WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Никулин Андрей Николаевич

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Юрий Васильевич Шувалов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Генрих Александрович Холодняков,

кандидат технических наук

Татьяна Николаевна Митрофанова

Ведущая организация: ОАО “Гипрошахт”

Защита диссертации состоится 25 июня 2008 г. в 15 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 23 мая 2008 года.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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:

  1. 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 %.
  2. 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.
  3. 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.

Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, заслуженному деятелю науки РФ, профессору, доктору технических наук Ю.В. Шувалову за внимание, помощь и поддержку, оказываемые в процессе выполнения работы, директору шахты №8 АООТ “Ангишт” Р.А. Азимову, руководителям ООО “СевМорТех” А.П. Ефимову и В.В. Соколову за помощь в проведении исследований и их реализации на производстве, главному специалисту ОАО НПК “Механобр-Техника” Ю.Ю. Александрову за консультации при написании работы.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  1. 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% и активизатора горения (сухой спирт) 10-15 %.

В результате добычи и обогащения каменных углей образуется значительное количество твердых и жидких углеродсодержащих отходов (шлам, отсев) складирующихся в отвалах и шламохранилищах. Утилизация и переработка этих отходов имеет высокую экологическую значимость наравне с возможностью создания ресурсосберегающих технологий.

Современным подходом на новом технологическом уровне является брикетирование твердых углеродсодержащих отходов с целью получения высококалорийного облагороженного топливного брикета предназначенного для сжигания в котлах производительностью менее 30 т пара в час (менее 20 Гкал в час) или в коммунально-бытовых котельных.

Перспективность производства брикетов подкрепляется тем, что по своим качественным характеристикам шламы не уступают добываемым углям. Анализ угольных шламов на ОАО “Воркутауголь” показывает, что они на 50% состоят из мелкозернистых частиц класса (d= 0-0,1 мм) и при этом имеют высокую теплотворную способность (8347 Ккал/кг) с зольностью 22,2 %.

Технология брикетирования мелкодисперсных углеродсодержащих отходов включает в себя: выбор брикетного пресса; подготовку компонентов шихты по влажности и фракционному составу; подбор связующих материалов; определение оптимального состава шихты; организацию процесса сушки брикетов-сырцов (определение времени и температуры обработки); выбор оптимальной формы и размеров брикетов.

Выполненный анализ энергозатрат на формообразование в различных условиях брикетирования позволил определить рациональный метод и основные технологические приёмы прессования. Учитывая эффективность приложения усилий формования методом бесконечного клина и более низкую его энергоемкость, предлагается использовать для брикетирования угольного шлама экструдерный пресс.

Проведенные экспериментальные лабораторные исследования процесса структурообразования брикета показали, что необходимо соблюдение следующих параметров технологического процесса:

1) оптимальный фракционный состав угольной шихты находится в пределах от 0 до 1,25 мм с максимальным размером частиц 2,5 мм;

2) соотношение длины и диаметра брикета определяются зависимостью:, где l – длина брикета, а d – внешний диаметр;

3) универсальным связующим материалом является кембрийская глина, в 6%-ом по массе содержании в брикете;

4) оптимальное влагосодержание шихты при формовании экструдерным прессом – 9-11%;

5) термическая обработка брикетов-сырцов проводится при t=100-150°C в течение 60-80 мин.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»