Корзина
Нет отзывов, добавить
+7(921)9026894
+7(921)9026894
+7(921)1851111
Оборудование и технологии для переработки отходов
Корзина
  • АРК
  • Статьи
  • Традиционные энергоносители и альтернативное топливо.

Традиционные энергоносители и альтернативное топливо.

Традиционные энергоносители и альтернативное топливо.
  1. Потребление энергоносителей в России и Западной Европе.

Производственный цикл изготовления цемента, как известно, требует значительного количества энергозатрат, составляющих более 50% от себестоимости конечного продукта, причем доля непосредственно топлива превышает половину этой величины. В цементной промышленности РФ 92%  произведенного цемента выработано на природном газе, а остальное с применением угля.

Одним из путей газозамещения в промышленности и энергетике является переход на уголь. Для сравнения, доля угля в топливно-энергетическом балансе Китая – более 80%, в странах Западной Европы – 45-55%, в США – 54%, а в России – только 15%.

Другим путем замены основных видов энергоносителей и газа в частности, является применение альтернативного топлива (т.н. RDF, SRF, АТ), полученного из различных видов отходов. Этот путь позволяет решать одновременно энергетические и  экологические проблемы утилизации отходов производства и потребления.

На сегодняшний день в странах ЕС использование АТ занимает огромную нишу в сфере утилизации отходов 3, 4 и 5 классов опасности. Они нашли применение как в ЖКХ и частных хозяйствах, так и в промышленности. В ЕС существует целое направление в мусороперерабатывающей промышленности - производство альтернативных видов топлив: RDF/SRF. На них, без ущерба для экологии, работают множество предприятий, производящих цемент, гипс и другие строительные материалы, а также вырабатывающие тепло и электроэнергию.

Следует отметить, что в ЕС существуют предприятия, применение АТ,  на которых достигает 100% от общего потребления минерального топлива.

Ситуация в европейской промышленности представлена на рис. 1 где приведена доля различных видов топлива, в общем его потреблении в странах Западной  Европы и ФРГ.

Таблица с данными

Рис.1 Доля различных видов топлива, в общем его потреблении.

 

Природный газ в промышленности ЕС используется только как резервное топливо  или как вспомогательное – для поддержки горения трудносгораемых углеродсодержащих отходов и розжига. Различные типы RDF замещают использовавшиеся ранее ископаемые виды топлива, тем самым решаются 2 важнейшие задачи: сохранность (экономия) природных ресурсов и утилизация отходов.

 

  1. Альтернативное топливо в цементной отрасли.

Применительно к цементной отрасли, прежде чем рассматривать применение АТ, следует принять во внимание ряд основных задач:

  • выбор отходов, подходящих по своим физико-химическим свойствам;
  • проведение их широкого морфологического и физико-химического анализа;
  • проведение предварительной подготовки отходов; по сути, производство альтернативного топлива (выделение топливных фракций из массы отходов, сушка, газификация и т.п.) для подачи их на горелку.

Следует учитывать производственные условия, состав сырьевых материалов и основного топлива, точки питания, используемый способ очистки отходящих газов, а также проблемы работы с данным конкретным видом АТ и требования, предъявляемые существующими правилами.

В качестве основы для получения АТ, используется широкий ряд отходов. Отходы могут быть твёрдыми, жидкими или пастообразными, что определяется их происхождением. Соответственно, для получения (извлечения) из них АТ требуется предварительная обработка, часто довольно серьезная: сепарация, измельчение, смешивание, сушка и т.п., дающая в итоге гарантии постоянства его состава и качества.

Наряду с влажностью и зольностью, важными характеристиками и параметрами топлива из отходов являются его теплотворная способность, содержание серы, хлора и тяжёлых металлов (особенно ртути, кадмия и таллия). Кроме того, необходимо, чтобы АТ обладало определенными геометрическими характеристиками, определяемыми транспортной системой подачи АТ на горелку и размером сопел самой горелки.  

Оценка пригодности АТ из отходов, как правило, базируется на   максимально допустимых концентрациях вредных веществ в отходах, выбранных к использованию.

Также, при составлении Технических условий на АТ, должны быть приняты во внимание специфические заводские аспекты, которые должны базироваться как на требованиях заводской производственной практики, так и на установленных нормах и технологических регламентах конкретного производства.

Ниже, в таблице 1, для сравнения, приведены характеристики теплотворной способности и зольности некоторых материалов, используемых в качестве АТ.

Таблица 1

Видов топлива из отходов

(опасных и неопасных)

Значения теплотворной способности  (МДж/кг)

Зольность, %

Древесина (отходы пилорам, ДСП, ж/д шпалы) при влажности 25%

приблизительно 16

До 1,5

Бумага, картон

3 – 16

До 8

Текстиль

до 40

Не опред

Пластики (первичная переработка)

17 – 40

До 2

Топливо из ТБО (RDF)

18 – 20

10 – 22

Резина/шины

приблизительно 26

7

Промышленный шлам

8 – 14

До 30

Костная мука и жиры животных

14 – 18, 27 – 32

Не опред

Мука туши животного

14 – 21,5

Не опред

Угольно-углеродные отходы

20 – 30

Не опред

Сельскохозяйственные отходы

12 – 16

До 10

Растворители, масла, отходы ЛКМ и др

20 – 36

Не опред

Топливная смесь с 85-90% горючего сланца

9,5

До 30

Шлам сточных вод (влажность > 10%)

3 – 8

До 40

Шлам сточных вод (влажность < 10% до 0)

8 – 13

До 40

2.1. Исследования и испытания.

В процессе выполнения работ по внедрению АТ на цементных заводах в качестве замены части основного технологического топлива авторами отработаны методики подготовки и анализа различных видов АТ. На часть АТ получены сертификаты соответствия и разработаны Технические условия.

На настоящий момент авторами исследованы 4 (четыре) вида АТ, на наш взгляд наиболее массовые и целесообразные для использования в современных условиях Российской Федерации:

  1. АТ, получаемое из отходов (хвостов) сортировки твердых бытовых отходов, т.н. RDF (Refuse Derived Fuel) или SRF (Solid Recovered Fuel);
  2. АТ, получаемое из железнодорожных шпал;
  3. АТ, получаемое из отработанных автопокрышек;
  4. АТ, получаемое из отходов переработки б/у автомобилей.

Исследования других видов АТ, имеющих жидкое и/или пастообразное состояние получаемых из использованных растворов, остатков красок или отработанного масла с подходящими теплотворными характеристиками будет производиться в дальнейшем, по мере необходимости.

Очень важным моментом является то, что химия одних и тех же АТ может очень серьезно различаться в зависимости от региона их образования. Так исследования АТ, произведенных из хвостов сортировки ТБО в Санкт-Петербурге и в Подмосковье, показали существенную разницу в морфологическом, химическом составе и зольности, но в то же время равные данные по содержанию хлора – около 0,8%. Это же замечание касается таких, казалось бы, однородных отходов, как ж/д шпалы.

Надо отметить, что SRF является наиболее распространенным, точнее распропагандированным альтернативным топливом в РФ. Большинство организаций, занимающихся обращением с ТБО, рассматривает возможность модернизации своих мусоросортировочных комплексов под производство SRF. SRF – единственный вид АТ, для которого сложилась рыночная цена, составляющая 1000 – 1500руб за 1т SRF с доставкой на цементный завод.

Для цементного завода в такой поставке плюс в том, что ему не нужно заниматься вопросами изготовления АТ из ТБО, он получает готовый продукт. Заводу достаточно вложиться только в систему подачи АТ на горелку и м.б. в саму горелку. При этом, SRF, в отличие от других видов АТ является неиссякаемым источником. С поставщиком АТ можно заключать контракты на годы вперед.

В таблице 2 приведены характеристики SRF, г. Санкт-Петербург, 2011г.

Таблица 2

№ п/п

Показатель

Обозначение показателя

Ед. изм.

Состояние топлива

Рабочее

Аналитическое

Сухое

1

Общая влага

wt

%

7,0-25,5

-

0

2

Влага аналитической пробы

Wa

%

-

2,5±0,1

-

3

Зольность

A

%

14,0-17,3

12,7±1,4

13±0,3

4

Выход летучих веществ

V

%

64,2-78,0

74,0±3,5

76,0±1,5

5

Низшая теплота сгорания

Qрн

ккал/кг

МДж/кг

3800-4850

15,9-20,3

4200-4450

17,6-18,6

 

6

Общий углерод

C

%

 

 

46,0±1,0

7

Общий водород

H

%

 

 

6,3±0,3

8

Азот

N

%

 

 

0,27±0,01

9

Общая сера

S

%

 

 

0,83±0,03

10

Хлор

Cl

%

 

 

0,80±0,02

11

Кислород (расчетная величина)

Od

%

 

 

39,0±1,5

12

Фтор

F

Ppm

 

 

47,0±1,5

Примечание: *Типовое значение — среднеарифметическое значение рассматриваемого параметра АТ, полученное на пробах зимнего и летнего отбора на протяжении 10 суточного отбора в каждый период.

Содержание тяжелых металлов в золе АТ для целей сертификации не приводится, т.к. их значения, учитываемые при использовании в печах, укладываются в нормативы ПДК.

Некоторые характеристики, полученные в результате выполненных исследований, представлены в таблице 3:

Таблица 3

 

АТ из хвостов сортировки ТБО

АТ, из ж/д шпал

АТ, из автопокрышек

АТ, из отходов переработки б/у автомобилей

Общая влага wt, %

7,0 – 25,5

14

 

12 - 18

Зольность, %

13±0,3

1,4

7

19 - 27%

Низшая теплота сгорания, ккал/кг

4250

 

5100

7600

2900

Общая сера, %

0,83±0,03

0,12

1%

 

Хлор, %

0,80±0,02

0,4

 

Около 1,1%

С участием авторов были проведены натурные испытания по подаче АТ в печь на одном из цементных заводов ЛО. Опыт подачи АТ, разработанного и исследованного для условий сжигания на цементной печи, при подаче на печь в течение всего 2012 года показал следующие результаты:

  • Уровни концентраций канцерогенов (бенз(а)пирена) не превышают нормативы выбросов в атмосферу и также могут считаться безопасными.
  • Значение параметров вредных выбросов в атмосферу (диоксинов и фуранов) не превышают нормативы выбросов в атмосферу и также могут считаться безопасными представлены в таблице 4.
  • Таблица 4

СУММАРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПХДД/ПХДФ В ВЫБРОСАХ С УЧЕТОМ ТОКСИЧЕСКИХ ЭКВИВАЛЕНТОВ, В ПЕРЕСЧЕТЕ НА 2,3,7,8-ТХДД

Концентрация нг ITEQ/м3

(стандартные условия)

Верхний предел выбросов (кг/ч)

Верхний предел

Нижний предел

0,0140±0,0091

0.0133±0.0086

1,80x10-9

0,0402±0,0261

0.0382±0.0248

4,16x10-10

0,0007±0,0005

0.0007±0.0005

9,05x10-11

0,0386±0,0251

0.0364±0.0237

4,43x10-10

Примечание: * Замеры осуществлялись в двух точках выбросов в разное время в процессе 72 часовых испытание по подаче RDF в цементную печь.

  • Уровни концентраций основных контролируемых загрязнителей, включая тяжелые металлы, наблюдаемые в выбросах при использовании альтернативного топлива, существенно не отличаются от соответствующих характеристик, приведенных в существующем томе ПДВ без подачи RDF;
  • Граница санитарно-защитной зоны не изменилась;
  • Качество клинкера не ухудшилось и соответствует требованиям ГОСТа.
  • Процент замещения может составлять до 35% без изменения качественных показателей производства.

В связи с тем, что потребность в АТ одной печи производительностью 60т/час составляет в среднем 20000 тонн в год, выбор вида отходов для производства АТ определяется возможностью доступа к требуемым объемам отходов.

 Очевидно, что твердые бытовые отходы (ТБО) наиболее доступны (город с населением 100000 человек может обеспечить до 20000 тонн альтернативного топлива) в любом регионе страны.

Отработанные железнодорожные шпалы могут поставляться на переработку конкретной дорогой в конкретную точку, что, как показывает практика, позволяет организовать поставку АТ потребителю, находящемуся на значительном удалении от места хранения шпал.

АТ, получаемое из отработанных автопокрышек, требует аккумулировать значительные количества автопокрышек в одной точке, (средняя потребность цементного завода составляет 2 штуки в минуту, 120 в час, 960000 штук в год), что сопряжено с большими трудностями.

Себестоимость переработки отходов наиболее низка при переработке ж/д шпал, получение альтернативного топлива из ТБО дороже, но при комплексном извлечении полезных вторичных материалов она снижается.  

Наш опыт показал, что уже сегодня, не дожидаясь каких либо специальных решений государственных органов или льгот есть решения по экономии топливо-энергетических ресурсов и снижения экологической нагрузки на природу. Необходима только воля заинтересованных сторон, то есть нас с Вами и государства.

Другие статьи