Совместное сжигание продуктов пиролиза шин и древесных пеллет

К числу основных источников загрязнения окружающей среды относятся теплоэлектростанции. Ухудшение качества традиционных углеродсодержащих энергоресурсов ведет к необходимости развития технологий совместного сжигания биотоплива и угля на малых и крупных электростанциях. В настоящей статье предлагается концепция использования твердых отходов переработки шин путем добавления в состав смесевого топлива «уголь – древесные отходы» в качестве заменителя угля шлака, образующегося при утилизации изношенных шин методом пиролиза. Цель исследования – определение возможности повышения теплотворной способности древесных пеллет путем совместного их сжигания с пиролизным шлаком вместо угля без увеличения нагрузки на окружающую среду. При этом ставились задачи: определение низшей теплоты сгорания смесевых топлив и оценка ее изменения при замене угля на шлак; определение влажности, содержания общей серы, выхода летучих веществ, зольности смесевых топлив по стандартным методикам и оценка изменения этих параметров при замене угля на шлак при одинаковых соотношениях компонентов; определение оптимальных соотношений компонентов в смесевых топливах, не увеличивающих нагрузку на окружающую среду при замене угля на пиролизный шлак. Установлено, что при замене угля шлаком происходит повышение теплотворной способности на 37–45 %, уменьшение содержания золы на 37–42 %, увеличение выхода летучих веществ. Вместе с тем содержание серы увеличивается на 5,6–18 %. Для снижения выброса диоксидов серы рекомендуется применение традиционного очистного оборудования. Результаты исследования позволяют обосновать возможности замены угля шлаком в смесевых топливах при определенных соотношениях компонентов. Предложено новое направление использования твердых продуктов утилизации резинотехнических изделий, в частности изношенных шин, методом пиролиза в смесевых топливах «шлак – древесные пеллеты» для малых и средних энергетических установок.

1. Комбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 2 / Ю. П. Ярмольчик [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 6. С. 526–540. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-526-540.

2. Комбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 1 / Ю. П. Ярмольчик [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 3. С. 236–252. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-3-236-252.

3. Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран / Н. М. Жовмир [и др.] // Промышленная теплотехника. 2006. Т. 28, № 2. С. 75–85.

4. Любов, В. К. Совместное сжигание каменного угля с биотопливом / В. К. Любов, А. Е. Ивтунь // Вест. Череповец. гос. ун-та. 2016. № 5. С. 16–21.

5. Янковский, С. Я. Совершенствование технологии пылевидного сжигания угля на ТЭС за счет добавления мелкодисперсной древесины / С. Я. Янковский. Томск, 2017. 122 с.

6. Рациональный выбор топлива для муниципальной котельной, или При каких условиях уголь может стать альтернативой природному газу / С. М. Назаров [и др.] // Новости теплоснабжения. 2006. № 3. С. 34–45.

7. Голубев, В. А. Обоснование и совершенствование способов энергетического использования растительных отходов / В. А. Голубев. Барнаул, 2014. 160 с.

8. Perez Jeldres, R. A. Estudio y Modelación de la Co-Combustión con Formación de Depósitos en Reactores a Combustión / R. A. Perez Jeldres. Concepción, Universidad de Concepción, 2016. 265 p.

9. Krzywański, J. Model Research of Gas Emissions from Lignite and Biomass Co-Combustion in a Large Scale CFB Boiler / J. Krzywański, R. Rajczyk, W. Nowak // Chemical and Process Engineering. 2014. Vol. 35, Nо 2. P. 217–231. https://doi.org/10.2478/cpe-2014-0017.

10. Full-Scale Co-Firing of Straw and Coal / L. S. Pedersen [et al.] // Fuel. 1996. Vol. 75, No 13. P. 1584–1590.

11. Янковский, С. А. Анализ мирового опыта сжигания смесевых топлив в топках котлоагрегатов тепловых электростанций / С. А. Янковский // Главный энергетик. 2018. № 7. C. 62–77.

12. Research of Heat Rates Effect on the Process of Fuel-Bed Gasification of “Balakhtinskoe”, “Osinnikovskoe”, “Krasnogorskoe” and “Borodinskoe” Coal Deposits / A. Zenkov [et al.] / MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 72. Article 01131. https://doi.org/10.1051/matec conf/20167201131.

13. Biomass Co-Firing: An Efficient Way to Reduce Greenhouse Gas Emissions [Electronic resource] / K. Veijonen [et al.]. European Bioenergy Networks, 2000. Mode of access: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/2003_cofiring_eu_bionet.pdf. Date of access: 04.06.2019.

14. Ash Deposition in Biomass Combustion or Co-Firing for Power / Y. Shao [et al.] // Energies. 2012. Vol. 5, Iss. 12. P. 5171–5189. https://doi.org/10.3390/en5125171/.

15. Al-Mansour, F. An Evaluation of Biomass Co-Firing in Europe / F. Al-Mansour, J. Zuwala // Biomass and Bioenergy. 2010. Vol. 34, Iss. 5. P. 620–629. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2010.01.004.

16. Key World Energy Statistics 2007 [Electronic resource] / International Energy Agency (IEA). 2007. Mode of access: http://large.stanford.edu/courses/2011/ph240/demori1/docs/key_stats_ 2007.pdf. Date of access: 04.06.2019.

17. Sebastián, F. Cofiring Versus Biomass-fired Power Plants: GHG (Greenhouse Gases) Emissions Savings Comparison by Means of LCA (Life Cycle Assessment) Methodology / F. Sebastián, J. Royo, M. Gómez // Energy. 2011. Vol. 36, Iss. 4. Р. 2029–2037. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.06.003.

18. Исламова, С. И. Исследование эффективности преобразования энергии при термической утилизации древесной биомассы / С. И. Исламова, Е. К. Вачагина // Изв. высш. учеб. заведений. Проблемы энергетики. 2015. № 9–10. С. 3–11. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2015-0-9-10-3-11.

19. Investigation of Slagging in Pulverized Fuel Co-Combustion of Biomass and Coal at a Pilot-Scale Test Facility / T. Heinzel [et al.] // Fuel Process Technology. 1998. Vol. 54. P. 109–125. https://doi.org/10.1016/s0378-3820(97)00063-5.

20. Pozdnyakova, O. The Worn Tyres Pyrolisis’ Solid Products Opportunity Application as Fuel Substitute Assessment / O. Pozdnyakova, N. Vnykova // Environmental Problems. 2017. Vol. 2, No 4. Р. 199–200.

21. Совместное сжигание угля и биомассы в факельных котлоагрегатах [Электронный ресурс] / Т. С. Щудло [и др.] // Горение твердого топлива: материалы VIII Всероссийской конф. с междунар. участием, 3–16 нояб. 2012. Режим доступа: http://www.itp.nsc.ru/conferences/gtt8/files/111Shchudlo.pdf. Дата доступа: 30.05.2019.

22. Хрусталев, Б. М. Твердое топливо из углеводородсодержащих, древесных и сельскохозяйственных отходов для локальных систем теплоснабжения / Б. М. Хрусталев, А. Н. Пехота // Энергетика. Изв. высш. учебн. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 2. С. 147–158. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-2-147-158.

23. Твердотопливная гранулированная композиция и способ ее получения: пат. № 2484124 Российская Федерация. МПК C10/C10L/C10L5 / В. И. Назаров, Д. А. Макаренков, Е. А. Баринский. Опубл. 10.01 2013.

24. Спосіб одержання комплексного палива для енергетичних пристроїв малої та середньої потужності з продуктів переробки промислових відходів: пат. № 116918 Украина, МПК C10L5/44 (2006.01)C10L5/48(2006.01) / А. М. Туренко, Н. В. Внукова, О. І. Позднякова. Oпубл. 25.01.2017.

25. Булавин, О. В. Применение низкотемпературного пиролиза для переработки автомобильных шин / О. В. Булавин, В. М. Пашкевич // Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: материалы междунар. науч.-практ. конф.: в 2 т. Донецк: Лебедь, 2004. Т. 2. С. 103–108.

26. Pyrolysis Process of Whole Waste Tires as a Biomass Energy Recycling / M. Ryms [et al.] // Ecological Chemistry and Engineering S. 2013. Vol. 20, No 1. P. 93–107. https://doi.org/10.2478/eces-2013-0007.

27. Pyrolassist – Pyrolysis Consultants [Electronic resource] / Maura Keller // USA Archives – Edition of American Recycler News. 2017. Mode of access: https://pyrolassist.com/environment/8. Date of access: 30.05.2019.

28. Cunliffe, A. M. Properties of Chars and Activated Carbons Derived from the Pyrolysis of Used Tyres / A. M. Cunliffe, P. T. Williams // Environmental Technology. 1998. Vol. 19, Nо 12. Р. 1177–1190. https://doi.org/10.1080/09593331908616778.

29. Энергетика: история, настоящее и будущее: в 5 т. / С. Г. Плачкова [и др.]; под общ. ред. С. Г. Плачкова. 2-е изд. Киев, 2012–2013. Т. 3. Ч. 1. 343 с.

30. Исследование сосжигания антрацитового штыба и биогранул в отопительном котле с топкой с высокотемпературным кипящим слоем / А. В. Михалев [и др.] // Промышленная теплотехника. 2006. Т. 28, № 1. С. 64–68.

31. Палива тверді мінеральні. Визначення найвищої теплоти згоряння методом спалювання в калориметричній бомбі та обчислення найнижчої теплоти згоряння: ДСТУ ISO 1928:2006 (ISO 1928:1995, IDТ). Введ. 01.07.2008. Київ: Держстандарт України: Національний науковий центр «Інститут метрології», 2008. 46 с.

32. Филатов, В. І. Сумісне спалювання біомаси та антрациту в паровому котлі блоку 300 Мвт / В. І. Филатов, О. Ю. Тишко // Енергетика: економіка, технології, екологія. 2018. № 2. С. 38–42.

33. Хрусталев, Б. М. Технология эффективного использования углеводородсодержащих отходов в производстве многокомпонентного твердого топлива / Б. М. Хрусталев, А. Н. Пехота // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 2. С. 122–140. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-2-122-140.