Введение к работе
Актуальность работы. Развитие ресурсосберегающих технологий и инвестиции в энергосбережение, с экономических, экологических и социальных точек зрения, имеют преимущество перед наращиванием объёмов добываемых энергоресурсов.
Существующая экологическая напряженность в добывающих и перерабатывающих регионах страны во многом связана с местами складирования твердых горючих отходов, которые, теряя свою энергетическую и экономическую ценность, нарушают окружающую природную среду. Так, в 2007 году при переработке энергетических углей образовалось 156 тыс. т шлама и 7516 тыс. т отсева, коксующихся углей – 377 тыс. т шлама и 2023 тыс. т отсева. Ежегодно лесопромышленный комплекс России перерабатывает более 300 млн м3 древесины при этом образуется около 150 млн м3 пригодных для использования древесных отходов. Освоение этих локальных техногенных месторождений с получением облагороженных топливных ресурсов осуществимо с применением мобильных перерабатывающих установок на основе технологии брикетирования.
Ведущими научными организациями в области обогащения и брикетирования углей является: ИОТТ, ФГУП Институт горючих ископаемых, МГГУ.
Большой вклад в исследование технологий брикетирования внесли ученые России, в их числе: С.С. Будаев, Ю.В. Шувалов, В.И. Косов, Ю.А. Нифонтов, В.А. Рубан, А.Р. Молявко, Н.С. Егоров, А.Е. Молчанов и др. Совершенствование ресурсосберегающих технологий, на основе способов брикетирования, имеет важное народнохозяйственное значение в достижении поставленных задач “Энергетической стратегии развития России до 2020 года”.
Существующие методы термического брикетирования, окомкования, гранулирования твердых горючих отходов дорогостоящи, трудоёмки и требовательны к качеству исходного сырья. Поэтому наиболее перспективным и универсальным способом является экструдерное брикетирование с применением связующих материалов. Состав и рецептура приготовления топливных брикетов должны изменяться в зависимости от исходных материалов и назначения топлива. Размещение брикетных установок производительностью от 6 до 18 тыс. т брикетов в год производится на основе оценки наличия объёмов сырья и рынков потребления брикетного топлива.
Цель работы – снижение нагрузки на окружающую среду и ресурсосбережение традиционных видов топлива при использовании малоликвидных твердых горючих отходов.
Основная идея работы: производство тепловой энергии целесообразно обеспечивать за счет новых видов топлива, получаемого при облагораживании твердых углеродсодержащих материалов.
Основные задачи работы:
разработка новых видов топлива на основе переработки твердых углеродсодержащих отходов;
установление зависимости изменения нагрузки на окружающую среду при получении тепловой энергии с использованием разных видов горючих материалов;
разработка оптимальных параметров горючих смесей на основе твердых горючих углеродсодержащих отходов.
Научная новизна работы:
- установлена зависимость экологической нагрузки на окружающую среду от себестоимости выработки тепловой энергии и теплотворной способности топлива;
- определена зависимость изменения нагрузки на окружающую среду при получении тепловой энергии от использования разных видов горючих материалов
Основные защищаемые положения:
-
Рациональное использование углеродсодержащих горючих отходов добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности может быть достигнуто на основе приготовления котельно-брикетного топлива с добавками связующего вещества (глина) 5-7%, активизатора горения (сухой спирт) – 10-15 %.
-
Оптимальный состав брикетного топлива для бытовых нужд обеспечивается добавлением в угольные брикеты низкокалорийных биотоплив (отходы лесного и сельскохозяйственного производства), в соотношении 1/3, снижающих удельные выбросы в окружающую среду СО2 на 26% и создающих допустимую теплоту сгорания топлива.
-
Экологическая нагрузка на окружающую среду в виде удельных выбросов загрязняющих веществ при сжигании углеродсодержащих твердых и жидких топлив определяется установленной экспоненциальной зависимостью от их теплотворной способности и себестоимости выработки тепловой энергии.
Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплекса методов исследований, включающего анализ топливно-энергетического баланса страны с определением рациональных путей развития ресурсосберегающих технологий и влияния топливно-энергетического комплекса на окружающую среду; анализ методов переработки твердых горючих отходов с целью получения тепловой энергии; патентно-информационный анализ существующих рецептур и составов брикетного топлива; экспериментальные исследования элементов технологического процесса производства новых видов окускованного топлива; физико-механическая оценка свойств полученных опытных образцов; математическая обработка данных современными компьютерными программами («Котельные» (Версия 3.4), УПРЗА Эколог 3 и др.).
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных методов анализа, привлечением статистических данных угольной отрасли, близкой сходимостью результатов моделирования и теоретических исследований с практическими результатами в области брикетирования, актами внедрения на угольной шахте города Шураб (Республика Таджикистан) и ООО “СевМорТех” (г. Санкт-Петербург) результатов научных исследований, а также справкой об использовании результатов научно-исследовательской работы ОАО “Воркутауголь”.
Практическая значимость работы:
- разработана классификация российских предприятий по объёмам образования твердых горючих отходов и их качественному составу, а также определены прогнозные рынки сбыта облагороженного коммунально-бытового топлива;
- произведен анализ рациональных систем подготовки и переработки углеродсодержащих материалов;
- даны рекомендации по выбору технологических решений, принципиальной схемы, технологического оборудования производственного модуля по переработке твердых горючих отходов;
- разработаны рецептуры и составы топливных брикетов на основе твердых горючих отходов производства;
- произведена оценка эколого-экономической эффективности создания предприятия – объекта переработки твердых горючих отходов.
Личный вклад автора работы заключается в разработке методики исследований, участии в проведении основной части экспериментальных исследований, в разработке рецептур приготовления и составов топливных брикетов, в разработке технологии брикетирования угольного отсева со связующими материалами и модификаторами, в проведении эколого-экономического расчета эффективности применения технологии утилизации и сжигания твердых горючих отходов.
Апробация работы. Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 20 международных, российских научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, выставках, в том числе: Ежегодная научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 2005 - 2008 гг.), «Неделя горняка» (МГГУ, г. Москва, 2005 -2008 гг.), Научно-практическая конференция в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша. 2005 г., 2006 г.), LVI Международный форум горняков и металлургов (Фрайберг, Германия. 2006 г.), Международная выставка-конгресс «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г. Санкт-Петербург. 2005 г., 2006 г.), Международная выставка “ВейстТек 2007” (г. Москва), где научные разработки были отмечены сертификатами, дипломами, серебряными и бронзовыми медалями.
Реализация результатов работы. Акт промышленного внедрения результатов научной деятельности на шахте №8 АООТ “Ангишт” (г. Шураб, Таджикистан), акт промышленного внедрения результатов научной деятельности ООО “СевМорТех” (г. Санкт-Петербург, Россия), справкой об использовании результатов научно-исследовательской работы ОАО “Воркутауголь” (г. Воркута, Россия).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 25 научных трудов, в их число входят 11 статей в ведущих рецензируемых научных изданиях Российской Федерации, 3 зарубежные публикации, соавторство в 2-х монографиях и 9 статей в сборниках материалов по итогам международных и всероссийских конференций. Получено 2 патента на изобретение по теме диссертации.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 165 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 47 таблиц и список литературы из 120 наименований.
Похожие диссертации на Ресурсосберегающие технологии получения тепловой энергии на основе использования твердых горючих отходов углеродсодержащих материалов
