Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЕЕ РАБОТЫ'

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЕЕ РАБОТЫ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
156
24
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТВЕРДЫЕ КОММУНАЛЬНЫЕ ОТХОДЫ / ПИРОЛИЗ / ПИРОЛИЗНАЯ ПЕЧЬ / ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС / ANSYS / ДЕКАРБОНИЗАЦИЯ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Колибаба Ольга Борисовна, Долинин Денис Александрович, Габитов Рамиль Наилевич, Чижикова Мария Михайловна

Перспективным экологически безопасным термическим методом переработки твердых коммунальных отходов является пиролиз. Пиролиз позволяет получить комбинацию твердых, жидких и газообразных продуктов в различных пропорциях за счет изменения рабочих параметров процесса. Термическая переработка твердых коммунальных отходов осуществляется в специальных печах - термических реакторах. В настоящее время процессы пиролизной технологии Purox, Torrax Noell и др. реализованы на практике в различных конструкциях термических реакторов, имеющих свои достоинства и недостатки. К конструкции печи предъявляется ряд требований, таких как высокая производительность, экономичность в работе, обеспечение заданных технологических условий процесса и др. Проектируемая печь должна отвечать современным требованиям науки и техники в области теории тепломассообмена, гидродинамики и технической эстетики. Исследования проведены с использованием методов физического и математического моделирования, программной системы конечно-элементного анализа ANSYS. По результатам физических и численных исследований получены значения КПД пиролизной печи при нагреве в ней твердых коммунальных отходов со скоростями 5, 10 и 15 оС/мин, на основании которых выбран рациональный режим работы установки, характеризующийся скоростью нагрева 10 оС/мин. Применение пиролизной технологии утилизации твердых коммунальных отходов позволит сократить выбросы СО2 на 17 % по сравнению с традиционным сжиганием. Предложенная конструкция пиролизной печи для утилизации предварительно подготовленных отходов способствует повышению энергетической эффективности процесса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Колибаба Ольга Борисовна, Долинин Денис Александрович, Габитов Рамиль Наилевич, Чижикова Мария Михайловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF FURNACE DESIGN TO DISPOSE MUNICIPAL SOLID WASTE AND STUDY OF ITS OPERATION MODES

Pyrolysis is a promising environmentally friendly thermal method to process municipal solid waste (MSW). Pyrolysis makes it possible to obtain a combination of solid, liquid, and gaseous products in various proportions by changing the operating parameters of the process. Thermal processing of MSW is carried out in special furnaces, thermal reactors. At present, the processes of the pyrolysis technology Purox, Torrax Noell and others are carried out in thermal reactors of various designs that have their own advantages and disadvantages. The design of a furnace is to meet several requirements, such as high productivity, efficiency of operation, ensuring the specified technological conditions of the process, etc. The designed furnace is to meet modern requirements of science and technology in the field of heat and mass transfer theory, hydrodynamics, and technical aesthetics. The studies have been carried out using the methods of physical and mathematical modeling, the ANSYS software package of finite element analysis. Based on the results of physical and numerical studies, the values of the efficiency of the pyrolysis furnace have been obtained when MSW is heated at speeds of 5, 10 and 15 оС/min. Based on the results a rational operating mode of the installation has been chosen with a heating rate of 10 оС/min. The use of pyrolysis technology for waste disposal will reduce CO2 emissions by 17 % compared to traditional incineration. The proposed design of a pyrolysis furnace for the disposal of pre-prepared waste contributes to energy efficiency improvement of the process.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЕЕ РАБОТЫ»

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

УДК 628.4.032

Ольга Борисовна Колибаба

ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», кандидат технических наук, заведующий кафедрой энергетики теплотехнологий и газоснабжения, Россия, Иваново, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Денис Александрович Долинин

ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», старший преподаватель кафедры энергетики теплотехнологий и газоснабжения, Россия, Иваново, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Рамиль Наилевич Габитов

ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», кандидат технических наук, доцент кафедры энергетики теплотехнологий и газоснабжения, Россия, Иваново, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Мария Михайловна Чижикова

ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», магистрант 2 курса, Россия, Иваново, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Разработка конструкции печи для утилизации твердых коммунальных отходов и исследование режимов ее работы

Авторское резюме

Состояние вопроса. Перспективным экологически безопасным термическим методом переработки твердых коммунальных отходов является пиролиз. Пиролиз позволяет получить комбинацию твердых, жидких и газообразных продуктов в различных пропорциях за счет изменения рабочих параметров процесса. Термическая переработка твердых коммунальных отходов осуществляется в специальных печах - термических реакторах. В настоящее время процессы пиролизной технологии Purox, Torrax Noell и др. реализованы на практике в различных конструкциях термических реакторов, имеющих свои достоинства и недостатки. К конструкции печи предъявляется ряд требований, таких как высокая производительность, экономичность в работе, обеспечение заданных технологических условий процесса и др. Проектируемая печь должна отвечать современным требованиям науки и техники в области теории тепломассообмена, гидродинамики и технической эстетики.

Материалы и методы. Исследования проведены с использованием методов физического и математического моделирования, программной системы конечно-элементного анализа ANSYS. Результаты. По результатам физических и численных исследований получены значения КПД пиролизной печи при нагреве в ней твердых коммунальных отходов со скоростями 5, 10 и 15 оС/мин, на основании которых выбран рациональный режим работы установки, характеризующийся скоростью нагрева 10 оС/мин.

© Колибаба О.Б., Долинин Д.А., Габитов Р.Н., Чижикова М.М., 2022 Вестник ИГЭУ, 2022, вып. 4, с. 5-13.

Выводы. Применение пиролизной технологии утилизации твердых коммунальных отходов позволит сократить выбросы СО2 на 17 % по сравнению с традиционным сжиганием. Предложенная конструкция пиролизной печи для утилизации предварительно подготовленных отходов способствует повышению энергетической эффективности процесса.

Ключевые слова: твердые коммунальные отходы, пиролиз, пиролизная печь, тепловой баланс, ANSYS, декарбонизация

Olga Borisovna Kolibaba

Ivanovo State Power Engineering University, Candidate of Engineering Sciences, (PhD), Head of Thermal Technologies and Gas Supply Department, Russia, Ivanovo, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Denis Aleksandrovich Dolinin

Ivanovo State Power Engineering University, Senior Lecturer of Thermal Technologies and Gas Supply Department, Russia, Ivanovo, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Ramil Nailevich Gabitov

Ivanovo State Power Engineering University, Candidate of Engineering Sciences, (PhD), Associate Professor of Thermal Technologies and Gas Supply Department, Russia, Ivanovo, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Maria Mikhailovna Chizhikova

Ivanovo State Power Engineering University, Master Degree Student, Russia, Ivanovo, e-mail: tevp@tvp.ispu.ru

Development of furnace design to dispose municipal solid waste and study of its operation modes

Abstract

Background. Pyrolysis is a promising environmentally friendly thermal method to process municipal solid waste (MSW). Pyrolysis makes it possible to obtain a combination of solid, liquid, and gaseous products in various proportions by changing the operating parameters of the process. Thermal processing of MSW is carried out in special furnaces, thermal reactors. At present, the processes of the pyrolysis technology Purox, Torrax Noell and others are carried out in thermal reactors of various designs that have their own advantages and disadvantages. The design of a furnace is to meet several requirements, such as high productivity, efficiency of operation, ensuring the specified technological conditions of the process, etc. The designed furnace is to meet modern requirements of science and technology in the field of heat and mass transfer theory, hydrodynamics, and technical aesthetics.

Materials and methods. The studies have been carried out using the methods of physical and mathematical modeling, the ANSYS software package of finite element analysis.

Results. Based on the results of physical and numerical studies, the values of the efficiency of the pyrolysis furnace have been obtained when MSW is heated at speeds of 5, 10 and 15 ^/min. Based on the results a rational operating mode of the installation has been chosen with a heating rate of 10 ^/min. Conclusions. The use of pyrolysis technology for waste disposal will reduce CO2 emissions by 17 % compared to traditional incineration. The proposed design of a pyrolysis furnace for the disposal of pre-prepared waste contributes to energy efficiency improvement of the process.

Key words: municipal solid waste, pyrolysis, pyrolysis furnace, heat balance, ANSYS, decarbonization

DOI: 10.17588/2072-2672.2022.4.005-013

Введение. Рост потребления, особенно в крупных городах России, приводит к увеличению объемов образования коммунальных отходов. По данным Роспри-роднадзора, основной технологией утилизации таких отходов в нашей стране является их захоронение на полигонах, а также на санкционированных и несанкционированных свалках. Отходы при их бесконтрольном размещении на свалках негатив-

но воздействуют на окружающую среду, являясь источником поступления вредных химических и биологических веществ в грунтовые и поверхностные воды, атмосферный воздух и почву, создавая угрозу здоровью и жизни населения. Влияние потока твердых коммунальных отходов (ТКО) сказывается на глобальных геохимических циклах ряда биофильных элементов, в частности органического углерода. Так,

масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн тон в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет лишь 41,4 млн тонн в год [1].

Проблема организации промышленной переработки ТКО является актуальной для всех стран, в том числе и для Российской Федерации, из-за необходимости сокращения объемов захоронения отходов на полигонах по целому ряду причин: недостатка земельных площадей, транспортных расходов, экологической опасности, потере ценных компонентов и т.п. Именно промышленная переработка, учитывающая требования экологии, ресурсосбережения и экономики и решающая в совокупности вопросы обезвреживания, утилизации и ликвидации твердых отходов, представляет собой кардинальный путь решения проблемы ТКО [2].

Поскольку ТКО могут состоять на три четверти из органических компонентов, то целесообразна их утилизация термическими способами, одним из которых является пиролиз. Термическое обезвреживание отходов по технологии пиролиза заключается в их необратимом химическом изменении под действием повышенной температуры при отсутствии кислорода или при его незначительном количестве, в результате которого образуются пиролизный газ и твердый углеродистый остаток [3]. Преимущество пиролиза по сравнению с непосредственным сжиганием отходов заключается, прежде всего, в его эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды [4]. Установки или заводы по переработке ТКО способом пиролиза функционируют в Дании, США, ФРГ, Японии и других странах [5, 6].

К числу наиболее важных инженерно-технических задач, подлежащих решению в целях дальнейшего развития и внедрения технологии пиролиза отходов, следует отнести создание эффективных пиролизных установок для их переработки. В настоящее время существуют разнообразные конструкционные решения пиролизных установок [7, 8, 9].

Любая пиролизная установка содержит набор технологического оборудования, главным элементом которого является реактор (печь) [10].

Предложена конструкция тоннельной печи для пиролизной переработки твердых коммунальных отходов, позволяющая повысить энергетическую эффективность процесса. Принципиальная схема печи показана на рис. 1.

Загрузка

Рис. 1. Печь для термической переработки твердых коммунальных отходов: 1 - корпус; 2 -свод; 3 - устройство загрузки; 4 - устройство выгрузки зольного остатка; 5 - конвейер; 6 -рекуперативная камера; 7 - радиационные трубы; 8 - горелка; 9 - коллектор пиролизного газа; 1 0 - патрубки сбора пиролизного газа

Печь содержит металлический футерованный изнутри прямоугольный корпус с теплоизолированным плоским сводом. С одной стороны, установка снабжена устройством загрузки, оснащенным дозатором, с другой - устройством выгрузки зольного остатка. Транспортировка ТКО в течение всего производственного процесса осуществляется ленточным конвейером, обеспечивающим непрерывность технологического процесса термического разложения. Под сводом расположена металлическая рекуперативная камера, в которую встроены радиационные трубы [11]. Рекуперативная камера, заполненная воздухом, создает воздушную прослойку между теплоизолированным сводом и радиационными трубами, что позволяет существенно снизить тепловые потери от радиационных труб через свод и, следовательно, сократить расход топлива. Также при этом создаются потоки направленного теплового излучения на слой ТКО,

интенсифицирующие пиролиз отходов и повышающие энергетическую эффективность процесса. Организованные лучистые потоки направленного действия, воздействуя на слой ТКО, приводят к его термическому разложению с образованием газообразных продуктов (пирогаза) и твердого углеродистого остатка. Пирогаз удаляют из рабочего пространства печи с последующей подачей внешнему потребителю и использованием на собственные нужды установки (сжигание в радиационных трубах). Оставшийся на конвейерной ленте после проведения процесса твердый углеродистый остаток собирают для последующего использования в технологических целях.

Расчет теплового баланса печи проведен на основании экспериментальных и расчетных данных, представленных в [12, 13].

При составлении тепловых балансов принимались следующие допущения [14]:

1) масса углеродного остатка составляет не более 15 % от первоначальной массы ТКО (по результатам термогравиметрии);

2) перед подачей на сжигание пиро-лизный газ подвергается полной осушке.

Тепловой баланс рекуперативной камеры. Рекуперативная камера включает в себя радиационные трубы и расположенный над ними под сводом печи воздушный канал. В радиационные трубы подаются пи-

ролизный газ (С^ир.газ) и воздух, предварительно подогретый в воздушном канале (бвозд). Имеющие высокую температуру продукты горения (впг) обеспечивают тепловой поток через стенки радиационных труб в камеру пиролиза и в воздушный канал. Структура теплового баланса рекуперативной камеры представлена на рис. 2.

Приходные статьи теплового баланса воздушного канала:

1) физическое тепло воздуха, кВт:

Qxon = G c tхол ,

^возд возд возд возд >

(1)

где Свозд расход воздуха, кг/с; свозд -удельная теплоемкость холодного воздуха,

кДж/(кг-°С); /вх°3лд - температура холодного

воздуха, оС;

2) теплота, переданная через стенки радиационных труб в воздушный канал Овк, кВт (определяется математическим моделированием).

Математическое моделирование теп-лообменных процессов в рекуперативной камере и камере пиролиза производили с использованием САЕ-пакета конечно-элементного анализа ANSYS [14, 16].

На рис. 3 изображена геометрическая модель расчетной области рекуперативной камеры и камеры пиролиза.

Рис. 2. Тепловой баланс рекуперативной камеры

Рис. 3. Геометрическая модель расчетной области: 1 - воздушный канал; 2 - радиационные трубы; 3 - камера пиролиза

Для моделирования газодинамических и теплообменных процессов использовали CFD-модуль ANSYS Fluent. Задачу решали в стационарной постановке. В расчетах учитывали уравнения энергии, неразрывности и движения. Поскольку продукты горения пиролизного газа имеют температуру более 1700 оС, то дополнительно учитывали лучистый теплообмен. Турбулентность движения сред разрешалась с помощью k-г модели. В качестве теплоносителей задавали продукты горения пиролизного газа и воздух с соответствующими теплофизическими свойствами. Граничные условия для дымовых газов и воздуха задавали массовыми расходами и

температурами на входе и давлением на выходе.

Разработанная модель позволила визуализировать поля скоростей, давлений и температур в различных сечениях и точках расчетной области и получить средние значения тепловых потоков и температур на выбранных поверхностях.

Результаты расчета температурных полей рекуперативной камеры и камеры пиролиза показаны на рис. 4.

Рис. 4. Температурные поля воздушного пространства, радиационных труб и камеры пиролиза

Расходные статьи теплового баланса воздушного канала:

1) физическое тепло подогретого воздуха, кВт:

Огор = в с ^гор ,

^возд возд возд возд >

(2)

где Свозд - расход поступающего на горение воздуха, кг/с; свозд - удельная теплоемкость

подогретого воздуха, кДж/(кг-°С); -

температура подогретого воздуха, оС;

2) потери тепла в окружающую среду, принятые в количестве 5 % от суммы приходных статей баланса, кВт:

О = 0,05 (0хол + V (3)

^пот.свод ' у^возд ^ВК) \ !

Приходные статьи теплового баланса радиационной трубы:

1) химическая теплота пиролизного газа, кВт:

Охим - вГ

пир.газ

Ор

(4)

где впир.газ - расход идущего на горение пиролизного газа, определяемый расчетом,

кг/с; Ор - теплотворная способность пиролизного газа, кДж/кг;

2) физическая теплота пиролизного газа, кВт:

/-\сж _ г>сж _ хсж

Опир.газ = впир.газ спир.газ 1пир.газ,

(5)

где спиргаз - удельная теплоемкость пиролизного газа, кДж/(кг-оС); ¿^.газ - температура поступающего в радиационную трубу пиролизного газа, оС;

3) физическая теплота подогретого

воздуха Овозд, кВт (см. формулу (2)).

Расходные статьи теплового баланса радиационной трубы:

1) потери тепла с продуктами горения, кВт:

0"11--вПГ СПГ ¿ПГ,

(6)

где СПГ - расход продуктов горения, кг/с; сПГ - удельная теплоемкость, кДж/(кг-оС); /ПГ - температура, оС;

2) теплота, переданная через стенки радиационных труб в воздушный канал 0ВК, кВт, определяется математическим моделированием;

3) теплоту, переданную из рекуперативной камеры в камеру пиролиза, определяем из уравнения теплового баланса рекуперативной камеры кВт:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ОКП - Охим + Опир.газ + Овозд _ ОПГ _ Опот .свод' (7)

Тепловой баланс камеры пиролиза.

В камеру пиролиза поступают предварительно подготовленные твердые коммунальные отходы (втко). Они частично окисляются кислородом (во2) с выделением

энергии и разлагаются, образуя пиролиз-ный газ (Опиргаз) и твердый углеродный остаток (вТУо). Схема тепловых потоков в зоне пиролиза представлена на рис. 5.

Рис. 5. Тепловой баланс камеры пиролиза в рабочем режиме

Приходные статьи теплового баланса камеры пиролиза:

1) физическое тепло ТКО, кВт:

Офиз = п Г tв

"ТКО^ТКО 'ТКО'

(8)

где СТКО - производительность установки по исходному сырью, кг/с; сТКО - удельная теплоемкость ТКО на входе в зону пиролиза, кДж/(кг-оС); - начальная температура ТКО, оС;

2) теплота химических реакций чистого пиролиза и окисления ТКО, кВт:

Опир ПТКО Опир' (9)

где дпир - тепловой эффект пиролиза, определяемый экспериментально, кДж/кг;

3) тепло, переданное из рекуперативной камеры в камеру пиролиза, 0КП (расчет приведен в тепловом балансе рекуперативной камеры), кВт.

Расходные статьи теплового баланса рекуперативной камеры:

1) теплота, уносимая пиролизным газом из зоны пиролиза, кВт:

Опир.газ Ппир.газ Гпир.газ 'пир.газ'

(10)

где Опиргаз - расход продуктов горения, кг/с; спиргаз - удельная теплоемкость пиролизно-го газа, кДж/(кг°С); /пир.газ - температура пи-ролизного газа, °С;

2) теплота, уносимая твердым углеродным остатком из зоны пиролиза, кВт:

_ хкон ТУО пТУО гТУО 'пир,

(11)

где СТУО - расход твердого углеродного остатка, кг/с; сТУО - удельная теплоемкость твердого углеродного остатка, кДж/(кг-оС); А

пир.кон

- температура твердого углеродного остатка на выходе из камеры пиролиза, оС;

3) теплота, необходимая на нагрев ТКО, пиролизного газа и твердого углеродного остатка в процессе пиролиза, кВт:

Онагр.ТКО ПТКО Гпир.ТКО ('пир 'тКО ) '

Г

пир.газ пир.газ +ПТУО ГТУО

(хкон _ хнач \ 'пир 'пир)

(хкон _ хнач \ 'пир 'пир )'

(12)

где спирТКО - удельная теплоемкость ТКО, кДж/(кг-оС); 'нач - температура начала процесса пиролиза, оС; 'к™ - температура окончания процесса пиролиза, оС;

4) потери тепла в окружающую среду, принятые в количестве 5 % от суммы приходных статей баланса, кВт:

о =005 (офиз + О + О^)

^пот.огр ' у^ТКО ^пир ^КП /

(13)

Уравнение теплового баланса камеры пиролиза имеет вид

ОТКО + Опир + ОКП Опир.газ + °ТУО +

+О + О

^нагр.ТКО ^пот.огр

(14)

На рис. 6 показана схема тепловых потоков во всей установке в целом.

Рис. 6. Тепловой баланс установки

Для расчета термического КПД установки использована формула [17]

ц = 1-

ХОпот.

ТКО

О + О + Охол

^хим ^пир ^возд

(15)

где Х^тко - потери теплоты в процессе переработки ТКО, кВт:

Опот. ТКО ОПГ + ОТУО

+О + О + О

^пир.газ ^пот.огр ^пот.свод

+О +

^нагр.ТКО

(16)

Расчет теплового баланса и КПД установки при скоростях нагрева ТКО 5, 10 и 15 оС/мин производили для печи, имеющей следующие конструктивные характеристики:

размеры рабочего пространства 5x2x0,7 м;

- высота слоя ТКО 0,5 м;

- емкость печи по ТКО 1000 кг;

- радиационная труба 0324x4 мм;

- количество радиационных труб 4 шт.

Расчет выполнен по формулам

(1)-(16) с использованием результатов исследований, представленных в [18].

В табл. 1 приведены основные результаты расчетов.

Таблица 1. Расчетные параметры работы пиролизной печи

Ско- Теплота Тепловой Тем- Терми-

рость сгорания эффект пи- пера- ческий

нагре- пиролиз- ролиза ТЮ, тура КПД

ва ного газа кДж/кг горе-

ТКЭ, он, ния

оС/мин пиро-лизно-го газа, °С

5 17,9В 79б9 19б0 0,4В

10 14,S9 В97б 20б0 0,51

15 12,бВ 17б9 211б 0,2б

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что максимальный КПД печи, равный 0,51, имеет место при скорости нагрева 10 оС/мин. Этот режим характеризуется наибольшим тепловым эффектом пиролиза. Увеличение скорости нагрева до 15 оС/мин приводит к значительному снижению КПД установки до 0,26.

В связи с тем, что в настоящее время важным направлением экологической политики развитых стран является декарбонизация экономики и энергетических систем, расчет экологического эффекта будем производить путем сравнения количества выбросов СО2 для двух способов обращения с ТКО - сжигание и пиролиз в предложенной пиролизной печи [19].

Согласно данным [17], 1 т ТКО содержит 0,85 т углерода и при ее сжигании (полном окислении) образуется 1,76 т СО2.

В случае пиролиза из 1 т ТКО образуется 15 % или 150 кг твердого углеродного остатка. По данным энергодисперсионного анализа [20] углеродный остаток содержит 66 % углерода. Таким образом, при переработке 1 т ТКО методом пиролиза в углеродном остатке будет содержаться 0,85-0,15-0,66 = 0,084 т углерода.

В пересчете на СО2 это будет составлять 0,084-3,66 = 0,307 т.

Таким образом, использование пиро-лизной технологии позволит сократить выбросы СО2 на 307 кг с каждой тонны исходных ТКО (табл. 2).

Таблица 2. Сравнение выбросов СО2 при сжигании и пиролизе ТКО

Показатель Сжигание Пиролиз

ТКЭ

Выход œ2 на 1 т 17б0 145S

исходных ТЮ, т

Выводы. Предложенная конструкция пиролизной печи для утилизации предварительно подготовленных ТЮ с получением газообразного топлива повышает энергетическую эффективность процесса переработки.

По результатам расчета теплового баланса получены КПД пиролизной печи при нагреве ТЮ со скоростями 5, 10 и 15 оС/мин, на основании которых предложен рациональный режим работы установки, характеризующийся скоростью 10 оС/мин.

Анализ результатов произведенного расчета сокращения выбросов диоксида углерода показывает, что применение пиролизной технологии позволит сократить выбросы на 11 % по сравнению с традиционным сжиганием ТЮ.

Список литературы

1. Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Техногенные системы и экологический риск. - СПб.: СПбГПУ, 2011. - 305 с.

2. Березюк М.В., Румянцева А.В. Новая система управления ТЮ: инновационный подход // Инновационное развитие экономики: научно-практический и теоретический журнал. -201б. - № 5(35). - С. 19-29.

S. Basu P. Biomass Gasification and Pyroly-sis: practical design and theory II Academic Press, S0 Corporate drive. - Burlington, USA, 2010. - S65 p.

4. Термические процессы в технологиях переработки твердых бытовых отходов: аналитическая оценка и практические рекомендации I Л.Я. Шубов, Л.Г. Федоров, Р.В. Залепухин,

B.Ф. Кроткова // ВИНИТИ, Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. -199В. - № 5. - C. SS-97.

5. Трушникова К.А. Mировые тренды в организации услуг по утилизации твердых коммунальных отходов // Развитие теории и практики управления социальными и экономическими системами: материалы VIII Mеждунар. науч.-практ. конф. - Новокузнецк, 2019. - С. 1SB-141.

6. Биомасса как источник энергии: пер. с англ. / под ред. С. Соуфера, O. Заборски. - M.: Mир, 1985. - 386 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Севрюкова Е.А., Пономаренко Н.В. Технологические аспекты комплексной утилизации твердых бытовых отходов методом высокотемпературного пиролиза // Актуальные проблемы повышения эффективности производств микроэлектроники: сб. науч. тр. - M., 201б. -

C. l1-77.

В. Гунич С.В., Янчуковская Е.В., Днепровская Н.И. Анализ современных методов переработки твердых бытовых отходов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. -2015. - № 2. - С. 110-115.

9. Киселев М.В. Шантарин В.Д. Пиролиз углеродсодержащих отходов с получением топливных горючих газов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2008. - № 3. - С. 117-119.

10. Власов О.А., Мечев В.В. Анализ работы печей сжигания отходов // Твердые бытовые отходы. - 2017. - № 8. - С. 40-43.

11. Еринов А.Е., Семернин А.М. Промышленные печи с радиационными трубами. -М.: Металлургия, 1977. - 280 с.

12. Экспериментальное исследование окислительного пиролиза твердых бытовых отходов / О.Б. Колибаба, Р.Н. Габитов, К.В. Ак-сенчик, В.А. Артемьева // Вестник ИГЭУ. -2017. - Вып. 3. - С. 14-19. DOI: 10.17588/20722672.2017.3.014-019.

13. Экспериментальное исследование процесса термической деструкции твердых коммунальных отходов / Д.А. Долинин, О.Б. Колибаба, А.И. Сокольский, Р.Н. Габитов // Повышение энергоресурсоэффективности и экологической безопасности процессов и аппаратов химической и смежных отраслей промышленности: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. симпозиума. Т. 1. - Киров: ФГБОУВО «РГУ им. А.Н. Косыгина», 2021. - С. 182-186. DOI: 10.37816/eeste-2021-1-182-186.

14. Kolibaba O.B., Sokolskiy A.I., Gabi-tov R.N. Research of the pyrolysis of municipal solid waste aimed at improving the efficiency of thermal reactors // International Journal of Energy for a Clean Environment. - 2017. - Vol. 18, issue 2. -Р. 147-160. DOI: 10.1615/InterJEnerCleanEnv. 2017020368.

15. Основы работы в ANSYS 17 / Н.Н. Федорова, С.А. Вальгер, М.Н. Данилов, Ю.В. Захарова. - М.: ДМК Пресс, 2017. - 210 с.

16. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Шамра-ева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство // URSS. - 2016. - 272 с.

17. Шубов Л.Я., Ставровский М.Е., Шехирев Д.В. Технологии отходов. - М., 2006. -410 с.

18. Разработка конструкции печи для утилизации твердых отходов и оценка эффективности ее работы / Р.Н. Габитов, О.Б. Коли-баба, А.И. Сокольский, А.В. Грошева // Вестник ИГЭУ. - 2019. - Вып. 5. - С. 23-30.

19. Глебова А.Г., Данеева Ю.О. Адаптация российской энергетики к декарбонизации мировой экономики // Экономика. Налоги. Право. - 2021. - Т. 14, № 4. - Р. 48-55. DOI: 10.26794/1999-849X-2021-14-4-48-55.

20. Колибаба О.Б., Долинин Д.А., Руза-нов И.А. Использование твердых продуктов пиролиза в теплотехнологии производства керамики // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (XXI Бенардосовские чтения) 2-4 июня 2021 г., Иваново. В 3 т. Т. 2. -Иваново, 2021. С.267-270.

References

1. Gromova, N.Yu., Salova, T.Yu. Tekhnogennye sistemy i ekologicheskiy risk [Technogenic systems and environmental risk]. Saint-Petersburg: SPbGPU, 2011. 305 p.

2. Berezyuk, M.V., Rumyantseva, A.V. No-vaya sistema upravleniya TKO: innovatsionnyy podkhod [A new MSW management system: an innovative approach]. Innovatsionnoe razvitie ekonomiki: nauchno-prakticheskiy i teoreticheskiy zhurnal, 2016, no. 5(35), pp. 19-29.

3. Basu, P. Biomass Gasification and Pyrolysis: practical design and theory. Academic Press, 30 Corporate drive. Burlington, USA, 2010. 365 p.

4. Shubov, L.Ya., Fedorov, L.G., Zalepu-khin, R.V., Krotkova, V.F. Termicheskiye protsessy v tekhnologiyakh pererabotki tverdykh bytovykh otkhodov: analiticheskaya otsenka i prakticheskiye rekomendatsii [Thermal processes in technologies for processing solid household waste: analytical assessment and practical recommendations]. VINITI, Nauchnye i tekhnicheskie aspekty okhrany okruzhayushchey sredy, 1998, no. 5, pp. 33-97.

5. Trushnikova, K.A. Mirovye trendy v organi-zatsii uslug po utilizatsii tverdykh kommunal'nykh otkhodov [World trends in the organization of services for the disposal of solid municipal waste]. Ma-terialy VIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Razvitie teorii i praktiki upravleniya sotsial'nymi i ekonomicheskimi sistemami» [Materials of the Eighth International Scientific and Practical Conference "Development of the theory and practice of managing social and economic systems"]. Novokuznetsk, 2019, pp. 138-141.

6. Soufer, S., Zaborski, O. Biomassa kak istochnik energii [Biomass conversion processes for energy and fuels]. Moscow: Mir, 1985. 386 p.

7. Sevryukova, E.A., Ponomarenko, N.V. Tekhnologicheskie aspekty kompleksnoy utilizatsii tverdykh bytovykh otkhodov metodom vysokotem-peraturnogo piroliza [Technological aspects of complex utilization of solid household waste by high-temperature pyrolysis]. Sbornik nauchnykh trudov «Aktual'nye problemy povysheniya effek-tivnosti proizvodstv mikroelektroniki» [Proceedings of research papers "Topical problems of improving the efficiency of microelectronics production"]. Moscow, 2016, pp. 71-77.

8. Gunich, S.V. Yanchukovskaya, E.V., Dneprovskaya, N.I. Analiz sovremennykh metodov pererabotki tverdykh bytovykh otkhodov [Analysis of modern methods of processing solid household waste]. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i bio-tekhnologiya, 2015, no. 2, pp. 110-115.

9. Kiselev, M.V., Shantarin, V.D. Piroliz uglerodsoderzhashchikh otkhodov s polucheniem toplivnykh goryuchikh gazov [Pyrolysis of carbon-containing wastes with the production of fuel combustible gases]. Izvestiya vuzov. Neft' i gaz, 2008, no. 3, pp. 117-119.

10. Vlasov, O.A. Mechev, V.V. Analiz raboty pechey szhiganiya otkhodov [Analysis of the operation of waste incineration furnaces]. Tverdye bytovye otkhody, 2017, no. 8, pp. 40-43.

11. Erinov, A.E., Semernin, A.M. Promyshlen-nye pechi s radiatsionnymi trubami [Industrial furnaces with radiant tubes]. Moscow: Metallurgiya, 1977. 280 p.

12. Kolibaba, O.B., Gabitov, R.N., Aksen-chik, K.V., Artem'eva, V.A. Eksperimental'noe is-sledovanie okislitel'nogo piroliza tverdykh bytovykh otkhodov [Experimental study of oxidative pyrolysis of solid household waste]. Vestnik IGEU, 2017, issue 3, pp. 14-19. DOI: 10.17588/20722672.2017.3.014.

13. Dolinin, D.A., Kolibaba, O.B., Sokol'-skiy, A.I., Gabitov, R.N. Eksperimental'noe issledo-vanie protsessa termicheskoy destruktsii tverdykh kommunal'nykh otkhodov [Experimental study of the process of thermal destruction of solid municipal waste]. Sbornik nauchnykh trudov Mezhdunarod-nogo nauchno-tekhnicheskogo simpoziuma «Pov-yshenie energoresursoeffektivnosti i ekologicheskoy bezopasnosti protsessov i apparatov khimicheskoy i smezhnykh otrasley promyshlennosti» [Proceedings of research papers of international scientific and technical academic conference "Improving the energy and resource efficiency and environmental safety of processes and devices in the chemical and related industries"]. Kirov: RGU im. A.N. Kosygina, 2021, issue 1, pp.182-186. DOI: 10.37816/eeste-2021-1-182-186.

14. Kolibaba, O.B., Sokolskiy, A.I., Gabitov, R.N. Research of the pyrolysis of municipal solid waste aimed at improving the efficiency of thermal reactors. International Journal of Energy for a Clean Environment, 2017, vol. 18, issue 2, pp. 147-160. DOI: 10.1615/InterJEnerCleanEnv.2017020368.

15. Fedorova, N.N., Val'ger, S.A., Danilov, M.N., Zakharova, Yu.V. Osnovy raboty v ANSYS 17 [Fundamentals of work in ANSYS 17]. Moscow: DMK Press, 2017. 210 p.

16. Kaplun, A.B., Morozov, E.M., Shamrae-va, M.A. ANSYS v rukakh inzhenera: Praktich-eskoe rukovodstvo [ANSYS in the hands of an engineer: A practical guide]. URSS, 2016. 272 p.

17. Shubov, L.Ya., Stavrovskiy, M.E., Shekhirev, D.V. Tekhnologii otkhodov [Waste technologies]. Moscow, 2006. 410 p.

18. Gabitov, R.N., Kolibaba, O.B., Sokol'-skiy, A.I., Grosheva, A.V. Razrabotka konstruktsii pechi dlya utilizatsii tverdykh otkhodov i otsenka effektivnosti ee raboty [Development of the design of the furnace for the disposal of solid waste and evaluation of the effectiveness of its work]. Vestnik IGEU, 2019, issue 5, pp. 23-30.

19. Glebova, A.G., Daneeva, Yu.O. Adap-tatsiya rossiyskoy energetiki k dekarbonizatsii mi-rovoy ekonomiki [Adaptation of the Russian energy sector to the decarbonization of the global economy]. Ekonomika. Nalogi. Pravo, 2021, vol. 14, no. 4, pp. 48-55. DOI: 10.26794/1999-849X-2021-14-4-48-55.

20. Kolibaba, O.B., Dolinin, D.A., Ruzanov, I.A. Ispol'zovanie tverdykh produktov piroliza v tep-lotekhnologii proizvodstva keramiki [The use of solid pyrolysis products in the heat technology of ceramic production]. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Sostoyanie i perspektivy razvitiya elektro- i teplotekhnologii» (XXI Benardosovskie chteniya) 2-4 iyunya 2021 g., Ivanovo. V 3 t., t. 2 [Proceedings of international scientific and technical conference "Current state and trends of the development of electrical and thermal technologies (XXI Benardos Readings). In 3 vol., vol. 2]. Ivanovo, 2021, pp. 267-270.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.