Водовугільні суспензії як новий вид палива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний авіаційний університет

Навчально-науковий інститут екологічної безпеки

Кафедра хімії і хімічної технології

КУРСОВА РОБОТА

На тему: „Водовугільні суспензії як новий вид палива”

Виконала студентка 505 групи

Ільницька О.Ф.

Перевірила Кустовська А.Д.

Київ 2016

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ВОДОВУГІЛЬНЕ ПАЛИВО, ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ

1.1 Водовугільні суспензії - як новий вид палива

1.2 Технології приготування водовугільного палива

1.3 Розвиток світових досліджень з використання водовугільного палива

1.4 Сучасний стан і можливості використання водовугільного палива в Україні

1.5 Переваги та особливості використання водовугільного палива

1.6 Властивості водовугільного палива

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Для підтримання на належному рівні економічної та енергетичної безпеки країни під час формування енергетичної політики необхідно орієнтуватись на власні енергоресурси, виходячи з умов їх конкурентоспроможності та охорони навколишнього середовища. Основним джерелом енергетики України є вугілля.

В наш час, отоплюючи котельні забезпечуються рядовим вугіллям з підвищеним (до 60%) вмістом дрібних фракцій та золи. Через підвищену зольність твердого палива зменшується надійність роботи котлів, погіршується процес горіння, трапляється шлакування, зменшується ККД та теплопродуктивність. Спалювання низькосортного палива пов'язано з викидами в оточуюче середовище шкідливих речовин (оксидів азоту, сірки, пилу). Одним із шляхів вирішення цих проблем є використання водовугільних суспензій замість рідкого палива, що можуть спалюватись у великих теплогенераторах без їх реконструкції.

Вугілля є важливим чинником у забезпеченні енергобезпеки, може бути конкурентно спроможним і стати прийнятним джерелом енергії за умови застосування сучасних технологій. Тому вугілля, а також водовугільні палива, розглядаються як складова частина стратегії забезпечення стійкого розвитку енергетики в світі.

водовугільний паливо альтернативний технологія

1. ВОДОВУГІЛЬНЕ ПАЛИВО, ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ.

1.1 Водовугільні суспензії - як новий вид палива

Сьогодні, енергозабезпечення - одне з найважливіших питань енергоекономіки не лише в Україні, а й у світі. З огляду на кризову ситуацію, що склалась в паливно-енергетичному комплексі, крім використання традиційних паливних корисних копалин (природного газу, нафти, вугілля, торфу, горючих сланців) триває активний пошук додаткових джерел енергоносіїв. Наступними кроками, для зменшення використання імпортованих паливних ресурсів та підняття енергоекономіки України на новий рівень повинні бути, по-перше, розробка та реалізація програми енергозбереження, що є доконечною потребою і найважливішим завданням для всіх галузей народного господарства країни, по-друге - реабілітація теплових електростанцій, і по-третє - розвиток вугільної, газо- і 1нафтовидобувної промисловості, а також розробка та впровадження нових ефективних екологічно чистих технологій паливовикористання.

Енергетичний розвиток світової економіки потребує інтенсивного використання енергоресурсів, серед яких нині і в перспективі провідна роль належатиме вугіллю, запаси якого найбільші і розподілені по всьому світу. Збільшення обсягу використання твердого палива у великій теплоенергетиці є не таким простим завданням. Нині практично жодна з теплоелектростанцій не спалює вугілля в об'ємі, передбаченому проектом. До того ж якість вугілля постійно знижується. Подолати ці труднощі можна, зокрема, шляхом впровадження технології водовугільного палива, що не лише підвищить ступінь випалювання органічної маси, а й поліпшить екологічну чистоту спалювання.

Водовугільне паливо - це дисперсна паливна суспензія, композиційне штучне рідке паливо на основі вугілля та води, за своєю суттю воно є різновидом висококонцентрованої водовугільної суспензії. Принциповою відміною водовугільного палива від інших традиційних палив є можливість виготовлення його відповідно до вимог споживача.

Високі ефективність та екологічна чистота спалювання водовугільного палива забезпечується відповідністю його характеристик. Особливості технології водовугільного палива дають змогу надати йому належних характеристик добиранням основних компонентів (вихідного вугілля і води) з певними фізико-хімічними властивостями, найпридатніших хімічних домішок та застосуванням інших технічних рішень.

Масова концентрація водовугільного палива -- 60-80% вугілля, з розміром часточок не більш як 250 мкм. Для одержання потрібної фракції вугілля використовують спеціальні подрібнювачі. До такої суспензії зазвичай додають різні хімічні домішки, масова частка яких у водовугільному паливі становить близько 1%.

Основними функціями хімічних домішок є:

- підвищення гідрофільності поверхні вугільних частинок, тобто змочуваності; вугільні частинки вкриваються тонким шаром води, шо підвищує текучість водовугільних палив;

- диспергування вугільних частинок у воді, що забезпечує однорідність гідросуміші;

- підвищення стабільності водовугільного палива і запобігання його розшаруванню під впливом гравітаційних сил.

Світовий досвід засвідчує, що як вихідний продукт для виготовлення водовугільного палива можна використовувати весь метаморфічний ряд - від бурого вугілля до антрацитів, а також відходи вуглезбагачення, проте найкращою сировинною базою вважають малометаморфізоване вугілля.

Транспортування такого палива, в тому числі й на далекі відстані, здійснюють за допомогою гідротранспортних систем, а також у місткостях -- автомобільних та залізничних цистернах, спеціальних морських суднах-танкерах.

Водовугільне паливо можна застосовувати як замінник природного газу і мазуту. Порівняно з традиційним спаленням вугілля використання водовугільного в теплоенергетиці дозволяє зменшити викиди в атмосферу оксидів азоту, сірки і чадного газу, а також забезпечує повноту вигоряння органічної маси до 99%, що значно поліпшує екологічну ситуацію довкілля.

Найбільш економічно доцільним є використання водовугільного палива як палива для доспалювання вугілля в енергетичних пиловугільних котлоагрегатах, а також сумісного спалювання з газом або мазутом у різних пропорціях.

Останніми роками інтерес до технології водовугільного палива посилився завдяки прагненню низки країн, у тому числі України, позбутися залежності від постачальників нафти та природного газу -- паливних ресурсів, що посідають ключові позиції в енергобалансі цих держав[1].

1.2 Технології приготування водовугільного палива

Загалом технологія одержання водовугільного палива передбачає стадії збагачення вугілля, послідовного дроблення і подрібнення його до крупності 0-100 (200-250) мкм, гомогенізації суспензії з пластифікаторами.

Найвідоміші зарубіжні технології приготування водовугільного палива:

· «Reoсarb» (Італія, СРСР). Технологія передбачає помел у кульовому млині порівняно низькоконцентрованої суміші, а потім грубий помел у стрижневому млині за певних співвідношень крупної (0-3 мм) і тонкої (0-0,040 мм) фракцій та підвищення концентрації водовугільного палива до 62-65% з використанням пластифікатора. При цьому гранулометричний склад вугілля в суспензійному середовищі за двостадійного помелу наближається до бімодального. Зольність вугілля перебуває в межах 10-20%. Водовугільне паливо, отримане в такий спосіб, має непогані споживчі властивості, і його можна транспортувати по трубах на великі відстані й зберігати протягом тривалого часу без зміни характеристик.

· «Carbogel» (Швеція, Канада). Технологія полягає у двостадійному помелі вугілля в кульових млинах з подальшим збагаченням його методом флотації. Змішування збагаченого і частково зневодненого вугілля з водорозчинною хімічною добавкою відбувається в гомогенізаторі до отримання стабільного водовугільного палива. За вихідної зольності вугілля 15% зольність кінцевого продукту становить 2,8-4,0%. Максимальна масова частка вугілля в суспензії -- 75%.

Рис. 1. Загальна технологічна схема приготування водовугільного палива: 1 - дробарка МПЛ-150; 2 - змішувач; 3 - кульовий млин; 4 - місткість; 5 - гвинтовий насос; 6 - клапан; В - вхідний контроль якості вугілля; Г - контроль гранулометричного складу; М - контроль маси; Q - контроль подавання гідросуміші; С - контроль масової концентрації; ф - контроль реологічних характеристик водовугільного палива

· «Co-Al» (Велика Британія). Головною особливістю технології є точна відповідність гранулометричного складу вугілля у водовугільному паливі заданому значенню. Обов'язкова умова -- максимальний вміст у суспензії колоїдних частинок розміром менш як 0,003 мм. Технологічна схема передбачає двостадійне подрібнення суміші вугілля і збагаченого флотоконцентрату за наявності водорозчинної хімічної добавки. Контроль крупності здійснюють на грохоті. За потреби верхній продукт грохочення повертають на повторне подрібнення. Кінцевим продуктом є водовугільне паливо зольністю 6,5% за максимального вмісту в ньому твердої фази до 72%.

· «Fluidcarbon» (Швеція). Шведська фірма «Fluidcarbon International» розробила спосіб отримання котельного палива у вигляді висококонцентрованої водовугільної суспензії. До складу палива крім тонкоподрібненого низькозольного вугілля та води входить спеціальна хімічна добавка (близько 1%). Приготування палива здійснюють у 4 стадії: мокре подрібнення вугілля в кульових млинах, збагачення подрібненого продукту флотацією, зневоднення флотоконцентрату на барабанних вакуум-фільтрах, усереднення палива за якістю. В результаті таких технологічних операцій кінцевий продукт має зольність не вищу ніж 2,8% і вміст твердої фази -- 68%. За патентом США, водовугільна суспензія, одержана за технологією «Fluidcarbon», може мати концентрацію вугілля в межах 60-80% за масою.

· «Densecoal» (Німеччина). Технологію розроблено фірмами «BASF AG» і «Salzgitter AG». Вона передбачає як мокре, так і сухе подрібнення вугілля, у процесі якого отримують продукт із середньою крупністю 0,04 мм, хоча фактично технологія дає можливість одержувати вугілля різного гранулометричного складу і суспензії різної в'яз кості. Залежно від якості вихідного вугілля і подальшого використання паливної композиції регулюють тривалість перебування компонентів у млині, швидкість обертання барабана, вихідну крупність, а також кількість і склад хімічних добавок.

· Розроблена в Японії технологія приготування водовугільного палива полягає в мокрому подрібненні вугілля в низькоконцентрованій водовугільній суспензії, виділенні крупного і тонкого класу вугілля. Тонкий клас зневоднюють механічним способом, а крупний піддають ультратонкому подрібненню. В результаті чого одержують водовугільне паливо.

· В Україні запропоновано удосконалену технологію отримання водовугільного палива з урахуванням досвіду й недоліків технології «Reoсarb». По-перше, помел вугілля здійснюють в одну стадію в кульовому млині. Потрібного гранулометричного складу досягають зміною кількості й діаметра молольних тіл кульового млина. По-друге, запропоновано попереднє перемішування вугілля і води у спеціально сконструйованому апараті, після чого суміш надходить на помел. Ця операція підготовки суміші до помелу дає змогу вдвічі зекономити енергію у процесі приготування суспензії, а також істотно поліпшити її якісні характеристики, зокрема підвищивши седиментаційну стійкість. Технологію застосовують в Україні для отримання експериментальних партій водовугільного палива, наприклад на НВО «Вуглемеханізація»[2].

На сьогоднішній день в Україні розроблений кавітаційно-вихровий метод одержання водовугільного палива.

Рис. 2. Отримання водовугільного палива за кавітаційно-вихровою технологією

На основі фундаментальних досліджень в області вихрових потоків і аналізу сучасного стану технологій і обладнання одержання водовугільного палива встановлено, що при одержанні водовугільного палива доцільне використання двоступеневих апаратів, де на першій стадії здійснюється «сухе» подрібнення вугілля у вихровому потоці, а на другій - кавітаційне додрібнення, яке дозволяє отримувати частинки вугілля із середнім розміром 10 мкм.

В інституті технічної теплофізики НАНУ була створена установка для одержання водовугільного палива кавітаційно-вихровим методом, рис. 3.

Рис. 3. Схема експериментальної установки одержання водовугільного палива: 1 - ротаційна повітродувка; 2 - місткість для вугілля; 3 - шнековий пристрій для подачі вугілля; 4 - електропривод; 5 - частотний перетворювач; 6 - вихрова камера диспергування; 7 - пристрій сепарування; 8 - пристрій відведення пило газової суміші; 9 - пристрій очистки повітря від пилу; 10 - місткість для готового продукту; 11 - фільтр для очищення повітря; 12 - мішалка; 13 - кавітаційний диспергатор; 14 - контрольно-вимірювальні прилади

При диспергуванні вихідного палива у вихровій камері використані переваги вихрових технологій з одержанням дисперсних систем з демінералізацією. Вихрове диспергування проходить з інтенсивними тепло-масообмінними і суміщеними швидкодіючими процесами диспергування, сепарування, сушки, фракціонування і змішування. Мінеральні частинки, які мають більшу щільність і твердість, ніж органічна складова вугілля, після диспергування виносяться відцентровою силою з основного вихрового потоку, що дозволяє значно знизити залишкову зольність водовугільного палива.

Одержану у вихровому млині дисперсну систему твердого палива (фракцію менше 20 мкм) змішують з водою у кількості до 30% у кавітаційному диспергаторі. У процесі кавітаційної обробки суміші в зазорі між ротором статором кавітаційного диспергатора виникає гідродинамічна кавітація, яка характеризується зародженням дрібних (до 25 мкм) пухирців у потоці рідини з наступним їх руйнуванням шляхом радіального змикання сферичної оболонки. Таким чином, кумулятивна енергія високої щільності концентрується в точці, що дозволяє одержувати насичене киснем високогомогенізоване стійке протягом тривалого часу (до місяця) водовугільне паливо.

У результаті експериментальних досліджень на створеній установці отримані водовугільні суспензії на основі антрацитового штибу з вологістю 4,8%, зольністю 27,3% і води в різній кількості від 30 до 50% та з кавітаційною обробкою отриманої суспензії упродовж 5-30 хв. Отримано тонкодисперсну стійку колоїдну гідросуміш водовугільного палива з однорідною структурою[3].

Рис. 4. Водовугільне паливо при збільшенні в 320 разів

1.3 Розвиток світових досліджень з використання водовугільного палива

Напрям зі створення і використання альтернативного нафтопродуктам і природному газу водовугільного палива продовжує активно розвиватися у світі. На сучасному етапі лідерами у впровадженні ВВП є Китай та Японія. Вугільний інститут у Пекіні та Дослідницький центр у Таншані виконують роботи з удосконалення і промислового впровадження технології ВВП, щорічне виробництво якого в Китаї сягає 12 млн т. Китайські спеціалісти вважають, що переведення теплофікаційних установок з нафтогазового на водовугільне паливо дозволить країні скоротити імпорт нафти більш ніж на 70 млн т, а мазуту -- на 20 млн т/рік.

Японськими компаніями «JGC» і «Nissho Iwai Coal Corp.» спільно з Об'єднанням вугільних шахт Янчжоу (Китай) було засновано підприємство «Janri CWM Corp.», яке стало до ладу в 1992 р. і є прикладом першого промислового використання технології ВВП. Ще одним японським лідером у промисловому впровадженні ВВП є компанія «Japan COM», яка у співдружності з енергетичними компаніями «Tokio Electric PowerCo.», «Tohoku Electric Power Co.» і «Joban Joint Power Co.» у 1993 р. ввела в експлуатацію промисловий комплекс в Онахамі продуктивністю 500 000 т/рік.

В останні десятиліття Японія і Китай продовжують нарощувати потужності з виробництва та спалювання ВВП. Зокрема, в Японії, в Накосо ВВП використовують як паливо в котлі потужністю 600 МВт. У Китаї використання ВВП становить мільйони тонн за рік, хоча для його одержання застосовують технології попереднього покоління. На ВВП з бурого вугілля працюють енергетичні потужності в Гуандуні (котел потужністю 220 МВт) і Шеньяні (75 і 120 т пари на годину).

Пошукові дослідження зі створення нових технологій ВВП продовжуються. Так, EERC, відома корпорація в галузі енергетики та охорони довкілля (шт. Огайо, США), розробила технологію «Cofiring» для сумісного спалювання висококонцентрованого ВВП з традиційними видами палива. У США, за повідомленнями компанії EERC, розроблено оригінальну технологію «Hot Water Drying» з підготовки бурого вугілля до приготування ВВП, що ґрунтується на його гідротермообробленні[4].

1.4 Сучасний стан і можливості використання водовугільного палива в Україні

Останнім часом процес створення і використання водовугільного палива значно активізувався в Україні. Перспективи подальших досліджень водовугільних палив перебувають у площині забезпечення максимальної концентрації твердих часточок, ефективного горіння водовугільної суспензії та глибокого фундаментального вивчення реології і стабільності водовугільних палив з позицій теорії стійкості ліофобних колоїдів. У галузі теорії висококонцентрованих водовугільних суспензій можна виокремити три підходи: класично-гідродинамічний, емпіричний і дещо нетрадиційний--на основі фізичної теорії стійкості колоїдних систем (теорія ДЛФО).

Українські академічні та відомчі установи в цілому завершили етап розроблення фізико-технічних основ приготування і транспортування водовугільних палив. Перші промислові випробування технології приготування і спалювання водовугільної суспензії було проведено в Україні на установці, створеній в інституті УкрНДІ-гідровугілля (м. Луганськ) за участю Інституту горючих копалин і Променергопроекту, у котельній шахті «Лутугинська-Північна» компанії «Луганськвугілля». Спалювання обводнених вугільних сумішей здійснювали з використанням вугілля марки Г, зольністю 15-30%, з вологістю 51-58%. Отримані результати було оцінено позитивно.

Згодом у Донецьку (Інститут «Донвугілля») у короткий термін було створено унікальний дослідно-промисловий полігон з приготування і транспортування вугільних суспензій та інших сумішей із твердих паливних копалин на основі промислового устаткування.

Досягнення українських дослідників і науковців сприяли подальшому розвитку цього напряму, їх і нині використовують у своїх дослідженнях колеги з Грузії, Китаю, США та Італії. Вітчизняні вчені зробили свій вагомий внесок у світову науку зі створення нового виду енергоресурсів -- водовугільного палива, яке, зокрема у США, визначено як перспективний стратегічний ресурс.

Постанова Кабінету Міністрів України від 17 травня 2012 р. № 397 «Деякі питання визначення середньострокових пріоритетних напрямів інноваційної діяльності галузевого рівня на 2012-2016 роки» у розділі «Освоєння альтернативних джерел енергії» передбачає «розвиток технологій спалювання водовугільних сумішей як альтернативних видів палива для заміщення природного газу».

У червні 2012 р. винесено на обговорення проект змін до Енергетичної стратегії України на період до 2030 року. У цьому проекті передбачено поступове скорочення імпорту природного газу: у 2015 р. -- 33,7; у 2020 р.--27,1; у 2025 р. -- 20,0; у 2030 р. -- 5 млрд м3 на рік.

Розроблення в напрямі впровадження водовугільних технологій проводить Науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут «Вуглемеханізація» (м. Луганськ), який має полігон на котельні в м. Новово-

линську. У жовтні 2012 р. компанія «Українське тепло» спільно з китайськими фахівцями спорудили установку для сушіння вугілля на водовугільному паливі[5].

1.5 Переваги та особливості використання водовугільного палива

Водовугільне паливо отримують з вугілля різних марок: антрациту, кам'яного і бурого вугілля різної зольності, води будь-якої якості, а також високозольних відходів збагачення. Кількість відходів вуглезбагачення така, що з 1 млн т переробленого на збагачувальних фабриках вугілля у відвали йде паливо, достатнє для вироблення 20 МВт електроенергії. Переведення шламів у транспортабельне й технологічно зручне суспензійне водовугільне паливо дозволить отримати істотний економічний ефект і різко поліпшити екологічну обстановку у країні. Якщо ж орієнтуватись на ВВП масштабно, то можна, істотно спростивши технологію вуглезбагачення і відокремивши потрібну кількість концентрату, решту прямо на збагачувальній фабриці перетворити на водовугільне паливо, отримуючи на виході концентрат , ВВП і ніяких відходів. Об'єктивно розрахована ціна такого нового продукту влаштовує і виробників, і споживачів. Так, вартість паливної складової 1Гкал з бурого вугілля і 2,7 раза менша вартості складової з газу і в 4,8 раза - з мазуту.

Особливістю ВВП є низькі температури займання 450...650єС, горіння - 950...1050єС і високий ступінь вигорання палива - до 99,5 %. Такі сприятливі для горіння умови істотно знижують у продуктах згорання вміст оксидів азоту (до 1,5...2 разів), вуглецю (в 2 рази) і бензопірену (в 5 разів). При однаковій теплоті згорання, зольності, мінеральному складі, початковій вологості і витратах на приготування якість ВВП характеризується його реологічними властивостями, динамічною в'язкістю і стабільністю.

Практично всім ВВП, приготовленим з різних марок вугілля, властиві екстремальні залежності в'язкості від складу і вмісту тонкої фракції і хімічних добавок. Створення ВВП з максимальним вмістом твердої фази призводить до різкого збільшення його динамічної в'язкості, яка може бути зменшена введенням ПАР при оптимальному поєднанні диспергантів і стабілізаторів, а також підбором гранулометричного складу частинок. Зниження динамічної в'язкості ВВП за рахунок використання ПАР -достатньо дорогий захід, оскільки їх вартість практично порівнянна з вартістю початкової сировини (вугілля).

Стабільність ВВП - одна з найважливіших характеристик палива з огляду на його зберігання, транспортування і спалювання. Проте у разі використання водовугільного палива на місці виготовлення або близько до нього вона не має принципового значення.

Основними промисловими апаратами виробництва ВВП за традиційною технологією виступають кульові і стрижневі млини “мокрого” помелу, які характеризуються такими енерговитратами: компанія Vawri CWM Ltd (Китай) - 248 кВт·г/т; ОПУ “Бєлово-Новосибірськ” (Росія) - 192 кВт·г/т; Дослідний центр вуглевидобування (Японія) - 86 кВт·г/т. Основна причина великих витрат енергії цих млинів - низький (менше 1%) енергетичний ККД. Другим недоліком є значний механічний і корозійний знос поверхонь млинових тіл (400...1000 г на тонну продукції), що в 3...5 разів перевищує аналогічні характеристики при сухому подрібненні вугілля. Так, у Китаї виробництво ВВП за традиційною технологією має достатньо високу вартість - близько 25 дол. США за тонну водовугільного палива.

При існуючих схемах підготовки вугільне паливо одержують з розмірами частинок до 250 мкм незалежно від марки вугілля, що не дозволяє використовувати його замість рідкого і газоподібного палива. Оптимальні параметри ВВП з погляду технологічних властивостей і витрат енергії на приготування для котелень: вміст вугілля 62...65 %, середня теплота згорання - 21 000 кДж/кг, розмір вугільних частинок - не більше 45 мкм. За умови подолання цих проблем ефективніше спалювати вугілля тонкого помелу, для

якого характерне збільшення реагуючої поверхні частинок вугілля. Це забезпечує швидке досягнення температури займання, більш рівномірне спалювання і, як наслідок, зменшення механічного недопалу та шкідливих викидів у довкілля. Особливий інтерес становить близьке до мазуту за реакційними властивостями вугілля тонкого помелу (менше 20 мкм).

Останні розробки показують, що найбільш перспективне й оптимальне створення двоступеневих апаратів для виробництва ВВП, де на першій стадії здійснюється “сухе” подрібнення вугілля, а на другій - кавітаційне “додрібнення”, що дозволяє отримувати частинки вугілля з середнім розміром 6...10 мкм.

У 1999 р. в Новосибірському державному технічному університеті розроблено штучне композитне рідке паливо (ШКРП), для виробництва якого використано кавітаційну технологію обробки вугілля. Для виробництва ВВП використовується вихідне вугілля розміром до 2,0 мм, яке подрібнюється в диспергаторі надтонкого подрібнення до середнього розміру частинок 30 мкм, змішується з водою і пластифікаторами і надходить у пристрій кавітації. У кавітаторі відбувається доопрацювання паливної композиції, яка сприяє деструкції молекул вугілля з розпадом на окремі органічні складові з активною поверхнею частинок і великою кількістю вільних органічних радикалів з розміром частинок 6...10 мкм. Унаслідок дії кавітації вода також зазнає зміни - в ній утворюються атомарний водень, перекис водню, вода у збудженому стані та інші компоненти, хімічна активність яких сприяє утворенню активного дисперсного середовища, що насичене компонентами аніонного і катіонного типів[6].

1.6 Властивості водовугільного палива

Тонке диспергування супроводжується збільшенням зовнішніх і внутрішніх поверхонь унаслідок розблокування пор і розвитку нової пористості при виникненні мікротріщин. Об'єм мікропроміжних пор збільшується в декілька разів, тобто має місце кардинальне перетворення вихідної пористої структури. Структурні зміни викликають перетворення властивостей багатьох матеріалів, у тому числі вугілля. Відбуваються глибокі порушення тонкої структури вугільної речовини. При цьому підвищується реакційна здатність вугілля в різних процесах і хімічних реакціях.

Висока хімічна активність вугілля разом з окисленням і тенденцією до займання пояснюється утворенням вільних радикалів у результаті розриву зв'язків С-С. Зміни щільності тонкодисперсного вугілля від 1,59 до 1,39 г/см3 підтверджують ослаблення структури внаслідок руйнування хімічних зв'язків і перебудови структури макромолекули вугілля. Одержання тонкодисперсного активованого з розвиненою поверхнею вугілля дає широкі можливості для використання цього процесу в різних енергетичних технологіях: для займання і стабільного згорання пиловугільного полум'я в енергетичних котлах, заміни паливної нафти у промислових котлах.

Глибина і характер змін складу і властивостей вугілля залежать від стадії метаморфізму, середовища, виду і технологічних параметрів подрібнення.

При механічних впливах у млині створюються локальні концентрації як механічної, так і теплової енергії, що призводить до розриву хімічних зв'язків. Хоча підведені імпульси збурень істотно менші енергії хімічних зв'язків, їх розрив можливий при періодичній дії з енергією 10...100 ккал/моль, що не перевищує 20 % енергій хімічного зв'язку.

Загальною тенденцією змін органічної речовини є утворення продуктів з малою органічною масою, що й викликає збільшення реакційної здатності. При високошвидкісній термохімічній підготовці вугілля тонкого помелу процес горіння відбувається в основному в кінетичній області, а константи швидкості реакції значно вищі, ніж із частинками, більшими 100 мкм. Активація подрібнення відкриває широкі можливості застосування цього процесу в різних сферах використання вугілля. Так, активація поверхневих частинок призводить до зниження температури займання - для кавітаційного ВВП з антрациту в 2 рази, з бурого вугілля - до 300...325єС. Реагуюча поверхня мікронних частинок вугілля приблизно в 3 рази більша, ніж в установках звичайного типу. Його хімічна активність також збільшується, що забезпечує характеристики вугільного факела, близькі до характеристик мазуту. Це забезпечує повне згорання вугілля в меншому об'ємі топки, з меншим недопалом, високою ефективністю котла і з більш низьким вмістом оксидыв азоту.

Тонкодисперсне диспергування з використанням кавітаційної технологій дозволить відмовитися або істотно зменшити кількість використання дорогих пластифікаторів. Підвищення стійкості палива

забезпечується утворенням ультрадисперсної твердої фази (менше 1 мкм). Обробка рідкого палива в кавітаційних апаратах характеризується низькими витратами енергії (?5 кВт·г/т).

Отримане паливо характеризується такими показниками: калорійність -до 6000 ккал/кг; зольність - 1...1,5%; текучість - 900...1000 спз у діапазоні температур 20...70єС; висока стабільність. Висока калорійність палива досягається за рахунок збагачення вугілля, відмитого у флотаційних машинах, із вмістом золи до 2...3 % у твердій фазі і високій концентрації вугілля -до 70...75%. Таке паливо характеризується підвищеною реакційною здатністю і може зберігатися без руйнування фізико-хімічної структури більше 12 місяців. Використовувати кавітаційне водовугільне паливо (КаВВП) можна як основне паливо в парових і водогрійних котлах, а також як початкову суміш для приготування синтез-газу і синтетичних моторних палив. Особливо зручно проводити КаВВП з високовологого вугілля або зі зволожених відходів вуглезбагачення.

Дослідження показали, що вугілля різних марок, а також його відходи можуть ефективно спалюватися разом з водою в малих і великих котлах, тому ефективність його застосування в котельній техніці зростає при використанні мастиломістких або забруднених нафтопродуктами водах.

За результатами останнього стендового спалювання КаВВП на полігоні в Раменському було занесено в протокол: відзначити якість нового палива, що вигідно відрізняється від традиційних видів завдяки особливостям технології його приготування і способу спалення з газифікацією в киплячому шарі; високу ефективність процесу спалення при активній ролі води, що входить до складу КаВВП; нечутливість процессу спалювання до якості початкового вугілля та універсальність топкового пристрою відносно КаВВП з вугілля будь-яких марок, включаючи антрацит і відходи вуглезбагачення; добру керованість і можливість автоматизації процесу спалювання КаВВП; екологічну чистоту, вибухо- і пожежобезпеку процесів зберігання, транспортування і спалювання[7].

У Росії останніми роками водовугільне паливо активно використовується. Сьогодні там функціонують декілька організацій, які працюють над упровадженням водовугільного палива в теплоенергетиці і житлово-комунальному секторі. Серед них можна відзначити: НВО “Екотехніка” (Новокузнецьк), Інститут горючих копалин (Москва), Омський завод нафтовидобувного устаткування, ВАТ “Корпорація Компомаш” (Москва), НВО “Гідротрубопровід” (Москва) та ін.

В Україні роботи з використання водовугільного палива в теплоенергетиці і ЖКГ практично не проводяться. У 1970-1973 рр. на шахті ім. Абакумова (Донецьк) було побудовано промислову установку з виробництва і спалювання ВВП з кам'яновугільних шламів продуктивністю 60000 т/рік. Але в постійну експлуатацію установку так і не введено у зв'язку з реконструкцією вуглезбагачувальної установки шахти і збільшенням зольності шламів з 30 до 50 %, на що установка не розрахована.

Як видно з виконаного аналізу, використання ВВП вигідне для теплоенергетики і гарантує істотне поліпшення екологічних показників спалювання вугілля, але має ряд недоліків технології його отримання: великі енерговитрати на подрібнення, особливо на “мокре”; значний знос поверхонь млинових тіл; необхідність уведення ПАР для підвищення реакційної здатності ВВП, тому потрібно вдосконалити технології подрібнення вугілля.

Основні тенденції розвитку технологій та установок одержання тонкодисперсних систем такі: інтенсифікація процесів диспергування; підвищення продуктивності пристроїв; підвищення якості отриманої суміші шляхом забезпечення її монодисперсності, тонкості диспергування та експлуатаційних характеристик установок[8].

ВИСНОВКИ

Тож, за результатами проведеного літературного аналізу можна зробити висновки:

1. Труднощі, що виникають у зв'язку з недостатньо високою якістю вугілля, а також ступінню його спалювання на теплоелектростанціях можна подолати за допомогою впроваждення технології водовугільного палива, що не лише підвищить ступінь випалювання органічної маси, а й поліпшить екологічну чистоту спалювання.

2. Водовугільне паливо високоефективне та екологічно чистоте. Особливості технології водовугільного палива дають змогу надати йому належних характеристик добиранням основних компонентів (вихідного вугілля і води) з певними фізико-хімічними властивостями, найпридатніших хімічних домішок та застосуванням інших технічних рішень.

3. Водовугільне паливо можна застосовувати як замінник природного газу і мазуту. Порівняно з традиційним спаленням вугілля використання водовугільного в теплоенергетиці дозволяє зменшити викиди в атмосферу оксидів азоту, сірки і чадного газу, а також забезпечує повноту вигоряння органічної маси до 99%, що значно поліпшує екологічну ситуацію довкілля.

4. Модернізація котлів ЖКГ України з переведенням їх на водовугільне паливо може стати вельми прибутковим виробництвом, оскільки за інших переваг ще значно збільшується ККД котлоагрегату.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Круть О.А. Водовугільне паливо. - Київ: Наук. думка, 2002. - 172 с.

2. Делягин Г.Н. Водоугольное топливо - экологически чистое топливо//Трубопроводный гидротранспорт твердых материалов/ за ред. Б.Ф. Брагина. - Киев., 1993. - 323с.

3. Петров В. А., Андреев Е. Е., Биленко Л. Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1984. - 614 с.

4. Ходаков Т.С., Горлов Е.Г., Головин Г.С. Суспензионное угольное топливо// Химия твердого топлива. - 2005. - № 6. -- с. 15--32.

5. Круть О.А., Білецький В.С. Водовугільне паливо: стан проблеми і перспективи використання. // Вісн. НАН України. - 2013. - №8.

6. Делягин Г.Н., Петраков А.П., Головин Г.С., Горлов Е.Г. Водные дисперсионные системы на основе бурых углей как энергетическое и технологическое топливо //Российский химический журнал. -1997.- №6.- с. 72-77.

7. Robinson R. A., Stokes R. H. Electrolyte solutions. Second edition. - London.: Butterworths scientific publications, 1959. - 646.

8. Долинский А. А. Водоугольное топливо: перспективы использования в теплоэнергетике и жилищно-коммунальном секторе [Текст] / А. А. Долинский, А. А. Халатов // Пром. теплотехника. - 2007. - Т. 29. - № 5. - С. 70-79.

Размещено на Allbest.ru