В проблемной теплоэнергетической лаборатории кафедры тепловых электрических станций энергетического факультета Новосибирского государственного технического университета совместно с АО «Новосибирскэнерго» и ООО «НОЦ «Теплотехника» разработан комплекс новых энергосберегающих технологий.

Характерной их особенностью является создание искусственных композитных твердых и жидких топлив на базе дешевых торфов, углей и мазутов. При этом в качестве базовых составляющих используется рядовой торф любого качества и месторождений, уголь и продукты его обогащения любого качества и стадии метаморфизма.

Оригинальными являются технологии газификации искуственного композитного топлива с получением газа, нефтяного конденсата и золоасфальтовой добавки, а также получение сорбента для удаления нефте¬продуктов с поверхности воды и почв.

Технология получения композитного топлива

Эта технология основывается на базе торфяного гидрогеля и отходов углеобогащения. Получаемое топливо отличается значительно лучшими свойствами с точки зрения энергетического использования, чем каждый из исходных компонентов. Причем технология позволяет создавать композитный материал с наперед заданными свойствами по теплоценности, реакционной способности, составу минеральной части. Композитный материал может быть представлен как в виде твердых торфоугольных брикетов, гранул, сфер, так и в виде жидкого искусственного топлива.

Суть технологии – брикетирование низкосортных и низкореакционных твердых топлив с применением специальной связующей и топливной добавки торфяного геля. При этом поэтапно и непрерывно происходит процесс приготовления пульпы из основных компонентов при помощи высокоскоростного эмульгатора, которая затем перерабатывается в торфяную пасту с последующим получением брикетов необходимой формы и размеров. Брикеты обладают высокими энергетическими характеристиками, могут транспортироваться на любые расстояния и технологичны при хранении. Они могут эффективно использоваться в малой энергетике и при бытовом (печном) использовании.

Технология получения искусственного композитного жидкого топлива (ИКЖТ) базируется на основе торфяного гидрогеля, угольных отсевов с добавлением небольшого количества мазута (нефти). По своим характеристикам это топливо близко к мазуту, а по некоторым параметрам даже превосходит его. В отличие от мазута искусственное жидкое топливо дешевле, отличается лучшими экологическими свойствами и производится за счет использования местных топливных ресурсов. При пониженных температурах топливо имеет более низкую вязкость, чем мазут, и довольно легко перекачивается без предварительного подогрева.

ИКЖТ содержит больше летучих веществ, лучше воспламеняется и быстрее выгорает. Оно практически не абразивно из за того, что взвешенные частицы покрыты структурированной коллоидной пленкой, которая служит своего рода смазывающим материалом. Также в ИКЖТ не происходит инерционной сепарации взвешенных частиц, отсутствует расслаивание даже при длительном хранении и без перемешивания.

В процессе приготовления топлива в него довольно легко вводятся различного рода активирующие добавки.

ИКЖТ может служить полноценным заменителем мазута для котельных. При этом может потребоваться лишь замена мазутных горелок.

Композитное торфоугольное топливо является дешевым экологически чистым видом топлива, которое может использоваться в энергетике и технологических процессах вместо твердого или жидкого топлива с минимальной реконструкцией котлов и печей или без нее.

Производство и сжигание торфоугольного топлива является экологически чистым процессом. В качестве сырья вместо угля можно использовать отходы углеобогащения и графитного производства. Использование в качестве сырья нетоварной угольной мелочи позволяет упростить процесс производства без снижения качества продукта.

Наличие в торфоугольном топливе коллоидных торфяных частиц позволяет:

• упростить производство суспензии, так как нет необходимости размалывать часть угля до очень малых частиц;
• улучшить процесс воспламенения, так как коллоидные торфяные частицы на поверхности распыленных капель быстрее и легче образуют твердую корку, а внутри капли сильнее удерживают воду, необходимую для эффективного горения.

Искусственное композитное твердое топливо

Искусственное композитное твердое топливо (ИКТТ) на базе торфяного гидрогеля и угля представляет собой брикеты или гранулы любых необходимых форм и размеров. Гидрогель на основе торфа является как высококачественным экологически чистым связующим, так и топливной составляющей. ИКТТ предназначено для использования в топках кипящего слоя, в топках со слоевым сжиганием и в домашних бытовых печах.
Линия по производству такого топлива может быть любой производительности и способна обеспечить топливом как одну отдельно взятую котельную, так и целый ряд топливоиспользующих объектов.

Оборудование производственной линии не включает в себя сложных комплектующих узлов и агрегатов, а использует либо выпускающиеся серийно элементы, либо элементы, которые могут быть изготовлены на любом механическом предприятии.

ИКТТ является топливом с заранее заданными теплотехническими физико-механическими свойствами, поэтому может быть использовано в широком диапазоне топливосжигающих установок и не предъявляет особых требований к транспортировке и хранению.

Процесс горения ИКТТ характеризуется высокой полнотой выгорания топлива во всем его объеме, снижением механической и химической неполноты сгорания, что значительно повышает эффективность его использования и КПД топки.

Использование дешевых топливных ресурсов в виде ИКТТ очень важно для энергетики, народного хозяйства и коммунально-бытовой сферы, так как оно относится к доступным и экологически чистым видам топлива и в свою очередь открывает широкие перспективы в области их использования и энергосбережения.

Технология изготовления ИКТТ позволяет использовать торф любой степени разложения и зольности, антрациты, каменные угли, бурые угли различных марок и сортов, включая нетоварную мелочь, отсевы угольной промышленности, отходы углеобогащения и шламы, углесодержащие породы, отходы технической резины после специальной обработки.

Таким образом, ИКТТ решает проблему утилизации различных угольных отходов, независимо от их состояния и содержания.

Технология изготовления ИКТТ включает приготовление торфяного гидрогеля из торфа и обычной воды. В процессе приготовления в гидрогель можно добавлять угольную составляющую и незначительное количество сырой нефти для придания готовой продукции гидрофобных свойств. Полученный композитный гидрогель, угольную и торфяную мелочь тщательно смешивают, брикетируют и сушат. Количественные соотношения исходных компонентов подбираются в зависимости от необходимых топливных характеристик конечного продукта.

Технология изготовления ИКТТ не требует применения энергоемких процессов и металлоемких конструкций. Она является полностью безотходной и экологически чистой.
По сравнению со стоимостью твердых топлив в России одна тонна ИКТТ в среднем на 50% дешевле одной тонны твердого топлива с учетом выравненной калорийности.

Новая технология производства керамзита

Природное сырье для производства керамзита (керамзитовая глина) достаточно дорого как в добыче, так и в доставке до потребителя.

Новая технология производства керамзита позволяет снизить себестоимость продукции за счет использования в его производстве золоотвалов энергетических предприятий и различного рода углеиспользующих установок. Таким образом, решается еще и очень важная экологическая проблема утилизации золы.

Сырьевая смесь для производства керамзита включает в свой состав тугоплавкую золу электростанций и технологическую добавку. В качестве добавки используется специально разработанный пластификатор флюсующий газовыделяющий (ПФГ), представляющий собой гомогенную коллоидную суспензию из трех ингредиентов: торфяной гель, общераспространенные суглинки и известняковые отсевы щебеночного производства.

Такая технология позволяет использовать в производстве керамзита до 90% золы.

Кроме того, сырьевая смесь не предъявляет высоких качественных требований к исходным составляющим компонентам, а обжиг готовых гранул не отличается от технологии обжига стандартного керамзита.

Таким образом, получение керамзита по новой технологии является экономически выгодным и экологически необходимым с точки зрения утилизации золы, а качество готовой продукции не уступает стандартной, а по некоторым показателям даже превосходит ее.

Керамзит может быть использован не только в условиях строительства, но и как фильтрующий материал, увеличивающий производительность фильтроцикла в 2,5 3,5 раза.

Золокрентовая добавка

Технология получения и использования золокрентовой добавки – это экономия цемента с получением улучшенных характеристик композитных формовочных масс, содержащих котельную золу и служащих для производства мелкоштучных изделий методом прессования.

Золокрентовая добавка производится в результате тонкого помола гранулированной золы. Зологранулы предварительно обжигаются либо в обжиговых агрегатах, либо в топках кипящего слоя или слоевого сжигания, куда они поступают совместно с топливом. При этом в топках с кипящим слоем они служат балластом.

Технические преимущества использования такой добавки – повышение подвижности смеси, снижение водосодержания, ускоренное схватывание и быстрый набор прочности, экономия наполнителя (песка) и клинкерного вяжущего. Экологические преимущества – достижение полной утилизации золы и шлака. Поскольку производство крентовой добавки менее энергоемко, чем клинкерного цемента, то предлагаемая технология является энергосберегающей.

Хорошие формовочные свойства предлагаемой композиции позволяют достичь высокого уровня механизации и автоматизации производства, что экономит трудовые ресурсы. Возможности технологии позволяют широко масштабировать объемы производства, что в ряде случаев резко снижает объемы капиталовложений, а также позволяет развернуть дополнительные производства на действующих предприятиях (ТЭЦ, ЖБИ и т.д.).

Флегматизированная эмульгированная нефть

Для районов, где имеются мелкие некондиционные месторождения нефти, лаборатория кафедры тепловых электрических станций энергетического факультета НГТУ предлагает новое композитное жидкое топливо – флегматизированную эмульгированную нефть (ФЭН).

ФЭН производится из воды, торфа и нефти сырца (скважинной жидкости) или товарной нефти.

В Западной Сибири, при практически повсеместном наличии торфяных и мелких нефтяных месторождений, цена тонны условного топлива ФЭН на месте производства может быть в 10 20 раз ниже цены мазута.

Из топливных свойств ФЭН уступает мазуту только по теплоте сгорания на рабочую массу и зольности. Сжигание торфоводоугольного топлива и ФЭН в энергетических и технологических агрегатах обеспечивает экологическую чистоту окружающей среды без создания специальных установок по очистке продуктов сгорания от вредных выбросов.

Газификация композитного торфоводоугольного топлива

Газификация композитного торфоводоугольного топлива непосредственно на местах потребления дает возможность получения газообразного топлива из легкодоступных и широко распространенных сырьевых ресурсов для использования в котельных и других тепловых агрегатах.

Технология основана на применении комплексного метода термического парогазового процесса газификации. При этом пиролитические процессы (огневые) не применяются, а в высокотемпературной фазе процесса участвует электронагрев. Кроме того, существенную роль играют электролитические процессы в слабо нагретой массе топлива.

Многочисленные реакционные факторы действуют одновременно в рабочем объеме технологического аппарата, обеспечивая высокую производительность при небольших габаритах. Полученная газопаровая фракция в дальнейшем кондиционируется или, при пропускании через бесспиральный электронагреватель (обладающим к тому же каталитическими свойствами), позволяет получить газообразное топливо высокой кондиции. При необходимости нагреватель заменяется на конденсатную установку для конденсации жидкой фазы топлива, в результате чего, кроме газа, получается новый вид продукции – маслоподобная и керосиноподобная топливная жидкость.

Золоорганический остаток, образующийся в технологическом аппарате, представляет собой ценную золоасфальтовую добавку, которая улучшает укладываемость асфальта, экономит песок и битум. Кроме того, золокрентовые асфальты позволяют организовать высокомеханизированные и автоматизированные производства мелкоштучных асфальтовых изделий, удобных в применении для строительства и ремонтов мелких архитектурных форм, а также в производстве новых типов кровельных покрытий.

Особенно экологически важной чертой этого процесса (газификации композитного торфоводоугольного топлива) является практически его полная безотходность, а также вовлечение в хозяйственный оборот низкокондиционных, нетрадиционных видов сырья и высокоуглеродных и углеводородсодержащих отходов, в настоящее время загрязняющих окружающую среду.

Сорбент для удаления нефтепродуктов

Сорбент получается из пылевидного искусственного композитного твердого топлива. Полученный ИКТТ измельчается до фракции определенного размера (определяется задачами локализации нефтепродуктов). Сорбент мгновенно поглощает нефтяные лужи, впитывает в себя масляные пятна, разбухает и опускается на дно. Затем он выбирается из водоема. При этом возможна дальнейшая переработка замазученного сорбента при приготовлении искусственного композитного жидкого или твердого топлива по предложенной технологии.

Преимущества новых технологий

Предложенные технологии и способы использования композитных материалов позволяют:

• повысить энергетическую безопасность региона за счет широкого использования местных энергетических ресурсов и вовлечения их в энергобаланс;
• повысить экономичность использования энергетических ресурсов за счет повышения коэффициента полезного действия топливоиспользующих установок;
• улучшить экологические показатели (ликвидировать пыление при транспортировке и переработке, снизить выбросы оксидов азота, серы, а также твердых пылевзвесей) при сжигании топлива;
• получать энергетическое топливо на местном сырье в районах, куда затруднен завоз традиционного топлива;
• ликвидировать склады топлива в пределах города для индивидуальных потребителей, улучшить за счет этого экологическую обстановку и обеспечить частных индивидуальных потребителей угля более качественным энергетическим и экологически ценным сырьем;
• повысить общую культуру эксплуатации топливоиспользующих установок малой энергетики;
• использовать отходы угольного производства, отходы антрацитов и др. (которые ранее использовались в весьма ограниченном объеме и хранение которых вызывает дополнительные трудности, связанные с отчуждением земли и экологией);
• получать энергетическое топливо по стоимости примерно в два раза дешевле традиционных;
• получать энергетическое топливо с характеристиками, значительно улучшенными по сравнению с исходным сырьем, используемым при получении этого топлива;
• создавать автономные транспортабельные мини-заводы малой производительности в модульном исполнении с возможностью наращивания их производительности в необходимых потребителю размерах, а при небольшой корректировке технологии получать экологически чистое водоугольное топливо;
• получать высокодиспергированное топливо из замазученных вод или обводненных мазутов, которое может быть использовано на традиционных топливоиспользующих установках;
• улучшить экологию в районе торфяных месторождений (снижение последствий возгорания торфяников и задымления местности);
• снизить стоимость получения энергии за счет использования более дешевого энергоносителя;
• обеспечить высокую технологичность в изготовлении мини-заводов за счет возможности использования простых и в большинстве случаев стандартных комплектующих элементов;
• создать безотходную технологию за счет использования золошлаковых отходов ТЭС и топливоиспользующих установок;
• уменьшить территорию вынужденного отчуждения земель для золоотвалов ТЭС и топливоиспользующих установок;
• улучшить экологическую обстановку в районах золоотвалов ТЭС и топливоиспользующих установок;
• вовлечь золошлаковые отходы ТЭС и топливоиспользующих установок в строительный комплекс региона.

Евгений Хрусталев, Энергетика и промышленность России