Помощь студентам в учебе
УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ В СОСТАВЕ СУСПЕНЗИОННЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ИХ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ С ВЫРАБОТКОЙ ЭНЕРГИИ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБЛАСТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ 19
1.1. Технологии и способы утилизации коммунальных отходов 19
1.2. Технологии и способы утилизации отходов сырьевого сектора 21
1.3. Утилизация отходов в топочных камерах энергетических установок и на
мусоросжигательных заводах 22
1.4. Сложности утилизации коммунальных отходов 25
Выводы по первой главе 28
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ СТЕНДЫ 30
2.1. Планирование экспериментальных исследований 30
2.2. Характеристики и свойства компонентов КЖТ 31
2.3. Метод приготовления КЖТ 33
2.4. Используемые экспериментальные стэнды 34
Выводы по второй главе 39
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ КАПЕЛЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ
ТОПЛИВ С ТКО 41
3.1. Основные характеристики процессов зажигания и последующего горения 41
3.2. Анализ влияния компонентного состава органоводоугольного топлива на
характеристики зажигания 42
3.3. Условия зажигания органоводоугольного топлива на основе углеродного
остатка от пиролиза автомобильных шин 51
3.4. Анализ влияния типичных твердых коммунальных отходов в составе
композиционного топлива на время задержки зажигания 55
3.5. Анализ влияния механизма подвода тепла на характеристики зажигания и горения композиционного топлива с добавлением твердых коммунальных
отходов 59
3.6. Анализ влияния отработанного масла в составе композиционного топлива
на характеристики зажигания 65
3.7. Установленные режимы зажигания композиционных топлив 71
3.8. Анализ совместного влияния группы факторов на времена задержки
зажигания и длительности горения композиционного топлива 74
3.9. Анализ совместного влияния группы факторов на длительность и скорости
выгорания композиционного топлива 79
3.10. Анализ влияния ТКО и отработанного масла в составе композиционного
топлива на концентрации антропогенных выбросов при сжигании топливных композиций 87
3.11. Относительные показатели эффективности КЖТ 89
Выводы по третьей главе 93
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ СУСПЕНЗИЙ ИЗ ОТХОДОВ В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ
КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА 96
4.1. Описание модели 96
4.2. Результаты моделирования 99
Выводы по четвертой главе 108
ГЛАВА 5. СОВМЕСТНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ КОММУНАЛЬНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ С ВЫРАБОТКОЙ ЭНЕРГИИ 109
5.1. Перспективы совместной утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой энергии в Сибири 109
5.1.1. Описание объектов сравнительного анализа 110
5.1.2. Энергетический потенциал промышленных отходов и ТКО 114
5.1.3. Энергетический потенциал отходов обогащения угля и
нефтепереработки 117
5.1.4. Потребность в энергоресурсах угольных котельных установок большой
и малой энергетики 120
5.1.5. Стратегия совместной утилизации промышленных и коммунальных
отходов с выработкой теплоты и электрической энергии 123
5.2. Перспективы утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой теплоты и электрической энергии в мире 127
Выводы по пятой главе 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ 140
ЛИТЕРАТУРА 144
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акты об использовании результатов исследований 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Список публикаций по теме исследований 164
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Список докладов по теме исследований 165
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБЛАСТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ 19
1.1. Технологии и способы утилизации коммунальных отходов 19
1.2. Технологии и способы утилизации отходов сырьевого сектора 21
1.3. Утилизация отходов в топочных камерах энергетических установок и на
мусоросжигательных заводах 22
1.4. Сложности утилизации коммунальных отходов 25
Выводы по первой главе 28
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ СТЕНДЫ 30
2.1. Планирование экспериментальных исследований 30
2.2. Характеристики и свойства компонентов КЖТ 31
2.3. Метод приготовления КЖТ 33
2.4. Используемые экспериментальные стэнды 34
Выводы по второй главе 39
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССОВ ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ КАПЕЛЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ
ТОПЛИВ С ТКО 41
3.1. Основные характеристики процессов зажигания и последующего горения 41
3.2. Анализ влияния компонентного состава органоводоугольного топлива на
характеристики зажигания 42
3.3. Условия зажигания органоводоугольного топлива на основе углеродного
остатка от пиролиза автомобильных шин 51
3.4. Анализ влияния типичных твердых коммунальных отходов в составе
композиционного топлива на время задержки зажигания 55
3.5. Анализ влияния механизма подвода тепла на характеристики зажигания и горения композиционного топлива с добавлением твердых коммунальных
отходов 59
3.6. Анализ влияния отработанного масла в составе композиционного топлива
на характеристики зажигания 65
3.7. Установленные режимы зажигания композиционных топлив 71
3.8. Анализ совместного влияния группы факторов на времена задержки
зажигания и длительности горения композиционного топлива 74
3.9. Анализ совместного влияния группы факторов на длительность и скорости
выгорания композиционного топлива 79
3.10. Анализ влияния ТКО и отработанного масла в составе композиционного
топлива на концентрации антропогенных выбросов при сжигании топливных композиций 87
3.11. Относительные показатели эффективности КЖТ 89
Выводы по третьей главе 93
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ СУСПЕНЗИЙ ИЗ ОТХОДОВ В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ
КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА 96
4.1. Описание модели 96
4.2. Результаты моделирования 99
Выводы по четвертой главе 108
ГЛАВА 5. СОВМЕСТНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ КОММУНАЛЬНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ С ВЫРАБОТКОЙ ЭНЕРГИИ 109
5.1. Перспективы совместной утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой энергии в Сибири 109
5.1.1. Описание объектов сравнительного анализа 110
5.1.2. Энергетический потенциал промышленных отходов и ТКО 114
5.1.3. Энергетический потенциал отходов обогащения угля и
нефтепереработки 117
5.1.4. Потребность в энергоресурсах угольных котельных установок большой
и малой энергетики 120
5.1.5. Стратегия совместной утилизации промышленных и коммунальных
отходов с выработкой теплоты и электрической энергии 123
5.2. Перспективы утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой теплоты и электрической энергии в мире 127
Выводы по пятой главе 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ 140
ЛИТЕРАТУРА 144
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акты об использовании результатов исследований 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Список публикаций по теме исследований 164
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Список докладов по теме исследований 165
Интенсивное развитие мировой экономики вызывает увеличение объемов потребления энергоресурсов (рисунок 1) [1]. Несмотря на развитие альтернативных источников энергии и увеличение их доли в общемировой структуре энергетического баланса более чем в 10 раз за последние 50 лет, в настоящее время относительное значение этой характеристики составляет около 9% (рисунок 2). Это почти в 7 раз меньше по сравнению с выработкой энергии ТЭС при сжигании углеводородов и почти в 3 раза меньше по сравнению с выработкой энергии АЭС и ГЭС. Увеличению доли нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НИЭ) на практике препятствуют существенные недостатки [2, 3]:
Рисунок 1. Мощность энегогенерации по источникам [1]
• энергоустановки имеют низкий КПД по преобразованию первичной энергии в теплоту (фотопреобразователи - 12-16%, НИЭ - 30-40%, ГЭС - 60-70%);
• большая суточная и сезонная нестабильность мощности основных НИЭ требует создания сложных технических систем, которые объединяют энергоустановки на разных НИЭ, а также стенды, аккумулирующие и генерирующие энергию путем сжигания углеводородного топлива.
Все эти недостатки существенно усложняют и удорожают процесс производства энергии, снижают надежность системы энергоснабжения.
2017
25606 ТВт-ч
Рисунок 2. Общемировая структура энергогенерации [1]
Страны с большим запасом традиционных энергоресурсов ввели на практике программы освоения НИЭ [4]. Эти программы, с одной стороны, заключаются в поощрении развития НИЭ и расширении их номенклатуры, с другой стороны, накладывают ограничения на сжигание углеводородов для производства энергии. По прогнозам Международного энергетического агентства [7], доля НИЭ в мировом балансе производства электроэнергии к 2050 году будет составлять 46%. Существенный прирост мощностей обусловлен комплексным применением НИЭ. Реализованы проекты по строительству солнечный, ветряных, приливных, геотермальных и гидроэлектростанций. Вместе с этим возрастает интерес к коммунальным и промышленным отходам, которые имеют большой потенциал для производства энергии при их утилизации [5, 6]. Таким образом в Европе постепенно нарастает тенденция к отказу от угля как источника энергии.
Во многих странах мира, таких как Китай, Индия, Индонезия, где расположены месторождения твердых полезных ископаемых, в последние десятилетия возрастает добыча (таблица 1) и экспорт высококачественных марок угля и собственное потребление местных низкокачественных марок угля. Это объясняется дешевизной угля относительно других углеводородов. Увеличение объемов потребления угля в рамках традиционных технологий сжигания, к сожалению, приведет к достаточно существенному ухудшению экологической обстановки в мире. При функционировании угольных тепловых электростанций и котельных в окружающую среду в составе дымовых газов поступают газы СО, СО2, SO2, NOX, летучая зола, которые оказывают негативное влияние на атмосферу [10]. Также в ходе обогащения угля образуются фильтр-кеки - высокозольные отходы, которые занимают значительные площади и наносят вред окружающей среде. Всего при добыче и обогащении угля за 2017 год в России было образовано 3236,6 млн тонн отходов. Из них 1526,9 млн тонн (47 %) было размещено на отвалах на территориях различных предприятий [9].
Таблица 1. Мировая добыча угля (за 2018 г.) [1]
Производство угля млн тонн %
Китай 3550 45.4
Индия 771 9.9
США 685 8.8
Индонезия 549 7.0
Австралия 483 6.2
Россия 420 5.4
ЮАР 259 3.3
Г ермания 169 2.2
Польша 122 1.6
Казахстан 114 1.5
Другие государства 691 8.7
Всего 7813 100.0
Вместе с тем в последнее время актуальной задачей является утилизация твердых коммунальных отходов (ТКО, [160]). Несмотря на распространение технологий по переработке и повторному использованию, повсеместное внедрение данных технологий осуществится еще нескоро [8, 10]. Но уже сейчас необходимо решать, что делать с не только постоянно образующимися отходами, но и огромным количеством уже накопленных отходов, хранящихся на полигонах по всему миру. Существуют способы использования твердых коммунальных отходов в качестве топлива для сжигания на мусоросжигательных заводах. Существуют две группы известных технологий мусоросжигания по температурному режиму [11]: низкотемпературные (600-900 °С) и высокотемпературные (более 900 °С). Низкотемпературный режим сжигания не требует применения дорогостоящего технологического оборудования и дополнительных высококачественных топлив (например, природного газа) для поддержания рабочей температуры в топке, но при прямом низкотемпературном сжигании твердых коммунальных отходов выделяется достаточно большое количество токсичных веществ (диоксинов, полиароматических углеводородов, фуранов). Для соответствия состава дымовых газов нормам по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу необходимо применение дорогостоящих систем газоочистки. В связи с этим большинство мусоросжигательных заводов являются убыточными и экологически неэффективными [73].
Более экологически безопасными являются высокотемпературные технологии сжигания твердых коммунальных отходов, т.к. при температурах процесса выше 1300 °C происходит полное разложение наиболее вредных веществ (диоксинов и фуранов) до простейших составляющих [134]. Поэтому отсутствует необходимость применения дорогостоящих систем очистки дымовых газов. Но для поддержания относительно высокой температуры в топке необходимо использовать специализированное термическое или электроплазменное оборудование. Как правило, для обеспечения функционирования такого оборудования расходуется высококачественное топливо или затрачивается энергия в большем количестве, чем она выделяется при сжигании твердых коммунальных отходов [12, 13]. Несмотря на очевидное преимущество по экологическим показателям электроплазменных технологий утилизации твердых коммунальных отходов при температурах в объеме реактора более 1300 °C они не получили широкого применения на практике и используются преимущественно для утилизации опасных медицинских отходов [135].
Таким образом, актуален поиск способов эффективной утилизации отходов углепереработки и твердых коммунальных отходов с выработкой теплоты и электрической энергии при минимальных экономических затратах.
Альтернативным вариантом решения этих проблем является применение твердых коммунальных отходов для сжигания их в составе композиционных жидких топлив. Композиционные жидкие топлива (КЖТ), в частности водоугольные (ВУТ) или органоводоугольные (ОВУТ), представляют собой вязкие, достаточно стабильные, экологически чистые суспензии (относительно угольных технологий сжигания), в которых используются уголь, либо отходы углеобогащения в качестве горючей основы [14-17]. Процессы сжигания композиционного топлива характеризуются повышенными экологическими и экономическими показателями по сравнению с процессом сжигания твердого натурального топлива [18, 19].
Сначала композиционные жидкие топлива задумывались как альтернатива мазуту для зажигания на соответствующих котлах, однако в дальнейшем область применимости данных топлив существенно расширилась [15]. Известные мировые исследовательские центры и крупные научные лаборатории Китая, Индии, Японии активно занимаются вопросами создания и внедрения композиционных жидких топлив. На данный момент действуют различные демонстрационные, опытно-промышленные и коммерческие установки по производству и использованию композиционных жидких топлив [15, 17]. В России работы, направленные на внедрение ВУТ, существенно замедлились из-за достаточно больших запасов нефти, газа и угля, а также увеличения объемов их поступления на рынки энергоресурсов по доступным ценам [15]. Первым и наиболее известным опытом промышленного использования ВУТ в России является внедрение комплекса по приготовлению, транспортировке (по трубопроводу «Белово-Новосибирск» протяженностью 262 км) и сжиганию ВУТ на Новосибирской ТЭЦ-5 (в котлах паропроизводительно- стью 670 т/ч) [15]. За период с 1989 г. по 1997 г. по трубопроводу доставлено на Новосибирскую ТЭЦ-5 более 350 тыс. м3 ВУТ. В 1997 г. в период профилактики Новосибирской ТЭЦ-5 трубопровод остановлен [15]. В качестве основных причин приостановления работы трубопровода выделены [16]: политические (не учтены интересы всех участников процесса выработки энергии), экономические (кризис, спад), технологические (сложности впрыска, непостоянное давление, промерзание участков трубопровода).
За последнее время в Китае, России, Индии и Японии интерес к композиционным топливам на основе отходов углеобогащения (фильтр-кеков) существенно возрос. Постоянно проводятся исследования [15, 139-144], направленные на изучение основных характеристик сжигания таких топлив в модельных камерах сгорания с целью получения оптимальных составов и улучшения горения КЖТ. В России данным вопросом занимались известные специалисты: Алексеенко С.В., Баранова М.П., Богомолов А.Р., Бурдуков А.П., Валиуллин Т.Р., Вед- рученко В.Р., Вершинина К.Ю., Глушков Д.О., Горлов Е.Г., Делягин Г.Н., Декте- рев А.А., Дзюба Д.А., Заостровский А.Н., Кравченко И.В., Кравченко А.И., Кузнецов Г.В., Кулагин В.А., Мальцев Л.И., Мурко В.И., Овчинников Ю.В., Осинцев В.В., Патраков Ю.Ф., Попов В.И., Пузырев Е.М., Рыжков А.Ф., Саломатов В.В., Стрижак П.А., Шевырев С.А., Цепенок А.И., Федорова Н.И., Федяев В.И., Хода- ков Г.С., Чернецкий М.Ю. Известно [21], что фильтр-кеки имеют малое количество летучих компонентов и углерода по сравнению с углями. Как следствие, времена задержки зажигания таких топлив существенно выше [20]. Поэтому проводятся исследования с целью улучшения свойств горения композиционных жидких топлив. На основании оценок [22] можно предположить, что введение типичных твердых коммунальных отходов в состав композиционных топлив в количестве 10-20% позволит снизить на 20-30% площадь территорий вновь организуемых полигонов для захоронения твердых коммунальных отходов и обеспечить экономию исчерпаемых углеводородных топлив, которые сжигаются для производства электрической энергии и теплоты.
Исследования экологических характеристик сжигания водоугольных топлив с добавками твердых коммунальных отходов ранее не осуществлялись. Не сформирована информационная база основных экологических характеристик сжигания органоводоугольных топлив с добавками твердых коммунальных отходов. Не установлено влияние основных компонентов твердых коммунальных отходов на характеристики горения. Это ограничивает обоснование целесообразности добавления твердых коммунальных отходов к ВУТ и ОВУТ для минимизации негативного влияния жидких и коммунальных отходов на окружающую среду.
Использование КЖТ с твердыми коммунальными отходами позволит утилизировать накопленные фильтр-кеки и твердые коммунальные отходы, снизить выбросы оксидов азота и серы в атмосферу. Добавление в состав композиционных топлив типичных твердых коммунальных отходов (в пределах 10%) будет способствовать совместному решению проблем восполнения дефицита энергоресурсов и утилизации отходов [25, 141-142].
Целью диссертационной работы является обоснование возможности использования твердых коммунальных отходов в качестве перспективных компонентов суспензионных топлив на основе отходов углеобогащения для сжигания в топках котельных агрегатов путем экспериментальных исследований характеристик процессов их горения, а также при анализе перспектив совместной утилизации промышленных и твердых коммунальных отходов с выработкой теплоты и электрической энергии.
Для достижения поставленной цели диссертационной работы решались следующие задачи:
1. Анализ современного состояния исследований и технических решений в области утилизации твердых коммунальных отходов в России и мире. Выявление факторов, препятствующих эффективной утилизации твердых коммунальных отходов. Разработка способа решения проблемы на основе экологически, экономически и энергетически выгодного сжигания суспензий с твердыми коммунальными отходами.
2. Разработка экспериментальной методики с целью использования нескольких стендов и специализированных модельных камер сгорания для изучения процессов зажигания и горения капель КЖТ с варьируемой температурой, а также доминирующим механизмом нагрева.
3. Приготовление составов КЖТ из отходов угле- и нефтепереработки с добавлением твердых коммунальных отходов. Анализ сырьевой базы для развития технологий сжигания КЖТ с твердыми коммунальными отходами при учете энергетических, экологических и экономических факторов, типичных для котельных установок большой и малой энергетики.
4. Определение параметров работы стендов, соответствующих условиям устойчивого зажигания капель перспективных для топок водогрейных и паровых котлов суспензий КЖТ.
5. Экспериментальное исследование процессов тепло- и массопереноса при горении капель КЖТ с твердыми коммунальными отходами.
6. Определение влияния температуры нагретого газа, размеров частиц, концентрации компонентов суспензий КЖТ на времена задержки и пороговые температуры зажигания КЖТ.
7. Выделение перспективных добавок из числа индустриальных и коммунальных отходов в КЖТ для варьирования в широких диапазонах интегральных характеристик их зажигания и горения.
8. Изучение характеристик горения композиционного топлива с варьируемым составом в разных условиях нагрева для обоснования возможности протекания процесса горения в условиях, характерных для топок котлоагрегатов.
9. Анализ структуры, объемов и энергетического потенциала для наиболее широко распространенных твердых коммунальных отходов, низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки.
10. Разработка концепции вовлечения перспективных композиционных топлив из низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки, твердых коммунальных отходов в топливно-энергетический комплекс с обоснованием положительных экологических, экономических и социальных эффектов.
Научная новизна работы. Предложен способ утилизации твердых коммунальных отходов в составе КЖТ при сжигании в топочных камерах котельных установок большой и малой энергетики. Установлены условия и характеристики эффективного зажигания суспензий КЖТ с добавлением твердых коммунальных отходов в модельных камерах сгорания. Получены аппроксимационные выражения для прогнозирования значений этих характеристик, а также развития моделей зажигания и горения мультитопливных капель КЖТ. Проанализирована структура, объемы и энергетический потенциал широко распространенных твердых коммунальных отходов, низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки. Продемонстрированы высокие значения относительных комплексных экологических, экономических и энергетических индикаторов сжигания КЖТ с твердыми коммунальными отходами в сравнении с традиционным пылевидным сжиганием угля. Диссертационная работа соответствует области теоретических и экспериментальных исследований процессов тепло- и массопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло. Полученные результаты выполненной работы способствуют развитию технологий, позволяющих экономить энергетические ресурсы.
Практическая значимость. С использованием полученных в настоящей работе экспериментальных и теоретических значений характеристик процессов зажигания (предельные температуры, минимальные времена прогрева, требуемые расходы) и горения (максимальные температуры, времена выгорания капель топливного аэрозоля, скорости горения, антропогенные выбросы) КЖТ с добавлением твердых коммунальных отходов появляется возможность спрогнозировать возможность их эффективного применения на водогрейных и паровых котлах энергетических установок различной производительности. Результаты диссертационных исследований используются при выполнении инвестиционного проекта, направленного на создание первого в России опытно-промышленного участка подготовки и сжигания органоводоугольного топлива с применением промышленных и коммунальных отходов в г. Томске. Получены акты об использовании результатов диссертационных исследований на энергетических предприятиях Кемеровской и Томской области при реализации проекта по замене угля на КЖТ с твердыми коммунальными отходами, а также в Национальном исследовательском Томском политехническом университете при подготовке специалистов (магистратура, аспирантура) в области экологически чистых топливных технологий.
Связь работы с научными программами и грантами. Диссертационные исследования зажигания капель КЖТ и изучение влияния добавления твердых коммунальных отходов в КЖТ на характеристики процессов их прогрева и зажигания выполнены при поддержке грантов: РНФ № 15-19-10003 «Разработка основных элементов теории зажигания существенно неоднородных по структуре капель органоводоугольных топлив» (2015-2017 гг.) и Президента РФ № МК-2391.2014.8 «Исследование процессов сопряженного тепломассопереноса в условиях интенсивных фазовых превращений и химического реагирования при нагревании твердых и гелеобразных конденсированных веществ локальными источниками ограниченной энергоемкости» (2015-2016 гг.). Разработка концепции вовлечения композиционных топлив из низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки, твердых коммунальных отходов в топливно-энергетический комплекс с обоснованием положительных экологических, экономических и социальных эффектов выполнена в рамках гранта РФФИ «р_а» № 18-43-700001 «Разработка теоретических основ ресурсоэффективных теплоэнергетических технологий сжигания индустриальных и коммунальных отходов в составе композиционных топлив» (2018-2020 гг.).
Достоверность результатов диссертационных исследований подтверждается использованием современных высокоточных оптических методов, удовлетворительной повторяемостью опытов при идентичных начальных условиях, выполненным анализом систематических и случайных погрешностей результатов измерений, удовлетворительной корреляцией некоторых полученных данных с известными результатами исследований других исследователей.
Тематика исследований соответствует приоритетному направлению развития науки, техники и технологий в Российской Федерации (указ Президента РФ № 899 от 7 июня 2011 г.) «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», а также находится в сфере критических технологий федерального уровня, получивших высокий рейтинг по показателям состояния и перспективам развития («Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии», «Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе»).
Личный вклад автора включает в себя формирование целей работы, выводов и защищаемых положений, задач диссертации, разработке методик исследований, планировании экспериментальных исследований, проведении опытов, оценке случайных и систематических погрешностей, обработке результатов опытов, варьировании параметров на математической модели топочной камеры в случае недоступности проведении экспериментов в лаборатории, обобщении и анализе экспериментальных результатов исследований, разработке рекомендаций использования полученных результатов, апробации результатов.
Научные положения, результаты и выводы, выносимые на защиту:
1. При использовании твердых коммунальных отходов в составе суспензионных топлив возможно существенное сбережение энергетических ресурсов при сохранении высоких энергетических характеристик котельных агрегатов. Теплота сгорания суспензий с твердыми коммунальными отходами может достигать 11-15 МДж/кг. Максимальное отличие времен задержки зажигания КЖТ с добавлением и без твердых коммунальных отходов составляет не более 22% в области относительно невысоких температур (до 900 °C). При температурах, поддерживаемых в топках котельных агрегатов (более 900 °C), отличия времен задержки зажигания для разных составов топлива не превышают 10%.
2. За счет совместного сжигания твердых коммунальных отходов, а также отходов углеобогащения и нефтепереработки в составе суспензий возможно уменьшение вредного воздействия на окружающую среду котельных установок. Концентрации основных газовых антропогенных выбросов (NOx и SOx) в неочищенных газообразных продуктах сгорания КЖТ из отходов углеобогащения с добавлением твердых коммунальных отходов ниже на 15-60 % по сравнению со сжиганием КЖТ без добавления твердых коммунальных отходов.
3. Скорости горения КЖТ, приготовленных на основе отходов углеобогащения (фильтр-кеков), близки (отличия менее 10%) к скоростям горения суспензий, приготовленных из углей. Экономические и экологические индикаторы кеков в несколько раз выше, чем у углей. Поэтому целесообразно применение фильтр-кеков, как основного горючего компонента КЖТ при утилизации твердых коммунальных отходов.
4. Относительные показатели (с учетом экологических, энергетических и экономических индикаторов) суспензионных топлив с добавлением твердых коммунальных отходов выше в 1.5-3 раза по сравнению с шламами и кеками без твердых коммунальных отходов, и более чем в 10 раз выше, чем у угля. Полученные результаты могут быть использованы при разработке теоретических основ создания малоотходных тепловых установок и технологических систем в целом.
5. При замене угля эквивалентным по калорийности количеством композиционного топлива с твердыми коммунальными отходами для сжигания в топках паровых и водогрейных котлов на примере трех регионов Российской Федерации экономия твердого натурального топлива будет составлять не менее 10 млн тонн ежегодно на протяжении 25 лет.
Апробация работы. Результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на Международном форуме «Интеллектуальные энергосистемы» (Томск, 2015, 2017), на Всероссийской научной конференции с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий» (Томск, 2015), , Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (Москва, 2017 г.), Международной научной конференции «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» (Томск, 2018), Сибирском теплофизическом семинаре (Новосибирск, 2018, 2019), Международной молодежной научной конференции «Тепломассоперенос в системах обеспечения тепловых режимов энергонасыщенного технического и технологического оборудования» (Томск, 2019), XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2019), XXII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Москва, 2019), Семинаре ВУЗов по теплофизике и энергетике (Санкт-Петербург, 2019).
Публикации. Основные положения, результаты и выводы диссертационных исследований опубликованы в виде 8 статей, в том числе 2 - в рецензируемых журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ: «Бутлеровские сообщения», «Химическое и нефтегазовое машиностроение» («Chemical and Petroleum Engineering»), 6 - в высокорейтинговых международных рецензируемых журналах, индексируемых базами данных «Scopus» и «Web of Science»: «Fuel Processing Technology» (ИФ=4.5), «Journal of Cleaner Production» (ИФ=6.39), «Energies» (ИФ=2.67), «Powder Technology» (ИФ=3.41), «Journal of Environmental Management» (ИФ=4.17), «Chemosphere» (ИФ=4.1).
Структура и содержание работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 160 наименований, содержит 48 рисунков, 21 таблицу, 166 страниц.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследований, отражена практическая значимость и научная новизна полученных результатов.
В первой главе проанализировано современное состояние научных исследований и технических решений в области утилизации твердых коммунальных отходов (в том числе с выработкой теплоты и электрической энергии), основные способы и используемое оборудование, выявлены достоинства и недостатки, представлен способ утилизации твердых коммунальных отходов в составе композиционных топливных суспензий.
Во второй главе приведено описание методик проведения исследований, стендов с группой модельных камер сгорания (для приближения условий инициирования горения к топкам водогрейных и паровых котлов), рассмотрены свойства и характеристики используемых компонентов для создания КЖТ.
В третьей главе приведены результаты исследования основных закономерностей и характеристик инициирования горения капель композиционного жидкого топлива в потоке разогретого воздуха в модельной камере сгорания. Определены необходимые и достаточные условия для реализации зажигания капель КЖТ, приготовленных на основе отходов угле- и нефтепереработки с добавлением твердых коммунальных отходов. Изучены процессы газофазного и гетерогенного зажигания КЖТ в контролируемых условиях. Разработаны рекомендации по использованию результатов исследований, а также рекомендации по развитию сформулированного научного подхода для повышения эффективности сжигания суспензионных топлив (в том числе на основе отходов угле- и нефтепереработки с добавлением твердых коммунальных отходов) в топочных камерах котельных агрегатов.
В четвертой главе приведены результаты численного моделирования процессов горения исследуемых составов в котельной установке, а также приведены сравнения полученных результатов с экспериментами. Г еометрия модели основана на реально существующем котле. На разработанной модели проведено варьирование некоторых параметров с целью нахождения оптимальных условий горения. Проведены расчеты по нахождению оптимального расхода воздуха, расхода топлива, а также оптимальной концентрации добавленного в композиционное топливо твердых коммунальных отходов. Созданную модель можно использовать для прогнозирования интегральных характеристик сжигания КЖТ с твердыми коммунальными отходами в котельных установках большой и малой энергетики.
В пятой главе приведены расчеты по совместной утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой энергии. Вычислено количество сэкономленного высококачественного твердого натурального топлива, при замене эквивалентным по калорийности количеством перспективного композиционного топлива. Вычислено количество фильтр-кеков, твердых коммунальных отходов и отработанных масел, которое возможно утилизировать при использовании совместной утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой энергии.
В заключении представлены главные выводы, сформулированные в ходе работы над диссертацией.
Рисунок 1. Мощность энегогенерации по источникам [1]
• энергоустановки имеют низкий КПД по преобразованию первичной энергии в теплоту (фотопреобразователи - 12-16%, НИЭ - 30-40%, ГЭС - 60-70%);
• большая суточная и сезонная нестабильность мощности основных НИЭ требует создания сложных технических систем, которые объединяют энергоустановки на разных НИЭ, а также стенды, аккумулирующие и генерирующие энергию путем сжигания углеводородного топлива.
Все эти недостатки существенно усложняют и удорожают процесс производства энергии, снижают надежность системы энергоснабжения.
2017
25606 ТВт-ч
Рисунок 2. Общемировая структура энергогенерации [1]
Страны с большим запасом традиционных энергоресурсов ввели на практике программы освоения НИЭ [4]. Эти программы, с одной стороны, заключаются в поощрении развития НИЭ и расширении их номенклатуры, с другой стороны, накладывают ограничения на сжигание углеводородов для производства энергии. По прогнозам Международного энергетического агентства [7], доля НИЭ в мировом балансе производства электроэнергии к 2050 году будет составлять 46%. Существенный прирост мощностей обусловлен комплексным применением НИЭ. Реализованы проекты по строительству солнечный, ветряных, приливных, геотермальных и гидроэлектростанций. Вместе с этим возрастает интерес к коммунальным и промышленным отходам, которые имеют большой потенциал для производства энергии при их утилизации [5, 6]. Таким образом в Европе постепенно нарастает тенденция к отказу от угля как источника энергии.
Во многих странах мира, таких как Китай, Индия, Индонезия, где расположены месторождения твердых полезных ископаемых, в последние десятилетия возрастает добыча (таблица 1) и экспорт высококачественных марок угля и собственное потребление местных низкокачественных марок угля. Это объясняется дешевизной угля относительно других углеводородов. Увеличение объемов потребления угля в рамках традиционных технологий сжигания, к сожалению, приведет к достаточно существенному ухудшению экологической обстановки в мире. При функционировании угольных тепловых электростанций и котельных в окружающую среду в составе дымовых газов поступают газы СО, СО2, SO2, NOX, летучая зола, которые оказывают негативное влияние на атмосферу [10]. Также в ходе обогащения угля образуются фильтр-кеки - высокозольные отходы, которые занимают значительные площади и наносят вред окружающей среде. Всего при добыче и обогащении угля за 2017 год в России было образовано 3236,6 млн тонн отходов. Из них 1526,9 млн тонн (47 %) было размещено на отвалах на территориях различных предприятий [9].
Таблица 1. Мировая добыча угля (за 2018 г.) [1]
Производство угля млн тонн %
Китай 3550 45.4
Индия 771 9.9
США 685 8.8
Индонезия 549 7.0
Австралия 483 6.2
Россия 420 5.4
ЮАР 259 3.3
Г ермания 169 2.2
Польша 122 1.6
Казахстан 114 1.5
Другие государства 691 8.7
Всего 7813 100.0
Вместе с тем в последнее время актуальной задачей является утилизация твердых коммунальных отходов (ТКО, [160]). Несмотря на распространение технологий по переработке и повторному использованию, повсеместное внедрение данных технологий осуществится еще нескоро [8, 10]. Но уже сейчас необходимо решать, что делать с не только постоянно образующимися отходами, но и огромным количеством уже накопленных отходов, хранящихся на полигонах по всему миру. Существуют способы использования твердых коммунальных отходов в качестве топлива для сжигания на мусоросжигательных заводах. Существуют две группы известных технологий мусоросжигания по температурному режиму [11]: низкотемпературные (600-900 °С) и высокотемпературные (более 900 °С). Низкотемпературный режим сжигания не требует применения дорогостоящего технологического оборудования и дополнительных высококачественных топлив (например, природного газа) для поддержания рабочей температуры в топке, но при прямом низкотемпературном сжигании твердых коммунальных отходов выделяется достаточно большое количество токсичных веществ (диоксинов, полиароматических углеводородов, фуранов). Для соответствия состава дымовых газов нормам по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу необходимо применение дорогостоящих систем газоочистки. В связи с этим большинство мусоросжигательных заводов являются убыточными и экологически неэффективными [73].
Более экологически безопасными являются высокотемпературные технологии сжигания твердых коммунальных отходов, т.к. при температурах процесса выше 1300 °C происходит полное разложение наиболее вредных веществ (диоксинов и фуранов) до простейших составляющих [134]. Поэтому отсутствует необходимость применения дорогостоящих систем очистки дымовых газов. Но для поддержания относительно высокой температуры в топке необходимо использовать специализированное термическое или электроплазменное оборудование. Как правило, для обеспечения функционирования такого оборудования расходуется высококачественное топливо или затрачивается энергия в большем количестве, чем она выделяется при сжигании твердых коммунальных отходов [12, 13]. Несмотря на очевидное преимущество по экологическим показателям электроплазменных технологий утилизации твердых коммунальных отходов при температурах в объеме реактора более 1300 °C они не получили широкого применения на практике и используются преимущественно для утилизации опасных медицинских отходов [135].
Таким образом, актуален поиск способов эффективной утилизации отходов углепереработки и твердых коммунальных отходов с выработкой теплоты и электрической энергии при минимальных экономических затратах.
Альтернативным вариантом решения этих проблем является применение твердых коммунальных отходов для сжигания их в составе композиционных жидких топлив. Композиционные жидкие топлива (КЖТ), в частности водоугольные (ВУТ) или органоводоугольные (ОВУТ), представляют собой вязкие, достаточно стабильные, экологически чистые суспензии (относительно угольных технологий сжигания), в которых используются уголь, либо отходы углеобогащения в качестве горючей основы [14-17]. Процессы сжигания композиционного топлива характеризуются повышенными экологическими и экономическими показателями по сравнению с процессом сжигания твердого натурального топлива [18, 19].
Сначала композиционные жидкие топлива задумывались как альтернатива мазуту для зажигания на соответствующих котлах, однако в дальнейшем область применимости данных топлив существенно расширилась [15]. Известные мировые исследовательские центры и крупные научные лаборатории Китая, Индии, Японии активно занимаются вопросами создания и внедрения композиционных жидких топлив. На данный момент действуют различные демонстрационные, опытно-промышленные и коммерческие установки по производству и использованию композиционных жидких топлив [15, 17]. В России работы, направленные на внедрение ВУТ, существенно замедлились из-за достаточно больших запасов нефти, газа и угля, а также увеличения объемов их поступления на рынки энергоресурсов по доступным ценам [15]. Первым и наиболее известным опытом промышленного использования ВУТ в России является внедрение комплекса по приготовлению, транспортировке (по трубопроводу «Белово-Новосибирск» протяженностью 262 км) и сжиганию ВУТ на Новосибирской ТЭЦ-5 (в котлах паропроизводительно- стью 670 т/ч) [15]. За период с 1989 г. по 1997 г. по трубопроводу доставлено на Новосибирскую ТЭЦ-5 более 350 тыс. м3 ВУТ. В 1997 г. в период профилактики Новосибирской ТЭЦ-5 трубопровод остановлен [15]. В качестве основных причин приостановления работы трубопровода выделены [16]: политические (не учтены интересы всех участников процесса выработки энергии), экономические (кризис, спад), технологические (сложности впрыска, непостоянное давление, промерзание участков трубопровода).
За последнее время в Китае, России, Индии и Японии интерес к композиционным топливам на основе отходов углеобогащения (фильтр-кеков) существенно возрос. Постоянно проводятся исследования [15, 139-144], направленные на изучение основных характеристик сжигания таких топлив в модельных камерах сгорания с целью получения оптимальных составов и улучшения горения КЖТ. В России данным вопросом занимались известные специалисты: Алексеенко С.В., Баранова М.П., Богомолов А.Р., Бурдуков А.П., Валиуллин Т.Р., Вед- рученко В.Р., Вершинина К.Ю., Глушков Д.О., Горлов Е.Г., Делягин Г.Н., Декте- рев А.А., Дзюба Д.А., Заостровский А.Н., Кравченко И.В., Кравченко А.И., Кузнецов Г.В., Кулагин В.А., Мальцев Л.И., Мурко В.И., Овчинников Ю.В., Осинцев В.В., Патраков Ю.Ф., Попов В.И., Пузырев Е.М., Рыжков А.Ф., Саломатов В.В., Стрижак П.А., Шевырев С.А., Цепенок А.И., Федорова Н.И., Федяев В.И., Хода- ков Г.С., Чернецкий М.Ю. Известно [21], что фильтр-кеки имеют малое количество летучих компонентов и углерода по сравнению с углями. Как следствие, времена задержки зажигания таких топлив существенно выше [20]. Поэтому проводятся исследования с целью улучшения свойств горения композиционных жидких топлив. На основании оценок [22] можно предположить, что введение типичных твердых коммунальных отходов в состав композиционных топлив в количестве 10-20% позволит снизить на 20-30% площадь территорий вновь организуемых полигонов для захоронения твердых коммунальных отходов и обеспечить экономию исчерпаемых углеводородных топлив, которые сжигаются для производства электрической энергии и теплоты.
Исследования экологических характеристик сжигания водоугольных топлив с добавками твердых коммунальных отходов ранее не осуществлялись. Не сформирована информационная база основных экологических характеристик сжигания органоводоугольных топлив с добавками твердых коммунальных отходов. Не установлено влияние основных компонентов твердых коммунальных отходов на характеристики горения. Это ограничивает обоснование целесообразности добавления твердых коммунальных отходов к ВУТ и ОВУТ для минимизации негативного влияния жидких и коммунальных отходов на окружающую среду.
Использование КЖТ с твердыми коммунальными отходами позволит утилизировать накопленные фильтр-кеки и твердые коммунальные отходы, снизить выбросы оксидов азота и серы в атмосферу. Добавление в состав композиционных топлив типичных твердых коммунальных отходов (в пределах 10%) будет способствовать совместному решению проблем восполнения дефицита энергоресурсов и утилизации отходов [25, 141-142].
Целью диссертационной работы является обоснование возможности использования твердых коммунальных отходов в качестве перспективных компонентов суспензионных топлив на основе отходов углеобогащения для сжигания в топках котельных агрегатов путем экспериментальных исследований характеристик процессов их горения, а также при анализе перспектив совместной утилизации промышленных и твердых коммунальных отходов с выработкой теплоты и электрической энергии.
Для достижения поставленной цели диссертационной работы решались следующие задачи:
1. Анализ современного состояния исследований и технических решений в области утилизации твердых коммунальных отходов в России и мире. Выявление факторов, препятствующих эффективной утилизации твердых коммунальных отходов. Разработка способа решения проблемы на основе экологически, экономически и энергетически выгодного сжигания суспензий с твердыми коммунальными отходами.
2. Разработка экспериментальной методики с целью использования нескольких стендов и специализированных модельных камер сгорания для изучения процессов зажигания и горения капель КЖТ с варьируемой температурой, а также доминирующим механизмом нагрева.
3. Приготовление составов КЖТ из отходов угле- и нефтепереработки с добавлением твердых коммунальных отходов. Анализ сырьевой базы для развития технологий сжигания КЖТ с твердыми коммунальными отходами при учете энергетических, экологических и экономических факторов, типичных для котельных установок большой и малой энергетики.
4. Определение параметров работы стендов, соответствующих условиям устойчивого зажигания капель перспективных для топок водогрейных и паровых котлов суспензий КЖТ.
5. Экспериментальное исследование процессов тепло- и массопереноса при горении капель КЖТ с твердыми коммунальными отходами.
6. Определение влияния температуры нагретого газа, размеров частиц, концентрации компонентов суспензий КЖТ на времена задержки и пороговые температуры зажигания КЖТ.
7. Выделение перспективных добавок из числа индустриальных и коммунальных отходов в КЖТ для варьирования в широких диапазонах интегральных характеристик их зажигания и горения.
8. Изучение характеристик горения композиционного топлива с варьируемым составом в разных условиях нагрева для обоснования возможности протекания процесса горения в условиях, характерных для топок котлоагрегатов.
9. Анализ структуры, объемов и энергетического потенциала для наиболее широко распространенных твердых коммунальных отходов, низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки.
10. Разработка концепции вовлечения перспективных композиционных топлив из низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки, твердых коммунальных отходов в топливно-энергетический комплекс с обоснованием положительных экологических, экономических и социальных эффектов.
Научная новизна работы. Предложен способ утилизации твердых коммунальных отходов в составе КЖТ при сжигании в топочных камерах котельных установок большой и малой энергетики. Установлены условия и характеристики эффективного зажигания суспензий КЖТ с добавлением твердых коммунальных отходов в модельных камерах сгорания. Получены аппроксимационные выражения для прогнозирования значений этих характеристик, а также развития моделей зажигания и горения мультитопливных капель КЖТ. Проанализирована структура, объемы и энергетический потенциал широко распространенных твердых коммунальных отходов, низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки. Продемонстрированы высокие значения относительных комплексных экологических, экономических и энергетических индикаторов сжигания КЖТ с твердыми коммунальными отходами в сравнении с традиционным пылевидным сжиганием угля. Диссертационная работа соответствует области теоретических и экспериментальных исследований процессов тепло- и массопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло. Полученные результаты выполненной работы способствуют развитию технологий, позволяющих экономить энергетические ресурсы.
Практическая значимость. С использованием полученных в настоящей работе экспериментальных и теоретических значений характеристик процессов зажигания (предельные температуры, минимальные времена прогрева, требуемые расходы) и горения (максимальные температуры, времена выгорания капель топливного аэрозоля, скорости горения, антропогенные выбросы) КЖТ с добавлением твердых коммунальных отходов появляется возможность спрогнозировать возможность их эффективного применения на водогрейных и паровых котлах энергетических установок различной производительности. Результаты диссертационных исследований используются при выполнении инвестиционного проекта, направленного на создание первого в России опытно-промышленного участка подготовки и сжигания органоводоугольного топлива с применением промышленных и коммунальных отходов в г. Томске. Получены акты об использовании результатов диссертационных исследований на энергетических предприятиях Кемеровской и Томской области при реализации проекта по замене угля на КЖТ с твердыми коммунальными отходами, а также в Национальном исследовательском Томском политехническом университете при подготовке специалистов (магистратура, аспирантура) в области экологически чистых топливных технологий.
Связь работы с научными программами и грантами. Диссертационные исследования зажигания капель КЖТ и изучение влияния добавления твердых коммунальных отходов в КЖТ на характеристики процессов их прогрева и зажигания выполнены при поддержке грантов: РНФ № 15-19-10003 «Разработка основных элементов теории зажигания существенно неоднородных по структуре капель органоводоугольных топлив» (2015-2017 гг.) и Президента РФ № МК-2391.2014.8 «Исследование процессов сопряженного тепломассопереноса в условиях интенсивных фазовых превращений и химического реагирования при нагревании твердых и гелеобразных конденсированных веществ локальными источниками ограниченной энергоемкости» (2015-2016 гг.). Разработка концепции вовлечения композиционных топлив из низкосортных углей, отходов углеобогащения и нефтепереработки, твердых коммунальных отходов в топливно-энергетический комплекс с обоснованием положительных экологических, экономических и социальных эффектов выполнена в рамках гранта РФФИ «р_а» № 18-43-700001 «Разработка теоретических основ ресурсоэффективных теплоэнергетических технологий сжигания индустриальных и коммунальных отходов в составе композиционных топлив» (2018-2020 гг.).
Достоверность результатов диссертационных исследований подтверждается использованием современных высокоточных оптических методов, удовлетворительной повторяемостью опытов при идентичных начальных условиях, выполненным анализом систематических и случайных погрешностей результатов измерений, удовлетворительной корреляцией некоторых полученных данных с известными результатами исследований других исследователей.
Тематика исследований соответствует приоритетному направлению развития науки, техники и технологий в Российской Федерации (указ Президента РФ № 899 от 7 июня 2011 г.) «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», а также находится в сфере критических технологий федерального уровня, получивших высокий рейтинг по показателям состояния и перспективам развития («Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии», «Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе»).
Личный вклад автора включает в себя формирование целей работы, выводов и защищаемых положений, задач диссертации, разработке методик исследований, планировании экспериментальных исследований, проведении опытов, оценке случайных и систематических погрешностей, обработке результатов опытов, варьировании параметров на математической модели топочной камеры в случае недоступности проведении экспериментов в лаборатории, обобщении и анализе экспериментальных результатов исследований, разработке рекомендаций использования полученных результатов, апробации результатов.
Научные положения, результаты и выводы, выносимые на защиту:
1. При использовании твердых коммунальных отходов в составе суспензионных топлив возможно существенное сбережение энергетических ресурсов при сохранении высоких энергетических характеристик котельных агрегатов. Теплота сгорания суспензий с твердыми коммунальными отходами может достигать 11-15 МДж/кг. Максимальное отличие времен задержки зажигания КЖТ с добавлением и без твердых коммунальных отходов составляет не более 22% в области относительно невысоких температур (до 900 °C). При температурах, поддерживаемых в топках котельных агрегатов (более 900 °C), отличия времен задержки зажигания для разных составов топлива не превышают 10%.
2. За счет совместного сжигания твердых коммунальных отходов, а также отходов углеобогащения и нефтепереработки в составе суспензий возможно уменьшение вредного воздействия на окружающую среду котельных установок. Концентрации основных газовых антропогенных выбросов (NOx и SOx) в неочищенных газообразных продуктах сгорания КЖТ из отходов углеобогащения с добавлением твердых коммунальных отходов ниже на 15-60 % по сравнению со сжиганием КЖТ без добавления твердых коммунальных отходов.
3. Скорости горения КЖТ, приготовленных на основе отходов углеобогащения (фильтр-кеков), близки (отличия менее 10%) к скоростям горения суспензий, приготовленных из углей. Экономические и экологические индикаторы кеков в несколько раз выше, чем у углей. Поэтому целесообразно применение фильтр-кеков, как основного горючего компонента КЖТ при утилизации твердых коммунальных отходов.
4. Относительные показатели (с учетом экологических, энергетических и экономических индикаторов) суспензионных топлив с добавлением твердых коммунальных отходов выше в 1.5-3 раза по сравнению с шламами и кеками без твердых коммунальных отходов, и более чем в 10 раз выше, чем у угля. Полученные результаты могут быть использованы при разработке теоретических основ создания малоотходных тепловых установок и технологических систем в целом.
5. При замене угля эквивалентным по калорийности количеством композиционного топлива с твердыми коммунальными отходами для сжигания в топках паровых и водогрейных котлов на примере трех регионов Российской Федерации экономия твердого натурального топлива будет составлять не менее 10 млн тонн ежегодно на протяжении 25 лет.
Апробация работы. Результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на Международном форуме «Интеллектуальные энергосистемы» (Томск, 2015, 2017), на Всероссийской научной конференции с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий» (Томск, 2015), , Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (Москва, 2017 г.), Международной научной конференции «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» (Томск, 2018), Сибирском теплофизическом семинаре (Новосибирск, 2018, 2019), Международной молодежной научной конференции «Тепломассоперенос в системах обеспечения тепловых режимов энергонасыщенного технического и технологического оборудования» (Томск, 2019), XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2019), XXII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Москва, 2019), Семинаре ВУЗов по теплофизике и энергетике (Санкт-Петербург, 2019).
Публикации. Основные положения, результаты и выводы диссертационных исследований опубликованы в виде 8 статей, в том числе 2 - в рецензируемых журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ: «Бутлеровские сообщения», «Химическое и нефтегазовое машиностроение» («Chemical and Petroleum Engineering»), 6 - в высокорейтинговых международных рецензируемых журналах, индексируемых базами данных «Scopus» и «Web of Science»: «Fuel Processing Technology» (ИФ=4.5), «Journal of Cleaner Production» (ИФ=6.39), «Energies» (ИФ=2.67), «Powder Technology» (ИФ=3.41), «Journal of Environmental Management» (ИФ=4.17), «Chemosphere» (ИФ=4.1).
Структура и содержание работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 160 наименований, содержит 48 рисунков, 21 таблицу, 166 страниц.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследований, отражена практическая значимость и научная новизна полученных результатов.
В первой главе проанализировано современное состояние научных исследований и технических решений в области утилизации твердых коммунальных отходов (в том числе с выработкой теплоты и электрической энергии), основные способы и используемое оборудование, выявлены достоинства и недостатки, представлен способ утилизации твердых коммунальных отходов в составе композиционных топливных суспензий.
Во второй главе приведено описание методик проведения исследований, стендов с группой модельных камер сгорания (для приближения условий инициирования горения к топкам водогрейных и паровых котлов), рассмотрены свойства и характеристики используемых компонентов для создания КЖТ.
В третьей главе приведены результаты исследования основных закономерностей и характеристик инициирования горения капель композиционного жидкого топлива в потоке разогретого воздуха в модельной камере сгорания. Определены необходимые и достаточные условия для реализации зажигания капель КЖТ, приготовленных на основе отходов угле- и нефтепереработки с добавлением твердых коммунальных отходов. Изучены процессы газофазного и гетерогенного зажигания КЖТ в контролируемых условиях. Разработаны рекомендации по использованию результатов исследований, а также рекомендации по развитию сформулированного научного подхода для повышения эффективности сжигания суспензионных топлив (в том числе на основе отходов угле- и нефтепереработки с добавлением твердых коммунальных отходов) в топочных камерах котельных агрегатов.
В четвертой главе приведены результаты численного моделирования процессов горения исследуемых составов в котельной установке, а также приведены сравнения полученных результатов с экспериментами. Г еометрия модели основана на реально существующем котле. На разработанной модели проведено варьирование некоторых параметров с целью нахождения оптимальных условий горения. Проведены расчеты по нахождению оптимального расхода воздуха, расхода топлива, а также оптимальной концентрации добавленного в композиционное топливо твердых коммунальных отходов. Созданную модель можно использовать для прогнозирования интегральных характеристик сжигания КЖТ с твердыми коммунальными отходами в котельных установках большой и малой энергетики.
В пятой главе приведены расчеты по совместной утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой энергии. Вычислено количество сэкономленного высококачественного твердого натурального топлива, при замене эквивалентным по калорийности количеством перспективного композиционного топлива. Вычислено количество фильтр-кеков, твердых коммунальных отходов и отработанных масел, которое возможно утилизировать при использовании совместной утилизации коммунальных и промышленных отходов с выработкой энергии.
В заключении представлены главные выводы, сформулированные в ходе работы над диссертацией.
По результатам выполненных диссертационных экспериментальных и теоретических исследований сформулированы следующие выводы и заключения:
1. Увеличение концентрации жидкого горючего компонента может существенно влиять на предельные (минимальные) температуры зажигания (/glim) КЖТ с и без добавления твердых коммунальных отходов, а также интегральные характеристики исследуемых процессов - времена задержки зажигания Td и времена горения тс. Рост или снижение этих параметров определяется влажностью, тепловым эффектом испарения, температурой воспламенения и калорийностью горючих компонентов КЖТ. Относительно небольшая доля (до 10 %) добавленного высокосортного угля в КЖТ может приводить к снижению времен Td и тс на 20-30 %. Увеличение концентрации воды в ОВУТ на 5-15 % приводит к ухудшению характеристик процесса инициирования горения на 30-40 %. Главным образом этот эффект влияет на первые две стадии: инертный прогрев капли и испарение влаги из ее приповерхностного слоя.
2. На примере рассмотренных составов композиционного топлива (фильтр-кек с добавками древесины, пищевых отходов, пластика, картона) и топливных суспензий из воды и углеродного остатка от пиролиза автомобильных шин экспериментально обоснована устойчивость зажигания и выгорания капель топлива в условиях, характерных для топок котельных установок большой и малой энергетики. Установлено, что температура в камере сгорания около 450 °C является минимальной, необходимой для устойчивого зажигания исследованных КЖТ. При идентичных условиях нагрева минимальные времена задержки зажигания наблюдаются у состава на основе кека 90% и картона 10%. Установлена область времен задержки гарантированного (устойчивого) зажигания капель размерами около 1 мм рассмотренных составов композиционного топлива в широком диапазоне варьирования температуры окружающей среды 600-1000 °C. Минимальные значения времен задержки зажигания составляют около 3 с, максимальные - около 25 с. Максимальное отличие времен задержки зажигания для составов с разными компонентами составляет менее 25% в области относительно невысоких температур (600-700 °C). При температурах окружающей среды более 900 °C отличие времен задержки зажигания для разных составов топлива не превышает 10%. Получены аппроксимационные выражения Td=f(tg) для оценки средних значений времен задержки зажигания капель композиционных топлив.
3. При добавлении твердых коммунальных отходов в состав композиционного топлива в процессе его горения наблюдается меньшая концентрация основных антропогенных выбросов в составе газообразных продуктов сгорания по сравнению с топливом без твердых коммунальных отходов. Максимальное отличие концентраций NOx и SOx для таких составов топлив составляет около 60% и 35%, соответственно. В абсолютных единицах измерения эти отличия составляют около 110 ppm и 45 ppm, соответственно. Максимальные концентрации NOx и SOx в газообразных продуктах сгорания кека составляют около 300 ppm и около 130 ppm, соответственно. Таким образом добавки твердых коммунальных отходов в состав композиционного топлива существенно влияют на снижение концентрации оксидов азота и серы в дымовых газах. Наличие в составе топлива примесей активных металлов (благодаря присутствию ТКО) увеличивает степень захвата и удержания оксидов серы и создает благоприятные условия для восстановления оксидов азота до свободного N2. Данные металлы при взаимодействии с молекулами воды образуют гидроксиды, которые при взаимодействии с оксидами серы формируют сульфаты, выпадающие в золу. Фактор лимитирования температуры горения КЖТ чрезвычайно важен в системах утилизации твердых коммунальных отходов, так как при сжигании ТКО в условиях температур менее 1300 °С все опасные газообразные вещества разлагаются на простейшие, что исключает присутствие в составе дымовых газов вредных (наиболее опасных для процессов сжигания ТКО) выбросов диоксинов или фуранов.
4. Скорости выгорания КЖТ, приготовленных на основе отходов углеобогащения (фильтр-кеков), близки (отличия менее 10%) к скоростям выгорания суспензий, приготовленных из углей. Экономические и экологические индикаторы кеков в разы выше, чем у углей. Поэтому целесообразно применение фильтр-кеков, как основного горючего компонента КЖТ при утилизации твердых коммунальных отходов.
5. Скорости выгорания топливных композиций с добавлением отработанных масел в 1.5-2 раза выше чем без добавления. С ростом температуры в камере сгорания и размеров капель топлив скорости выгорания по экспоненциальным зависимостям увеличиваются. Введение в состав КЖТ группы типичных твердых коммунальных отходов с относительной концентрацией не выше 20% практически не снижает значения скоростей выгорания. Получены аппроксимационные выражения для данных зависимостей. Показано определяющее влияние на скорости выгорания топливных суспензий группы факторов, таких как свойства и концентрации основных компонентов, температуры в камере сгорания и размеров капель. Также определено, что скорости выгорания ВУТ и ОВУТ слабо меняются при изменении температуры в камере сгорания (выше 600 оС).
6. По результатам выполненного математического моделирования определены характеристики процесса горения КЖТ с из без ТКО в топочной камере действующего котельного агрегата. Проведено сравнение результатов, полученных на модели и с помощью экспериментов. Расхождение составляет не более 10%. Представленная модель сжигания КЖТ может использоваться для прогнозирования интегральных характеристик горения составов с варьируемыми характеристиками в широких диапазонах. С ее использованием можно прогнозировать перспективы применения КЖТ с ТКО и другими отходами в топочных камерах котельных установок. На разработанной модели проведено варьирование некоторых параметров с целью нахождения оптимальных условий горения. Повышение концентрации ТКО от 0 до 50 % в составе КЖТ приводит к снижению температуры в топочной камере с 1200 °C до 900 °C. Концентрации антропогенных выбросов SOx и NOx. так же снижаются до 70 и 200 ppm, соответственно, благодаря образованию солей в золе, а также уменьшению азота и серы в исходном топливе. Однако рост концентрации твердых коммунальных отходов уже выше 20% нецелесообразно из-за снижения температуры в области горения ниже 1000°C. Оптимальный температурный диапазон сжигания КЖТ с добавлением ТКО составил от 1000°C до 1200 °C. Концентрации NOx и SOx в таких условиях находились в пределах от 140 до 75 ppm и от 380 до 230 ppm соответственно. Проведены расчеты по нахождению оптимального расхода воздуха, расхода топлива, а также оптимальной концентрации добавленных в композиционное топливо твердых коммунальных отходов. Определено что для исследуемого котла заданной геометрии оптимальным расходом воздуха является 0.25 нм3/с, а оптимальным расходом топлива является 0.09 кг/с.
7. Полученные результаты являются основой для разработки в регионах с высокими темпами добычи твердых и жидких ископаемых топлив или с высоким уровнем социального развития и промышленного производства совместных мероприятий по внедрению перспективной технологии сжигания композиционных топлив, приготовленных из промышленных и коммунальных отходов. Одним из преимуществ такой технологии является возможность оптимизации режимов работы основного технологического оборудования при варьировании состава композиционных топлив и концентрации горючих компонентов.
8. Показано, что при частичной замене угля (50% по генерации энергии) эквивалентным по калорийности количеством перспективного композиционного топлива экономия высококачественного твердого натурального топлива будет составлять около 1 млрд. тонн ежегодно на протяжении 20 лет (в течение регламентированного срока эксплуатации котла в теплоэнергетике). В течение этого же промежутка времени будет утилизировано 24.24-109 тонн фильтр-кеков; 5.76-109 тонн ТКО; 0.36-109 тонн отработанных масел. В случае принятия программы решится проблема утилизации отработанных масел, накопленных до 2020 года, а также проблема утилизации ежегодно производимых отходов углеобогащения и на 10% уменьшить объем фильтр-кеков, накопленных до 2020 года. Также возможно утилизирование твердых коммунальных отходов в составе композиционных топлив в количестве до 50% от ежегодного объема их производства.
9. Был выполнен сравнительный анализ для Кемеровской, Томской и Новосибирской областей который показал: если полностью заменить уголь композиционным топливом (эквивалентным по калорийности) экономия твердого натурального топлива будет составлять не менее 10 млн тонн ежегодно на протяжении 25 лет (в течение периода перехода на новую систему утилизации отходов с высокой долей переработки и повторного использования твердых коммунальных отходов). Предполагается утилизация около 315 млн тонн фильтр- кеков; около 53 млн тонн ТКО; около 2.5 млн тонн отработанных масел. Данные мероприятия позволят 84% уменьшить количество накопленных до 2020 года фильтр-кеков, а также утилизировать все отработанное горючее. Кроме этого добавление в состав композиционных топлив твердых коммунальных отходов позволит решить проблему их утилизации до перехода на новую систему утилизации отходов (с высокой долей переработки и повторного использования ТКО) и на 36% уменьшить количество ТКО, накопленных на полигонах и не переработанных до 2020 года.
10. При добавлении твердых коммунальных отходов в состав КЖТ в процессе горения образца идентичной массы выделяется эквивалентное количество энергии с меньшей концентрацией основных антропогенных выбросов. Поэтому полученные результаты являются основой для разработки экологически, энергетически и экономически эффективной технологии утилизации твердых коммунальных отходов путем сжигания в составе композиционных топлив в топках котлов вместо угля.
Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса ТПУ за помощь в проведении экспериментальных и теоретических исследований.
1. Увеличение концентрации жидкого горючего компонента может существенно влиять на предельные (минимальные) температуры зажигания (/glim) КЖТ с и без добавления твердых коммунальных отходов, а также интегральные характеристики исследуемых процессов - времена задержки зажигания Td и времена горения тс. Рост или снижение этих параметров определяется влажностью, тепловым эффектом испарения, температурой воспламенения и калорийностью горючих компонентов КЖТ. Относительно небольшая доля (до 10 %) добавленного высокосортного угля в КЖТ может приводить к снижению времен Td и тс на 20-30 %. Увеличение концентрации воды в ОВУТ на 5-15 % приводит к ухудшению характеристик процесса инициирования горения на 30-40 %. Главным образом этот эффект влияет на первые две стадии: инертный прогрев капли и испарение влаги из ее приповерхностного слоя.
2. На примере рассмотренных составов композиционного топлива (фильтр-кек с добавками древесины, пищевых отходов, пластика, картона) и топливных суспензий из воды и углеродного остатка от пиролиза автомобильных шин экспериментально обоснована устойчивость зажигания и выгорания капель топлива в условиях, характерных для топок котельных установок большой и малой энергетики. Установлено, что температура в камере сгорания около 450 °C является минимальной, необходимой для устойчивого зажигания исследованных КЖТ. При идентичных условиях нагрева минимальные времена задержки зажигания наблюдаются у состава на основе кека 90% и картона 10%. Установлена область времен задержки гарантированного (устойчивого) зажигания капель размерами около 1 мм рассмотренных составов композиционного топлива в широком диапазоне варьирования температуры окружающей среды 600-1000 °C. Минимальные значения времен задержки зажигания составляют около 3 с, максимальные - около 25 с. Максимальное отличие времен задержки зажигания для составов с разными компонентами составляет менее 25% в области относительно невысоких температур (600-700 °C). При температурах окружающей среды более 900 °C отличие времен задержки зажигания для разных составов топлива не превышает 10%. Получены аппроксимационные выражения Td=f(tg) для оценки средних значений времен задержки зажигания капель композиционных топлив.
3. При добавлении твердых коммунальных отходов в состав композиционного топлива в процессе его горения наблюдается меньшая концентрация основных антропогенных выбросов в составе газообразных продуктов сгорания по сравнению с топливом без твердых коммунальных отходов. Максимальное отличие концентраций NOx и SOx для таких составов топлив составляет около 60% и 35%, соответственно. В абсолютных единицах измерения эти отличия составляют около 110 ppm и 45 ppm, соответственно. Максимальные концентрации NOx и SOx в газообразных продуктах сгорания кека составляют около 300 ppm и около 130 ppm, соответственно. Таким образом добавки твердых коммунальных отходов в состав композиционного топлива существенно влияют на снижение концентрации оксидов азота и серы в дымовых газах. Наличие в составе топлива примесей активных металлов (благодаря присутствию ТКО) увеличивает степень захвата и удержания оксидов серы и создает благоприятные условия для восстановления оксидов азота до свободного N2. Данные металлы при взаимодействии с молекулами воды образуют гидроксиды, которые при взаимодействии с оксидами серы формируют сульфаты, выпадающие в золу. Фактор лимитирования температуры горения КЖТ чрезвычайно важен в системах утилизации твердых коммунальных отходов, так как при сжигании ТКО в условиях температур менее 1300 °С все опасные газообразные вещества разлагаются на простейшие, что исключает присутствие в составе дымовых газов вредных (наиболее опасных для процессов сжигания ТКО) выбросов диоксинов или фуранов.
4. Скорости выгорания КЖТ, приготовленных на основе отходов углеобогащения (фильтр-кеков), близки (отличия менее 10%) к скоростям выгорания суспензий, приготовленных из углей. Экономические и экологические индикаторы кеков в разы выше, чем у углей. Поэтому целесообразно применение фильтр-кеков, как основного горючего компонента КЖТ при утилизации твердых коммунальных отходов.
5. Скорости выгорания топливных композиций с добавлением отработанных масел в 1.5-2 раза выше чем без добавления. С ростом температуры в камере сгорания и размеров капель топлив скорости выгорания по экспоненциальным зависимостям увеличиваются. Введение в состав КЖТ группы типичных твердых коммунальных отходов с относительной концентрацией не выше 20% практически не снижает значения скоростей выгорания. Получены аппроксимационные выражения для данных зависимостей. Показано определяющее влияние на скорости выгорания топливных суспензий группы факторов, таких как свойства и концентрации основных компонентов, температуры в камере сгорания и размеров капель. Также определено, что скорости выгорания ВУТ и ОВУТ слабо меняются при изменении температуры в камере сгорания (выше 600 оС).
6. По результатам выполненного математического моделирования определены характеристики процесса горения КЖТ с из без ТКО в топочной камере действующего котельного агрегата. Проведено сравнение результатов, полученных на модели и с помощью экспериментов. Расхождение составляет не более 10%. Представленная модель сжигания КЖТ может использоваться для прогнозирования интегральных характеристик горения составов с варьируемыми характеристиками в широких диапазонах. С ее использованием можно прогнозировать перспективы применения КЖТ с ТКО и другими отходами в топочных камерах котельных установок. На разработанной модели проведено варьирование некоторых параметров с целью нахождения оптимальных условий горения. Повышение концентрации ТКО от 0 до 50 % в составе КЖТ приводит к снижению температуры в топочной камере с 1200 °C до 900 °C. Концентрации антропогенных выбросов SOx и NOx. так же снижаются до 70 и 200 ppm, соответственно, благодаря образованию солей в золе, а также уменьшению азота и серы в исходном топливе. Однако рост концентрации твердых коммунальных отходов уже выше 20% нецелесообразно из-за снижения температуры в области горения ниже 1000°C. Оптимальный температурный диапазон сжигания КЖТ с добавлением ТКО составил от 1000°C до 1200 °C. Концентрации NOx и SOx в таких условиях находились в пределах от 140 до 75 ppm и от 380 до 230 ppm соответственно. Проведены расчеты по нахождению оптимального расхода воздуха, расхода топлива, а также оптимальной концентрации добавленных в композиционное топливо твердых коммунальных отходов. Определено что для исследуемого котла заданной геометрии оптимальным расходом воздуха является 0.25 нм3/с, а оптимальным расходом топлива является 0.09 кг/с.
7. Полученные результаты являются основой для разработки в регионах с высокими темпами добычи твердых и жидких ископаемых топлив или с высоким уровнем социального развития и промышленного производства совместных мероприятий по внедрению перспективной технологии сжигания композиционных топлив, приготовленных из промышленных и коммунальных отходов. Одним из преимуществ такой технологии является возможность оптимизации режимов работы основного технологического оборудования при варьировании состава композиционных топлив и концентрации горючих компонентов.
8. Показано, что при частичной замене угля (50% по генерации энергии) эквивалентным по калорийности количеством перспективного композиционного топлива экономия высококачественного твердого натурального топлива будет составлять около 1 млрд. тонн ежегодно на протяжении 20 лет (в течение регламентированного срока эксплуатации котла в теплоэнергетике). В течение этого же промежутка времени будет утилизировано 24.24-109 тонн фильтр-кеков; 5.76-109 тонн ТКО; 0.36-109 тонн отработанных масел. В случае принятия программы решится проблема утилизации отработанных масел, накопленных до 2020 года, а также проблема утилизации ежегодно производимых отходов углеобогащения и на 10% уменьшить объем фильтр-кеков, накопленных до 2020 года. Также возможно утилизирование твердых коммунальных отходов в составе композиционных топлив в количестве до 50% от ежегодного объема их производства.
9. Был выполнен сравнительный анализ для Кемеровской, Томской и Новосибирской областей который показал: если полностью заменить уголь композиционным топливом (эквивалентным по калорийности) экономия твердого натурального топлива будет составлять не менее 10 млн тонн ежегодно на протяжении 25 лет (в течение периода перехода на новую систему утилизации отходов с высокой долей переработки и повторного использования твердых коммунальных отходов). Предполагается утилизация около 315 млн тонн фильтр- кеков; около 53 млн тонн ТКО; около 2.5 млн тонн отработанных масел. Данные мероприятия позволят 84% уменьшить количество накопленных до 2020 года фильтр-кеков, а также утилизировать все отработанное горючее. Кроме этого добавление в состав композиционных топлив твердых коммунальных отходов позволит решить проблему их утилизации до перехода на новую систему утилизации отходов (с высокой долей переработки и повторного использования ТКО) и на 36% уменьшить количество ТКО, накопленных на полигонах и не переработанных до 2020 года.
10. При добавлении твердых коммунальных отходов в состав КЖТ в процессе горения образца идентичной массы выделяется эквивалентное количество энергии с меньшей концентрацией основных антропогенных выбросов. Поэтому полученные результаты являются основой для разработки экологически, энергетически и экономически эффективной технологии утилизации твердых коммунальных отходов путем сжигания в составе композиционных топлив в топках котлов вместо угля.
Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса ТПУ за помощь в проведении экспериментальных и теоретических исследований.