Помощь студентам в учебе
Исследование свойств связующих веществ для получения топливных брикетов из ТКО
|
Введение 3
Глава 1 Литературный обзор 7
1.1 Анализ существующих мусоросортировочных комплексов и объемов
образования вторичных материальных ресурсов 7
1.2 Свойства топливных брикетов 13
1.3 Литературный обзор в области исследования свойств связующих
веществ в топливных брикетах 21
1.4 Анализ технологий получения топливных брикетов из ТКО 36
Глава 2 Исследование свойств связующих веществ для получения топливных брикетов из ТКО 40
2.1 Экспериментальный анализ характеристик топливных брикетов из ТКО 40
2.2 Разработка математической модели зависимости свойств связующих
веществ на качество полученных топливных брикетов 47
Глава 3 Оптимизация технологии получения топливных брикетов из ТКО .. 51
3.1 Технологический процесс сортировки ТКО на базе ООО
«ЭкоРесурсПоволжье» 51
3.2 Оптимизация технологии получения топливных брикетов из ТКО 53
3.3 Расчет материального и теплового балансов процесса
брикетирования ТКО 65
3.4 Расчет экономической эффективности предлагаемой технологии . 73
Заключение 84
Список используемой литературы 86
Глава 1 Литературный обзор 7
1.1 Анализ существующих мусоросортировочных комплексов и объемов
образования вторичных материальных ресурсов 7
1.2 Свойства топливных брикетов 13
1.3 Литературный обзор в области исследования свойств связующих
веществ в топливных брикетах 21
1.4 Анализ технологий получения топливных брикетов из ТКО 36
Глава 2 Исследование свойств связующих веществ для получения топливных брикетов из ТКО 40
2.1 Экспериментальный анализ характеристик топливных брикетов из ТКО 40
2.2 Разработка математической модели зависимости свойств связующих
веществ на качество полученных топливных брикетов 47
Глава 3 Оптимизация технологии получения топливных брикетов из ТКО .. 51
3.1 Технологический процесс сортировки ТКО на базе ООО
«ЭкоРесурсПоволжье» 51
3.2 Оптимизация технологии получения топливных брикетов из ТКО 53
3.3 Расчет материального и теплового балансов процесса
брикетирования ТКО 65
3.4 Расчет экономической эффективности предлагаемой технологии . 73
Заключение 84
Список используемой литературы 86
Актуальность и научная значимость исследования
На сегодняшний день в России формируется политика развития экотехнопарков, на территории которых предусмотрен рецикл всех поступающих отходов.
Важным вопрос для всех экономически развитых стран является поиск новых источников получения энергии, а также пути ресурсосбережения. Переработка образующихся отходов в топливо позволяет экономить сырьевые и энергетические ресурсы, а также снизить загрязнение окружающей среды.
Во многих странах проводятся исследования в области получения высококачественного топлива, которое будет возобновляемым и иметь низкую себестоимость. Разработка технологий переработки образующихся отходов необходимо проводить с учетом комплексного использования сырья и его экологической безопасности. На сегодняшний день таким требования удовлетворяет биотопливо, которое получается за счет переработки поступающих отходов.
Для получения биотоплива применяют технологию брикетирования с предварительной сортировкой и измельчением поступающих на мусоросортировочные комплексы отходов.
Топливные брикеты представляют собой спрессованные отходы с определенным компонентным составом. Преимуществами использования топливных брикетов являются такие аспекты, как большая объемная плотность энергии, высокая теплопроводность, постоянство теплоты сгорания на протяжении всего времени горения, уменьшение негативного воздействия на окружающую среду по сравнению с твердыми ископаемыми топливами.
Наиболее распространены топливные брикеты, изготовленные из отходов деревообработки и сельского хозяйства, но это не позволяет решить проблему накопления отходов, которые образуются в условиях города (ТКО). Необходимо разработать состав топливных брикетов и технологию их изготовления, которые позволят получать брикеты с высокой теплотворной способностью и снизить экологическую нагрузку за счет введения в их состав ТКО.
Объект исследования: топливные брикеты, полученные из твердых коммунальных отходов.
Предмет исследования: свойства связующих веществ для получения топливных брикетов из ТКО.
Цель исследования: повышение эффективности использования топливных брикетов из ТКО при улучшении свойств их связующих веществ.
Гипотеза исследования повышение теплотворной способности топливных брикетов при использовании в их составе ТКО.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ существующих мусоросортировочных комплексов и объемов образования вторичных материальных ресурсов для получения топливных брикетов.
2. Провести анализ существующих технологий получения топливных брикетов из ТКО и определить возможность применения этих технологий на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье».
3. Провести исследование свойств связующих веществ топливных брикетов из ТКО для повышения технических показателей готового продукта.
4. Провести оценку технико-экономических показателей применения технологии по получению топливных брикетов на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье».
Проблема исследования: необходимость эффективного использования вторичных материальных ресурсов из ТКО как энергетического ресурса и отсутствие обоснованных технических решений для их внедрения.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых: Рязанова А.В., Дейнеко И.П., Файзуллиной Л.М., Киселева С.П., Хитрина К.С,, Фукса С., Бьёрна Дж., Хи Сан С., Сотанде О., . Khitrin K.S., Fuks S.L., Khitrin S.V Byoung J. A., Hee- sun C., Soo M. L., Sotannde O.A., Oluyege A.O., Abah G.B. Тельцова Л.З. Бушихин В.В., Ломтев А.Ю., Будко А.Г., Пахтинов В.М. Владимиров С.Н., Ермакова Л.С. ев В.А., Смирнова Т.С., Киселева С.П.
Базовыми для настоящего исследования явились: работы Владимирова С.Н., Смирнова Т.С., Рязанова А.В., патентные исследования Аверьянова Н.А, Табакаева Р.Б., Буравчика Н.И., Богачева А.П. в области изготовления топливных брикетов из биомасс и ТКО.
Методы исследования: использовались аналитические, экспериментальные и расчетные методы исследования, включая ГОСТы и методологические особенности расчета теплового и материального баланса.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследования проводились с использованием ресурсов предприятия ООО «ЭкоРесурсПоволжье» и лабораторий кафедры «Химическая технология и ресурсосбережение» Тольяттинского государственного университета.
Научная новизна исследования заключается в предложении включения переработанных ТКО («хвостов») в состав традиционных топливных брикетов из деревянных опилок с использованием в качестве связующего компонента картон.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе возможности изготовления топливных брикетов из ТКО с применением натуральных связующих компонентов, которые способствуют формированию требуемых характеристик по теплоте сгорания.
Практическая значимость исследования заключается в реализации предложенной технологии использования отсортированных твердых коммунальных отходов при изготовлении топливных брикетов и обоснование их качества.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обоснована экспериментальными исследованиями, расчетными данными и внедрением предлагаемых решений на предприятии.
Личное участие автора заключается в предложении технологии изготовлении топливных брикетов из ТКО для снижения объемов образования отходов, проведение экспериментальных исследований по определению качества получаемых топливных брикетов при использовании различных связующих компонентов.
Апробация и внедрение результатов работы проводились на Всероссийской студенческой научно-практической Междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. общество» в декабре 2020 года, опубликована статья «Получение топливных брикетов из ТКО» в журнале номер 34.
На защиту выносятся:
- предложение технологии изготовления топливных брикетов из ТКО с применением в качестве связующего компонента картона.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, содержит 17 рисунков, 34 таблицы, список использованной литературы (38 источников). Основной текст работы изложен на 90 страницах.
На сегодняшний день в России формируется политика развития экотехнопарков, на территории которых предусмотрен рецикл всех поступающих отходов.
Важным вопрос для всех экономически развитых стран является поиск новых источников получения энергии, а также пути ресурсосбережения. Переработка образующихся отходов в топливо позволяет экономить сырьевые и энергетические ресурсы, а также снизить загрязнение окружающей среды.
Во многих странах проводятся исследования в области получения высококачественного топлива, которое будет возобновляемым и иметь низкую себестоимость. Разработка технологий переработки образующихся отходов необходимо проводить с учетом комплексного использования сырья и его экологической безопасности. На сегодняшний день таким требования удовлетворяет биотопливо, которое получается за счет переработки поступающих отходов.
Для получения биотоплива применяют технологию брикетирования с предварительной сортировкой и измельчением поступающих на мусоросортировочные комплексы отходов.
Топливные брикеты представляют собой спрессованные отходы с определенным компонентным составом. Преимуществами использования топливных брикетов являются такие аспекты, как большая объемная плотность энергии, высокая теплопроводность, постоянство теплоты сгорания на протяжении всего времени горения, уменьшение негативного воздействия на окружающую среду по сравнению с твердыми ископаемыми топливами.
Наиболее распространены топливные брикеты, изготовленные из отходов деревообработки и сельского хозяйства, но это не позволяет решить проблему накопления отходов, которые образуются в условиях города (ТКО). Необходимо разработать состав топливных брикетов и технологию их изготовления, которые позволят получать брикеты с высокой теплотворной способностью и снизить экологическую нагрузку за счет введения в их состав ТКО.
Объект исследования: топливные брикеты, полученные из твердых коммунальных отходов.
Предмет исследования: свойства связующих веществ для получения топливных брикетов из ТКО.
Цель исследования: повышение эффективности использования топливных брикетов из ТКО при улучшении свойств их связующих веществ.
Гипотеза исследования повышение теплотворной способности топливных брикетов при использовании в их составе ТКО.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ существующих мусоросортировочных комплексов и объемов образования вторичных материальных ресурсов для получения топливных брикетов.
2. Провести анализ существующих технологий получения топливных брикетов из ТКО и определить возможность применения этих технологий на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье».
3. Провести исследование свойств связующих веществ топливных брикетов из ТКО для повышения технических показателей готового продукта.
4. Провести оценку технико-экономических показателей применения технологии по получению топливных брикетов на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье».
Проблема исследования: необходимость эффективного использования вторичных материальных ресурсов из ТКО как энергетического ресурса и отсутствие обоснованных технических решений для их внедрения.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых: Рязанова А.В., Дейнеко И.П., Файзуллиной Л.М., Киселева С.П., Хитрина К.С,, Фукса С., Бьёрна Дж., Хи Сан С., Сотанде О., . Khitrin K.S., Fuks S.L., Khitrin S.V Byoung J. A., Hee- sun C., Soo M. L., Sotannde O.A., Oluyege A.O., Abah G.B. Тельцова Л.З. Бушихин В.В., Ломтев А.Ю., Будко А.Г., Пахтинов В.М. Владимиров С.Н., Ермакова Л.С. ев В.А., Смирнова Т.С., Киселева С.П.
Базовыми для настоящего исследования явились: работы Владимирова С.Н., Смирнова Т.С., Рязанова А.В., патентные исследования Аверьянова Н.А, Табакаева Р.Б., Буравчика Н.И., Богачева А.П. в области изготовления топливных брикетов из биомасс и ТКО.
Методы исследования: использовались аналитические, экспериментальные и расчетные методы исследования, включая ГОСТы и методологические особенности расчета теплового и материального баланса.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследования проводились с использованием ресурсов предприятия ООО «ЭкоРесурсПоволжье» и лабораторий кафедры «Химическая технология и ресурсосбережение» Тольяттинского государственного университета.
Научная новизна исследования заключается в предложении включения переработанных ТКО («хвостов») в состав традиционных топливных брикетов из деревянных опилок с использованием в качестве связующего компонента картон.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе возможности изготовления топливных брикетов из ТКО с применением натуральных связующих компонентов, которые способствуют формированию требуемых характеристик по теплоте сгорания.
Практическая значимость исследования заключается в реализации предложенной технологии использования отсортированных твердых коммунальных отходов при изготовлении топливных брикетов и обоснование их качества.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обоснована экспериментальными исследованиями, расчетными данными и внедрением предлагаемых решений на предприятии.
Личное участие автора заключается в предложении технологии изготовлении топливных брикетов из ТКО для снижения объемов образования отходов, проведение экспериментальных исследований по определению качества получаемых топливных брикетов при использовании различных связующих компонентов.
Апробация и внедрение результатов работы проводились на Всероссийской студенческой научно-практической Междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. общество» в декабре 2020 года, опубликована статья «Получение топливных брикетов из ТКО» в журнале номер 34.
На защиту выносятся:
- предложение технологии изготовления топливных брикетов из ТКО с применением в качестве связующего компонента картона.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, содержит 17 рисунков, 34 таблицы, список использованной литературы (38 источников). Основной текст работы изложен на 90 страницах.
В большинстве стран мира самой распространенной практикой остается захоронение поступающих твердых коммунальных отходов, не разработано полностью безотходных технологий для обезвреживания или утилизации ТКО. Для того, чтобы повысить эффективность переработки поступающих отходов, необходимо повсеместно вводить практику раздельного сбора или сортировки в месте сбора отходов.
Для условий РФ при проектировании и создании предприятий отрасли обращения с отходами необходимо в обязательном порядке учитывать свойства, присущие российским ТКО (по морфологии с учетом отсутствия раздельного сбора).
На сегодняшний день получает развитие вопрос переработки поступающих ТКО во вторичное сырье. Большой интерес представляют компоненты, при сжигании которых выделяется достаточное количество теплоты и отсутствуют вредные выделения. Они могут быть использованы для изготовления топливных брикетов.
При изготовлении и использовании топливных брикетов необходимо уделять большое внимание экологическому аспекту. Предварительно должен осуществляться детальный анализ компонентов, которые будут входить в состав брикетов, а также изучать продукты горения. При сепарации поступающих ТКО следует следить за отсутствие вредных и опасных веществ, которые могут попасться в топливные брикеты.
Процесс производства топливных брикетов позволит решиться такие задачи, как энергетическая и экологическая. Использование ТКО в качестве топлива - альтернативный источник энергии, который является доступным, дешевым и возобновляемым. С экологической точки зрения производство топливных брикетов позволяет решать проблему утилизации отходов потребления и снижает количество выбросов СО2 в атмосферу.
Полученные результаты показывают, что характеристики и воздействие топливных брикетов со связующими компонентами картон и крахмал очень близки по значениям, но при производстве брикетов из ТКО на мусороперерабатывающем заводе экономически выгодно использовать картон.
Проведенные экспериментальные исследования топливных брикетов, изготовленных из ТКО с двумя связующими, на содержание тяжелых металлов в своем составе показали, что при сжигании и получении водных вытяжек исходные образцы не содержат вредных и опасных компонентов. Также изучен такой показатель, как зольность, который показал результаты значительно ниже традиционных топлив. Таким образом, использование топливных брикетов, изготовленных из ТКО, не будет оказывать негативного воздействия на окружающую среду, при этом теплота сгорания позволит заменить традиционные топлива.
Была разработана математическая модель зависимости свойств связующих веществ на теплотворную способность полученных топливных брикетов, которая позволила рассчитать теплоемкость брикетов и сделать вывод, что оптимальным для применения является связующий компонент - картон (теплотворная способность составляет 8,0519 МДж/кг).
Проведение расчетов экономической эффективности приобретения и монтажа линии по производству топливных брикетов из ТКО показывают, что несмотря на большие прямые вложения 684000 руб. достигается положительный эффект для предприятия в виде прибыли в объеме 3228798,86 руб./год. Также стоит отметить, что для производства брикетов из ТКО не требуется закупка сырья, все необходимые компоненты присутствуют на предприятии при сортировке и переработке поступающих отходов.
Получаемые топливные брикеты из ТКО по себестоимости (4,63 руб./кг) не превышают среднерыночную стоимость топливных брикетов из природных материалов, имея более высокую теплоемкость.
Для условий РФ при проектировании и создании предприятий отрасли обращения с отходами необходимо в обязательном порядке учитывать свойства, присущие российским ТКО (по морфологии с учетом отсутствия раздельного сбора).
На сегодняшний день получает развитие вопрос переработки поступающих ТКО во вторичное сырье. Большой интерес представляют компоненты, при сжигании которых выделяется достаточное количество теплоты и отсутствуют вредные выделения. Они могут быть использованы для изготовления топливных брикетов.
При изготовлении и использовании топливных брикетов необходимо уделять большое внимание экологическому аспекту. Предварительно должен осуществляться детальный анализ компонентов, которые будут входить в состав брикетов, а также изучать продукты горения. При сепарации поступающих ТКО следует следить за отсутствие вредных и опасных веществ, которые могут попасться в топливные брикеты.
Процесс производства топливных брикетов позволит решиться такие задачи, как энергетическая и экологическая. Использование ТКО в качестве топлива - альтернативный источник энергии, который является доступным, дешевым и возобновляемым. С экологической точки зрения производство топливных брикетов позволяет решать проблему утилизации отходов потребления и снижает количество выбросов СО2 в атмосферу.
Полученные результаты показывают, что характеристики и воздействие топливных брикетов со связующими компонентами картон и крахмал очень близки по значениям, но при производстве брикетов из ТКО на мусороперерабатывающем заводе экономически выгодно использовать картон.
Проведенные экспериментальные исследования топливных брикетов, изготовленных из ТКО с двумя связующими, на содержание тяжелых металлов в своем составе показали, что при сжигании и получении водных вытяжек исходные образцы не содержат вредных и опасных компонентов. Также изучен такой показатель, как зольность, который показал результаты значительно ниже традиционных топлив. Таким образом, использование топливных брикетов, изготовленных из ТКО, не будет оказывать негативного воздействия на окружающую среду, при этом теплота сгорания позволит заменить традиционные топлива.
Была разработана математическая модель зависимости свойств связующих веществ на теплотворную способность полученных топливных брикетов, которая позволила рассчитать теплоемкость брикетов и сделать вывод, что оптимальным для применения является связующий компонент - картон (теплотворная способность составляет 8,0519 МДж/кг).
Проведение расчетов экономической эффективности приобретения и монтажа линии по производству топливных брикетов из ТКО показывают, что несмотря на большие прямые вложения 684000 руб. достигается положительный эффект для предприятия в виде прибыли в объеме 3228798,86 руб./год. Также стоит отметить, что для производства брикетов из ТКО не требуется закупка сырья, все необходимые компоненты присутствуют на предприятии при сортировке и переработке поступающих отходов.
Получаемые топливные брикеты из ТКО по себестоимости (4,63 руб./кг) не превышают среднерыночную стоимость топливных брикетов из природных материалов, имея более высокую теплоемкость.