композитное топливо из отходов биомассы

117246, Москва г, Научный проезд,
дом № 20, строение 2
e-mail: [email protected]
Тел.: +7 (495) 978-02-88
(группа компаний Квадра)
Факс.: +7 (499) 372-03-07
(группа компаний Квадра)
ОГРН 1157746145260
ИНН/КПП 7728198253/772801001
р/с 40702810238000025715 в
ОАО «Сбербанк России» г. Москва
к/с 30101810400000000225
БИК 044525225
КОМПОЗИТНОЕ ТОПЛИВО ИЗ ОТХОДОВ БИОМАССЫ
Композитное топливо является биотопливом и служит для замены топочного мазута, с
целью экономии средств на его приобретение. Композитное топливо дешевле мазута и
экологичнее, за счет сбалансированного состава, обеспечивающего полноту его сгорания.
Основным компонентом композитного топлива является биомасса. В качестве биомассы
могут быть использованы: навоз КРС, свиной навоз, помет, иловый кек очистных
сооружений. Учитывая, что содержание биомассы в композитном топливе может составлять
70-80%, производство композитного биотоплива может рассматриваться как эффективный
способ утилизации отходов биомассы, а его производство для внутреннего потребления
размещаться на территории предприятия, продуцирующего отходы биомассы. Установки
для производства биотоплива могут иметь модульное исполнение и поставлены в габаритах
20-футовых морских контейнеров. В основе технологии приготовления композитного
топлива лежит многостадийное смещение его компонентов с увеличением удельной энергии
ультразвуковых колебаний, начиная с низкочастотных на начальной ступени смещения, и,
заканчивая высокочастотными (до 40ГГц). Все это позволяет не только максимально
диспергировать компоненты друг в друге, но и осуществить между ними химическое
взаимодействие в результате протекающих в этих условиях сонохимических реакций. Общие
усредненные затраты электроэнергии на 1 тонну топлива, в зависимости от типа и свойств
биомассы, составляют около 16 кВт*ч.
Пример внешнего вида мазута М100 (слева) и композитного топлива (справа),
содержащего 70% куриного помета клеточного содержания.
НИИЭПФ https:// niiepf.ru
2
КОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОТОПЛИВА
Вид топлива
Мазут М100
Водномазутная
эмульсия (ВМЭ)
Композитное
топливо
Состав топлива в пересчете на
компонент, %
Мазут Нефтешлам Вода Биомасса
Теплотворная
способность,
МДж/кг
Цена,
руб/кг
100
-
-
-
39,00
19,00
-
70
30
-
32,85
5,60
-
21
72
7
24,00
1,68
Удельная
стоимость,
МДж/руб
(руб/МДж)
2,05
(0,49)
5,87
(0,17)
14,29
(0,07)
Примечание:
1) Композитное топливо может быть получено смешением биомассы (навоза) с нефтешламом
(обводненным мазутом) либо с мазутом в соотношениях:
 30% нефтешлама + 70% навоза
или
 21% мазута + 79% навоза.
2) В таблице принято для расчета:
Стоимость биомассы (навоз КРС, свиной навоз, помет, иловый кек) – 0 руб/т
Мазут марки М-100 – 19 000 руб/т
Обводненный мазут (нефтешлам, содержание воды до 30%) – 8000 руб/т
3) В качестве углеводородной составляющей вместо мазута могут быть использованы
различные углеводородные отходы, такие как: отработанные минеральные масла, амбарные
нефтешламы (сепарированные от механических примесей – песка и камней), гудроны,
нефтесмывки, кубовые остатки НПЗ, СОЖ.
4) Пояснения к корреляции расчетных и экспериментальных значений теплотворной
способности композитного топлива, см. приложение в конце документа.
В зависимости от имеющейся биомассы (главным образом влажности) ее содержание в
композитном топливе может быть увеличено с целью повышения его теплотворной
способности и снижения удельной стоимости. При переработке разбавленной биомассы, с
малой долей сухого вещества, такой как, например, свиной помет (содержание сухого
вещества менее 3%) необходима установка шнекового сепаратора. Шнековый сепаратор
также может быть рекомендован для уменьшения влажности биомассы в целом, с целью
повышения ее содержания в композитном топливе. Образуемые при этом жидкие стоки
могут быть очищены на локальных очистных сооружениях до безопасного уровня
содержания загрязнений.
Преимущество композитного топлива:
 Более экологично, чем мазут, за счет более полного сгорания.
 Существенная экономия затрат на топливо. В стоимость одного и того же
количества генерируемого тепла при сжигании композитного топлива ниже, чем
при сжигании других видов топлива, таких как мазут, уголь, торф, природный газ.
 Минимальные капиталозатраты. Как в случае реализации схемы «произвел –
потребил», так и при использовании готового композитного топлива. Топливо
может служить прямой заменой мазута в существующих котельных. Единственная
необходимая доработка существующих мазутных горелок состоит в их
оборудовании дополнительными устройствами поджига (ориентировочные
затраты около 320т.руб. на одну горелку).
 Композитное топливо устойчиво и не расслаивается в течение года и более.
 Композитное топливо не обладает абразивной активностью.
НИИЭПФ https:// niiepf.ru



3
Переход от паромеханических форсунок к механическим, что снижает расход пара
на собственные нужды.
Возможность поддержания близких к номинальному значений КПД котла при его
работе на режимах, меньших номинального, что достигается за счет эффекта
вторичного дробления капель эмульсии композитного топлива в топке.
При производстве
композитного топлива есть фактор, снижающий его
себестоимость, а именно – отсутствие акцизных сборов, поскольку композитное
топливо преимущественно состоит из отходов.
Дополнительно следует отметить, что в случае производства композитного топлива с
целью утилизации отходов биомассы, производство топлива может рассматриваться как
первая ступень технологической цепочки производства электроэнергии. Соответственно
второй ступенью технологической цепочки производства электроэнергии является
строительство ТЭЦ.
ТЭЦ может иметь разную компоновку, например, могут быть размещены
существующие промышленные поршневые электростанции различных производителей,
способные работать на тяжелом топливе, таком как сырая нефть, мазут или композитное
топливо. Выхлопные газы поршневых двигателей электростанции используются в качестве
теплоносителя для генерации горячей воды и/или выработки водяного пара. Также, для
максимальной выработки электроэнергии, ТЭЦ могут быть оборудованы дополнительными
ORC электрогенерирующими модулями, в т.ч. на основе паропоршневых двигателей нашей
разработки.
Другим вариантом построения ТЭЦ является сжигание композитного топлива с целью
нагрева водного конденсата и получения пара высокого давления, используемого для
питания паровых электростанций с различными типами приводов (микротурбины –
радиальные и лопаточные, паропоршневые двигатели и пр.) для электрогенераторов. Кроме
ТЭЦ на стандартном оборудовании могут быть предложены ТЭЦ на оборудовании нашей
разработки.
НИИЭПФ https:// niiepf.ru
4
Приложение.
К вопросу корреляции расчетных и экспериментальных значений теплотворной способности
композитного топлива.
В результате многостадийного диспергирования углеводородных компонентов
(обводненные мазуты, нефтешламы, отработанные масла и т.п.) с биомассой и последующим
осуществлением сонохимического взаимодействия между ними получаемое композитное
топливо может рассматриваться не как простая дисперсионная среда, а как субстанция,
состоящая из отдельных супермолекул. Говоря о супермолекулах, подразумевают
супрамолекулярные ансамбли тонкой субмикронной гетерогенной суспензии, обладающие
определенными структурноконформационными, термодинамичecкими, кинетическими и
динамическими свойствами. Межмолекулярные взаимодействия в такой системе слабее, чем
ковалентные связи в обычной молекуле, т.е. речь идет о так называемых «мягких связях»
[Щукин, E.Д. Коллоидная химия / Щукин E.Д., Перцов А.В., Амелина E.А. - M., 1982. -250 с.]. Таким
образом, супермолекулы композитного топлива можно рассматривать как следующий
уровень организации вещества в цепочке атом-молекула-супермолекула. Супермолекулы
обладают такой же определенностью, как и составляющие их отдельные молекулы,
представляя собой по отношению к последним то же, что молекулы по отношению к атомам,
с той разницей, что роль ковалентных связей в супермолекулах играют межмолекулярные
взаимодействия.
Теплотворная способность биотоплива, рассчитываемая согласно формуле
Менделеева, должна уменьшаться по отношению к безводному топливу пропорционально
увеличению доли воды. Такой подход в расчетах неверен и противоречит
экспериментальным данным не только для композитного топлива, но и для водномазутных
тонких эмульсий (в мазутных эмульсиях практически не наблюдается снижение
теплотворной способности при содержании до 10-15% тонкодисперсной воды). Для
корректности расчета и корреляции расчетных данных с экспериментально полученными,
необходимо учитывать особенности горения топлив, содержащих тонкодисперсную воду, от
горения безводных топлив [Лавров, Н.В. Введение в теорию горения и газификации топлива
/ Лавров Н.В., Шурыгин А.П. – М.: Изд. АН СССР, 1962. - 216с.; Померанцев, В.В. Основы
практической теории горения / Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б., Конович М.Н.
и др. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд., 1986. - 312 с.].
Среди прочих корректировок в расчете теплотворной способности композитного
топлива в сравнении с мазутом, в первую очередь необходимо учитывать нижеследующее.
 Сжигание мазутов ведется при заметных избытках воздуха (a=1,2 и более), что
обусловлено относительно малой степенью распыла топлива и его смешения с
дутьевым воздухом. В случае композитного топлива и воднотопливных эмульсий в
целом, за счет внутритопочного дробления (термического микровзрыва водяной
капли) реализуется сжигание на пониженном дутье без увеличения недожога, со
значений коэффициента избыточности воздуха a близких к единице, что снижает
потери тепла с уходящими газами.
 При сжигании тонких водных эмульсий, в т.ч. композитного топлива, резко
возрастает интенсивность подвода окислителя в реакционную зону, что увеличивает
скорость выгорания топлива и объем образуемого им факела. С уменьшением
максимума локальных температур выравнивается температурное поле топки, а,
следовательно, растет средняя температура топки, значение которой определяет
интенсивность лучистого теплообмена [Чижиков, А.Г. Термохимическая конверсия
органического сырья / Чижиков А.Г.,Ю.А. Кожевников - М.: «Издательство Агрорус», 2012.
– 245 с.]. Коэффициент С/Н, характеризующий сажеобразование топлив для мазута и
композитного топлива и прочих тонких водных эмульсий, практически одинаков (7-8)
НИИЭПФ https:// niiepf.ru
5
и не зависит от степени обводненности топлива. Поскольку излучательная
способность факела определяется средним значением температуры его объема (для
композитного топлива эта величина выше чем для мазута), количеством сажистых
частиц и их дисперсностью т.е. удельной плотностью сажевого облака как
излучающей поверхности, то очевидно, что в случае сжигания композитного топлива,
излучательная способность факела значительно увеличиваеся. В среднем, в случае
композитного топлива речь идет об уменьшении среднего размера частиц сажи в 1,52,5 раза, что во столько же раз увеличивает излучающая поверхность факела по
сравнению с факелом образованным при сжигании чистого мазута [Павлов Б.П.,
Батуев С.П., Щевелев К.В. Повышение эффективности использования газообразного и
жидкого топлива в печах и отопительных котлах. - Л.: Недра, 1983. – 216 с. ]. Т.е.
достигается более полные съем тепла, выделяющегося при сгорании топлива.
 При сжигании композитного топлива, в сравнении с мазутом, растет удельное
количество тепла, сообщаемого теплоносителю через стену котла, за счет меньшего
загрязнения поверхностей нагрева. Следует заметить, что в ряде случаев перерасход
топлива из-за загрязнения поверхностей нагрева в котлах сажистыми и коксовыми
частицами может превышать 30-35%.
 Сжигание композитного топлива не требует применения перегретой воды высокого
давления (250-300оС и 60-100ати). Такая вода используется для распыления мазута с
целью его лучшего сгорания на пневмомеханических форсунках. Расход воды для
мазута составляет 0,2-0,3 кг на 1 кг топлива (20-30%), а тепло на ее генерацию
вычитается из общего генерируемого тепла.