ДонНТУ   Портал магистров

Курченко Елена Николаевна

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра прикладная экология и охрана окружающей среды

Специальность Техносферная безопасность

Обоснование составов топливных смесей на основе компонентов твердых бытовых отходов и продуктов коксохимических заводов

Научный руководитель: к.т.н., доцент Калинихин Олег Николаевич

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2021 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Основная часть
• 3.1 Мировые тенденции в сфере обращения с твердыми бытовыми отходами
• 3.2 Получение вторичных топлив на основе компонентов ТБО
• 4. Основные исследования и результаты
• Выводы
• Список источников

Введение

Грамотное использование и обезвреживание образующихся твердых бытовых отходов (ТБО) – один из самых важных экологических вопросов на повестке дня для стран всего мира.

Мировой опыт показывает, что экономический рост, рост населения и урбанизации ведут к увеличению образования отходов в мире, более того, не в пропорциональном темпе.

ТБО (рис.1) представляют собой неоднородную смесь, отдельные компоненты которой могут выступать в качестве высококалорийного топлива, не уступающего по теплотехническим характеристикам бурому углю.

Практически весь объем отходов, не вовлекаемых в повторное производство, размещается на полигонах ТБО, санкционированных и несанкционированных свалках.

С целью охраны водных ресурсов, атмосферного воздуха, почв, а также утилизации содержащихся в отходах ценных компонентов разрабатывают и внедряют различные промышленные технологии обезвреживания и переработки отходов, включая методы термического и биотермического обезвреживания и другие технологические приемы их переработки.

1. Актуальность темы

На сегодняшний день тема обращения с твёрдыми бытовыми отходами и отходами промышленных предприятий является экономически и экологически актуальной.

Накопление и несвоевременный вывоз отходов создают экологическую опасность для здоровья населения из-за содержания в них большого количества органических веществ, которые при разложении образуют вредные химические соединения.

Выбор темы обусловлен обострением экономических, экологических и социальных проблем из-за увеличения объемов производимых и утилизируемых ТБО и промышленных отходов, необходимостью поиска и внедрения более совершенных, экологически и экономически обоснованных производств по утилизации отходов.

2. Цель и задачи исследования

Цель работы – изучение и оценка влияния кубовых остатков цеха ректификации, коксохимических заводов, на механические свойства брикета на основе компонентов твердых бытовых отходов.

Для достижения поставленной цели были поставлены такие задачи:

1. Произвести анализ существующей ситуации в сфере обращения с твердыми бытовыми отходами и отходами коксохимических заводов.
2. Определить физико-химические и теплотехнические характеристики топливных брикетов.
3. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий прессования.
4. Поиск математической зависимости, которая поможет определить оптимальный состав топливной смеси, исходя из соотношения ее компонентов.
5. Сформировать общий вид технологической схемы процесса изготовления топливного брикета.
6. Выполнить расчет выбросов от сжигания брикетированной смеси, на основе компонентов ТБО и кубовых остатков.

Объект исследования: процесс совместной вторичной переработки компонентов твёрдых бытовых отходов и отходов коксохимической промышленности.

Предмет исследования: механические свойства топливного брикета получаемого на основе компонентов твёрдых бытовых отходов и смолистых отходов коксохимических заводов.

3. Основная часть

3.1 Мировые тенденции в сфере обращения с твердыми бытовыми отходами

Как показывает мировой опыт передовых промышленных стран [1], обоснование внедрения той или иной технологии переработки ТБО и их компонентов в обязательном порядке требует проведения исследований их состава, от которого зависят основные технико-экономические показатели – морфологического состава бытовых отходов.

Высокоразвитые страны Европы отходят от практики сжигания бытового мусора, заменяя этот метод современными ресурсо- и энергосберегающими технологиями, альтернативными источникам энергии и повторным использованием сырья, что выступает как метод экономии ресурсов и сохранения окружающей среды, статистика по обращению с отходами в Европе показана на рисунке 2 [2].

Исходя из данных показанных на рисунке, можно сделать вывод, что в развитых странах подавляющая часть мусора идет на переработку, а южная и восточная часть Европы критично зависит от захоронения, полезное использование отходов здесь развито слабо.

Современные термические процессы являются экологически безопасными при термообработке подготовленных ТБО, при соблюдении технологических норм и при использовании современных методов газоочистки.

Эффективность термической переработки ТБО определяется составом отходов, технологией процесса, степенью подготовки отходов к сжиганию и стабилизацией их состава, режимом процесса, технологией автоматизации процесса [3].

Поскольку сжигание ТБО является эффективным способом обезвреживания отходов, необходимо определить оптимальное место мусоросжигания в системе комплексной переработки ТБО. Очевидно, что сжиганию следует подвергать не всю образующуюся массу ТБО, а преимущественно их горючую, достаточно усредненную фракцию, что существенно снизит вредное влияние газовых выбросов на окружающую среду, уменьшит потребную производительность печей и позволит выделить ценные компоненты ТБО для использования в качестве вторичного сырья.

Основная тенденция развития мусоросжигания – переход от прямого сжигания ТБО к оптимизированному сжиганию выделенной из ТБО горючей (топливной) фракции и переход от сжигания как процесса ликвидации ТБО к сжиганию как процессу, обеспечивающему, наряду с обезвреживанием отходов, получение тепловой и электрической энергии [3].

В таблице 1 указаны массовые доли утильных компонентов по составу ТБО, которые представляют интерес в качестве источника получения вторичного топлива [4].

Опыт показывает, что с течением времени состав ТБО несколько меняется. Увеличивается содержание бумаги и полимерных материалов [5].

Таким образом, можно рассматривать, значительную часть бытовых отходов в качестве источника получения вторичного топлива.

3.2 Получение вторичных топлив на основе компонентов ТБО

Одним из перспективных методов термической утилизации ТБО является производство Refuse Derived Fuel (RDF) – твердого вторичного топлива, производимого путем сортировки, измельчения и обезвоживания твердых бытовых отходов, характеристики которого определяются согласно действующим стандартам либо техническим условиям производства топлива.

С каждым годом интенсивность использования данного метода утилизации ТБО в Европейском союзе (EU) и США (USA) увеличивается с каждым годом (рис. 3) [6].

Основными потребителями топлива RDF-топлива выступают крайне энергоемкие цементные производства и станции по генерации тепловой и электрической энергии. Учитывая морфологический состав ТБО, в производство RDF-топлива может быть вовлечено около 25% от объема вывозимых на захоронение отходов. Преимущества такого вида топлива состоят в том, что сокращается количество захороняемых отходов и потребление экспортируемых источников энергии [7].

Помимо отходов ТБО, в нашем регионе образуются значительные объемы отходов коксохимических заводов (КХЗ), отдельные виды которых можно рассматривать в качестве потенциальных теплотворных добавок для топливных брикетов.

Чтобы повысить теплоту сгорания топлива, в качестве добавок целесообразно рассматривать смолистые отходы коксохимического производства, такие как кубовые остатки цеха ректификации сырого бензола, которые представляют собой смесь продуктов различной глубины полимеризации непредельных соединений с бензольными углеводородами, тиофеном и его гомологами, а также ароматических углеводородов, извлекаемых из поглотительного масла при получении сырого бензола [8].

За рубежом кубовые остатки ректификации подвергают пиролизу в присутствии водяного пара и водорода с последующим каталитическим дегидрированием газообразных продуктов пиролиза.

Также из кубовых остатков вырабатывают вяжущие материалы для изготовления антикоррозионных красителей, облицовочных плит и других строительных материалов.

4. Основные исследования и результаты

При оценке свойств и качества топливных брикетов используют результаты технического анализа. Полный технический анализ проводится не всегда, часто бывает достаточно провести сокращенный технический анализ, состоящий в определении влажности, зольности и выхода летучих веществ [9].

Показатели технического анализа компонентов брикетируемой массы указаны в таблице 2.

В качестве связующей добавки в топливную смесь добавляются кубовые остатки КХЗ, при этом теплота сгорания брикета будет выше, чем у угля. При анализе значения кубовых остатков менялось от 0 до 20 %, а содержание бумаги и древесных остатков определено как 50:50% от смеси с вычетом процентного содержания кубовых остатков.

Исходя из анализа топливной смеси, можно сделать вывод, что при увеличении процентного содержания кубовых остатков увеличивается теплота сгорания брикета, которая достигает величины 22,59 МДж/кг. Влажность и зольность не значительно изменяются при добавлении связуемого, однако показатели уменьшаются с ростом добавления кубовых остатков.

В ходе проведения работы важным моментом был выбор процентного соотношения компонентов ТБО и кубовых остатков в смесях.

Цель эксперимента – извлечение максимального количества объективной информации о влиянии изучаемых факторов на производственный процесс с помощью наименьшего числа дорогостоящих наблюдений [10]. При выборе соотношения учитывались такие условия: необходимость конечной крупномасштабной переработки ТБО и получение смесей, которые будут отвечать максимальной величине теплоты сгорания и минимальной величине энергозатрат при изготовлении брикетов, а также лимитирование соотношения компонентов смеси стадией брикетирования.

При проведении оптимизационного эксперимента обработки данных использовалась программа Statistika 12 [10], в которой изучалась топливная смесь состоящая из бумаги, древесины и кубовых остатков.

Одной из поставленных задач было найти оптимальное процентное содержание компонентов брикетируемой смеси при его приемлемой механической прочности.

Полученные данные, наглядно иллюстрируются на графике (рис. 4).

На графике поверхности отклика, хорошо видны минимум и максимум отклика, и можно приблизительно оценить относительные доли компонентов топлива, при которых достигается наибольшая прочность. Для точного определения этих долей можно использовать контурный график (рис. 5).

На графике визуально легко определить при каких значениях бумаги, древесины и кубовых остатков достигается приемлемая механическая прочность. Показатель прочности равен приблизительно 12, лежит вблизи доли бумаги 0,25, доли древесины 0,45 и доли кубовых остатков 0,25 (бумага – 0,266667; древесина – 0,466667 и кубовые остатки – 0,266667).

Выводы

Анализ литературных источников позволяет сделать следующие выводы:

1. В настоящее время проблема отходов, в частности твердых бытовых стоит очень остро в нашем регионе, т.к. количество отходов с каждым годом увеличивается. Поэтому необходимо принимать меры по поиску и внедрению эффективных технологий по переработке и утилизации твердых бытовых отходов.
2. Целесообразна совместная утилизация компонентов ТБО и отходов коксохимических заводов, которые можно рассматривать в качестве теплотворных добавок.
3. Одним из перспективных методов термической утилизации ТБО является производство Refuse Derived Fuel (RDF) – твердого вторичного топлива.
4. Производство RDF-топлива в европейских странах увеличивается с каждым годом.
5. Использование связующего на базе кубовых остатков, позволит существенно снизить себестоимость брикетов при сохранении их эксплуатационных качеств.
6. Применение RDF с одной стороны решает проблему утилизации ТБО с получением альтернативного топлива, а с другой помогает снизить негативное воздействие полигонов на окружающую природную среду [11].

Список источников

1. Мировой и Российский опыт утилизации твердых бытовых отходов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/...
2. Волкова А.В. Рынок утилизации отходов/ А.В. Волкова – Нац. исслед. ун-т – 2018. – 87 с.
3. Термическая переработка ТБО [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ztbo.ru/o-tbo...
4. Kurchenko E.N. Co-disposal of waste from coke plants and municipal solid waste components/ E.N. Kurchenko, O.N. Kalinihin, V.N. Boyko/Young scientists’ researches and achievements in science / Сборник докладов научно-технической конференции для молодых ученых. – Донецк, ДонНТУ, 2020. – с. 76-81.
5. Определение норм накопления твердых бытовых отходов в городах для дальнейшего эффективного управления и переработки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/...
6. Калинихин О.Н. Разработка технологии переработки твердых бытовых отходов и отходов коксохимических производств/ О.Н. Калинихин, А.И. Панасенко – Экологическая безопасность. – КДПУ им. Михаила Остроградского. – 2008. – №3,4. – С. 23-29.
7. Ламзина И.В. Зарубежная практика использования альтернативного топлива из отходов для цементной промышленности/ И.В. Ламзина, В.Ф. Желтобрюхов, И.Г. Шайхиев – Вестн. технолог.ун-та. Т.18, №17. – 2015. – С. 85-88.
8. Лазорин С.Н. Обезвреживание отходов коксохимических заводов/ С.Н. Лазорин, Г.И. Папков, В.И. Литвиненко, – М., Металургиздат, – 1977. – 238с.
9. Авгушевич И.В. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей/ И.В. Авгушевич, Е.И. Сидорук, Т.М. Броновец – М.: «Реклама мастер», 2018. – 576 с.
10. Планирование эксперимента [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://statsoft.ru...
11. Утилизация и переработка твёрдых бытовых отходов: учебное пособие/ А.С. Клинков, П.С. Беляев, В.Г. Однолько, М.В. Соколов, П.В. Макеев, И.В. Шашков. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 100 экз. – 188 с.