Помощь студентам в учебе
СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ БИОМАССЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ (НА ПРИМЕРЕ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ)
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. УРОВЕНЬ ОСВОЕННОСТИ БИОМАССЫ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 16
1.1 Общие сведения об энергетическом использовании биомассы 16
1.2 Основные проблемы при сжигании биомассы традиционными методами 20
1.3 Проявления свойств минеральных компонентов биомассы в условиях
сжигания 27
1.4 Влияние минеральной части биомассы на термическую переработку 34
1.5 Постановка задач исследования 36
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЛАБОРАТОРНАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЙ 39
2.1 Обоснование выбора и описание объектов исследования 39
2.2 Определение теплотехнических характеристик 42
2.3 Исследования зольного остатка 43
2.3.1 Определение характерных температур плавкости золы 43
2.3.2 Анализ химического состава золы 45
2.3.3 Дифференциальный термический анализ 46
2.4 Рентгеновские методы изучения минеральной части 46
2.4.1 Рентгенофлуоресцентный анализ 46
2.4.2 Рентгенофазовый анализ 47
2.5 Сканирующая электронная микроскопия 48
2.6 Разделение по плотности 48
2.7 Сжигание биомассы в смесевых комбинациях 51
2.7.1 Лабораторные аналитические исследования 52
2.7.2 Экспериментальная установка сжигания 52
2.8 Термическая переработка и гранулирование 54
2.8.1 Процесс гранулирования 54
2.8.2 Термическая переработка спрессованных образцов 55
2.8.3 Испытания на прочность при истирании 56
2.9 Оценка погрешности измерений 57
2.10 Краткие выводы 58
ГЛАВА 3. ОБОБЩАЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ИССЛЕДУЕМОЙ БИОМАССЫ 59
3.1 Теплотехнические характеристики биомассы 59
3.2 Минералогический состав 61
3.3 Особенности преобразования минеральной части в условиях сжигания 64
3.4 Обсуждение результатов и краткие выводы 67
ГЛАВА 4. КОМПОНЕНТЫ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ СПЕЦИФИЧНЫХ
ВИДОВ БИОМАССЫ 70
4.1 Состав минеральной части высокозольной биомассы 70
4.2 Состав минеральной части биомассы со спекающим зольным остатком 75
4.3 Влияние соотношения Са/К на сплавление 80
4.4 Анализ результатов 82
ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БИОМАССЫ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ СВОЙСТВ ЕЁ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ 84
5.1 Энергетическое использование биомассы 84
5.1.1 Обогащение высокозольных видов биомассы посредством
фракционирования по плотности 84
5.1.2 Биотопливные композиции на основе высокосернистого сырья 91
5.1.3 Сжигание калийсодержащей биомассы 94
5.2 Теплотехнологическое использование биомассы 100
5.2.1 Получение прочного транспортабельного бездымного топлива за счет спекания минеральной части биомассы 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Определение погрешности измерений 130
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Расчет углеродного налога при выработке одного 1МДж теплоты 142
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Документы об использовании результатов работы 143
ГЛАВА 1. УРОВЕНЬ ОСВОЕННОСТИ БИОМАССЫ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 16
1.1 Общие сведения об энергетическом использовании биомассы 16
1.2 Основные проблемы при сжигании биомассы традиционными методами 20
1.3 Проявления свойств минеральных компонентов биомассы в условиях
сжигания 27
1.4 Влияние минеральной части биомассы на термическую переработку 34
1.5 Постановка задач исследования 36
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЛАБОРАТОРНАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЙ 39
2.1 Обоснование выбора и описание объектов исследования 39
2.2 Определение теплотехнических характеристик 42
2.3 Исследования зольного остатка 43
2.3.1 Определение характерных температур плавкости золы 43
2.3.2 Анализ химического состава золы 45
2.3.3 Дифференциальный термический анализ 46
2.4 Рентгеновские методы изучения минеральной части 46
2.4.1 Рентгенофлуоресцентный анализ 46
2.4.2 Рентгенофазовый анализ 47
2.5 Сканирующая электронная микроскопия 48
2.6 Разделение по плотности 48
2.7 Сжигание биомассы в смесевых комбинациях 51
2.7.1 Лабораторные аналитические исследования 52
2.7.2 Экспериментальная установка сжигания 52
2.8 Термическая переработка и гранулирование 54
2.8.1 Процесс гранулирования 54
2.8.2 Термическая переработка спрессованных образцов 55
2.8.3 Испытания на прочность при истирании 56
2.9 Оценка погрешности измерений 57
2.10 Краткие выводы 58
ГЛАВА 3. ОБОБЩАЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ИССЛЕДУЕМОЙ БИОМАССЫ 59
3.1 Теплотехнические характеристики биомассы 59
3.2 Минералогический состав 61
3.3 Особенности преобразования минеральной части в условиях сжигания 64
3.4 Обсуждение результатов и краткие выводы 67
ГЛАВА 4. КОМПОНЕНТЫ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ СПЕЦИФИЧНЫХ
ВИДОВ БИОМАССЫ 70
4.1 Состав минеральной части высокозольной биомассы 70
4.2 Состав минеральной части биомассы со спекающим зольным остатком 75
4.3 Влияние соотношения Са/К на сплавление 80
4.4 Анализ результатов 82
ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БИОМАССЫ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ СВОЙСТВ ЕЁ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ 84
5.1 Энергетическое использование биомассы 84
5.1.1 Обогащение высокозольных видов биомассы посредством
фракционирования по плотности 84
5.1.2 Биотопливные композиции на основе высокосернистого сырья 91
5.1.3 Сжигание калийсодержащей биомассы 94
5.2 Теплотехнологическое использование биомассы 100
5.2.1 Получение прочного транспортабельного бездымного топлива за счет спекания минеральной части биомассы 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Определение погрешности измерений 130
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Расчет углеродного налога при выработке одного 1МДж теплоты 142
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Документы об использовании результатов работы 143
Серьезность проблемы, связанной с изменением климата Земли, приводит к необходимости снижения антропогенного воздействия на атмосферу. В 2021 году глобальные выбросы углекислого газа в процессе сжигания топлива выросли на 6% и достигли самого высокого годового уровня - 36,4 млрд тонн [1]. Вполне логично, что увеличение выбросов СО2 будет продолжать расти. По предположительным прогнозам, при отсутствии принятия мер по многократному усилению сокращения эмиссии - к 2100 году прогрев Земли может составить до 3,2°C по сравнению с текущим годом, что приведет к негативным климатическим последствиям. На данный момент существует вариант удержания среднего повышения температуры на уровне 2°C [2] только в случае полной декарбонизации при выработке тепло - и электроэнергии.
Несмотря на всеобщее предположение, что в качестве основного источника выбросов диоксида углерода выступает угольная генерация (в силу большего энергообеспечения), другие источники, такие как отопительные котельные, металлургическая и химическая промышленность также привносят существенный вклад в количество эмиссии углерода [3].
Таким образом, проблемы изменения климата и ухудшения экологической ситуации приводят к тому, что вопрос развития возобновляемой энергетики становится актуальным для все большего числа стран [4-6].
Интенсивный всплеск интереса к возобновляемым источникам энергии как к одному из основных ресурсов для энергообеспечения появился в конце XX в. Использование устоявшихся технологий, таких как гидроэнергетика, а также внедрение новых технологий на нетрадиционных ресурсах (ветровой и солнечной фотоэлектрической энергии) повысило доверие к альтернативной энергетике и способствовало открытию новых возможностей [7, 8]. Ожидается, что мировое производство электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ) к 2035 году вырастет в 1,6 раза по сравнению с 2020 годом (рис.1) [9].
Рисунок 1 - Доля возобновляемых источников энергии по категориям [9]
Согласно этому же прогнозу, потребление жидкого биотоплива к 2035 году увеличится более чем в три раза и достигнет 4,5 млн баррелей нефтяного эквивалента в день по сравнению с 2,4 млн баррелей в день в 2020 году. На данный момент большая часть жидкого биотоплива используется в автомобильном транспорте, однако к 2035 году ожидается его вовлечение и в авиационную область. Тенденция по увеличению доли ВИЭ также будет наблюдаться и при производстве тепла: теплоснабжение на основе ВИЭ возрастет с 447 млн т.н.э. в 2020 году до 604 млн т.н.э. в 2035 году. По оценке других экспертов [10], основной упор энергетического использования ресурсов ВИЭ будет направлен на электрообеспечение.
На данный момент в таких странах как Исландия и Норвегия выработка электричества за счет использования возобновляемых источников энергии составляет более 70% [11]. Согласно прогнозам [12, 13], продолжится наращивание рынков ВИЭ в течение следующих лет. Этому способствуют принятые государственные стратегии по осуществлению перехода на возобновляемые источники энергии, к примеру, правительство Дании поставило цель к 2050 году о полном переходе на энергоснабжение за счет ВИЭ [14].
Применительно к России важным стимулом для перехода к ВИЭ являются предоставляемые государством льготы, установленные Федеральным законом «Об электроэнергетике». Согласно закону Правительство Российской Федерации (РФ) осуществляет поддержку использования возобновляемых источников энергии и стимулирование внедрения энергоэффективных технологий в соответствии с бюджетным законодательством РФ [15]. Однако, даже несмотря на принятые основополагающие постановления, колоссальный потенциал альтернативных энергопроизводств практически не используется. Предположительно, с экономической точки зрения ресурсами ВИЭ могут быть обеспечены ежегодные энергетические потребности экономики России. Использование их технического потенциала позволит заменить каждую третью сжигаемую тонну нефти или кубометр газа на энергию ветра, солнца и биомассы [16].
Однако на данный момент доля производства электроэнергии в России за счет ВИЭ составляет лишь около 1%, тепловой энергии - 2% [17]. Это
свидетельствует о том, что большая часть производимой первичной энергии все еще приходится на традиционные ресурсы [18]. В 2018 году суммарное потребление первичных энергоресурсов составило 86%, из которых 54% приходится на природный газ [19].
Для соответствия мировым тенденциям необходимо наращивание темпов вовлечения возобновляемых ресурсов в топливно-энергетический баланс (ТЭК) РФ. На сегодняшний день для Российской Федерации в области возобновляемых источников энергии наиболее перспективными видятся три технологии: ветроэнергетика, солнечная энергетика и энергетика на основе биомассы [20]. Однако интенсивному использованию ВИЭ препятствует ряд сложностей, обусловленных географическими и климатическими факторами [21, 22].
Для успешного внедрения ветроэнергетики в состав централизованных энергетических систем существенное значение имеет учет влияния упомянутых климатических условий на работу ветрогенераторов. Преимущество ветряных турбин перед другими видами средствами производства возобновляемой энергии заключается в том, что они в отличие от фотоэлектрических систем могут производить электричество вне зависимости от времени суток. Однако помимо ограничений, обусловленных географией и метеорологией, возможны и административные или экологические проблемы, связанные с установкой турбин, такие как увеличение гибели птиц и необходимость значительного количества отторгаемой земли.
Применительно к России наибольшие ветровые ресурсы сосредоточены на северных и восточных морских побережьях, а также на юге европейской части. В этих районах экономически целесообразно строить ветряные установки [23]. Однако согласно наблюдениям [24], на юге Западной Сибири, а также в отдельных арктических и субарктических регионах Сибири ожидается наиболее выраженное снижение скорости ветра. Таким образом, можно заключить, что основные сложности в развитии ветроэнергетики России связаны с особенностями климата, определяющими характер генерации электроэнергии ветроустановкой.
Еще одной потенциальной технологией ВИЭ, которая может быть использована для выработки электроэнергии, является солнечная энергетика. Мировым лидером в этом секторе является Китай - на 2017 год общая установленная солнечная фотоэлектрическая мощность в этой стране составила 131,1 ГВт [25]. Теоретически солнечная энергия обладает потенциалом для удовлетворения потребностей в энергии всего мира, однако технологии её сбора и поставки не так легкодоступны [26]. Следует отметить, что годовая эффективная солнечная освещенность в мире варьируется от 60 до 250 Вт/м2 (рис. 2) [27]. Результаты исследования [28] показали, что области «черных точек» могут обеспечить больше, чем весь мировой спрос на первичную энергию, при условии, что эффективность преобразования будет достигать 8%. Учитывая, что Россия имеет большую протяженность территории, а солнечное излучение различно в зависимости от региона, уровень радиации в связи с этим варьируется в значительных пределах. Широкое внедрение и использование фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии на большей части территории России, скорее всего, окажется неэффективным.
Рисунок 2 - Среднегодовое распределение солнечного излучения по поверхности Земли [27]
Универсальным видом ВИЭ представляется биомасса, которая является потенциальным источником как и топлива, так и энергии. В настоящее время биомасса, как энергетический ресурс, занимает четвертое место в мировом топливно-энергетическом балансе и обеспечивает около 14% общемирового потребления тепло-электроэнергии [29-31]. Ресурсы биомассы охватывают широкий диапазон как по запасам, так и по видам: ведь в качестве сырья могут использоваться отходы сельского и коммунально-бытового хозяйств, деревоперерабатывающей, лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностей [32]. Ежегодный прирост общемирового объема такого сырья количественно составляет около 220 млрд т [28, 33].
Важной задачей также является вопрос необходимости утилизации аккумулированных биоотходов, которые занимают большие потенциально полезные площади. Возникновение таких полигонов и свалок приводит к увеличению экологической и санитарноэпидемиологической опасности в непосредственной зоне их нахождения и для близлежащих территорий. Связано это с негативным воздействием патогенной микрофлоры, азотосодержащими веществами, тяжелыми металлами, содержащими в составе биомассы, на природную среду в результате загрязнения почв и грунтовых вод. К тому же при
9 биологическом разложении органических веществ биомассы происходит выделение в атмосферу токсичных соединений и парниковых газов. Как правило, при естественном разложении биомассы выделяется значительное количество метана, выбросы которого оказывают влияние на глобальное потепление в 21 раз сильнее, чем выбросы углекислого газа [34].
Общеизвестно, что биомасса является СО2-нейтральным возобновляемым источником энергии, потому что количество углерода, которое она может высвободить при сжигании, эквивалентно количеству, которое она поглощает в процессе фотосинтеза. В связи этим интеграция биомассы в энергетический сектор и другие области может рассматриваться как результативное средство сокращения выбросов парниковых газов. Более того, большинство видов биомассы содержат низкое количество серы или не содержат её вовсе, поэтому перевод угольных электростанций на биоресурсы, например, в качестве замены высокосернистым углям, позволит сократить удельное количество вредных выбросов ЗСх [35].
Возможность энергетического использования биомассы посредством сжигания традиционными методами ограничивается некоторыми сложностями. Наблюдаются отрицательные эффекты ввиду специфичности свойств биомассы, заключающиеся в образовании шлака и других форм отложений, которые снижают теплопередачу и, как следствие, надежность работы поверхностей нагрева, что приводит к понижению эффективности и производительности котла. Причиной этому является тот фактор, что неорганическая часть биомассы значительно отличается от золы углей, прежде всего это связано с высоким содержанием щелочных металлов, которые имеют более низкие температуры плавкости.
В связи с этим изучение особенностей минеральной части биомассы применительно к технологиям топливосжигания и термопереработки, приводящих к негативным последствиям, является первостепенной задачей для повышения энергоснабжения страны и отдельных её регионов.
Целью диссертационной работы является установление свойств минеральной части биомассы Томской области, влияющих на процессы при сжигании и теплотехнологической переработке, для совершенствования ресурсоэффективных
и экологически чистых технологий топливопереработки и производства тепло -и электроэнергии.
Исходя из вышеизложенного, основными задачами настоящей работы являются:
1. Разработка методической и лабораторной базы для проведения комплексного изучения минеральной части биомассы.
2. Комплексное исследование характеристик минеральной части биомассы различного происхождения и расширение базы данных о её составе и свойствах.
3. Определение основных свойств компонентов биомассы различной степени минерализации и состава для установления существенных особенностей формирования зольного остатка.
4. Разработка рекомендаций для энергетического и теплотехнологического использования биомассы, учитывающих установленные особенности её минеральной части.
Научная новизна работы.
- Предложен комплексный подход к изучению минеральной части биомассы, базирующийся на предварительном фракционном разделении и на использовании совокупности физико-химических методов исследования и направленный на получение новых сведений о сырьевой базе Томской области. На основе изучения особенностей минеральной части биомассы различного происхождения выделены два вида - торф с месторождения Суховское с высокой степенью минерализации и отходы мукомольного производства (ОМП) с низкоплавкими зольными остатками.
- Впервые применен метод фракционирования биомассы для оценки возможности использования высокозольного торфа в энергетических целях, а также для исследования вопроса шлакования минеральной части растительной биомассы в процессе сжигания.
- Предложен новый подход к оценке влияния элементов минеральной части биомассы на спекание зольного остатка, основанный на впервые установленной корреляции кальция и калия в минеральной части.
- Впервые определено оптимальное количество добавления
высокоминерализованного торфа в смеси с калийсодержащей биомассой для предотвращения шлакования тепловоспринимающих элементов.
- Показана эффективность добавления минерализованного торфа к высокосернистым отходам для снижения SOx в дымовых газах.
Практическая значимость работы.
Сформирована база данных о составе и характеристиках минеральной составляющей биомассы Томской области, имеющих значение для её энергетического использования.
Установлено, что фракционное разделение многозольного торфа позволяет выделять фракции, пригодные для сжигания как самостоятельного топлива, так и в составе био-угольной композиции с экологическим и экономическим эффектом на территории Томской области. Предложен вариант десульфуризации дымовых газов применительно к топливным композициям на основе высокосернистого сырья за счет добавления торфа Суховского месторождения. Установлены и экспериментально апробированы способы предотвращения шлакования поверхностей нагрева при сжигании калийсодержащей биомассы за счет подбора добавок и подготовки политопливных композиций.
Предложен вариант повышения прочностных характеристик бездымного топлива без использования связующего вещества, подтверждаемый справкой об использовании результатов диссертационной работы в ООО «Элинтех» (г. Томск).
Результаты диссертационных исследований используются в Национальном исследовательском Томском политехническом университете в рамках подготовки магистров ООП «Проектирование и диагностирование энергетических агрегатов».
Связь работы с научными программами и грантами.
Работа выполнена при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований №19-38-90148 «Комплексное изучение преобразования минеральной части растительной биомассы в процессе её теплотехнологического и энергетического использования» и Госзадания № FEWZ- 2021-0014 (Научно-технические основы и прикладные решения комплексной энерготеплотехнологической переработки биомассы для обеспечения экологически чистых технологий в энергетике и металлургии). Часть аналитических исследований проведена на приборной базе, предоставленной в рамках программы развития Тюменского государственного университета (программа стратегического академического лидерства «Приоритет-2030»).
Достоверность результатов обеспечивается: применением современных методов; использованием высокоточного и откалиброванного оборудования, а также аттестованных методик ГОСТ; подтверждается удовлетворительной воспроизводимостью экспериментальных исследований; проведением сопоставительного анализа результатов, полученных разными методами, между собой и с литературными данными; выполненным анализом погрешности измерений.
Личный вклад автора состоит в формулировании цели и задач диссертации, подготовке публикаций, разработке методики исследования и экспериментальной базы, проведении опытов, обработке и интерпретации экспериментальных данных, а также их апробации, оценке погрешностей измерений, формулировании защищаемых положений и выводов.
Автор выражает благодарность к.т.н. Табакаеву Р.Б., оказавшему методическую, практическую помощь и поддержку при выполнении работы.
Научные положения, результаты и выводы, выносимые на защиту.
1. Сформирована база данных о характеристиках и свойствах минеральной части биомассы Томской области с выделением её специфических особенностей, влияющих на процесс сжигания.
2. Выявлен существенный фактор шлакования растительной биомассы - соотношение кальция и калия в её составе. Рассмотренные виды биомассы с соотношением Ca/K более 0,15 не склонны к образованию отложений.
3. Замещение привозного угольного топлива Томской области местным торфом после обогащения путем фракционирования позволяет снизить выбросы SOx и способствует сбережению энергетических ресурсов.
4. Установлено превалирующее количество карбоната кальция в составе минеральной части торфа Суховского месторождения. Данная особенность позволяет рассматривать его в качестве добавки в био -топливные композиции для снижения эмиссии оксидов серы.
5. Добавка суховского торфа в составе 5 мас.% и более к калийсодержащей биомассе способствует предотвращению шлакования поверхностей нагрева котельных установок.
Апробация работы.
Материалы диссертации апробированы на ХУП Международной научно - практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2018» (Кемерово, 2018), Международной научной конференции «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» (Томск, 2018), XV Международной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса» (Саратов, 2020), IV и V Всероссийских научных конференциях с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика» (Ялта, 2019, 2020), Национальной с международным участием научно-практической конференции «Энергосбережение и инновационные технологии в ТЭК» (Тюмень, 2019), Международной научнопрактической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность-2020» (Севастополь, 2020).
Публикации.
По результатам диссертационного исследования опубликовано 6 статей в рецензируемых журналах, индексируемых базами данных Scopus и/или WoS (3 из которых также относятся к журналам из списка, рекомендованного ВАК для опубликования результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук): «Fuel» (IF=6,609, Q1), «Energy» (IF=7,147, Q1); «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов» («Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering»); Химия растительного сырья («Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya»).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений и списка использованных источников из 221 наименований и содержит 37 рисунков, 20 таблиц, 144 страниц.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, их достоверность, апробация, личный вклад автора, а также выводы и положения, выносимые на защиту.
В первой главе представлен обзор литературы, отражающий состояние мировой практики использования биомассы, существующие технологии превращения биомассы в тепловую и электрическую энергию. Представлены и описаны ключевые проблемы при сжигании биомассы традиционными методами. Подробно рассмотрен фазовый состав биомассы, вероятные превращения компонентов её минеральной части, ведущих к шлакованию и коррозии. По результатам литературного обзора сделаны выводы и определены основные задачи исследования.
Во второй главе представлено описание биомассы различного происхождения с обоснованием выбора конкретных её видов (на примере Томской области) в качестве объекта исследования. Приведены различные методы для комплексного изучения минеральной части с использованием аттестованных стандартов и высокоточного оборудования; представлены разработанные экспериментальные установки с описанием методики проведения экспериментов.
В третьей главе приведены теплотехнические характеристики и элементный состав органической части; распределение и состав элементов в минеральной части исследуемой биомассы. Представлены результаты по определению характерных температур плавкости золы различных видов исследуемой биомассы. Установлены температурные пределы, при которых зольный остаток биомассы подвержен деформационным изменениям. Проведена первоначальная оценка энергетического использования исследуемых разновидностей биомасса, с выделением специфических видов.
В четвертой главе показаны результаты по фракционному разделению по плотности специфических видов биомассы. Определены выход фракций при разделении, их теплотехнические характеристики и элементный состав. Представлен химический состав и характерные температуры плавкости золы, минералогический и морфологический состав полученных фракций. Выявлена зависимость, определяющая спекание зольного остатка во время сжигания биомассы и соотношение её элементов, с последующим подтверждением на исходных исследуемых видах биомассы, на основании которой проведена экспериментальная апробация.
В пятой главе даны рекомендации по вовлечению специфических видов биомассы в топливно-энергетический баланс; представлен вариант внедрения в качестве топлива высокозольной биомассы с предварительным технико - экономическим и экологическим анализами; предложен вариант добавления минерализованной биомассы в био-топливные композиции на основе высокосернистых отходов для снижения эмиссии оксидов серы; экспериментально продемонстрирован метод предотвращения шлакования при сжигании калийсодержащей биомассы на огневой установке; представлен вариант получения прочного бездымного топлива из биомассы без использования связующих веществ за счет преобразований её минеральной части.
В заключении описаны основные результаты и главные выводы, сформулированные в ходе работы над диссертацией.
Несмотря на всеобщее предположение, что в качестве основного источника выбросов диоксида углерода выступает угольная генерация (в силу большего энергообеспечения), другие источники, такие как отопительные котельные, металлургическая и химическая промышленность также привносят существенный вклад в количество эмиссии углерода [3].
Таким образом, проблемы изменения климата и ухудшения экологической ситуации приводят к тому, что вопрос развития возобновляемой энергетики становится актуальным для все большего числа стран [4-6].
Интенсивный всплеск интереса к возобновляемым источникам энергии как к одному из основных ресурсов для энергообеспечения появился в конце XX в. Использование устоявшихся технологий, таких как гидроэнергетика, а также внедрение новых технологий на нетрадиционных ресурсах (ветровой и солнечной фотоэлектрической энергии) повысило доверие к альтернативной энергетике и способствовало открытию новых возможностей [7, 8]. Ожидается, что мировое производство электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ) к 2035 году вырастет в 1,6 раза по сравнению с 2020 годом (рис.1) [9].
Рисунок 1 - Доля возобновляемых источников энергии по категориям [9]
Согласно этому же прогнозу, потребление жидкого биотоплива к 2035 году увеличится более чем в три раза и достигнет 4,5 млн баррелей нефтяного эквивалента в день по сравнению с 2,4 млн баррелей в день в 2020 году. На данный момент большая часть жидкого биотоплива используется в автомобильном транспорте, однако к 2035 году ожидается его вовлечение и в авиационную область. Тенденция по увеличению доли ВИЭ также будет наблюдаться и при производстве тепла: теплоснабжение на основе ВИЭ возрастет с 447 млн т.н.э. в 2020 году до 604 млн т.н.э. в 2035 году. По оценке других экспертов [10], основной упор энергетического использования ресурсов ВИЭ будет направлен на электрообеспечение.
На данный момент в таких странах как Исландия и Норвегия выработка электричества за счет использования возобновляемых источников энергии составляет более 70% [11]. Согласно прогнозам [12, 13], продолжится наращивание рынков ВИЭ в течение следующих лет. Этому способствуют принятые государственные стратегии по осуществлению перехода на возобновляемые источники энергии, к примеру, правительство Дании поставило цель к 2050 году о полном переходе на энергоснабжение за счет ВИЭ [14].
Применительно к России важным стимулом для перехода к ВИЭ являются предоставляемые государством льготы, установленные Федеральным законом «Об электроэнергетике». Согласно закону Правительство Российской Федерации (РФ) осуществляет поддержку использования возобновляемых источников энергии и стимулирование внедрения энергоэффективных технологий в соответствии с бюджетным законодательством РФ [15]. Однако, даже несмотря на принятые основополагающие постановления, колоссальный потенциал альтернативных энергопроизводств практически не используется. Предположительно, с экономической точки зрения ресурсами ВИЭ могут быть обеспечены ежегодные энергетические потребности экономики России. Использование их технического потенциала позволит заменить каждую третью сжигаемую тонну нефти или кубометр газа на энергию ветра, солнца и биомассы [16].
Однако на данный момент доля производства электроэнергии в России за счет ВИЭ составляет лишь около 1%, тепловой энергии - 2% [17]. Это
свидетельствует о том, что большая часть производимой первичной энергии все еще приходится на традиционные ресурсы [18]. В 2018 году суммарное потребление первичных энергоресурсов составило 86%, из которых 54% приходится на природный газ [19].
Для соответствия мировым тенденциям необходимо наращивание темпов вовлечения возобновляемых ресурсов в топливно-энергетический баланс (ТЭК) РФ. На сегодняшний день для Российской Федерации в области возобновляемых источников энергии наиболее перспективными видятся три технологии: ветроэнергетика, солнечная энергетика и энергетика на основе биомассы [20]. Однако интенсивному использованию ВИЭ препятствует ряд сложностей, обусловленных географическими и климатическими факторами [21, 22].
Для успешного внедрения ветроэнергетики в состав централизованных энергетических систем существенное значение имеет учет влияния упомянутых климатических условий на работу ветрогенераторов. Преимущество ветряных турбин перед другими видами средствами производства возобновляемой энергии заключается в том, что они в отличие от фотоэлектрических систем могут производить электричество вне зависимости от времени суток. Однако помимо ограничений, обусловленных географией и метеорологией, возможны и административные или экологические проблемы, связанные с установкой турбин, такие как увеличение гибели птиц и необходимость значительного количества отторгаемой земли.
Применительно к России наибольшие ветровые ресурсы сосредоточены на северных и восточных морских побережьях, а также на юге европейской части. В этих районах экономически целесообразно строить ветряные установки [23]. Однако согласно наблюдениям [24], на юге Западной Сибири, а также в отдельных арктических и субарктических регионах Сибири ожидается наиболее выраженное снижение скорости ветра. Таким образом, можно заключить, что основные сложности в развитии ветроэнергетики России связаны с особенностями климата, определяющими характер генерации электроэнергии ветроустановкой.
Еще одной потенциальной технологией ВИЭ, которая может быть использована для выработки электроэнергии, является солнечная энергетика. Мировым лидером в этом секторе является Китай - на 2017 год общая установленная солнечная фотоэлектрическая мощность в этой стране составила 131,1 ГВт [25]. Теоретически солнечная энергия обладает потенциалом для удовлетворения потребностей в энергии всего мира, однако технологии её сбора и поставки не так легкодоступны [26]. Следует отметить, что годовая эффективная солнечная освещенность в мире варьируется от 60 до 250 Вт/м2 (рис. 2) [27]. Результаты исследования [28] показали, что области «черных точек» могут обеспечить больше, чем весь мировой спрос на первичную энергию, при условии, что эффективность преобразования будет достигать 8%. Учитывая, что Россия имеет большую протяженность территории, а солнечное излучение различно в зависимости от региона, уровень радиации в связи с этим варьируется в значительных пределах. Широкое внедрение и использование фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии на большей части территории России, скорее всего, окажется неэффективным.
Рисунок 2 - Среднегодовое распределение солнечного излучения по поверхности Земли [27]
Универсальным видом ВИЭ представляется биомасса, которая является потенциальным источником как и топлива, так и энергии. В настоящее время биомасса, как энергетический ресурс, занимает четвертое место в мировом топливно-энергетическом балансе и обеспечивает около 14% общемирового потребления тепло-электроэнергии [29-31]. Ресурсы биомассы охватывают широкий диапазон как по запасам, так и по видам: ведь в качестве сырья могут использоваться отходы сельского и коммунально-бытового хозяйств, деревоперерабатывающей, лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностей [32]. Ежегодный прирост общемирового объема такого сырья количественно составляет около 220 млрд т [28, 33].
Важной задачей также является вопрос необходимости утилизации аккумулированных биоотходов, которые занимают большие потенциально полезные площади. Возникновение таких полигонов и свалок приводит к увеличению экологической и санитарноэпидемиологической опасности в непосредственной зоне их нахождения и для близлежащих территорий. Связано это с негативным воздействием патогенной микрофлоры, азотосодержащими веществами, тяжелыми металлами, содержащими в составе биомассы, на природную среду в результате загрязнения почв и грунтовых вод. К тому же при
9 биологическом разложении органических веществ биомассы происходит выделение в атмосферу токсичных соединений и парниковых газов. Как правило, при естественном разложении биомассы выделяется значительное количество метана, выбросы которого оказывают влияние на глобальное потепление в 21 раз сильнее, чем выбросы углекислого газа [34].
Общеизвестно, что биомасса является СО2-нейтральным возобновляемым источником энергии, потому что количество углерода, которое она может высвободить при сжигании, эквивалентно количеству, которое она поглощает в процессе фотосинтеза. В связи этим интеграция биомассы в энергетический сектор и другие области может рассматриваться как результативное средство сокращения выбросов парниковых газов. Более того, большинство видов биомассы содержат низкое количество серы или не содержат её вовсе, поэтому перевод угольных электростанций на биоресурсы, например, в качестве замены высокосернистым углям, позволит сократить удельное количество вредных выбросов ЗСх [35].
Возможность энергетического использования биомассы посредством сжигания традиционными методами ограничивается некоторыми сложностями. Наблюдаются отрицательные эффекты ввиду специфичности свойств биомассы, заключающиеся в образовании шлака и других форм отложений, которые снижают теплопередачу и, как следствие, надежность работы поверхностей нагрева, что приводит к понижению эффективности и производительности котла. Причиной этому является тот фактор, что неорганическая часть биомассы значительно отличается от золы углей, прежде всего это связано с высоким содержанием щелочных металлов, которые имеют более низкие температуры плавкости.
В связи с этим изучение особенностей минеральной части биомассы применительно к технологиям топливосжигания и термопереработки, приводящих к негативным последствиям, является первостепенной задачей для повышения энергоснабжения страны и отдельных её регионов.
Целью диссертационной работы является установление свойств минеральной части биомассы Томской области, влияющих на процессы при сжигании и теплотехнологической переработке, для совершенствования ресурсоэффективных
и экологически чистых технологий топливопереработки и производства тепло -и электроэнергии.
Исходя из вышеизложенного, основными задачами настоящей работы являются:
1. Разработка методической и лабораторной базы для проведения комплексного изучения минеральной части биомассы.
2. Комплексное исследование характеристик минеральной части биомассы различного происхождения и расширение базы данных о её составе и свойствах.
3. Определение основных свойств компонентов биомассы различной степени минерализации и состава для установления существенных особенностей формирования зольного остатка.
4. Разработка рекомендаций для энергетического и теплотехнологического использования биомассы, учитывающих установленные особенности её минеральной части.
Научная новизна работы.
- Предложен комплексный подход к изучению минеральной части биомассы, базирующийся на предварительном фракционном разделении и на использовании совокупности физико-химических методов исследования и направленный на получение новых сведений о сырьевой базе Томской области. На основе изучения особенностей минеральной части биомассы различного происхождения выделены два вида - торф с месторождения Суховское с высокой степенью минерализации и отходы мукомольного производства (ОМП) с низкоплавкими зольными остатками.
- Впервые применен метод фракционирования биомассы для оценки возможности использования высокозольного торфа в энергетических целях, а также для исследования вопроса шлакования минеральной части растительной биомассы в процессе сжигания.
- Предложен новый подход к оценке влияния элементов минеральной части биомассы на спекание зольного остатка, основанный на впервые установленной корреляции кальция и калия в минеральной части.
- Впервые определено оптимальное количество добавления
высокоминерализованного торфа в смеси с калийсодержащей биомассой для предотвращения шлакования тепловоспринимающих элементов.
- Показана эффективность добавления минерализованного торфа к высокосернистым отходам для снижения SOx в дымовых газах.
Практическая значимость работы.
Сформирована база данных о составе и характеристиках минеральной составляющей биомассы Томской области, имеющих значение для её энергетического использования.
Установлено, что фракционное разделение многозольного торфа позволяет выделять фракции, пригодные для сжигания как самостоятельного топлива, так и в составе био-угольной композиции с экологическим и экономическим эффектом на территории Томской области. Предложен вариант десульфуризации дымовых газов применительно к топливным композициям на основе высокосернистого сырья за счет добавления торфа Суховского месторождения. Установлены и экспериментально апробированы способы предотвращения шлакования поверхностей нагрева при сжигании калийсодержащей биомассы за счет подбора добавок и подготовки политопливных композиций.
Предложен вариант повышения прочностных характеристик бездымного топлива без использования связующего вещества, подтверждаемый справкой об использовании результатов диссертационной работы в ООО «Элинтех» (г. Томск).
Результаты диссертационных исследований используются в Национальном исследовательском Томском политехническом университете в рамках подготовки магистров ООП «Проектирование и диагностирование энергетических агрегатов».
Связь работы с научными программами и грантами.
Работа выполнена при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований №19-38-90148 «Комплексное изучение преобразования минеральной части растительной биомассы в процессе её теплотехнологического и энергетического использования» и Госзадания № FEWZ- 2021-0014 (Научно-технические основы и прикладные решения комплексной энерготеплотехнологической переработки биомассы для обеспечения экологически чистых технологий в энергетике и металлургии). Часть аналитических исследований проведена на приборной базе, предоставленной в рамках программы развития Тюменского государственного университета (программа стратегического академического лидерства «Приоритет-2030»).
Достоверность результатов обеспечивается: применением современных методов; использованием высокоточного и откалиброванного оборудования, а также аттестованных методик ГОСТ; подтверждается удовлетворительной воспроизводимостью экспериментальных исследований; проведением сопоставительного анализа результатов, полученных разными методами, между собой и с литературными данными; выполненным анализом погрешности измерений.
Личный вклад автора состоит в формулировании цели и задач диссертации, подготовке публикаций, разработке методики исследования и экспериментальной базы, проведении опытов, обработке и интерпретации экспериментальных данных, а также их апробации, оценке погрешностей измерений, формулировании защищаемых положений и выводов.
Автор выражает благодарность к.т.н. Табакаеву Р.Б., оказавшему методическую, практическую помощь и поддержку при выполнении работы.
Научные положения, результаты и выводы, выносимые на защиту.
1. Сформирована база данных о характеристиках и свойствах минеральной части биомассы Томской области с выделением её специфических особенностей, влияющих на процесс сжигания.
2. Выявлен существенный фактор шлакования растительной биомассы - соотношение кальция и калия в её составе. Рассмотренные виды биомассы с соотношением Ca/K более 0,15 не склонны к образованию отложений.
3. Замещение привозного угольного топлива Томской области местным торфом после обогащения путем фракционирования позволяет снизить выбросы SOx и способствует сбережению энергетических ресурсов.
4. Установлено превалирующее количество карбоната кальция в составе минеральной части торфа Суховского месторождения. Данная особенность позволяет рассматривать его в качестве добавки в био -топливные композиции для снижения эмиссии оксидов серы.
5. Добавка суховского торфа в составе 5 мас.% и более к калийсодержащей биомассе способствует предотвращению шлакования поверхностей нагрева котельных установок.
Апробация работы.
Материалы диссертации апробированы на ХУП Международной научно - практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2018» (Кемерово, 2018), Международной научной конференции «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» (Томск, 2018), XV Международной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса» (Саратов, 2020), IV и V Всероссийских научных конференциях с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика» (Ялта, 2019, 2020), Национальной с международным участием научно-практической конференции «Энергосбережение и инновационные технологии в ТЭК» (Тюмень, 2019), Международной научнопрактической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность-2020» (Севастополь, 2020).
Публикации.
По результатам диссертационного исследования опубликовано 6 статей в рецензируемых журналах, индексируемых базами данных Scopus и/или WoS (3 из которых также относятся к журналам из списка, рекомендованного ВАК для опубликования результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук): «Fuel» (IF=6,609, Q1), «Energy» (IF=7,147, Q1); «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов» («Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering»); Химия растительного сырья («Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya»).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений и списка использованных источников из 221 наименований и содержит 37 рисунков, 20 таблиц, 144 страниц.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, их достоверность, апробация, личный вклад автора, а также выводы и положения, выносимые на защиту.
В первой главе представлен обзор литературы, отражающий состояние мировой практики использования биомассы, существующие технологии превращения биомассы в тепловую и электрическую энергию. Представлены и описаны ключевые проблемы при сжигании биомассы традиционными методами. Подробно рассмотрен фазовый состав биомассы, вероятные превращения компонентов её минеральной части, ведущих к шлакованию и коррозии. По результатам литературного обзора сделаны выводы и определены основные задачи исследования.
Во второй главе представлено описание биомассы различного происхождения с обоснованием выбора конкретных её видов (на примере Томской области) в качестве объекта исследования. Приведены различные методы для комплексного изучения минеральной части с использованием аттестованных стандартов и высокоточного оборудования; представлены разработанные экспериментальные установки с описанием методики проведения экспериментов.
В третьей главе приведены теплотехнические характеристики и элементный состав органической части; распределение и состав элементов в минеральной части исследуемой биомассы. Представлены результаты по определению характерных температур плавкости золы различных видов исследуемой биомассы. Установлены температурные пределы, при которых зольный остаток биомассы подвержен деформационным изменениям. Проведена первоначальная оценка энергетического использования исследуемых разновидностей биомасса, с выделением специфических видов.
В четвертой главе показаны результаты по фракционному разделению по плотности специфических видов биомассы. Определены выход фракций при разделении, их теплотехнические характеристики и элементный состав. Представлен химический состав и характерные температуры плавкости золы, минералогический и морфологический состав полученных фракций. Выявлена зависимость, определяющая спекание зольного остатка во время сжигания биомассы и соотношение её элементов, с последующим подтверждением на исходных исследуемых видах биомассы, на основании которой проведена экспериментальная апробация.
В пятой главе даны рекомендации по вовлечению специфических видов биомассы в топливно-энергетический баланс; представлен вариант внедрения в качестве топлива высокозольной биомассы с предварительным технико - экономическим и экологическим анализами; предложен вариант добавления минерализованной биомассы в био-топливные композиции на основе высокосернистых отходов для снижения эмиссии оксидов серы; экспериментально продемонстрирован метод предотвращения шлакования при сжигании калийсодержащей биомассы на огневой установке; представлен вариант получения прочного бездымного топлива из биомассы без использования связующих веществ за счет преобразований её минеральной части.
В заключении описаны основные результаты и главные выводы, сформулированные в ходе работы над диссертацией.
В данной работе рассмотрены наиболее распространённые виды биомассы на территории Томской области применительно к использованию в энергетическом секторе. Объектами исследования выбраны и изучены различного происхождения представители нескольких отраслей: отходы лесопромышленного комплекса (сосновые опилки, щепа из различных пород древесины), отходы сельского хозяйства (солома), отходы мукомольного производства (некондиционные пшеничные отруби), отходы кондитерской фабрики (скорлупа кедровых орехов) и низинный торф с месторождения Суховское.
Для эффективного вовлечения биомассы в качестве топлива проведено установление свойств минеральной части посредством комплексного использования различных методов, высокоточных приборов и экспериментальных установок. На основании полученных результатов даны рекомендации по эффективному энергетическому использованию биомассы, а также по теплотехнической переработке.
Согласно поставленным задачам по результатам работы сформулированы нижеследующие выводы.
1. Разработана методика и лабораторная база для комплексного изучения минеральной части биомассы c использованием фракционного разделения в тяжелых жидкостях, позволяющая изучить разнообразный состав и характеристики минеральной части фракций различной плотности с помощью широкого спектра различных методов и физических экспериментов.
2. Расширена база теплотехнических характеристик биомассы, а также сформирована база данных о составе и свойствах минеральной части различных видов биомассы, распространенной в Томской области. По результатам выявлено, что пробы имеют широкую вариативность: зольность (Ad) колеблется от 1,0 до 22,8%, значения теплоты сгорания (Q[) - в диапазоне от 11,8 до 18,1 МДж/кг. При анализе содержания элементов относительно других исследуемых образцов у торфа наблюдается преобладающая доля кальция в составе, у мукомольных отходов - калия и хлора. Установлено, что рассматриваемая биомасса обладает низкой степенью шлакования: температура плавкости золы составляет свыше 1200°C, что не накладывает нормативных ограничений на температурный режим в топочной камере котельного агрегата. Исключением являются мукомольные отходы, у которых температура жидкоплавкого состояния не превышает 860°C.
3. Установлено, что минеральная часть торфа Суховского месторождения сформирована органоминеральными сростками и внешними примесями. При фракционном разделении ОМП установлено, что спекание их зольного остатка во время сжигания происходит при температуре выше 675°C. Выявлено, что соотношение Са/К является существенным фактором, влияющим на спекание зольного остатка в процессе сжигания отходов мукомольного производства.
4. По результатам исследования даны следующие рекомендации: фракционное разделение по плотности можно рассматривать как элемент системы мероприятий по вовлечению высокоминерализованных видов биомассы, в частности торфа, в топливно-энергетический баланс. При этом будет наблюдаться положительный эколого-экономический эффект, проявляющийся в снижении удельных вредных выбросов и себестоимости выработки тепло- и электроэнергии.
Добавление торфа в количестве 5% к отходам мукомольного производства позволяет предотвратить шлакование и повысить температуры плавкости золы топливной композиции (tA=1100°C; tB=1110°C; tC=1125°C).
Установлено, что при термической переработке пеллет, полученных из
ОМП, происходящие преобразования их минеральной части улучшают прочностные характеристики при испытании на истирание и позволяют получить транспортабельное бездымное топливо.
Для эффективного вовлечения биомассы в качестве топлива проведено установление свойств минеральной части посредством комплексного использования различных методов, высокоточных приборов и экспериментальных установок. На основании полученных результатов даны рекомендации по эффективному энергетическому использованию биомассы, а также по теплотехнической переработке.
Согласно поставленным задачам по результатам работы сформулированы нижеследующие выводы.
1. Разработана методика и лабораторная база для комплексного изучения минеральной части биомассы c использованием фракционного разделения в тяжелых жидкостях, позволяющая изучить разнообразный состав и характеристики минеральной части фракций различной плотности с помощью широкого спектра различных методов и физических экспериментов.
2. Расширена база теплотехнических характеристик биомассы, а также сформирована база данных о составе и свойствах минеральной части различных видов биомассы, распространенной в Томской области. По результатам выявлено, что пробы имеют широкую вариативность: зольность (Ad) колеблется от 1,0 до 22,8%, значения теплоты сгорания (Q[) - в диапазоне от 11,8 до 18,1 МДж/кг. При анализе содержания элементов относительно других исследуемых образцов у торфа наблюдается преобладающая доля кальция в составе, у мукомольных отходов - калия и хлора. Установлено, что рассматриваемая биомасса обладает низкой степенью шлакования: температура плавкости золы составляет свыше 1200°C, что не накладывает нормативных ограничений на температурный режим в топочной камере котельного агрегата. Исключением являются мукомольные отходы, у которых температура жидкоплавкого состояния не превышает 860°C.
3. Установлено, что минеральная часть торфа Суховского месторождения сформирована органоминеральными сростками и внешними примесями. При фракционном разделении ОМП установлено, что спекание их зольного остатка во время сжигания происходит при температуре выше 675°C. Выявлено, что соотношение Са/К является существенным фактором, влияющим на спекание зольного остатка в процессе сжигания отходов мукомольного производства.
4. По результатам исследования даны следующие рекомендации: фракционное разделение по плотности можно рассматривать как элемент системы мероприятий по вовлечению высокоминерализованных видов биомассы, в частности торфа, в топливно-энергетический баланс. При этом будет наблюдаться положительный эколого-экономический эффект, проявляющийся в снижении удельных вредных выбросов и себестоимости выработки тепло- и электроэнергии.
Добавление торфа в количестве 5% к отходам мукомольного производства позволяет предотвратить шлакование и повысить температуры плавкости золы топливной композиции (tA=1100°C; tB=1110°C; tC=1125°C).
Установлено, что при термической переработке пеллет, полученных из
ОМП, происходящие преобразования их минеральной части улучшают прочностные характеристики при испытании на истирание и позволяют получить транспортабельное бездымное топливо.
