Разработка композитного топлива из торфа и низкореакционных углей для использования в промышленной теплоэнергетике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Евтушенко, Евгений Анатольевич

• Евтушенко, Евгений Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Евтушенко, Евгений Анатольевич

Введение.

1. Разработка схемно-параметрических решений по новой технологии получения искусственного жидкого и твердого топлив.

1.1. Принципы технологии искусственного композитного жидкого и твердого топлив.

1.2. Схемно-параметрические решения реализации технологии.

1.2.1. Насос кавитирующего режима (диспергатор-кавитатор).

1.2.2. Циклическая переработка материала.

1.2.3. Подготовка твердого топлива в ротационных быстроходных мельницах ударно-сдвигового типа (дезинтеграторах).

1.3. Технологический модуль производства искусственного композитного топлива.

1.4. Выводы.

2. Методика комплексного исследования свойств и сжигания искусственного композитного топлива на базе торфяного геля и низкореакционных углей.

2.1. Основные цели методики исследования.

2.2. Структура методики.

2.2.1. Исследование исходных компонентов.

2.2.1.1. Лабораторное исследование угля по ГОСТ.

2.2.1.2. Лабораторное исследование торфа по ГОСТ.

2.2.1.3. Лабораторное исследование нефтепродуктов.

2.2.1.4. Размол угля, исследование гранулометрического состава порошка.

2.2.2. Получение ВУС (водоугольной суспензии) и исследование ее свойств.

2.2.3. Исследование стабильности ВУС.

2.3. Получение ИКЖТ с добавкой нефтепродуктов.

2.3.1. Кавитирование системы.

2.3.2. Наблюдение за стабильностью системы.

2.3.3. Введение добавок.

2.4. Исследование ИКЖТ.

2.4.1. Исследование топливных свойств ИКЖТ.

2.4.2. Исследование реологических свойств ИКЖТ

2.4.3. Опытное сжигание ИКЖТ.

2.5. Исследование теплотехнических свойств ИКТТ.

2.5.1. Производство ИКТТ.

2.5.2. Технические характеристики ИКТТ.

2.5.2.1. Механические характеристики (прочностные свойства).

2.5.2.2. Гидрофобные свойства.

2.5.2.3. Теплотехнические свойства ИКТТ

2.6. Обобщенные характеристики ИКТТ.

2.7. Дериватографические исследования ИКТТ.

2.8. Сжигание ИКТТ.

2.8.1. Постановка задачи.

2.8.2. Экспериментальная установка по определению времени выгорания гранул ИКТТ.

2.8.3. Измерение температуры поверхности горящей частицы пирометрическим методом.

2.8.4. Факторное планирование эксперимента.

2.9. Выводы.

3. Результаты исследования.

3.1. Исследование исходных компонентов.

3.2. Размол твердых компонентов. Гранулометрический состав порошка.

3.3. Технические свойства ИКЖТ.

3.4. Результаты реологических исследований.

3.5. Сжигание ИКЖТ.

3.5.1. Сжигание ИКЖТ на демонстрационной опытно-промышленной установке.

3.5.2. Сравнительный анализ результатов сжигания ИКЖТ.

3.6. Исследование теплотехнических свойств ИКТТ.

3.6.1. Производство ИКТТ.

3.6.2. Технические характеристики ИКТТ.

3.6.2.1. Механические характеристики ИКТТ.

3.6.2.2. Гидрофобные свойства ИКТТ.

3.6.2.3. Теплотехнические свойства ИКТТ.

3.7. Обобщенные характеристики ИКТТ.

3.8. Дериватографическое исследование ИКТТ.

3.9. Экспериментальное исследование сжигания гранул ИКТТ в лабораторной электрической печи.

ЗЛО. Сжигание гранул ИКТТ в водогрейном котле.

3.11. Выводы

4. Технико-экономическая оценка технологии производства искусственного композитного твердого топлива.

4.1. Инновационный проект производства ИКТТ.

4.2. Методические положения по оценке эффективности инвестиционных проектов.

4.2.1. Инвестиционный проект и инвестиции.

4.2.2. Эффективность инвестиционных проектов.

4.3. Сущность и назначение инвестиционного проекта производства ИКТТ.

4.3.1. Потребность, сфера применения, рынок сбыта твердого топлива на примере Новосибирской области.

4.4. Экологический анализ ИКТТ.

4.5. Расчет экономической эффективности строительства цеха по производству брикетов ИКТТ.

4.5.1. Расчет инвестиционных вложений.

4.5.1.1. Расчет капитальных вложений на приобретение, изготовление и установку технологического оборудования цеха по производству топливных брикетов.

4.5.1.2. Расчет полных затрат на возведение здания.

4.5.1.3. Расчет нематериальных активов.

4.5.1.4. Расчет амортизационных отчислений основных средств и нематериальных активов.

4.5.1.5. Годовые эксплуатационные расходы.

4.5.1.6. Показатели оценки эффективности проекта

4.6. Расчет экономической эффективности производства ИКЖТ

4.6.1. Расчет дополнительных нематериальных затрат и амортизационных отчислений.

4.6.2. Годовые эксплуатационные расходы.

4.6.3. Показатели оценки эффективности проекта.

4.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка композитного топлива из торфа и низкореакционных углей для использования в промышленной теплоэнергетике»

Возвращение к широкому использованию угля в качестве основного энергетического ресурса неизбежно в недалеком будущем в связи с истощением легкодоступных месторождений нефти и газа.

От 70 до 90% мировых запасов органического топлива приходится на уголь, их извлекаемость составляет 30.60% [1].

Производство тепловой энергии из угля значительно дешевле, чем из природного газа и нефти. В ряде развитых стран поддерживается тенденция к росту объемов потребления угля с ростом валового национального продукта. Доля угля в производстве электроэнергии разных стран мира в 2000 г. составила: Польша - 96%, ЮАР - 88%, Австралия - 86%, Китай 86%, Индия - 75%, Чехия - 73%, Греция - 70%, Дания - 59%, США - 56%, Германия - 51% [1]. В России, с учетом коммунального хозяйства, для выработки тепловой и электрической энергии используется только 45% добываемых углей.

Возвращение к угольным технологиям сопровождается увеличением интереса к низкосортным топливам, как более дешевым и доступным. Вместе с тем, неравномерное распределение угольных месторождений по территории РФ ведет к тому, что, в основном, добыча угля и проблемы, связанные с его переработкой и транспортировкой, ложатся на плечи сибирских регионов. Достаточно отметить, что на европейскую часть СНГ приходится 25%, а на азиатские регионы 75% запасов углей [2, 3]. В угледобывающих регионах, например в Кузбассе, сосредоточены значительные запасы некондиционных топлив [4, 5, 6]: угольных отсевов, мелочи, отходов обогатительных фабрик, технологических шламов. Введение в энергетический оборот этих ресурсов требует, однако, развития новых технологий их переработки.

Одной из современных проблем является проблема стоимости транспортировки энергоносителей [7]. В табл. В Л дана относительная стоимость транспортировки различных энергоносителей. За единицу принят транспорт единицы энергии природного газа по трубопроводу на расстояние 1000 км.

Таблица В. 1

Относительная стоимость единицы транспорта энергоносителей

Расстояние передачи, км Относительная

Энергоноситель Вид транспорта удельная стоимость транспорта

Нефть Танкер 80 000 т 6 000 0,14

Нефть Трубопровод 600 мм 1 500 0,32.0,47

Продукты нефтепереработки Танкер 5 000 т 1 000 0,65

Продукты нефтепереработки Речной танкер 600 т 500 1,32

Продукты нефтепереработки Трубопровод 1 млн. т/год 1 000 1,62

Продукты нефтепереработки Ж.д. вагоны 40 т 500 2,32

Продукты нефтепереработки Автоцистерны 30 т 500 4,87

Каменный уголь Морской транспорт 6 000 0,25

Каменный уголь Речной транспорт 500 0,93

Каменный уголь Поезд - вертушка 500 1,0

Каменный уголь Пульпопровод 200 1,17

Каменный уголь Обычный поезд 300 2,55

Жидкий газ Танкер 7 500 0,65

Природный газ Трубопровод 1 000 1,0

Электроэнергия Воздушная линия 200-250 кВ 500 2,33.6,99

Ядерное топливо Речной или ж.д. транспорт 1 000 0,04

Транспортные затраты в настоящее время составляют значительную долю стоимости топлива "франко-бункер", поэтому они не могут не касаться непосредственно проблемы использования топлива.

Общее потребление угля, например, в Новосибирской области в 2000 г. составило 5902 тыс. т.у.т., из них каменного угля в котельных 1649,9 тыс. т.у.т., бурого угля - 55,8 тыс. т.у.т. Население потребляет около 530 тыс. т.у.т. кузнецких углей марок ДР, ГД-Р, Г-Р, разницу потребляют Новосибирские ТЭС [8]. Все это топливо ввозится из Кузбасса, а небольшое количество (бурые угли) из Красноярского края. Доставка осуществляется по железной дороге, что само по себе является дорогим способом {табл. В.1). В общей средневзвешенной цене угля 675 руб./т.у.т. транспортная составляющая доходит до 120 руб./т (январь 2002 г.).

На территории Новосибирской области имеются собственные месторождения углей.

Во-первых уникальное угольное Листвянское месторождение (Горлов-ский бассейн). Бассейн расположен на правобережье р. Оби в пределах Черепа-новского, Искитимского и Тогучинского административных районов. Ближайшие к Новосибирску месторождения находятся в 40 км к юго-востоку от города. Бассейн ориентирован с юго-запада на северо-восток и имеет протяженность около 120 км при ширине 2.8 км [9]. Основные разрезы находятся в Листвянке. Угли Горловского бассейна по своим физико-химическим свойствам являются антрацитами и отличаются высоким качеством. Они характеризуются относительно низким содержанием золы и серы, незначительным выходом летучих веществ, высокими значениями теплоты сгорания, термической стойкости, и механической прочности. Элементный состав угля на горючую массу характеризуется следующими содержаниями: углерода - 93.95%, водорода -1,7.2,1%, кислорода - 1,4. 1,8%, азота - 0,4. 1,1%, золы (по рабочей массе) -7.15% [10].

Основная задача угольной промышленности Горловского бассейна -обеспечение сырьем Новосибирского электродного завода (НОВЭЗа). Годовая потребность НОВЭЗа в антрацитовом концентрате класса 25. 120 мм составляет 120 тыс. т, (по стране в целом - около 240 тыс. т). Для получения такого количества концентрата класса 25. 120 мм нужно около 2500 тыс. т рядового угля. При обогащении из него также можно получить около 230.240 тыс. т концентрата класса 13.25 мм. При выделении и обогащении класса 6. 13 мм общий выход концентрата может достигнуть 1/3 от общего объема товарного угля. Таким образом, даже при использовании на технологические цели средних классов антрацита, не менее 2/3 добываемых углей будет приходиться на отсевы, пригодные в основном для энергетических нужд [11, 12].

Использование антрацитов в качестве энергетического и коммунального топлива связано с рядом проблем. Непосредственное сжигание антрацита в бытовых печах невозможно из-за высоких локальных температур в зоне горения.

Камерное сжигание антрацитов в энергетических котлах требует специально оборудованных топок. Слоевое сжигание антрацитов в промышленных и коммунальных котельных требует специального переоборудования топок и поверхностей нагрева. Таким образом, эти проблемы связаны с серьезными капиталовложениями в энергоустановки. Для масштабного использования отсевов антрацита Горловского бассейна на локальных энергоисточниках НСО также требуется проведение исследований по созданию новых топлив на основе отсевов и разработке специального оборудования для сжигания отсевов [8].

Вторым источником местных углей являются шахты пос. Горный, Тогу-чинского района Новосибирской области. В настоящее время эти шахты закрыты вследствие нерентабельности.

Проблема возврата к использованию углей и вытеснения мазута угольными топливами на основе новых технологий актуальна.

Использование отсевов антрацита Листвянской обогатительной фабрики не решает проблему снабжения топливом Новосибирской области, но существенно облегчает ее решение.

В целом в Сибирском регионе, запасы антрацитов оцениваются на уровне 60 млрд. тонн {табл. В.2, [10, 13]).

Таблица В.2

Прогнозные ресурсы антрацитов

Бассейны, месторождения Прогнозные ресурсы млн. т Добыча в 1997 г., млн. т

Кузнецкий 11000 0,2

Горловский 6500 0,3

Тунгусский 39000

Кроме отсевов антрацита в Новосибирской области существенную роль в качестве местного энергетического ресурса могут играть промышленные шла-мы Новосибирского электродного завода (НОВЭЗ).

Эти шламы представляют собой массу с содержанием углерода 85%, гранулометрического состава 0.13 мм, причем основную фракцию составляет пыль 0.200 мкм. Важно отметить, что шламы не содержат токсичных добавок и солей тяжелых металлов. Ежемесячное производство этих шламов - 7000 т. на заводе накоплены запасы шламов в размере не менее 500 тыс. т.

При всех несомненных топливных достоинствах (высокое содержание углерода, низкая зольность) антрацит, а также его отсевы и шламы являются низкореакционным топливом, создающим проблемы при воспламенении.

Одним из путей повышения эффективности использования низкореакционного топлива является его композиция с высокореакционными компонентами: отходами нефтепереработки, отработавшими горюче-смазочными материалами, а также местными высокореакционными топливами, к числу которых относится торф.

На территории Западной Сибири (Новосибирской, Омской, Томской, Тюменской и Кемеровской областях) запасы торфа оцениваются на уровне 90 млрд. т, [14, 15] {табл. В.З). Заторфованность территории по НСО достигает 17,9%, а средние запасы на 1 км составляют 41,31 тыс. т [16]. В целом НСО располагает запасами торфа порядка 900 млн. т.

ТаблицаВ.З

Запасы торфа Западной Сибири

Наименование Тюменская обл. Омская обл. Новосибирская обл.

Выявленные запасы, млрд. т 66 3,5 7,3

Разведанные ресурсы, млрд. т 4,5 0,3 1,3

Значительная часть площади Западной Сибири находится в зоне интенсивного торфообразования, таким образом, торф является возобновляемым природным топливным ресурсом.

Вовлечение в энергобаланс промтеплоэнергетики низкореакционных углей осуществляется с помощью следующих технологий:

- смешивание перед сжиганием с более качественным твердым топливом;

- сжигание в пылеугольных топках в присутствии мазута или газа, добавки которых стабилизируют факел;

- сжигание в топках кипящего слоя;

- газификация с получением энергетического газа;

- брикетирование (с добавками высокореакционных связующих).

В последние годы во многих странах (Россия, Болгария, Германия, Греция, Финляндия и др. [17]) низкореакционный уголь сжигается в котлах в пылевидном состоянии. Несмотря на положительный в целом опыт, выявились многие трудности, связанные с поддержанием и обеспечением стабильной работы котлоагрегатов (низкая экономичность, необходимость подсветки факела высокореакционным топливом для устойчивости горения и др.). Это вынуждает искать другие более эффективные способы использования таких топлив.

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений технологий производства искусственных топлив является водоугольное топливо (ВУТ) [18.21] и брикетирование некондиционной угольной мелочи.

Технологии приготовления водоугольного топлива основаны на мокром размоле угля в шаровых барабанных мельницах в пропорции с водой близко 1:1 [22]. В процессе приготовления в ВУТ добавляют присадки [23, 24], назначение которых создавать пластифицирующие эффекты, стабилизировать систему, улучшить экологические качества топлива. Предназначение ВУТ - вытеснение мазута в энергетических установках.

Технико-экономические расчеты использования ВУТ показывают достаточно высокую экономическую эффективность этой технологии [25].

Основные недостатки существующей технологии приготовления ВУТ -это большая металлоемкость и энергоемкость углеразмалывающих устройств (свыше 25 кВт-ч/т продукции). Не совсем удовлетворяют размеры размолотого топлива: хотя основная масса частиц лежит в области менее 100 мкм (мода ~ 75 мкм) довольно значительная фракция 200.300 мкм, верхняя граница крупности доходит до 1000 мкм. Значителен абразивный износ обычных мазутных форсунок при работе на ВУТ. Недостаточна стабилизация системы [26]: расслоение ВУТ при длительном хранении в большом объеме наблюдается в период от 30 суток до 3. .4 месяцев.

Основные трудности при работе с ВУТ возникают при транспорте, хранении и сжигании топлива, последнее связано с низкой реакционной способностью. Усложняющим фактором является длительный период отрицательных температур в условиях российского климата.

Тем не менее, экономические преимущества делают ВУТ весьма привлекательным. В ряде стран ВУТ широко используется в энергетике. Крупным импортером ВУТ является Япония, в США производство ВУТ достигает значительных размеров. В Китае существует крупная государственная программа развития производства водоугольного топлива и развития исследований в этой области. Значителен интерес к работам в области ВУТ со стороны Южной Кореи.

В Российской Федерации принята федеральная программа развития исследований в области технологии водоугольного топлива (2001 г.). В соответствии с этой программой открыт Западно-Сибирский региональный центр (Кемерово) развития водоугольных технологий. Существуют центры также в Новосибирске и Новокузнецке.

Технология брикетирования некондиционной угольной мелочи в куски геометрически правильной, однообразной формы и практически одинаковой массы широко распространена во всем мире.

В России брикетирование твердого ископаемого топлива (отсевы каменных и близких к ним бурых углей с относительно прочной механической структурой, рядовые слабоструктурные молодые бурые угли и торф) производится в основном для энергетики и коммунально-бытового хозяйства на брикетных фабриках [27]. Зольность получаемых брикетов до 20%. Они достаточно прочны, выдерживают длительное хранение на открытом воздухе, не разрушаются до конца горения. Брикеты применяются в качестве составной части коксования для получения металлургического кокса из газовых слабоспекающихся углей. Тощие угли, антрацит, бурые угли, полукокс брикетируются со связующими (каменноугольный пек в твердом или жидкорасплавленном виде, нефтяной битум и др.).

Существенный недостаток брикетов с пековым и нефтебитумными связующими, ограничивающими их потребление, - выделение копоти и низкая термоустойчивость [27].

Основная масса (70.80%) брикетов, как в мировом производстве, так и в России - это буроугольные брикеты.

Основными причинами, сдерживающими развитие брикетирования низкосортных углей, являются: отсутствие недефицитного и безвредного связующего, относительно высокая стоимость переработки угля в брикеты из-за высокой стоимости связующего и образования большого количества копоти при горении брикетов [28].

В основном используется два вида связующего материала - это нефтесвя-зующее и каменноугольный пек [29] (также в последние годы применяются материалы на основе карбометил-целлюлозы, карбомидоформальдегидных смол и лигносульфатов). На ряде заводов брикетирование проводилось в смеси с торфяной сушенкой влажностью 15. 18%.

Каменноугольный пек представляет собой твердый остаток, получаемый на коксохимических заводах при разгонке каменноугольной коксовой смолы при температуре 350.400°С. Применение каменноугольного пека в углебри-кетном производстве ограничивается вследствие его канцерогенности и дефицитности [30, 31].

Нефтебитум - смесь высокомолекулярных веществ, получаемая из тяжелых остатков переработки нефти. Нефтебитум получают главным образом окислением кислородом воздуха гудронов и крекинг-остатков при температуре 230.250°С. Нефтебитумное связующее обладает лучшими связующими свойствами, чем каменноугольный пек, и его расход на брикетирование на 30.40%) меньше расхода пека [30, 31].

Специфической особенностью связующих является их термическая устойчивость, которая определяется спекаемостью в период горения. Это свойство связующих выражается в том, что, выгорая при более низких температурах, до воспламенения угля, они образуют коксовую сетку, не допускающую распад брикетов.

Технологическая схема производства буроугольных брикетов складывается из ряда последовательно протекающих основных операций: приема угля на фабрике, подготовки его к сушке, сушки, контрольной подготовки и охлаждения сушенки, прессования сушенки и погрузки брикетов (рис. В. 1). 1

ID

Рис В.1. Принципиальная технологическая схема цепи аппаратов производства энергетических брикетов: 1 - приемный бункер угля, 2 - лопастной питатель, 3 - крыльчатая дробилка, 4 - грохот, 5 - дробилка, б - сушилка, 7 - узел контрольной подготовки, 8 - охладитель, 9 - штемпельный пресс, 10- охладительные лотки, 11 - охладительный конвейер, 12 - брикеты на погрузку

Из приемного бункера 1 уголь питателем 2 подается на сборный конвейер, а затем на дробилку 3 для предварительного дробления. Пройдя дробилку, уголь поступает в дробильно-сортировочный цех фабрики, где подвергается грохочению на грохотах 4 и дроблению в дробилке 5, а затем направляется на сушку. Твердые бурые угли перед сушкой измельчаются до размера 3.4 мм.

Сушка угля на фабриках осуществляется в паровых трубчатых сушилках или в газовых трубах-сушилах 6.

Уголь из сушилок (сушенка) выходит с температурой 80.90°С, подвергается контрольной подготовке 7 (отсеивание крупных частиц угля и доизмель-чение их до принятой крупности) и поступает в охладитель 8. После охлаждения сушенка поступает на прессование в штемпельные прессы 9.

Выходящие из прессов брикеты охлаждаются сначала в охладительных лотках 10, а затем на охладительном конвейере 11, после чего их отгружают на транспорт 12. Технологическая схема брикетирования каменноугольной мелочи со связующими веществами представлена на рис. В. 2.

Рис В. 2. Принципиальная технологическая схема цепи аппаратов брикетирования с каменноугольным пеком: 1 - приемные ямы, 2 - газовые барабанные сушила, 3 - каменноугольный пек со склада, 4 - дробильное отделение, 5 - бункера дозировочного отделения, б - винтовой конвейер, 7 - малаксеры прессовых агрегатов, 8 - шнек, 9 - валковый пресс, 10- брикеты на охлаждение и отгрузку

Поступающие на фабрику отсевы углей разгружаются в приемные ямы 1, затем подсушиваются до влажности 3% в газовых барабанных сушилах 2. Гра

Пек гшш нулированный каменноугольный пек со склада 3 поступает в дробильное отделение 4 и измельчается до 1 мм.

Подсушенный уголь и измельченный пек поступают в бункера 5 дозировочного отделения. С помощью питателей уголь и пек дозируются в требуемом соотношении и смешиваются в винтовом конвейере 6. Из смесительного конвейера шихта поступает в малаксеры 7 прессовых агрегатов, в которых пропаривается и нагревается до 90.100°С. После охлаждения в шнеке 8 до 80°С шихта поступает на валки 9 пресса и брикетируется. Брикеты после охлаждения до 40°С грузятся на транспорт.

Брикетирование с нефтебитумом показано на рис. В.З.

Рис. В.З. Принципиальная технологическая схема цепи аппаратов брикетирования с нефтебитумом: 1 - приемные ямы, 2 - сушилки, 3 - бункер прессового агрегата, 4 - двухваль-ный лопастной смеситель, 5 - малаксер, б - двухвальный охладитель, 7 - валковый пресс, 8 - битумохранилище, 9 - трубчатая печь, 10 - промежуточная емкость, 11 - окислительный реактор, 12 — брикеты на охлаждение и отгрузку

Поступающая на фабрику угольная мелочь из приемных ям 1 подается в сушильное отделение фабрики, где подсушивается до влажности 2.3% в трубах сушилках 2. Сушенка подается в бункер прессового агрегата 3, откуда вибродозатором направляется в двухвальный лопастной смеситель 4, в который

11 8 поступает жидкий нагретый нефтебитум. Затем шихта поступает в малаксер 5, где нагревается до температуры 80.90°С и после охлаждения в двухвальном охладителе 6 до температуры 60.65°С брикетируется на валковом прессе 7. Брикеты после охлаждения на ленточных конвейерах до 40.45°С грузятся на транспорт.

Рассмотренные основные технологические схемы производства брикетов имеют ряд недостатков:

- сложность технологических процессов;

- применение энергозатратных аппаратов и устройств;

- необходимость термообработки компонентов в ходе операций;

- крупность применяемых компонентов (уголь, торф) велика, брикеты имеют крупнозернистую структуру.

Эти недостатки приводят к удорожанию производства, необходимости применять высокие давления при прессовании, снижают конкурентность продукции по отношению к сортовым углям.

В 1994. 1995 гг. фирмой НПЦ "Брикет", Институтом горючих ископаемых (Москва) и Новосибирским предприятием СТ "Стройкомплект" разрабатывалась технология изготовления полубрикетов на основе торфа в смеси с антрацитовыми отсевами, каменно- и буроугольной пылью, отходами деревообрабатывающего и сельскохозяйственного производства, а также твердыми бытовыми отходами. Полубрикеты изготавливались на модифицированной технологической линии, поставляемой СТ "Стройкомплект", путем прессования кусков и гранул, приготовленных из тофоугольных и торфоопилочных смесей и проклеенных специальным торфяным гелем [32]. В отличие от применяемых технологий, описанных выше, данный метод допускает более широкий спектр исходных материалов и влажностных режимов. Экспериментальные работы показали, что наиболее прочные и термостойкие полубрикеты получаются из смеси 50.70% угля и 45.20% торфа. Опытным сжиганием в колосниковой бытовой печи и опытной установке, имитирующей топку водогрейного котла, установлено, что полубрикеты полностью сгорают, не рассыпаясь при горении без выпадения угольной мелочи в подтопочное устройство [32]. Однако брикеты, полученные по этой технологии, оказались дорогими и недостаточно прочными.

Производство брикетов в России в основном ориентировано на промышленное потребление.

Важнейшие характеристики - гранулометрический состав, спекаемость, зольность, выход летучих веществ, реакционная способность и теплота сгорания.

По данным Института горючих ископаемых (ИГИ) и Института обогащения твердого топлива (ИОТТ) [1] КПД сжигания брикетов и гранул, на колосниковой решетке составляет 0,7.0,75 против 0,5.0,55 у рядового угля.

Нужно подчеркнуть, что обоснованность брикетного производства определяется экологическими факторами. На мировом рынке цена кондиционного угля составляет около 35 $/т, а цена некондиционных угольных отсевов не поднимается выше 20 $/т. Разница почти в 2 раза, что делает брикетное производство экономически выгодным даже при дорогостоящих технологических схемах, описанных выше.

Поворот энергетических технологий в сторону угля как энергетического ресурса требует развития новых методов его переработки и использования.

Новые условия хозяйствования ставят новые проблемы перед энергетической наукой и техникой, и, среди них, особо актуальна проблема использования местных низкореакционных и некондиционных топлив. Решение этой проблемы всегда конкретно и зависит от природно-экономических условий региона. Для Новосибирской области такой актуальной проблемой является научно-техническая задача использования отсевов Листвянской обогатительной фабрики и технологических шламов НОВЭЗа.

Указанные выше проблемы подчеркивают актуальность настоящего исследования, посвященного решению важной региональной народнохозяйственной задачи, по эффективному вовлечению в топливный баланс региона местных топливно-энергетических ресурсов.

Место исследований - регион Новосибирской области с располагаемыми в нем запасами низкосортных торфов, отходов углеобогащения, сырой нефти.

Рассматривается вопрос энергоснабжения промышленных и коммунальных энергопотребителей, а также населения топливом, позволяющим снизить стоимость товарного энергоресурса, снизить, а возможно, исключить дотации на топливо из областного бюджета. Под коммунальными потребителями подразумеваются котельные, использующие кондиционные твердые топлива и мазут.

Научная новизна работы заключается в разработке принципиальных положений новой технологии получения высокогомогенизированных жидких и твердых композитных топлив, базирующиеся на использовании высокоскоростных скалывающих и кавитационных эффектах переработки твердых топлив, в разработке схемно-параметрических решений по новой технологии получения искусственного композитного твердого (ИКТТ) и жидкого (ИКЖТ) топлив с заданными (в пределах исходных компонентов) свойствами, а также в разработке методики комплексного исследования ИКТ, проведении исследований и получении результатов по его характеристикам и сжиганию с выработкой рекомендаций по получению и теплоэнергетическому использованию.

Практическая значимость выполненной в соответствии с задачами исследования диссертационной работы состоит в разработке схемно-параметрических решений технологии производства ИКЖТ и ИКТТ, в создании методики исследования, в полученных рекомендациях и параметрах прогнозируемого ИКТ, в результатах опытно-лабораторных и опытно-промышленных исследований, патентах полученных на новую технологию и в разработках проектно-конструкторского бюро ОАО «Новосибирскэнерго».

Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция высшей школы и академической науки» проект №А0050.

Результаты работы докладывались на семинарах Проблемной лаборатории энергетики НГТУ (Новосибирск, 1997.2001гг.), на международных симпозиумах и конференциях «Экология энергетики 2000» (Москва, 2000 г.), «29-й Технический коллоквиум по проблемам тепловых электрических станций» (Дрезден 1997 г.), «32-й Технический коллоквиум по проблемам тепловых электрических станций» (Дрезден 2000 г.), «33-й Технический коллоквиум по проблемам тепловых электрических станций» (Дрезден 2001 г.), «Н-ой семинар вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике» (Томск, 2001 г.).

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 11 (в том числе 3 патента РФ) печатных изданиях.

Экспериментальная часть работы выполнена в Лаборатории проблем теплоэнергетики Новосибирского государственного технического университета, в ФГУП «НПЦ «Экотехника» (г. Новокузнецк). Лабораторные исследования проведены в Лаборатории топлива и шлаков котельного цеха АООТ «Сибтехэнер-го». Расчетно-теоретические исследования проведены на кафедре «Тепловых электрических станций» Новосибирского государственного технического университета.

Личный вклад автора в разработку новой технологии заключается в разработке (с участием других авторов) основных теоретических положений технологии, в участии в разработке схемно-параметрических решений, и в разработке методик исследования технологии ИКТ, проведении лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработке их результатов и получении рекомендаций для промышленного теплоэнергетического использования технологии.

Автором было проведено технико-экономическое исследование технологии на примере НОВЭЗа.

Личный вклад автора подтвержден печатными работами и патентами РФ.

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Евтушенко, Евгений Анатольевич

8. Результаты исследования позволяют определить направление развития работы по ИКЖТ и ИКТТ. Подтверждено, что торфяной гель может служить дешевым и экологически чистым связующим для производства брикетов (гранул) ИКТТ.

9. Определены рациональные показатели исследуемых образцов ИКТТ. Показано, что эти характеристики могут быть рассчитаны в зависимости от процентного содержания угольной фракции в ИКТТ. Прочность сухих брикетов ИКТТ (или после термообработки) на одноосное сжатие составляет до 23 кг/см , брикеты ИКТТ обладают гидрофобными свойствами.

10. Выполнены исследования по определению времени выгорания гранул ИКТТ в лабораторной установке, определена реакционная способность гранул ИКТТ и выявлено, что ИКТТ является более качественным топливом по отношению к исходному антрациту.

11. В результате технико-экономических расчетов показана эффективность предлагаемой технологии получения ИКТТ из низкореакционного угля и торфа.

12. Результаты расчетов показали низкую себестоимость брикетов ИКТТ 265 руб./т и их коммерческую конкурентоспособность с каменным углем при равной калорийности.

13. Осуществление проекта строительства цеха по производству 61 320 т ИКТТ в год, при горизонте расчета 10 лет обеспечивает чистый дисконтированный доход около 12 млн. руб. при дисконтированном сроке окупаемости 3,36 года и индексе доходности 1,94 руб./руб.

14. Расчеты показали экономическую эффективность производства ИКЖТ при себестоимости 447 руб./т и его использования вместо мазута для внутреннего потребления НОВЭЗом на одном из котлов.

15. Решается экологическая проблема по эффективному использованию уже добытых и не используемых угольных отсевов шахты "Листвянская", технологических шламов НОВЭЗа.

125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана новая технология производства искусственного композитного топлива, которое может быть реализовано в виде жидкого и твердого топлив. Для его получения используются аппараты по переработке твердых топлив, основанные на использовании современных физических принципов переработки материалов.

2. Разработаны принципиальные схемно-параметрические решения по новой технологии получения ИКЖТ и ИКТТ, отличающиеся меньшей металлоемкостью и энергопотреблением и более высокой эффективностью по сравнению с традиционными технологиями.

3. Показано, что на базе низкосортных местных топлив, в том числе и промышленных отходов с энергетическим потенциалом может быть изготовлено кондиционное искусственное композитное топливо, пригодное для использования в промышленной теплоэнергетике. В выполненных исследованиях такими компонентами представлены отходы низкореакционных антрацитов, каменный уголь, торф, а также продукты нефтепереработки.

4. Искусственное композитное жидкое топливо, получаемое на первом этапе изготовления ИКТТ является товарным продуктом с технологическими свойствами позволяющими его использовать в топочном процессе как качественное топливо. Искусственное композитное твердое топливо получаемое на базе ИКЖТ в виде гранул (брикетов) с заданными характеристиками по своим технологическим свойствам также является качественным топливом для использования в топках промышленных котлов.

5. Разработана комплексная методика исследования композитного топлива.

6. Подтверждены экспериментально теоретические положения, заложенные в основу технологии ИКТ. Жидкое ИКТ стабильно, пригодно для длительного хранения. Горение ИКЖТ в факеле проходит эффективно во всем объеме топочной камеры, без срыва пламени. Содержание вредных выбросов в уходящих газах не превышает установленных ПДК. Твердое и жидкое ИКТ может быть изготовлено с заранее заданными характеристиками (в пределах исходных компонентов).

7. Исследования, выполненные по сжиганию каменного угля и гранул ИКТТ на водогрейном котле и их сравнительный анализ показывают, что гранулированное ИКТТ является качественным твердым топливом и может эффективно использоваться в промышленной теплоэнергетике.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Евтушенко, Евгений Анатольевич, 2003 год

1. Пугач Л.И. Энергетика и экология. / Учебное пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999.- 197 с.

2. Кузнецов Б.Н., Кряжов Ю.Г., Щипко М.А. Состояние и перспективы химической переработки углей сибири. / Доклад на Всероссийской конференции по экономическому развитию Сибири. СОР АН. Новосибирск, 1993. - 21 с.

3. Попов В.Э. Роль Кузбасса в топливно-энергетическом комплексе страны. // Основные проблемы развития угольной промышленности Кузбасса. Сб. науч. трудов. Ак. наук СССР. Сибирское отделение. Новосибирск. 1982. - С. 4-16.

4. Косинский В.А., Корнилов Ю.Н., Поляковская Е.И., Черников А.Б. Минеральное сырье уголь. Справочник. М., 1997. - 63 с.

5. Безруков В.В., Кинаревский В.А., Позднеев В.Н. Анализ работы обогатительных установок с сепараторами КНС на разрезе Кузбасса. // Проблемы обогащения и брикетирования угля. Науч. труды ИОТТ. Люберцы, 1987. С. 19 -29.

6. Вертиков A.JI., Казаков А. Т. Состояние и перспектива развития углеобогащения в Кузбассе. // Перспективные направления научных исследований по развитию обогащения углей. Науч. труды ИОТТ. Люберцы, 1990. С. 82 -88.

7. ZqbikA. Systemy Energetyczne. Politechnika Sl^ska, Gliwice, 1989. С. 311.

8. Малышев Ю.Н., Сысоев В.Л. К 100 летию изучения и промышленного освоения Горловского бассейна. - Новосибирск, 1996. - С. 8 -17.

9. Марус А.И., Свиридов В.Г. Геолого-промышленная характеристика и основные направления дальнейшего изучения и освоения Горловского бассейна. // Антрациты Горловского бассейна: Сб. науч. трудов. Новосибирск. 1996. - С. 23 - 37.

10. Протасов А.И. Роль угля в экономике Новосибирской области. // Антрациты Горловского бассейна: Сб. науч. трудов. Новосибирск. 1996. - С. 54 -56.

11. Никода В.К, Гриценко Н.Г. Качество антрацитов разрабатываемых месторождений Горловского бассейна. // Антрациты Горловского бассейна: Сб. науч. трудов. Новосибирск, 1996. - С. 71 - 76.

12. Вялое В.И. Голицын М.В., Голицын A.M. Антрациты России и мира. М.: Недра, 1998. - 243 с.

13. Шамлина Г.Г. Территориальные системы регулирования экономики. Новосибирск. Советская Сибирь, 1994. 387 с.

14. Кузмина М.С. Торфяники Западной Сибири. Изд-во Наука. Сибирское отделение. Новосибирск, 1967. - 78 с.

15. СНИИГГиМС. Структура торфяного фонда Новосибирской области. Новосибирск, 1993.-38 с.

16. Шпирт М.Я., Рубан В.А., Иткин Ю.В. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. М.: Недра, 1990. - 224 с.

17. Делягин Г.Н. Дисперсные топливные системы в энергетике и химической технологии. // Химия твердого топлива, №1, М., 1973. С. 127 - 134.

18. Зарайский С.Б. Перспективы сжигания обводненных топлив на электростанциях советского союза. // Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий. Сборник. Под ред. Канторовича Б.В. и Делягина Г.Н. М.: Наука, 1967. - С. 13 - 17.

19. Давыдова И.В., Делягин Г.Н. Некоторые свойства водоугольных суспензий. // Новые методы сжигания топлив и вопросы теории горения. Труды ИГИ АН СССР, т. XIX. М., Изд-во АН СССР, 1962. С. 131 - 137.

20. Коц И.А. Влияние химических реагентов на реологические свойства суспензии. // Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий. Сборник. Под ред. Канторовича Б.В. и Делягина Г.Н. М.: Наука, 1967. -С. 84-88.

21. БСЭ, т. 4, Изд-во «Большая советская энциклопедия», 3"е издание, М., 1971. -32 с.

22. Крохин В.Н., Журавель Р.Д. Новые эффективные связующие для брикетирования углей. // Брикетирование углей и углеродистых материалов. М.: Недра, 1973.-С. 58 - 63.

23. Елишевич А. Т. Брикетирование полезных ископаемых. / Учебное пособие. Донецк. ДПИ, 1985.- 109 с.

24. Елишевич А.Т. Брикетирование угля со связующими. М.: Недра, 1972. - 215 с.

25. Крохин В.Н. Брикетирование углей. / Учебник для техникумов. 2-е изд. пе-рераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 224 с.

26. Абрамов Э.И. Новая технология производства топливных полубрикетов из антрацита и торфа. // Антрациты Горловского бассейна: Сб. науч. трудов. -Новосибирск. 1996. С. 127 - 129.

27. Щинников П.А., Евтушенко Е.А., Овчинников Ю.В., Ноздренко Г.В., Пугач Л.И., Томилов В.Г. Новая технология сжигания твердого топлива. // Теплоэнергетика. 2001. №7, С. 30 - 32.

28. Патент РФ на изобретение №2165956. Способ получения топливных брикетов. 27.04.01. Бюл. №12. / Евтушенко Е.А., Томилов В.Г., Пугач Л.И., Овчинников Ю.В., Ноздренко Г.В. и др.

29. Патент РФ на изобретение №2151959. Способ получения жидкого композитного топлива. 27.06.00. Бюл. №18. / Томилов В.Г., Пугач Л.И., Овчинников Ю.В., Евтушенко Е.А., Ноздренко Г.В. и др.

30. Патент РФ на изобретение №2151170. Жидкое углесодержащее топливо. 20.06.00. Бюл. №17. / Томилов В.Г., Пугач Л.И., Овчинников Ю.В., Евтушенко Е.А., Ноздренко Г.В. и др.

31. Юдин Б.В. Разработка геомеханической модели высоконцентрированных водоугольных дисперсных систем. Автореф. канд. дисс. Институт угля и уг-лехимии СО РАН, Кемерово, 2001. 24 с.

32. Яворский И.А. Вопросы теории горения ископаемых углей и интенсификация их воспламенения. // Транспортно-энергетический институт. Изд-во Сибирского отделения АН СССР, 1961. 206 с.

33. Мурко В.И. Научные основы процессов получения и эффективного применения водоугольных суспензий. Автореферат докт. дисс., ИГИ, М., 1999. -48 с.

34. Дериватограф Q 1500 D. // Руководство по эксплуатации. Отв. ред. Map-целл Мартом. MOM. Завод Оптических Приборов. - Будапешт. 1983. - 105 с.

35. Четырехканальный микровольтовый регистратор. // Инструкция по эксплуатации. Отв. ред. Марцелл Мартом. Венгерский Оптический Завод. Будапешт. 1981.-70 с.

36. Гордое А.Н. Основы пирометрии. М.: Изд-во металлургия, 1964. - 471с.

37. Киренков И.И. Влияние отраженного света на показания пирометров излучения. // Исследования в области температурных измерений. Труды ВНИ-ИМ, 1969.-Вып. 5.-167 с.

38. Геращенко О.А., Гордое А.Н., Jlax В.И., Стаднык Б.И., Ярышев Н.А. Температурные измерения. Киев.: Наукова думка, 1984. 494 с.

39. Пак В. Новые контактные методы измерения температуры поверхности твердых тел со следящей компенсацией теплоотвода. -М.: ВНИИКи, 1972. -114 с.

40. Соловьев В.А., Яхонтова В.Е. Элементарные методы обработки результатов измерений. JI. Изд-во Ленинградского университета, 1977. 72 с.

41. Гришин В. К. Статистические методы анализа и планирования экспериментов. Изд-во Московского университета. М., 1975. 125 с.

42. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 287 с.

43. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. Изд-во Наука, М., 1971. -311 с.

44. Основы технической диагностики. Под ред. Паркоменко П.П. Книга первая. Изд-во Энергия, М. 1976. 460 с.

45. Круг Г.К., Сосолин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. Изд-во Наука, М. 1977. 206 с.

46. Овчинников Ю.В., Томилов В.Г, Евтушенко Е.А. и др. Новая технология использования нового топлива в энергетике. Экология в энергетике 2000. Международная научно-практическая конференция, МЭИ, Москва, 2000, -с. 303-305.

47. Справочник машиностроителя, т. 2. Под ред. Ачеркана Н.С., Машгиз, М., 1961.-740 с.

48. Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 1. М.: Энергия, 1975. 743 с.

49. Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н., Мурко В.К, Нехороший И.Х. Производство и использование водоугольного топлива. М.: Издательство Академии горных наук, 2001. - 176 с.

50. Пугач Л.И. Качество энергетических углей. Изд-во НГТУ, Новосибирск, 1998.- 103 с.

51. Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 2. М.: Энергия, 1976. 896 с.

52. Предводителев А. С., Хитрин Л.И., Цуханова О.А., Колодцев Х.И., Гродзов-ский М.К. Горение углерода. Издательство АН СССР, М.- Д., 1949. 407 с.71 .Холт Роберт Н., Барнес Сет Б. Планирование инвестиций. М.: Дело ЛТД, 1994.- 120 с.

53. Карпович А.И. Экономическая оценка эффективности инвестиционных проектов. / Научно-методическое пособие. НГТУ. Новосибирск, 2002. - 36 с.

54. Карпович А.И. и др. Фондовая биржа. / Учебное пособие. НГТУ Новосибирск, 1994.-30 с.

55. Идрисов А.Б., Картышев С.В., Постников А.В. Стратегическое планирование и анализ эффективности инвестиций. Изд-ие 2"е, стереотипное. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1997. - 272 с.

56. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. чл. -корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина. 3-е изд., перераб. -М.: Изд-во МЭИ, 1999 - 528 е.: ил. - (Теплотехника и теплоэнергетика; Кн. 1).

57. Ларионов B.C., Ноздренко Г.В., Щинников П.А., В.В. Зыков В.В. Технико-экономическая эффективность энергоблоков ТЭС / Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. - 31 с.