Многокомпонентное твёрдое топливо

Многокомпонентное твердое топливо (англ. multicomponent solid fuel MSF) – это разновидность искусственного энергетического твердого топлива полученного на основе использования многокомпонентных составов состоящих из горючих веществ. Как правило, в основе состава топлива используется древесно-растительная биомасса, горючие отходы органического происхождения (уголь, торф, горючие сланцы и т.п.) или их смеси. При необходимости за счет добавления других горючих отходов, вспомогательных и связующих веществ топливо может приобретать измененные (улучшенные) характеристики получение которых в однокомпонентных составах многих видов топлива не возможно. Например, с их помощью можно увеличивать теплоту сгорания, улучшать гидрофобность, стабилизацию структуру, реологические свойства (прочность, упругость, пластичность и т.п.). Процесс получения данного вида топлива, как правило, связано с предварительной подготовкой сырья к брикетированию и механической обработкой прессуемой смеси в результате чего произведенное топливо удовлетворяет основным требованиям предъявляемым к природным видам твердого топлива. Многокомпонентное твердое топливо по классификации и происхождению относится к искусственным видам топлива.

Искусственное топливо — это вид энергетического топлива, получаемый на основе использования горючих веществ, являющихся продуктом переработки природных видов топлива или побочного продукта технологической переработки. Способ происхождения данного вида топлива заключается в применении технологий переработки основанных на физико-механическом, физико-химическом или комбинированном воздействии, в результате которого обеспечивается получение твердых, жидких или газообразных соединений в виде топлива. Разработка и использование технологий получения искусственного топлива позволяет утилизировать (перерабатывать) различные производственные отходы образующиеся, в первую очередь при добыче, переработке природных видов топлива. При этом этот вид топлива, является одним из перспективных, так как позволяет получать востребованный и в большинстве случаев более дешевый товарный продукт в виде топлива, бытового и промышленного назначения.

Технологии в области энергетического использования продуктов переработки природных видов топлива, постоянно совершенствуются и развиваются в различных направлениях, что способствует появлению различных видов искусственных топлив таких как: твердые — кокс, полукокс, топливная щепа, пылевидное топливо, древесные гранулы, брикеты т. п.,; жидкие — бензин, керосин, биодизельное топливо, гомогенизированное и гидростабилизированное топливо, водо-мазутные эмульсии; и газообразные — генераторные газы, коксовый газ, газы переработки нефти и др.

По своему составу искусственное топливо принято подразделять на: однокомпонентное и многокомпонентное.

Однокомпонентное топливо подразумевает получение искусственного топлива с использованием в качестве сырья одного компонента, например получение гранулированного топлива (пиллет) применяются только древесные опилки или солома, торфобрикет — один торф и т.п..

Многокомпонентное топливо допускает использование в качестве сырья два и более компонентов, а также вспомогательные (связующие, окисляющие, стабилизирующие и др.) компоненты, использование которых позволяет обеспечивать необходимые характеристики (например, энергетические, эксплуатационные характеристики, кинетические свойства, экологические параметры, улучшать экономические показатели и т.п.). Многокомпонентное топливо находит широкое применение в производственно-хозяйственной, военно-космической и другой деятельности, например в качестве многокомпонентного твердого котельно-печного топлива, биодизельного, гомогенизированного, гидростабилизированного, ракетного топлива.

Так как для решения проблем экономии энергоресурсов и улучшения экологической обстановки, в последние годы наряду с природными видами твердого топлива все большее применение находят и искусственные виды топлива, получение которых в большей степени связано с переработкой накопленных и образующихся отходов (сельскохозяйственных, древесных, нефтесодержащих и т.п.) пригодных для получения энергии в виду приемлемых экологических показателей при их сжигании с оптимальным уровнем доступности и возобновляемости сырья.

Из искусственных видов твердого топлива широкое применение в теплоэнергетике в настоящее время находят пылевидное, гранулированное и брикетированное топливо.

Пылевидное топливо получают путем измельчения на специальных мельницах низкозольных отходов до порошкообразного состояния. Полученная топливная пыль сжигается аналогичным принципом, используемым в топочных форсунках для жидких топлив.

Технология сжигания пылевидного топлива обеспечивается комплексом необходимого оборудования состоящего из бункера, где хранят определенный запас пылевидного топлива, системы технологических трубопроводов по которым сжатым воздухом подают к установке для сжигания. Сгорает пыль с очень большим избытком воздуха, (α = 1,03…1,05), за счет чего достигается относительно высокая температура достигающая 2600°C. Чаще всего для получения пылевидного топлива используют отсев ископаемых углей и торфяную крошку, которые проходят предварительную сушку до влажности не менее 10% для углей и 14% для торфа. Основным недостатком пылевидного топлива сдерживающим его использование является склонность к самовозгоранию при хранении, кроме того с воздухом пыль образует смесь, взрывающуюся с открытым огнем. Поэтому для сжигания пылевидного топлива необходимы специальные бункеры, герметичные топочные устройства, а сжигание необходимо производить не более чем через сутки после приготовления топлива.

Гранулированное топливо (гранулы, пеллеты) представляет собой уплотненный материал в виде цилиндрических гранул диаметром 4 — 10 мм, длиной 20 — 50 мм, переработанные до состояния крупности частиц 0,1 — 3,5 мм и высушенных до влажности в пределах 8 — 10 %. Производят данный вид топлива с использованием пресса-гранулятора, который имеет плоскую или кольцевую матрицу-пресс-форму (фильеру) с вращающимися роторными вальцами. Роторные вальцы впрессовывают в многочисленные отверстия фильеры активизированное паром измельченное сырье. Продавленные гранулы через фильеру срезаются с наружной стороны специальным ножом и охлаждаются. Гранулированное топливо производится двух сортов отличающихся процентным содержанием золы. Зольность высококачественных гранул не превышает 1 %, а в целом зольность гранулированного топлива, как правило, не превышает 3 %. Теплота сгорания гранулированного топлива в зависимости от используемого сырья и сорта гранул составляет 4100 — 4700 Ккал/кг. Плотность гранулированного топлива находится в пределах 1100 — 1400 кг/м3. Для эффективного использования гранулированного топлива требуется специальные топливосжигающие установки.

Брикетированное топливо (брикет) представляет собой уплотненный материал имеющий сплошное сечение различной формы (цилиндрической, призматической, многогранной и т. п.) размером от 20 до 100 мм, длиной 30 — 1000 мм. Для производства этого вида топлива используется переработанное сырье до состояния крупности частиц 0,2 — 5 мм и предварительно высушенное до влажности в пределах 6 — 12 %. Размер и форма брикетов определяется формой матрицы, с учетом типов топок и установок в которых оно будет сжигаться, а при автоматизации процессов загрузки топлива − способом подачи брикета в топку. Зольность качественного брикетированного топлива не превышает 10 %, а влажность не выше 15%, при этом топливо легко воспламеняется в топках, отличается хорошей механической прочностью и стабильностью качественных параметров при транспортировке и хранении.

Производят как правило данный вид топлива с использованием штемпельных, ударных, гидравлических прессов и прессов экструдеров.

В настоящее время особый интерес вызывает многокомпонентного твердого топлива с использованием углеродсодержащих, древесных и сельскохозяйственных отходов использование которых находит применение при сжигании в отопительных установках различной мощности локальных системах теплоснабжения, а также в теплогенерирующих установках средней мощности, используемых например, в сельском хозяйстве для сушки зерна, приготовления кормов, а также в других отраслях для различных целей. Компонентная комбинация топлива на основе смеси древесных и вязких нефтесодержащих отходов (MSF), позволяет получать твердое топливо с использованием образующихся на предприятиях вязких углеводородсодержащих и древесных отходов. Разработанное MSF топливо обеспечивает сжигание используемых в нем горючих материалов с выделением заданных теплотехнических характеристик (18 — 26,8 МДж/кг), при этом оно удовлетворяет требования транспортировки и хранении, обеспечивая сохранение свойств и качественных характеристик горючей массы. Для определения оптимального компонентного состава получаемого многокомпонентного топлива (MSF) используются данные химического состава компонентов используемых в топливе и обрабатывается с помощью эмпирического уравнения зависимости.

Энергетическое использование древесно-растительных отходов является обширным направлением в утилизации этой группы отходов.

Основными источниками образования этих отходов являются различные деревоперерабатывающие, лесопромышленные и сельскохозяйственные предприятия. Древесно-растительные отходы образуются в большом количестве практически на всех стадиях технологического процесса: лесозаготовки, лесопиления, деревообработки, уборки и переработки сельскохозяйственных растительных культур.

По химическому составу древесно-растительные отходы относятся к углеводородкислородсодержащим отходам и являются побочным материальным ресурсом и по своим свойствам, химическому составу могут быть использованы в переработке в том числе в качестве топлива.

Образующиеся углеводородкислородсодержащие отходы принято классифицировать по:

v сортименту исходного сырья (отходы пиломатериалов, отходы соломы, древесно-кустарниковой растительности, шелуха и т.п.);

v породам (хвойная, лиственная, солома, костра);

v влажности (сухие до 15 %, полусухие 16–30 %, влажные 31 % и выше, сверхвлажные 100 %);

v форме и размеру частиц (кусковые, мягкие, пылевидные);

v стадийности обработки (первичные, вторичные).

Теплофизические свойства определяются теплотой сгорания, влажностью, химическим составом, количеством летучих веществ, твердого углерода, золы и т. д. Например, древесина в рабочей массе содержит до 50,0 % углерода, 6,1 % водорода и 42,3 % кислорода, и небольшое количество, не превышающее 0,05 %, серы. Целесообразность использования древесно-растительных отходов в качестве топлива определяется тем, что данный вид сырья является возобновляемым местным ресурсом с приемлемыми энергетическими показателями.

Рассматривая отходы растениеводства (солома, лузга подсолнечника, риса, гречки, проса, кукурузная кочерыжка и т.п.) интерес к которым в настоящее время возрастает, следует отметить, что к основным отличиям и определенным преимуществам относится наличие невысокой влажности исходного сырья, хотя в ряде случаев по теплоте сгорания отходы растениеводства уступают топливу полученному их древесных отходов. Однако из сложившего опыта и проведенных исследований стоит учитывать, что кроме лузги подсолнечника, использование других видов отходов растениеводства в качестве топлива сопряжено с рядом трудностей, обусловленных в первую очередь их химическим составом.

Одной из проблем комплексного использования древесно-растительных и сельскохозяйственных отходов является организация эффективной переработки низкосортного сырья, имеющего повышенную влажность или не нашедших по разным причинам (окисление, изменение внешнего вида, засорение примесями и т. п.) технологического применения.

Однако ряд трудностей, в том числе экологических, удается решать за счет оптимизации многокомпонентных составов и использования компонентов обеспечивающих необходимые задаваемые характеристики. Основной концепцией получения многокомпонентного твердого топлива является эффективное энергетическое использование местных видов сырья, биоресурсов и горючих отходов не нашедших технологического применения в других технологиях. При этом современный уровень исследований достигнутый учеными позволяет использовать для производства топлива как различные коммунально-бытовые отходы, так и отходы животноводства, ткацких и кожевенных производств, угольно-торфодобывающей промышленности.

Источник: Википедия