Возобн. источн. энерг. Тексты лекций. Курс лекций для студентов специальности энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент Минск 2009 удк620. 9(042. 4)
 Скачать 6.34 Mb.
|
|
3.1.8. Торф В РБ имеется в наличии большое количество торфа, который может использоваться в качестве топлива. Залежи торфа возникли из остатков растений при их частичном разложении в среде с избытком воды и недостатком кислорода. В среднем в составе сухого торфа содержится: С = 58%, Н2 = 6%, О2 = 33%, N = 2,5%, S = 2,5%. Содержание золы 5%, влаги 35–60%, теплота сгорания 9,2–11,9 МДж/кг. Торф обычно относится к медленно возобновляемым биотопливам – ежегодно каждый гектар болот прирастает приблизительно на одну тонну торфа. Общая площадь торфяного фонда по Республики Беларусь составляет 2,4 млн. га с геологическими запасами торфа 4 млрд. тонн. Однако все эти запасы нельзя рассматривать как возможные к разработке, так как в их состав входят также зазоленные виды торфа, мелкозалежные и малые торфяные месторождения, торфяные залежи, выполняющие существенные природоохранные функции. Оценка современного состояния и практика использования торфяных месторождений свидетельствуют о том, что разрабатываемый торфяной фонд может составить 1,1–1,2 млрд. тонн с извлекаемыми запасами 0,6–0,8 млрд. тонн. Из всех видов твердых горючих ископаемых торфяные ресурсы являются наиболее изученными и востребованными экономикой Беларуси. Они активно разрабатывались многие десятилетия, а в 50-е годы торфа добывали более 20 миллионов тонн в год и он являлся основным видом топлива в производстве тепловой и электрической энергии. Тогда его доля в энергетическом балансе республики составляла 64 процента. В настоящее время торфопредприятия разрабатывают 46 торфяных месторождений, общая площадь которых составляет 37,4 тыс. га с запасами торфа в 101,8 млн. тонн. В 2006 году добыто 2,3 млн. тонн торфа, в том числе 2,1 млн. тонн – топливной группы. Такое падение добычи торфа связано и с тем, что все ресурсы крупных месторождений уже исчерпаны и в настоящее время на территории страны не осталось таких мест, на базе которых можно построить крупное перерабатывающее предприятие. А технологий строительства мобильных торфяных заводов у нас не разработано. Концепцией энергетической безопасности определено увеличение добычи торфа до 1,5 млн. т.у.т., или 4,3–4,4 млн. тонн. в год. Однако во всем должен быть разумный подход – увеличение производства торфяной продукции не должно идти во вред окружающей среде. Водно-болотные угодья являются неотъемлемой частью экологического равновесия. Проведенными исследованиями доказано, что имеющихся геологических запасов торфа, с учетом их ежегодного прироста на 1 миллион тонн, достаточно для разработки и использования в энергетике и сельском хозяйстве в объемах около 15 млн. тонн в год на ближайшие 100 лет без изъятия торфяных месторождений из действующих природоохранных земельных фондов. Некоторые эксперты полагают, что сжигание торфа является экономически неэффективным. Однако, например, в Финляндии, с разрешения экологов, добычу торфа в год довели до 15 миллионов тонн. Доля его в производстве тепловой энергии составила 17,5%, электрической – 5,3%. Что касается последствий осушения и торфодобычи, то в Беларуси есть технологии отработки выбывших из эксплуатации торфяных месторождений либо под лесопосадки, если они подходят по гидрологическим условиям, либо под строительство водоемов, либо под сельскохозяйственные угодия. В некоторых случаях можно просто проводить повторное заболачивание. Торф может быть использован в той же сжигающей установке, что и щепа, т. к. теплота сгорания практически такая же, как у топлива из древесной массы. Торф в качестве топлива может использоваться двумя способами: непосредственно как высушенный торф, либо в форме брикетов. Торф в виде брикетов обладает низкой влажностью (12–15%) и высокой теплотой сгорания (19 МДж/кг). Кроме того, из торфа можно получать среднекалорийный генераторный газ. Однако с переработкой торфа связано также множество проблем. Торф должен добываться исключительно в летние месяцы и высушиваться на солнце настолько, насколько позволяют погодные условия. Не смотря на это, в торфе будет содержаться достаточно много влаги, которую можно удалить "выжиманием" или же в процессе просушивания. У торфа большая зольность и высокий процент содержания шлаков по сравнению с другими видами биотоплив, и он содержит также песок и частицы грунта, что создает проблемы с ошлакованием перерабатывающих устройств. Торф может самовоспламениться, а, следовательно, хранение торфа должно осуществляться в контейнерах с огнеупорными стенами для предотвращения возможного распространения огня. Между тем, следует учитывать и о том, что торф – комплексное сырье. Современные технологии позволяют из торфа производить органические и органно-минеральные удобрения, удобрительные смеси и мелиоранты, биостимуляторы, ростовые вещества и кормовые добавки, сорбционные материалы для поглощения вредных и токсичных веществ, в том числе тяжелых металлов и радионуклидов, торфощелочные реагенты для буровых работ и производства строительных материалов, лекарственные средств, изделия бытовой химии, косметики, полиграфии и другие продукты. Продукты, полученные из торфа, востребованы на зарубежных рынках. Каждый год из Республики Беларусь экспортируется (в основном в Швецию и Финляндию) более 200 тысяч тонн торфа. Так что благодаря торфу можно не только получать энергию, но и зарабатывать валюту. Государственной программой «Торф» на 2008–2010 годы и на период до 2020 года предусмотрено обеспечение потребности в в топливном торфе за счет увеличения к 2010 году добычи торфа до 1,15 млн. т.у.т., к 2015 – до 1,4 млн. т.у.т., к 2020 году – до 1,5 млн. т.у.т. Прогноз добычи топливного торфа до 2020 года представлен в таблице 3.4. Таблица 3.4 Прогноз добычи топливного торфа
В государственной программе «Торф» приняты, в том числе следующие решения топливно-энергетических проблем: 1. Разработать и внедрить опытно-промышленные водогрейные котельные установки с топкой кипящего слоя для сжигания фрезерного торфа и его смесей с другими видами топлива тепловой мощностью 1,0–1,5 МВт. 2. Разработать технологический процесс и экспериментальное оборудование для получения из торфа генераторных среднекалорийных газов для двигателей внутреннего сгорания. 3. Разработать составы и технологические процессы получения строительных материалов с использованием золы от сжигания торфа. 3.1.9.Белорусские горючие сланцы Одним из путей обеспечения энергетической безопасности страны является максимальное использование возможности местных органических топлив. Наряду с утилизацией возобновляемых источников энергии, для нашей страны может быть актуальна переработка бурых углей и горючих сланцев. Горючие сланцы представляют собой осадочные минеральные образования, пропитанные органическими веществами, содержащими клетчатку, воск, жирные кислоты и т.д. и, в отличие от углей, характеризуются: − наличием значительного (до 82%) минерального балласта, в составе которого содержится до 45% кальциевых соединений, в том числе много карбонатов; − высокой теплотой сгорания горючей массы (25–40 МДж/кг) вследствие высокого содержания водорода (до 8%) в органической массе, хотя рабочая масса большинства сланцев имеет теплоту сгорания всего 4–9 МДж/кг; − высоким (до 90%) выходом летучих; – повышенным (до 7%) содержанием серы. Возможность получения с применением определенных технологий из органической части горючих сланцев жидких и газообразных углеводородов, при условии утилизации зольного остатка, заставляет по-новому взглянуть на этот незаслуженно забытый источник энергии. В Республике Беларусь имеются запасы горючих сланцев, которые составляют 11 млрд. тонн [1,2]. Общий потенциал их составляет 2420 млн. т у.т., технологически возможный на данный момент 792 млн. т у.т. (что может обеспечить примерно 17 лет потребности республики в энергии). Наиболее пригодные для эксплуатации два месторождения в пределах Припятского сланцевого бассейна – Любанское (200 млн. т у.т.) и Туровское (520 млн. т у.т.). Мощность слоев Любанского месторождения составляет около 1,1 м, глубина залегания – от 221 до 473 м. Мощность слоев Туровского месторождения составляет около 1,2 м, глубина залегания – от 66 до 507 м. Эксплуатация Туровского месторождения может осуществляться шахтным способом с годовой производительностью отдельной шахты 4,5 млн. т (0,4 млн. т у.т.) и сроком службы 45 лет. Состав рабочей массы белорусских сланцев: углерод Ср = 9,5–18,8%, водород Hр = 1,1–3,6%, азот Nр = 0,12–0,19%, кислород Oр = 0,8–16,0%, сера Sр = 1,5–7,0%. Содержание золы Aр =61,4–82,3%, содержание влаги Wр = 5,8–10,6%, выход летучих Vр = 80–90%. Теплота сгорания 4,2–9,6 МДж/кг. Основными направлениями использования горючих сланцев являются: энергетическое – использование сланцев в качестве твердого топлива; энерготехнологическое – горючие сланцы подвергаются термическому разложению, в результате чего выделяются жидкие и газообразные горючие продукты: смола, газовый бензин, газ и др; энергоклинкерное – пылевидные горючие сланцы сжигаются в топках котельных агрегатов с расплавом золы для получения клинкера высокомарочного сланцевого цемента; энергохимическое – объединяющее все предыдущие направления и представляющее собой наиболее прогрессивное комплексное использование горючих сланцев с целью получения широкой гаммы продукции: энергии, химических продуктов и строительных материалов. Использование сланцев в качестве топлива в электроэнергетике разных стран до сих пор не находило применения, за исключением Эстонии и России [1, 3]. Российскими специалистами были созданы электростанции на среднекалорийных (теплота сгорания 8–9 МДж/кг) сланцах Прибалтики (Эстонская и Прибалтийская ГРЭС, ТЭЦ Ахтме, ТЭЦ Кохтла-Ярве). Столь незначительное использование горючих сланцев в качестве топлива для электростанций объясняется низким КПД энергоустановок и значительными эксплуатационными трудностями. Это связано с тем, что по своим качествам сланцы не являются эффективным топливом из-за низкой теплоты сгорания и высокой зольности. Проектный расход топлива на отпущенную электроэнергию на энергоблоках составлял 409 г у.т./кВт.ч, что соответствовало КПД ТЭС всего 30%; практически эти показатели были еще хуже. Сланцевая зола делится на летучую – улавливаемую при газоочистке фильтрами ( 64%) и крупную – выпадающую на дно топки ( 36%). Высокое содержание сравнительно низкоплавкой золы (1030–1170С) сопряжено с опасностью шлакования, с засорением и износом поверхностей нагрева, с повышением потерь от механического недожога, а так же с трудностями организации золоулавливания и золоудаления. Кроме того, летучая зола горючего сланца сильно засоряет воздушный бассейн. Вместе с дымовыми газами выбрасывается значительная масса золы и окислов серы. Естественно, сжигание низкоэффективных белорусских сланцев в топках котельных агрегатов чрезвычайно затруднительно и выработка энергии на них окажется довольно дорогой. Развивающаяся в последние 20 лет технология сжигания топлива в “кипящем” слое (классическом или циркулирующем) при атмосферном давлении принципиально позволяет использовать горючие сланцы любой калорийности с удовлетворительными экологическими показателями. Однако такая технология ограничивает единичную мощность котла и недостаточно эффективна. 3.2. Утилизация древесного топлива 3.2.1. Установки для сжигания биотоплива Котельной установкой называется комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для сжигания (преобразования химической энергии в тепловую) топлива. В котельной установке при сжигании топлива выделяемая теплота нагревает продукты сгорания, а затем теплота передается рабочему телу, которым обычно является вода. Задачи решаемые в котельной установке: подать топливо и окислитель (воздух), обеспечить сжигание топлива, обеспечить отдачу тепла от продуктов сгорания к рабочему телу, нагреть воду (или пар) до необходимой температуры. Котлом называется устройство, служащие для сжигания топлива и получение пара (паровой котел) или горячей воды (водогрейный котел). Котел состоит из следующих основных элементов (рис. 3.3): 1 топка – устройство для сжигания топлива, 2 барабан – емкость для размещения рабочего вещества (воды), 3 поверхности нагрева, представляющие собой, систему труб, в которых происходит нагрев и парообразование рабочего вещества (воды); 4 водяной экономайзер – устройство для подогрева продуктами сгорания питательной воды пред подачей ее в барабан; 5 пароперегреватель – устройство для нагрева пара выходящего из барабана до температуры выше температуры кипения; 6 воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания перед подачей его в топку котла.  Рис. 3.3. Котел и его основные элементы Поверхности нагрева топки воспринимают тепло, омывающих их топочных газов и излучаемое раскаленными частицами топлива и пламенем, возникающим при сгорании горючих газов, выходящих из слоя топлива. Зола и шлак удаляются из зоны горения либо вручную, либо посредством механического колосникового или другого устройства. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||