным устройством фрезерношнекового типа (рис. 2) в сочетании с погружным грунтовым насосом осевого типа, палубным центробежным землесосом и системой перемещения земснаряда в забое, обеспечивающей непрерывный контакт и соответствующее усилие резания торфо-сапропелевой породы. Широкозахватное грунтозаборное устройство фрезерношнекового типа, должно своими фрезами эффективно разрушать торфяной и сапропелевый пласт с разной сопротивляемостью резанию и осуществлять подачу отрезанного грунта во всас погружного насоса осевого типа.
Рис. 2. Грунтозаборное устройство фрезерно-шнекового типа: 1 - шнек левый; 2 - шнек правый; 3 - опора шнековая; 5 - звездочка; 6 - ось; 7, 8 - втулка; 9 - шайба; 10 - фрезерный нож
Исполнительный грунтозаборный орган осуществляет движение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Траектория перемещения рабочего органа определяется скоростями резания о р и подач вперед Vп. По теоретической производительности земснаряды для добычи торфа можно отнести от малых (до 600 м3/час) до средних (до 2500 м3/час), а по величине расчетного коэффициента сопротивления резания — с нормальным (до 0,7 МПа). По способу отработки забоя - нижнего резания с подачей рабочего органа вперед продольного резания по траншее на длину грунтозаборной рамы с отделением породы от массива послойно-полосовым способом за счет вращения барабанного рабочего органа фрезерношнекового типа при непрерывном горизонтальном движении земснаряда вперед (рис. 3). Спиралевидное расположение режущих фрез обеспечит глубокую подрезку торфяной массы и эффективное отделение от забоя, а применение ступенчатого регулирования скорости вращения шнеков обеспечит подачу во всас постоянную подачу горной породы. Резание торфа фрезами начинается в щелевом и угловом режиме от новой стенки траншеи в глубину массива, где его ослабление горным давлением минимально. Шнек подает торф во всасывающее отверстие по всему объему спирали, так как защитный верхний козырек не дает возможности отрезанному торфу распространяться в стороны от забоя.
Г,В,
Рис. 3 .Схема работы фрезерно-шнекового земснаряда при отработке уступа:
г.в. - горизонт воды в карьере; Нв - мощность вскрыши; С-расстояние от оси вращения грунтозаборной рамы до максимальной глубины разработки; Vп - скорость перемещения земснаряда в забое; 1р - длина грунтозаборной рамы от оси вращения до оси вращения фрезерно-шнекового рыхлителя; R - радиус грунтозаборного устройства; СОр - скорость вращения грунтозаборного устройства; рз - угол естественного откоса подводного гидромеханизированного забоя; X в, X н - угол наклона грунтозаборной рамы относительно горизонта воды в карьере; Нкн,Нкв, Нкво - глубина разработки на различных горизонтах
Отрезанный торф шнек многократно бросает через себя, дополнительно измельчает, что снижает затраты на его измельчение в дальнейшем. Схема установки фрез на шнеке должна быть такой, чтобы резание торфа начиналось от свободной поверхности забоя, а не в кутке. Затем точку максимальной глубины серповидного реза должна проходить вторая фреза, соединенная линией реза, третий и все остальные резцы до вновь образованной поверхности забоя. При этом будет выполнено в наибольшем возможном объеме полублокированное (ступенчатое резание) с минимально возможной энергоемкостью. Сочетание повышенной всасывающей способности погружного насоса осевого типа с постоянным насыщением твердым обеспечит высокую производительность землесосного снаряда в целом. Возможно, и целе-
сообразно применять для вращения шнеков электродвигатели постоянного тока, которые по своей характеристике более пригодны для ступенчатого регулирования, чем асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Также возможно применение гидропривода для передачи вращательного момента на барабанный исполнительный орган грунтозаборного устройства низкооборотным гидромотором, который без редуктора непосредственно соединять с исполнительным органом. Широкозахватные фрезерно-шнековые рыхлители основаны на использовании принципа скоростного фрезерования грунтов с растительностью, для переработки растительных включений непосредственно в забое до размеров, обеспечивающих свободный проход их через всю гидротранспортную систему земснаряда и принудительную подачу грунтов во всасывающий наконечник, без возможности взвешивания грунтов в забое с минимальным просором. Ширина заходки В, высота копания Нк, и угол откоса уступа ру зависят от параметров рабочего оборудования землесосного снаряда и определяются диаметром фрезерно-шнекового барабана, компановкой грунтозаборного узла, длиной грунтозаборной рамы и возможностью всасывания погружного осевого насоса, координатами подвеса грунтозаборной рамы к порталу, способа отработки обводненного забоя (вертикальными или горизонтальными стружками).
Торфо-сапропелевая пульпа от землесосного снаряда центоро-бежным землесосом, расположенным на палубе земснаряда, по магистральному трубопроводу подается в цех переработки пульпы в непрерывном режиме.
6.2. Гидромеханизированный комплекс получения гранулированного торфа для коммунально-бытовых нужд
Комплекс с замкнутой системой водо- и теплоснабжения позволяет исключить сброс загрязненных сточных вод в водоприемники, а часть производимого тепла и электроэнергии направить на производственные нужды, тем самым повысить экологичность и экономичность производимой продукции на основе торфа и сапро-пелей (удобрений, биотоплива, сорбентов и т.д.).
Впервые предлагается непрерывная технология, когда торф и сапропель в виде торфяной или сапропелевой пульпы по магист-
ральному пульпопроводу от землесосного снаряда, осуществляющего гидромеханизированную разработку торфо-сапропелевого месторождения, поступает на участок переработки. В процессе гидромеханизированной добычи и гидротранспорта происходит измельчение горной породы фрезерно-шнековым рыхлителем и двумя землесосами на всасывающе-напорной линии земснаряда.
Участок переработки торфа на входе снабжен двумя накопительными емкостями и емкостями сгустителями, которые через насос соединяются с фракционатором, разделяющим поступающую горную породу на две линии по фракциям: крупнодисперсную и мелкодисперсную. Наличие двух накопительных емкостей обеспечивает бесперебойную подачу торфо-сапропелевой пульпы на переработку. Так как в работе землесосного снаряда заранее закладываются технологические простои, связанные с перекладкой якорей и техуходом оборудования земснаряда, остановки на чистку всасывающей системы земснаряда от древесных включений и т.д. Кроме того возможна раздельная подача, при разработке земснарядом торфяной и сапропелевой массы в емкости накопители с целью получения композиционных материалов на основе смешивания торфа и сапропелей с последующим получением биотоплива. В данном случае сапропель может использоваться в качестве связующего материала. А также может производиться самостоятельное обезвоживание сапропеля с добавкой органических композиционных материалов для получения органо-минеральных удобрений из сапропеля.
Крупнодисперсная фракция первоначально высушивается до влажности 50-60%, затем формуется и досушивается до влажности 20-30%. Мелкую фракцию обезвоживают до влажности 65-70%, затем подают в экструдер, причем одновременно в полученную массу вводят сорбенты (связующие модификаторы) и, при необходимости, минеральные удобрения, формуют под давлением в топливные брикеты, или гранулы, которые затем досушивают до влажности 20-30%. Первая линия включает в себя последовательно, установленные и взаимосвязанные между собой посредством трубопровода и транспортера центрифугу, многоматричный пресс, ленточную сушилку и фасовочно-упаковочный отдел. Вторая линия переработки мелкой фракции включает в себя последовательно установленные и взаимосвязанные между собой посредством трубопро-
вода и транспортера центрифугу, экструдер с фильерами-насадками, барабанную сушилку и фасовочно-упаковочный отдел.
Пресс первой линии оснащен матрицами различных геометрических форм, позволяющих формовать торфоизоплиты, торфяные горшочки, субстратные блоки и т.д. Экструдер на второй линии оснащен насадками-фильерами для формования кусков диаметром 57 мм и длиной 10-15 мм для удобрений, топливных энергопеллет, сорбентов-поглотителей и диаметром 25-30 мм и 50-60 мм для производства топливных брикетов-биотоплива.
6.3. Котельный комплекс
Населенный пункт с населением 11000 - 15 000 человек для теплоснабжения жилищного и социального сектора может быть обеспечен котельным комплексом на биотопливе при использовании котла с перемещающейся колосниковой решеткой.
Вариант котла с перемещающейся колосниковой решеткой является наиболее оптимальным решением, выгодным и наиболее надежным с точки зрения конструкции.
Тепловая мощность такого котельного комплекса должна составлять 5-6 МВт при использовании торфопеллет в качестве топлива. Помимо основного котла в комплект должны войти два котла на дизельном топливе, устройство для загрузки топлива в топку, вентиляторы для подачи воздуха в различные зоны топки, мультици-клонный отделитель сажи в дымовых газах, мокрый скребковый конвейер для золоудаления, система управления Котел с перемещающейся колосниковой решеткой используется довольно широко на аналогичных объектах теплоснабжения, поэтому можно утверждать, что он представляет собой надежную и испытанную технику и технологию. Использование дизельных котлов в качестве резервного и пикового на теплостанции обеспечивает теплоснабжение в случаях пиковых нагрузок, в аварийных ситуациях, а также при проведении ремонтно-профилактических работ на основном котле.
Таблица 2
Сравнение ценовых характеристик энергоносителей (без учета К.П.Д. установки)
Цена за Цена за
Теплотворная единицу единицу
Энергоноситель Ед. изм. способность, (средняя с произведенного
ккал/кг учетом тепла
доставки), (топливная
руб. составляющая) руб./Гкал
Электричество КВт/час 860 1.7 руб. 976.74 руб.
Дизтопливо л 10 000 15 руб. 1500.00 руб.
Топочный ма- кг 9600 6.60 руб. 687.50 руб.
зут
Природный газ куб. м 9 000 1.20 руб. 133.33 руб.
Торфо-пеллеты кг 4500 1.90 руб. 585.37 руб.
Щепа, опил куб. м 5000 50.00 руб. 100.00 руб.
Подобная организация теплоснабжения населенного пункта считается нормальной, благоприятной и экономически выгодной. Принципиальная схема централизованного теплоснабжения с котлами РМА-5-6 МВт на основе биотоплива показана на рис. 5.
Заключение
При использовании местного биотоплива обеспечивается надежное, бесперебойное снабжение теплостанций топливом, при минимальных транспортных издержках ввиду небольшого расстояния до своих торфоразработок. Динамика роста цен на ископаемые энергоносители превышает динамику роста цены биотоплива, что ещё больше повышает его привлекательность (табл. 2.). В ценах на ископаемое топливо не учтена стоимость подключения мощностей поставщиками (газ, электричество).
Положительный результат предлагаемой технологии - снижение зависимости добычи торфяного сырья от погодных условий, значительное сокращение эксплуатационных расходов на подготовку, содержание и ремонт полей сушки, машин
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ БИОТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ТОРФО-САПРОПЕЛЕЙ (ТОРФОПЕЛЛЕТ) И ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ НА ОСНОВЕ САПРОПЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ
МЕСТОРОЖДЕНИЕ ТОРФО-САПРОПЕЛЕЙ
ЗЕМЛЕСОСНЫЙ снаряд ФРЕЗЕРНО-ШНЕКОВОГО ТИПА
САПРОПЕЛЬ І ТОРФ
НАКОПИТЕЛЬ САПРОПЕЛЯ 1 ПЛАСТИНЧАТЫЙ СГУСТИТЕЛЬ
НАКОПИТЕЛЬ ТОРФА
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФЛОКУЛЯНТА ДЛЯ САПРОПЕЛЯ
СМЕШИВАНИЕНИЕ ФЛОКУЛЯНТА И САПРОПЕЛЯ
ЛЕНТОЧНЫЙ
ФИЛЬТР-ПРЕСС
ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОЕ УДОБРЕНИЕ НА ОСНОВЕ САПРОПЕЛЯ
СМЕШИВАНИЕ ТОРФО-САПРОПЕЛЕЙ МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ
ФАСОВОЧНО-УПАКОВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
..ЦЕНТРИФУГА.....
МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ
ДОСТАВКА А/ТРАНСПОРТОМ УДОБРЕНИЙ ДЛЯ НУЖД СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
ЭКСТРУДЕР С БАРАБАН-
ФИЛЬДЕРНЫМИ - НАЯ
НАСАДКАМИ СУШИЛКА
ПЛАСТИНЧАТЫЙ СГУСТИТЕЛЬ
ЁМКОСТЬ ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ТОРФА И САПРОПЕЛЯ
I
ФРАКЦИОНАТОР
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФЛОКУЛЯНТА ДЛЯ ТОРФОСАПРОПЕЛЕВОЙ СМЕСИ
I
СКЛАД ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
IX
ФАСОВОЧНО-
УПАКОВОЧНЫЙ
ОТДЕЛ
СМЕШИВАНИЕ ТОРФО-САПРОПЕЛЕЙ КРУПНЫХ ФРАКЦИЙ^ ФЛОКУЛЯНТОМ
__" ЦЕНТРИФУГА-----__
'<--- КРУПНЫХ ФРАКЦИЙ ,.:: ‘
Ї
МНОГОМАТРИЧНЫЙ ПРЕСС
I
| ЛЕНТОЧНАЯ СУШИЛКА |
ДОСТАВКА ПОТРЕБИТЕЛЮ А/ТРАНСПОРТОМ (ПЛЕЧО 50-100 КМ)
НА КОТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ НУЖД ЖКХ
Конвейер для щепы и кускового торфа
эврдна? вида
Рис. 5. Принципиальная схема централизованного теплоснабжения с котлами РМА МВт и РМ 2 МВт (дизельное топливо)
5-6 МВт (щепа + торф), РМ 4
и оборудования, повышение качества получаемой продукции с применением ресурсосберегающей технологии, возможность освоения любых по сложности торфяных месторождений, концентрация торфяного сырья, его селективная классификация и шихтование на подготовленной стационарной технологической площадке по переработке торфа-сырца, экологическая безопасность близлежащих территорий, снижение пожаробезопасности, само-разогревания и возгорания торфа.
Кроме того, существенно снижается количество выбросов в атмосферу вредных газов и твердых частиц (сажи). Рост занятости населения на работах по добыче торфа и на транспортных работах — все это придает уверенность в том, что таким путем обеспечивается надежное теплоснабжение и комфорт жизни, а также благополучие населения, т. к. уходившие ранее большие средства за пределы поселений теперь будут расходоваться на зарплату местных жителей и на социальную сферу.
При этом большое значение имеет также обеспеченность местного населения работой по заготовке и переработке лесосечных отходов, добыче торфа с учетом его сушки, складирования и транспортировки до котельной.
В последние годы наблюдается существенное увеличение сектора биоэнергетики как в Европе, так и во всей России. Поэтому правильное освоение технологий и грамотная эксплуатация нового технологического комплекса на биотопливе и всей теплостанции имеет большое значение.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Указ Президента Российской Федерации Д.А. Медведева “О некоторых мерах по повышению энергетической эффективности российской экономики” от 4.06. 2008 года №889.
2. Решения Совета Безопасности РФ от 30.01. 2008 года ”По необходимости создания в стране индустрии переработки отходов и местного углеводородного сырья”
3. Афанасьев А.Е., Малков Л.М., Смирнов В.И. и др.: Технология и комплексная механизация разработки торфяных месторождений .Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1987.
4. Афанасьев А.Е., Болтушкин А.Н., Васильев А.Н. Новый способ добычи подстилочного торфа // Мелиорация и водное хозяйство. - 1996. - № 2.
5. Штин С.М. Озерные сапропели и их комплексное освоение. М.: изд. МГГУ, 2003.
6. Ялтанец И.М. Гидромеханизированные и подводные горные работы. Книга 1. Разработка пород гидромониторами и землесосными снарядами. Учебник. М: Мир горной книги, 2006.
7. Ялтанец И.М. Выбор параметров гидромеханизации на карьерах. - М.: Недра, 1980.
8. Ялтанец И.М., Штин С.М., Бессонов Е.А. Научные и практические достижения гидромеханизации горных и строительных работ. Учебное пособие. - М.: МГГУ, 2009. ШШ
I.M. Yaltanets, M.S. Shtin
THE PRODUCTION OF THE BIOMASS FUEL AND ITS COMBUSTION FOR HEATING THE HOUSING AND SOCIAL SECTORS OF MINOR CITIES WITH THE POPULA TION OF ABOUT 11-15 THOUSANDS OF PEOPLE
The technology that combines traditional methods of swamp preparation for exploration and mining with dedicated hydraulic dredgers designed for the turf deposits is proposed. The technology also includes the hydraulic transportation of pulp to the biomass fuel factory.
Key words: Biomass fuel, turf, sapropel, turf deposits, hydraulic dredgers, hydraulic mechanical complex.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------
Ялтанец И.М. — доктор технических наук, профессор МГГУ, ud@msmu.ru
Штин С.М. — канд. тех. наук, доцент МГГУ, технический директор ООО “НПО Гольфстрим”, org,shtin@golfstrim.org
