Переробка і продукти переробки твердого палива

Паливом називають існуючі в природі чи штучно отримані речовини, що є джерелом теплової енергії та сировиною для хімічної промисловості.

Роль палива в народному господарстві країни велика і весь час зростає, так як бурхливий розвиток промисловості органічного синтезу – виробництво пластичних мас, хімічних волокон, синтетичних каучуків, барвників, розчинників і т. д. – вимагає величезної кількості вуглецевої сировини, яка утворюється в результаті хімічної переробки різних палив.

Усі палива можна розділити за агрегатним станом на тверді, рідкі та газоподібні, а за походженням – на природні та штучні.

Природне паливо:

тверді – вугілля, деревина, сланці, торф;

рідкі – нафта;

газоподібні – природні та попутні гази.

Штучне паливо одержують головним чином під час переробки природного палива. Тверде штучне паливо – кокс, напівкокс, деревне вугілля; рідке – бензин, гас, нафта та ін; газоподібне – генераторні гази, коксовий газ, гази переробки нафти та ін.

Якщо нафта і природний газ є основним джерелом насиче­них і ненасичених вуглеводнів, то відносно ароматичних вугле­воднів, безсумнівно, перевага належить вугіллю. Це тверде паливо посідає важливе місце в розвитку промисловості органічного синтезу як постачальник хімічної сировини. Його природні за­паси набагато перевершують запаси нафти і природного газу. В Україні вугледобування зосереджено в трьох басейнах: Донецькому та Львівсько-Волинському кам'яновугільних басейнах, Дніпровському буровугільному басейні.

Вугілля – це тверда горюча копалина органічного по­ходження, що утворилася з вимерлих рослин і планктону в результаті діяльності мікроорганізмів.

Масова частка вільного вуглецю у гірській породі доволі незначна (10 % у кам'яному вугіллі, кілька відсотків у бурому вугіллі). Викопне вугілля складається переважно із складних циклічних органічних сполук, що містять елементи: Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Сульфур, домішки неорганічних речовин (золу) та вологу. Масова частка золи та вологи може досягати 50 % і більше.

Основним способом переробки кам'яного вугілля є коксу­вання. Цей процес здійснюється на коксохімічних заводах, де вугільна шихта переробляється в спеціальних камерах за температури до 1000—1200°С. Камери відокремлені одна від одної опалювальними простінками, в каналах яких спалюють газоподібне паливо (коксовий або доменний газ) для підтри­мання високої температури. Кілька десятків таких камер утво­рюють батарею коксових печей. Під час нагрівання органічних речовин, що входять до складу кам'яного вугілля, зазнають складних хімічних перетворень, утворюючи леткі продукти, що збираються у газозбірнику. В камерах залишається кокс – твердий пористий матеріал, що складається з вуглецю та золи. Після завершення коксування кокс подають до башти гасіння, де його зрошують водою. Кокс використовують у металургійній промисловості як відновник для добування заліза з руд.

Під час охолодження летких продуктів конденсуються кам'яно­вугільна смола, аміачна вода і залишаються газоподібні речовини – коксовий газ.

Серед усіх видів твердого палива найбільш поширеним і доступним у нашій країні є деревина та її похідні (дрова, тріска, тирса, брикети, пелети та ін.). Деревина є єдиним швидко відновлювальним і екологічно чистим видом твердого палива.

Дрова – це деревина, яка після заготовки розпилюється на потрібний розмір, складується для просушування і згодом використовуються для спалювання в котлах.

Головна перевага цього палива – його доступна ціна. Головний мінус – це досить значні трудовитрати, пов'язані з обробкою, вантаженням, складуванням і транспортуванням до обладнання.

Деревні брикети – це пресована деревина та відходи деревообробки, що виробляється промисловим сектором.

Брикети можуть бути різних розмірів і форм. Це паливо має досить велику вагу на одиницю об'єму, завдяки чому воно є дуже зручним для транспортування та складування. Витрата палива невелика і порівнянна з вугіллям, але при цьому не має недоліків вугілля: при спалюванні брикетів залишається не шлак, який потрібно утилізувати, а звичайна зола (зольність невелика – 7-10%), яку можна використовувати в якості досить ефективного добрива.

Деревина як паливо характеризується високим виходом летких горючих речовин, незначним вмістом золи, а також відсутністю сірки – основного корозійного компонента димових газів. Теплота згоряння становить у середньому 18,67 МДж / кг (4460 ккал / кг).

Такі характеристики дуже вигідні як з точки зору ефективності в експлуатації, так і з екологічної точки зору, оскільки спалювання деревини є найменш шкідливим для навколишнього середовища, а при використанні сучасних моделей котлів (котлів тривалого горіння і піролізних котлів), які спеціально спроектовані для роботи на дровах, дають можливість користуватись дешевим та ефективним опаленням та гарячим водопостачанням.

Головними недоліками переважної більшості котлів, що працюють на традиційному твердому паливі є те, що вони потребують постійного нагляду за топковою камерою і ручного завантаження палива.

Ці недоліки відсутні в моделях твердопаливних котлів з автоматизованим процесом завантаження палива. Для такого устаткування потрібно спеціально підготовлене паливо – пелети (в деяких моделях може використовуватись дрібна деревна стружка, тирса).

Пелети – це спеціальне паливо, сформоване в зручну для транспортування, зберігання та застосування форму, яке зазвичай використовується для автоматичної подачі в опалювальне устаткування.

Варто зауважити, що це єдиний вид твердого палива, який за 15 років свого розвитку вийшов на рівень автоматизації порівнянний за комфортністю з газовим і електричним опалювальним обладнанням.

Пелети виготовляються промислово з відходів деревообробки і сільськогосподарського виробництва (деревина, солома, лушпиння соняшникового насіння, виноградна вичавка і лоза тощо) у вигляді спресованих гранул.
Це паливо виготовляють без застосування будь-яких хімічних добавок, воно має найбільший емісійний клас з екології і відповідає всім європейським екологічним нормам.

Зольність цього палива складає 0,5-1%, тобто, спалюючи 1 тонну пелет, на виході залишається до 10 кг золи.

Теплотворна здатність пелет в середньому складає 17,5 МДж (4177 ккал/кг). Інші види палива можуть володіти більш високою теплотворною здатністю, але завдяки відносно невисокій ринковій вартості пелет, вони є одним із найбільш вигідних видів палива.

Зазвичай розміри гранул складають 6-15 мм в діаметрі і 10-40 мм у довжину, залежно від сировини та технології виробництва пелет. Це дозволяє автоматизувати процес подачі палива в пелетний котел за допомогою шнека з накопичувального бункера, що дає можливість працювати побутовим котлам на одному завантаженні пелет протягом досить тривалого часу.

Наприклад, пелетний котел на 24 кВт, обладнаний бункером на 240 літрів, при повному завантаженні може працювати цілий тиждень. Безперервну роботу котла на одному завантаженні можна збільшити за рахунок використання бункера більшого об'єму або застосування спеціальної системи подачі.

Пелети мають високу щільність і калорійність, завдяки чому витрати цього палива не великі і воно не потребує багато місця для зберігання. Орієнтовно 1 тонна пелет займає об’єм 90х90х180 см. Приміщення для зберігання цього виду палива має бути достатньо сухим, оскільки пелети мають вологість до 9% і дуже гігроскопічні.

Пелетні котли разом із додатковим обладнанням коштують дорожче класичних твердопаливних котлів у 2-3 рази. Але практично повністю автоматизований процес роботи пелетного котла і необхідність дозавантаження палива лише раз на тиждень – вагомі аргументи на користь цього виду опалювальних пристроїв.

Торф є найменш сформованою формою вугілля, що досить сильно зберегла риси рослинного походження і складається з води (до 90%), Карбону (5%) та летких сполук (5%). Залягає він переважно на болотах.

У помірному кліматі середньорічна швидкість росту торфу на болотах 0,55-1,0 мм, а на верхових болотах – 1-2 мм. У тропічному кліматі вона значно вища. Фахівці вважають, що необхідно 300 років для утворення торф'яного шару завтовшки 9 метрів.

Поклади торфу в Україні поширені, головним чином, у західних, північно-західних та північних областях. Сьогодні виявлено понад 2500 родовищ торфу із запасами понад 2260 млн.т., з яких вироблено понад 45 % розвіданих запасів. Торф'яники займають площу близько 10 000 км².

Можливе використання торфу в якості палива на теплоелектростанціях, та для побутових потреб.

Торф розробляють відкритим способом, тому його видобування пов'язане з негативним впливом на довкілля. На існуючих в Україні торфопереробних заводах є достатні потужності для суттєвого збільшення видобутку кускового торфу для безпосереднього використання як палива, фрезерного торфу як сировини для газифікації та брикетування торфу для забезпечення населення місцевим паливом. Але останній вважається низькоефективним завдяки великому вмісту води.

Торф використовується не тільки як паливо. Він є цінною сировиною для хімічної і біохімічної промисловості, медицини, машинобудування, будівництва і ряду інших галузей. Так, наприклад, з торфу отримують білкові продукти, жири, вітаміни, барвники, цінний віск для особливо точного лиття, виготовлення мастил для полірування хромованих і нікельованих виробів, просочення паперу, шкіри, дерева, у виробництві олівців і косметики.

Горючі сланці – цінний вид палива й хімічної сировини, що складається з органічної (від 10-30 до 50-70%) і мінеральної (глинистої, кременистої та ін.) масових частин.

Вони утворюються на дні морів, лагун, озер як результат осадження глинистих часток, карбонатної речовини й сапропелевого мулу з органічними залишками (планктони, вищі рослини) в умовах обмеженої циркуляції води й повітря.

Горючі сланці застосовують у різних галузях народного господарства:

– енергетиці;

– хімічній промисловості;

– виробництві будівельних матеріалів;

– сільському господарстві;

– дорожньому будівництві.

Використання сланців як палива в електроенергетиці різних країн дотепер не знаходило застосування, за винятком Естонії та Росії. Електростанції створені російськими фахівцями на середньокалорійних сланцях (теплота згоряння 8–

9 МДж/кг).

Сланці спалюють у кусковому й пилоподібному вигляді. Останній варіант найбільш прогресивний і реалізований на Балтійській й Естонській теплоелектростанціях (ТЕС), оснащених спеціально спроектованими казанами для факельно-пилового спалювання. Найкращі результати були досягнуті на Естонській ТЕС, де витрата умовного палива в 1989 р. становила близько 409 г у.п. /(кВт ^. год).

Паливна складова собівартості електроенергії близько 60%. Проектна електрична потужність енергоблоків із двокорпусними казанами становить

200 МВт, параметри пари − 13,8 МА й 540 ^оС. ККД такої ТЕС становить близько 30%. Однак практично ці показники ще гірше, оскільки внаслідок специфічних фізико-хімічних властивостей сланцевого палива відбуваються часті змушені зупинки устаткування. Його тривалі поточні й капітальні ремонти пов’язані із значними затратами.

Забруднення поверхонь нагрівання котлоагрегатів знижує їхню теплову ефективність й обмежує паропродуктивність. Так, через місяць після планового ремонту потужність енергоблока знижується з 200 до 180 МВт. До того ж на ремонт казана витрачається 0,6 кг металу на 1 т спаленного сланцю.

Більші ускладнення створюють також значні викиди в атмосферу SO₂ – до 10 г/(кВт ^. год) – і сланцевого пилу, незважаючи на ефективну роботу електрофільтрів.

Технологія спалювання палива в “киплячому” шарі при атмосферному тиску, що розвивається в останні двадцять років, принципово дозволяє використовувати горючі сланці будь-якої калорійності із задовільними екологічними показниками. Однак така технологія обмежує одиничну потужність казана та недостатньо ефективна. Зокрема, вона виключає можливість застосування парогазового циклу.

У 1970−1990 рр. була створена й освоєна в промисловому масштабі піролітична технологія переробки горючих сланців, що дозволила розглядати сланці Qir ≥ 3800 кДж/кг як цілком прийнятне джерело палива для ТЕС, при чому ККД таких станцій може перевищувати ККД ТЕС, що працюють на якісних вугіллях при тих самих параметрах пари. Технологія реалізується при наближеному до Атмосферного тиску.

Дата добавления: 2015-05-26