CC BY
102
---------------------------------------- © Ю.В. Шувалов, А.Н. Никулин,
2009
УДК 622.333
Ю.В. Шувалов, А.Н. Никулин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ
Описан новый способ получения брикетов из углесодержащих отходов.
Ключевые слова: вторичное сырье, топливно-энергетические ресурсы, топливные бри-
кеты, утилизации углеродсодержащих
J.V. Shuvalov, A.N. Nikulin
USE OF THE FIRM COMBUSTIBLE WASTE IN HEAT AND POWER ENGINEERING
The new way of reception of briquettes from a carbonaceous waste is described.
Key words: secondary raw materials, fuel and energy resources, fuel briquettes, recycling of carbonaceous waste.
у^оссийская Федерация обладает Р значительными ресурсами вторичного сырья в виде ежегодно образующихся и накопленных отходов производства и потребления, которые можно характеризовать как возобновляемые сырьевые, материальные и топливноэнергетические ресурсы. По экспертным оценкам ресурсы вторичного сырья в промышленности составляют 2,73 млрд. тонн в год. Более 90% от этого количества составляют отходы добычи и обогащения полезных ископаемых. Эффективное использование отходов производства является основой развития ресурсосберегающих технологий, потребность в которых объясняется растущим дефицитом энергии и энергоносителей, росте цен на традиционные топливные ресурсы и ужесточение экологических требований по выбросам загрязняющих веществ.
отходов.
Семинар № 8
По данным Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации в 2005 году в качестве вторичного сырья было использовано 7 млн. тонн древесных отходов, что является 52,5% от общего объема ежегодного накопления. С учетом большого потенциала развития лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности важной стратегической задачей станет использование древесных отходов для получения тепловой и электрической энергии. Переход на биотопливо (щепа, опилки, стружка, гранулы из опилок и т.д.) обеспечит следующие преимущества перед традиционными энергоресурсами:
• низкое содержание серы;
• малая зольность (1 -2%);
• низкая коррозионная агрессивность дымовых газов;
• древесные отходы являются С02-нейтральными;
• низкая цена по сравнению с ископаемым топливом.
Образование вторичных материальных ресурсов напрямую связано с угольной промышленностью. В результате широкого использования механизированной добычи и современных технологий глубокого обогащения значительная доля производимого угля (до 80
%) большинства угольных предприятий страны представлена продуктом класса 0-13 мм. Отгруженный потребителю уголь с данной фракционной характеристикой частично теряется при транспортировке ж/д транспортом за счет выдувания и просыпа (до 1-2 % на 1000 км пути), частично при перегрузке на угольных складах и терминалах, при сжигании в слоевых топках в виде просыпа через колосниковую решетку (до 10 %), а также уноса в атмосферу с дымовыми газами.
Опыт длительного использования углей такого класса в топочных устройствах бытового и локального действия указывает на невозможность получения в них КПД превышающего 50-55 %, а в котлах с механическими топками типа ДКВ, ДКВР, КЕ - 55-70 %.
В процессе обогащения на обогатительной фабрике или установке увеличивается выход мелких классов углей в среднем на 8-10%. Часть угля объемом 1,1-2,2% от полученной обогащением продукции сбрасывается в шламоот-стойники в виде шламов класса 0-0,5 мм с содержанием массовой доли влаги 6070%. Из шламоотстойников после длительного отстоя шлам перемещается в наружные шламонакопители. В результате процессов физического выветривания качество угольной составляющей в шламах резко ухудшается. Исследования качества шламов шахты "Юнь-Яга" показали, что за период с 1991 по 1999 г. при хранении шламов на открытом воздухе высшая теплота сгорания отобранных проб снизилась с 35,8 до 35,4 МДж/кг, пластометрические показатели X и У с 37 до 35 мм и с 16 до 13 мм, соответственно.
Подобные хранилища шламов представляют интерес как объекты переработки, и некоторые из них по причине значительности объемов (до 1000-2000 тыс. т) могут быть квалифицированы как техногенные месторождения. Переработка таких объемов шламов возможна промышленным способом и при правильном подходе может оказаться экономически целесообразной. Основная же часть таких складов имеет малые и средние объемы, переработка их традиционными методами с целью утилизации не может обеспечить экономический эффект.
По оценкам ученых-энергетиков особенно перспективным является использование твердых горючих углеродсодержащих отходов в брикетированном виде на мини теплоэлектростанциях и энергоблоках малой и средней мощности.
Наиболее подготовленными к производству и апробированными в промышленных условиях материалами, в качестве связующих компонентов, для получения топливных брикетов из углеродсодержащих отходов, являются: цемент, бентонитовый глинопорошок, известковая мука - пушенка, гипс, лигносульфо-нат натрия.
При утилизации углеродсодержащих отходов необходима их подготовка для соответствия по влажности и фракционному составу. К сырьевой смеси предъявляют следующие требования: пропорции компонентов углеродсодержащей мелочи и связующего должны обеспечить заданные прочность и влагоустой-чивость, а также экономичность производства; смесь должна обладать хорошей формуемостью.
дробленый материал ^
связующие
добавки
I Г
модификаторы
Рис. 1. Единичный брикетный модуль. Технологическая схема: 1.Электродвигатель с редуктором; 2. Система подачи воды; 3. Бункер; 4. Дозатор; 5. Шнек; 6. Конусообразная рубашка; 7. Пус-тотообразователь; 8. Автомат для резки брикетов ПЛПК 04; 9. Цилиндрический брикет; 10. Виброраскладчик; 11. Сушилка ЛС 1,0-12НК-02
Новый способ получения брикетов основан на экспериментально установленном неизвестном ранее явлении миграции в толще брикета сложных флюидных систем и включает подготовку шихты смешиванием тонких классов горючих материалов (угольный шлам, мелочь, древесный опил) со связующим тонкодисперсным материалом, вводимым в состав шихты в сухом виде; брикетирование шихты и последующую температурную обработку при температуре от 120-150°С.
Производство брикетного топлива на основе твердых горючих отходов происходит по следующем порядке (рис. 1): в бункеры засыпаются формуемый материал, связующие добавки и модифик-торы (для придания брикетам направленно заданных свойств). По системе дозаторов материал попадает в блок смесителя, куда в строго определенном количестве подается вода в распыленном виде. Шихта перемешивается в смесителе и поступает в экструдер, где дополнительно перемешивается и формуется в цилиндрической насадке. При помощи электроножа брикеты нарезаются необходимого размера и пройдя через виброраскладчик попадают в су-
шильную камеру. Для набора первичной прочности брикеты сушатся в течение 30 мин при температуре 105-115°С (время и температура изменяются в зависимости от формуемого материала и применяемых добавок), а затем попадают на склад для набора конечной массы. Брикеты, при использовании в качестве связующего модифицированной эпоксидной смолы, можно сушить в естественных условиях при комнатной температуре. Брикет имеет форму перфорированного цилиндра. Размеры могут варьировать. Обычно диаметр брикета 65-80 мм, высота 70-90 мм. Масса от 200 до 400 гр. Время горения от 2 до 4 часов.
Повышение эффективности сжигания достигается применением запальных - легковоспламеняющихся топливных брикетов, включающих зажигательный слой, содержащий гексаметилентетраа-мин (25-50 %), нитрат калия (5-20 %) и горючую массу рядовых брикетов со связующим термопластичным полиизопреном или эпоксидной смолой, модифицированной введением низкомолекулярного жидкого бутадиенового каучука с карбоксильными группами в соотношении смола - каучук: 1 моль на 0,080,1.
Оптимальное
Повышение прочностных характеристик брикетов, экологической чистоты горения, образования каналов прожига в теле брикета и способности воспламенения при низких температурах, в состав шихты можно вводить интенсифи-катор горения. Опытным путем получена оптимальная концентрация интенси-фикатора в составе брикета (рис. 2)
Полученные по данной технологии брикеты удобны при транспортировании и хранении, комфортны в употреблении, легко поддаются растопке и обладают легкой воспламеняемостью, после розжига горят бездымным пламенем по всему фронту засыпки. В процессе горения сохраняют свою форму, не осыпа-
Рис 2. График зависимости возгорания от содержания интен-сификатора
ются и не проваливаются сквозь щели колосниковой решетки. Практически полностью выгорают без шуровки. Остаток после сжигания имеет зольность 95-98 %.
Экологический и экономический эффект от использования брикетного топлива для малой и средней энергетики позволяет говорить о конкурентоспособности такого вида топлива в сравнении с традиционными источниками энергии (табл. 1, 2)
Таким образом, твердые горючие отходы горнодобывающей, лесной и других отраслей промышленности представляют ценный продукт, вовлечение которого в хозяйственный оборот обеспечивает:
• снижение загрязнения окружающей среды;
• сбережение ценных топливноэнергетических ресурсов;
Таблица 1
Уменьшение выбросов при сжигании древесных брикетов по сравнению с мазутом (при годовом количестве тепла 17500 МВт/час), т/год
Вид топлива 8 N0 СО2 Зола
Мазут 23,52 8,82 5633,53 2,31
Древесные брикеты 0 3,51 0 2,24
Уменьшение вредных выбросов 23,52 5,31 5633,53 0,07
Таблица 2
Эффективность использования различных видов топлива
№ Топливо Калорий- ность, Ккал/кг КПД сжигания (котла), % Калорийность с учетом КПД, Ккал/кг Цена за 1 тонну топлива, руб- Стоимость 1 Гкал тепла, руб-
1 Природный газ (1000 м3) 7800 90 7020 1600 205
2 Древесные брикеты 4100 90 2160 500 230
3 Уголь 5300 60 3180 1900 600
4 Мазут 11000 80 8 800 6000 680
• повышение полноты использования ресурсов;
• снижение затрат на производство тепловой энергии.
Наиболее благоприятным для реализации брикетов представляется внутренний рынок - районы центральной европейской части России, при организации производства в Вологодской области - районы Вологодской области.
1. Блинов В.А., Нифонтов Ю.А., Лезгин Л.А. Способ получения топливных брикетов -Патент на изобретение № 2006500, 1994.
2. Будаев С.С., Нифонтов Ю.А. Молявко А. Р., Прокашев А.Н., и др. Способ получения угольных брикетов - Патент на изобретение № 2078794, 1996.
3. Нифонтов Ю.А., Шувалов Ю.В., Бенин А.А. "Явление самоструктурирования при брикетировании углеродсодержаших твердых материалов с активным тонкодисперсным связуюшим"/ Научное открытие, № 219
Технология реализована при строительстве брикетной установки производительностью 72 тыс. т брикетов в год на шахте "Северная" ОАО "Воркутауголь" и брикетного модуля производительностью 10 тыс. т в год (Ленинградская область, ОАО "Концерн ЛЕМО"). Единичный брикетный модуль производительностью 1500 кг/ч работает на угольной шахте в республике Таджикистан.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
от 23 -декабря 2002 г., Российская академия естественных наук, Международная академия авторов научных открытий и изобретений, Международная ассоциация авторов научных открытий, М., 2002.
4. Шувалов Ю.В., Нифонтов Ю.А., Эк-гардт В.И., Бенин А.А., Никулин А.Н. Способ получения топливных брикетов / Патент на изобретение № 2227803, 2004 г.
5. Шувалов Ю.В., Маковский А.Н., Кусков В.Б. Способ получения топливных брикетов /Патент на изобретение № 2208044, 2003 г.
!■'. Г-1-1
— Коротко об авторах
Шувалов Ю.В. — профессор, доктор технических наук, декан горного факультета, Никулин А.Н.— аспирант кафедры геоэкологии,
Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет), [email protected]
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор
Название работы
Специальность
Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)__________________________
АНТОНОВ Геомеханическое обоснование устойчи-
Юрий Николаевич вости параллельных взаимовлияющих горизонтальных выработок в рудном массиве 25.00.20 к.т.н.
