Твердое топливо

Все виды промышленных отходов, содержащие преимущественно нефтепродукты, масла, жиры и другие углеводородные соединения, можно перерабатывать в топливо. Эти отходы имеют неоднородные строение и состав: жидкости, вязкопластичные или твердопластичные массы с большим содержанием воды и посторонних включений. В них могут также в больших количествах содержаться тяжелые металлы и другие токсиканты. Все это делает невозможным их непосредственное применение в качестве топлива на стандартном теплотехническом оборудовании. Поэтому ИММ-технология была реализована для производства твердого топлива в виде топливно-органической смеси (ТОС).

ТОС представляет собой конгломерат рационально подобранных органических и неорганических ингредиентов, по исходному состоянию представляющих собой жидкие, вязкопластичные и твердые порошковые вещества. Преобладающая часть массы ТОС - продукты растительного происхождения (торф, древесные опилки, молотая солома и т. п.), а также углеводородные отходы (нефтепродукты, масла и т. п.).

Входящие в состав ТОС ингредиенты можно разделить на четыре группы.

Группа I - жидкие, вязкопластичные и твердопластичные углеводородные отходы: осадки мазута, нефтешламы, отработанные масла, кислые гудроны и т. д. Ингредиенты этой группы обладают высокой теплотворной способностью и в значительной степени определяют теплотворную способность ТОС.

Группа II - волокнистые и сыпучие вещества (торф, древесные отходы, молотая солома), которые выполняют роль органического горючего наполнителя. Они обеспечивают абсорбцию ингредиентов группы I, чем способствуют формированию структуры твердого тела ТОС, а также обеспечивают определенную часть теплотворной способности ТОС.

Группа III - ингредиенты, которые обеспечивают генерацию веществ, активирующих процесс горения (например, свободных электронно-возбужденных атомов водорода и кислорода). Взаимодействие активных (электронно-возбужденных) атомов и молекул с тяжелыми предельными углеводородами приводит к протеканию реакций диссоциации углеводородного сырья с выделением энергии и образованию радикалов высокомолекулярных соединений, активно участвующих в процессе горения.

Группа IV - ингредиенты, которые связывают влагу, а также токсичные соединения тяжелых металлов, оксиды серы, азота, фосфора. Кроме того, они обеспечивают требуемую монолитность и прочность ТОС. К этим ингредиентам относятся добавки неорганических веществ, подобранные на основе модифицированной глины. Снижение влажности смеси приводит к росту теплоты сгорания ТОС.

Взаимодействие ингредиентов группы IV друг с другом приводит к синтезу кальций (магний)-алюмосиликатного вяжущего вещества, которое совместно с другими минеральными соединениями обеспечивает монолитность, требуемую прочность и водоустойчивость, а также предельно пониженную водопоглощаемость ТОС за счет приобретенной гидрофобности. Кроме того, в процессе синтеза указанного вяжущего вещества образуются комплексные соединения. Протекание этих реакций обеспечивает получение требуемых механических свойств топливных брикетов, а формирующаяся при этом щелочная среда исключает процессы гниения органических веществ, характерные для группы II.

При горении топлива эти соединения вступают в твердофазные реакции с оксидами серы, азота. Фосфора, углерода и т. д., что приводит к связыванию указанных оксидов в сложные комплексные соединения. Благодаря связыванию оксидов их выход в газообразные продукты сгорания существенно снижается, что повышает экологичность топлива и обеспечивает требуемое соответствие санитарным нормам.

Наличие в ТОС негорючих ингредиентов, входящих в состав вяжущего вещества, не превышает допустимых норм зольности топлива в сравнении с каменным углем (зольность ТОС находится в пределах 10-12%), теплотворная способность ТОС в зависимости от соотношения ингредиентов составляет 3000-7000 ккал/кг. Процесс горения происходит в основном в надслоевом пространстве за счет высокого выхода летучих веществ (до 90% и более от суммарного содержания горючих веществ), а процесс образования и горения коксовых частиц существенно ограничен. Это обусловливает уменьшение или вообще исключает характерные для твердых топлив процессы шлакования.

Очаговые остатки после сгорания брикета представляют собой предельно легкую пористую пемзообразную структуру с объемной массой менее 0.2 г/см3, сохраняющую форму брикета. Однако прочность этой структуры весьма невысока - 50-150 г/см3. Она обладает водоустойчивостью и крайне низкой теплопроводностью. Наличие этой структуры, ее низкая теплопроводность, а также то, что горение происходит в надслоевом пространстве за счет испарения (сублимации) горючих продуктов, обеспечивает пониженную температуру массы топливного брикета в процессе горения и, вероятно, благодаря этому на происходит полного удаления кри-сталлизационной воды синтезированных вяжущих компонентов группы IV. Это подтверждается сохранением формы брикета, уменьшением тепловых потерь на удаление всей массы воды, ассимилированной вяжущим веществом, и позволяет компенсировать снижение теплотворной способности топлива при введении в его состав негорючих минеральных добавок за счет частичного уменьшения потерь энергии на испарение указанной части воды.

В настоящее время налажен выпуск топлива в виде цилиндров диаметром 70 и 150 мм и высотой от 50 до 200 мм. Цилиндры могут иметь внутреннее отверстие диаметром до 30 мм. Производственные линии позволяют гибко изменять состав топлива и использовать даже пере-увлажненные материалы второй группы, например, торф с содержанием влаги до 75%.

Следует иметь в виду, что запасы естественного органического сырья практически на ограничены за счет его воспроизводства в процессе биосинтеза (торф, солома, древесина и т. д.). Кроме того, в промышленном производстве постоянно происходит накопление различных углеродных и углеводородных отходов. При этом возможны составы топлив и технологии их производства без углеводородных отходов. Производство ТОС перспективно практически во всех регионах России. В отдельных случаях производство ТОС может решать задачу обеспечения энергетической безопасности регионов, не имеющих собственных топливных ресурсов.