ДонНТУ   Портал магістрів

Курченко Олена Миколаївна

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра прикладная экология и охрана окружающей среды

Спеціальність Техносферна безпека

Обгрунтування складів паливних сумішей на основі компонентів твердих побутових відходів і продуктів коксохімічних заводів

Науковий керівник: к.т.н., доцент Калініхін Олег Миколайович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: травень 2021 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і задачі дослідження
• 3. Основна частина
• 3.1 Світові тенденції в сфері поводження з твердими побутовими відходами
• 3.2 Отримання вторинних палив на основі компонентів ТПВ
• 4. Основні дослідження і результати
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Грамотне використання і знешкодження утворенних твердих побутових відходів (ТПВ) – один з найважливіших екологічних питань на порядку денному для країн всього світу.

Світовий досвід показує, що економічне зростання, зростання населення і урбанізації ведуть до збільшення утворення відходів в світі, більше того, не в пропорційному темпі.

ТПВ (рис.1) представляють собою неоднорідну суміш, окремі компоненти якої можуть виступати в якості висококалорійного палива, який не поступається по теплотехнічних характеристиках бурого вугілля.

Практично весь обсяг відходів, які не втягуються в повторне виробництво, розміщується на полігонах ТПВ, санкціонованих і несанкціонованих звалищах.

З метою охорони водних ресурсів, атмосферного повітря, ґрунтів, а також утилізації містяться у відходах цінних компонентів розробляють і впроваджують різні промислові технології знешкодження та переробки відходів, включаючи методи термічного і биотермического знешкодження та інші технологічні прийоми їх переробки.

1. Актуальність теми

На сьогоднішній день тема поводження з твердими побутовими відходами та відходами промислових підприємств є економічно та екологічно актуальною.

Накопичення та несвоєчасне вивезення відходів створюють екологічну небезпеку для здоров'я населення через вміст в них великої кількості органічних речовин, які при розкладанні утворюють шкідливі хімічні сполуки.

Вибір теми обумовлений загостренням економічних, екологічних і соціальних проблем через збільшення обсягів вироблених і утилізованих ТПВ та промислових відходів, необхідністю пошуку і впровадження більш досконалих, екологічно і економічно обгрунтованих виробництв з утилізації відходів.

2. Мета і задачі дослідження

Мета роботи - вивчення і оцінка впливу кубових залишків цеху ректифікації, коксохімічних заводів, на механічні властивості брикету на основі компонентів твердих побутових відходів.

Для досягнення поставленої мети були поставлені такі завдання:

1. Провести аналіз існуючої ситуації в сфері поводження з твердими побутовими відходами та відходами коксохімічних заводів.
2. Визначити фізико-хімічні та теплотехнічні характеристики паливних брикетів.
3. Планування експерименту при пошуку оптимальних умов пресування.
4. Пошук математичної залежності, яка допоможе визначити оптимальний склад паливної суміші, виходячи зі співвідношення її компонентів.
5. Сформувати загальний вигляд технологічної схеми процесу виготовлення паливних брикетів.
6. Виконати розрахунок викидів від спалювання брикетованої суміші, на основі компонентів ТПВ та кубових залишків.

Об'єкт дослідження: процес спільної вторинної переробки компонентів твердих побутових відходів та відходів коксохімічної промисловості.

Предмет дослідження: механічні властивості паливного брикету одержуваного на основі компонентів твердих побутових відходів і смолистих відходів коксохімічних заводів.

3. Основна частина

3.1 Світові тенденції в сфері поводження з твердими побутовими відходами

Як показує світовий досвід передових промислових країн [1], обгрунтування впровадження тієї чи іншої технології переробки ТПВ та їх компонентів в обов'язковому порядку вимагає проведення досліджень їх складу, від якого залежать основні техніко-економічні показники – морфологічного складу побутових відходів.

Високорозвинені країни Європи відходять від практики спалювання побутового сміття, замінюючи цей метод сучасними ресурсо- та енергозберігаючими технологіями, альтернативними джерелами енергії та повторним використанням сировини, що виступає як метод економії ресурсів і збереження навколишнього середовища [2].

В розвинених країнах переважна частина сміття йде на переробку, а південна і східна частина Європи критично залежить від поховання, корисне використання відходів тут розвинене слабо.

Сучасні термічні процеси є екологічно безпечними при термообробці підготовлених ТПВ, при дотриманні технологічних норм і при використанні сучасних методів газоочистки.

Ефективність термічної переробки ТПВ визначається складом відходів, технологією процесу, ступенем підготовки відходів до спалювання і стабілізацією їх складу, режимом процесу, технологією автоматизації процесу [3].

Оскільки спалювання ТПВ є ефективним способом знешкодження відходів, необхідно визначити оптимальне місце сміттєспалювання в системі комплексної переробки ТПВ. Очевидно, що спалювання слід піддавати не всю масу ТПВ, а переважно їх горючу, досить усереднену фракцію, що істотно знизить шкідливий вплив газових викидів на навколишнє середовище, зменшить потрібну продуктивність печей і дозволить виділити цінні компоненти ТПВ для використання в якості вторинної сировини.

Основна тенденція розвитку сміттєспалювання – перехід від прямого спалювання ТПВ до оптимизированному спалюванню виділеної з ТПВ горючою (паливної) фракції і перехід від спалювання як процесу ліквідації ТПВ до спалювання як процесу, що забезпечує, поряд із знешкодженням відходів, отримання теплової та електричної енергії [3].

В таблиці 1 вказані масові частки утильних компонентів за складом ТПВ, які представляють інтерес як джерело отримання вторинного палива [4].

Досвід показує, що з плином часу склад ТПВ дещо змінюється. Збільшується зміст паперу і полімерних матеріалів [5].

Таким чином, можна розглядати, значну частину побутових відходів в якості джерела отримання вторинного палива.

3.2 Отримання вторинних палив на основі компонентів ТПВ

Одним з перспективних методів термічної утилізації ТПВ є виробництво Refuse Derived Fuel (RDF) – твердого вторинного палива, виробленого шляхом сортування, подрібнення і зневоднення твердих побутових відходів, характеристики якого визначаються відповідно до діючих стандартів або технічних умов виробництва палива.

З кожним роком інтенсивність використання даного методу утилізації ТПВ в Європейському союзі (EU) і США (USA) збільшується з кожним роком (рис. 2) [6].

Основними споживачами RDF-палива виступають вкрай енергоємні цементні виробництва і станції по генерації теплової та електричної енергії. З огляду на морфологічний склад ТПВ, в виробництво RDF-палива може бути залучено близько 25% від обсягу вивезених на поховання відходів. Переваги такого виду палива полягають у тому, що скорочується кількість захороняется відходів і споживання товарів, що експортуються джерел енергії [7].

Крім відходів ТПВ, в нашому регіоні утворюються значні обсяги відходів коксохімічних заводів (КХЗ), окремі види яких можна розглядати в якості потенційних теплотворних добавок для паливних брикетів.

Щоб підвищити теплоту згоряння палива, як добавки доцільно розглядати смолисті відходи коксохімічного виробництва, такі як кубові залишки цеху ректифікації сирого бензолу, які представляють собою суміш продуктів різної глибини полімеризації ненасичених сполук з бензольними вуглеводнями, тіофенів і його гомологами, а також ароматичних вуглеводнів, видобутих з поглинального масла при отриманні сирого бензолу [8].

За кордоном кубові залишки ректифікації піддають піролізу в присутності водяної пари і водню з подальшим каталітичним дегидрированием газоподібних продуктів піролізу.

Також з кубових залишків виробляють в'яжучі матеріали для виготовлення антикорозійних барвників, облицювальних плит та інших будівельних матеріалів.

4. Основні дослідження і результати

При оцінці властивостей і якості паливних брикетів використовують результати технічного аналізу. Повний технічний аналіз проводиться не завжди, часто буває досить провести скорочений технічний аналіз, що складається у визначенні вологості, зольності і виходу летких речовин [9].

Показники технічного аналізу компонентів брикетованої маси вказані в таблиці 2.

Як сполучною добавки в паливну суміш додаються кубові залишки КХЗ, при цьому теплота згоряння брикету буде вище, ніж у вугілля. При аналізі значення кубових залишків змінювалося від 0 до 20%, а вміст паперу і деревних залишків визначено як 50:50% від суміші з вирахуванням процентного вмісту кубових залишків.

Виходячи з аналізу паливної суміші, можна зробити висновок, що при збільшенні процентного вмісту кубових залишків збільшується теплота згоряння брикету, яка досягає величини 22,59 МДж/кг. Вологість і зольність значно змінюються при додаванні зв'язуючим, однак показники зменшуються з ростом додавання кубових залишків.

В ході проведення роботи важливим моментом був вибір процентного співвідношення компонентів ТПВ та кубових залишків в сумішах.

Мета експерименту – витяг максимальної кількості об'єктивної інформації про вплив досліджуваних факторів на виробничий процес за допомогою найменшого числа дорогих спостережень [10]. При виборі співвідношення враховувалися такі умови: необхідність кінцевої великомасштабної переробки ТПВ та отримання сумішей, які будуть відповідати максимальну величину теплоти згорання і мінімальній величині енерговитрат при виготовленні брикетів, а також лімітування співвідношення компонентів суміші стадією брикетування.

При проведенні оптимізаційного експерименту обробки даних використовувалася програма Statistika 12 [10], в якій вивчалася паливна суміш складається з паперу, деревини і кубових залишків.

Однією з поставлених завдань було знайти оптимальний процентний вміст компонентів брикетованої суміші при його прийнятною механічної міцності.

Отримані дані, наочно ілюструються на графіку (рис. 3).

На графіку поверхні відгуку, добре видно мінімум і максимум відгуку, і можна приблизно визначити, якою буде частки компонентів палива, при яких досягається найбільша міцність. Для точного визначення цих часток можна використовувати контурний графік (рис. 4).

На графіку візуально легко визначити при яких значеннях паперу, деревини і кубових залишків досягається прийнятна механічна міцність. Показник міцності дорівнює приблизно 12, лежить поблизу частки паперу 0,25, частки деревини 0,45 і частки кубових залишків 0,25 (папір – 0,266667; деревина – 0,466667 і кубові залишки – 0,266667).

Висновки

Аналіз літературних джерел дозволяє зробити наступні висновки:

1. В даний час проблема відходів, зокрема твердих побутових стоїть дуже гостро в нашому регіоні, тому що кількість відходів з кожним роком збільшується. Тому необхідно вживати заходів з пошуку і впровадження ефективних технологій з переробки та утилізації твердих побутових відходів.
2. Доцільна спільна утилізація компонентів ТПВ та відходів коксохімічних заводів, які можна розглядати в якості теплотворних добавок.
3. Одним з перспективних методів термічної утилізації ТПВ є виробництво Refuse Derived Fuel (RDF) – твердого вторинного палива.
4. Виробництво RDF-палива в європейських країнах збільшується з кожним роком.
5. Використання сполучного на базі кубових залишків, дозволить істотно знизити собівартість брикетів при збереженні їх експлуатаційних якостей.
6. Застосування RDF з одного боку вирішує проблему утилізації ТПВ з отриманням альтернативного палива, а з іншого допомагає знизити негативний вплив полігонів на навколишнє природне середовище [11].

Перелік посилань

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.