выбросы парниковых газов - Сыктывкарский лесной институт

Установка многотопливного котла на Монди
СЛПК для выработки энергии и утилизации
отходов биомассы
Шмальц Михаил Эдуардович, Осекин Дмитрий Андреевич,
ТДО, 4 курс,
Научные руководители – Леканова Тамара Леонардовна, доцент, к.х.н.,
Чупров Валентин Тимофеевич, зав.лаб. ГМПиА
Сыктывкарский лесной институт
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
• эффективная утилизация древесных отходов;
• сокращение потребления природного газа ;
• сокращение выбросов парниковых газов.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
Цель - утилизация высоковлажных и низкокалорийных отходов
биомассы – кородревесных отходов (КДО) и осадка сточных вод (ОСВ).
Задачи:
1. Оценка состояния производства до реализации проекта.
2. Подбор технических характеристик нового котлоагрегата.
3. Исполнение схемы производства пара в новом котле.
4. Расчет сокращения выбросов парниковых газов после реализации
проекта.
• Основной продукцией Монди
СЛПК является офисная и
офсетная бумага. Для
производства бумаги
используется целлюлоза,
получаемая на том же
предприятии.
Кородревесные отходы
Для варки целлюлозы
используется технологическая
щепа, при производстве которой
образуются большие объемы
кородревесных отходов.
ДРЕВЕСНЫЕ
ОТХОДЫ
• Кора
• Опилки
• Отходы сортировки
целлюлозы
ОТХОДЫ ОЧИСТЫХ
СООРУЖЕНИЙ
• Осадки из первичного
отстойника
• Избыточный
активный ил
• КДО и ОСВ относятся к
трудносжигаемым видам
топлива;
• КДО и ОСВ имеют высокую
влажность (55 и 70 %
соответственно);
Кородревесные отходы (КДО)
• отличаются низкой реакционной
способностью;
• имеют низкую теплоту сгорания;
Осадок сточных вод (ОСВ)
• к моменту начала реализации
проекта отходы биомассы не
использовались на предприятии
для целей получения энергии.
ОСАДОК СТОЧНЫХ ВОД
• В результате сушки осадка
образуется сухой материал,
теплота сгорания которого, в
зависимости от вида и
состава осадка, может
составлять от 9 до 13
МДж/кг, что соответствует
примерно половине теплоты
сгорания каменного угля.
• Необработанный осадок
занимает очень много места,
и даже после механического
обезвоживания он все еще
содержит 70 - 80% и более
воды и расценивается как
отход.
• КДО вывозились на близлежащую свалку,
• ОСВ не сжигались в специальной печи без выработки
полезной энергии.
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА
 утилизация КДО и ОСВ для выработки тепловой
электрической энергии;
 прекращается вывоз КДО и ОСВ на свалку;
 сокращение потребления природного газа;
 оптимизация схемы производства энергии на комбинате;
 снижение негативного воздействия на окружающую среду.
и
Многотопливный котел кипящего слоя фирмы “Kvaerner Pulping Oy” (Швеция)
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НОВОГО
КОТЛОАГРЕГАТА
Топливо
Расход
топлива,
т/час
Паропроизводите
льность, т/час
Температура
отработавших
газов, 0C
КПД
котла,
%
Природный
газ
12,05
150,0
138
93,9
10% ОСВ,
90% КДО
38,45
80,3
145
88,1
7% ОСВ, 93%
КДО
47,27
101,5
153
88,1
6% ОСВ, 94%
КДО
52,70
114,1
156
88,2
УСТАНОВКА МНОГОТОПЛИВНОГО КОТЛА
1 – газоприемник; 2 – бункер биотоплива; 3 – топка; 4 – пусковые и нагрузочные горелки; 5 –
кипящий слой; 6 – решетка; 7 – циклон; 8 –подогреватель пара; 9 – водяной экономайзер; 10 –
воздухонагреватель; 11, 12 – воздуходувка; 13 – электростатические фильтры; 14 – дымовая труба
•твёрдые частицы смешиваются с потоком воздуха;
•топливо попадает через топку на решетку кипящего слоя;
•легкие частицы сгорают над этим слоем;
• твердые частицы сгорают внутри псевдоожижженного слоя;
•теплота отходящих газов используется для генерации пара;
•зола оседает в электростатическом фильтре.
ВЫБРОСЫ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ
• сжигание ископаемого
топлива приводит к
значительным выбросам
парниковых газов;
• основным парниковым
газом от сжигания
ископаемого топлива
является СО2;
• выбросы N2O и CH4 от
Выбросы СО2 от сжигания
отходов биомассы являются
климатически нейтральными и
принимаются равными нулю.
сжигания природного газа
малы по сравнению с
выбросами CO2;
• при разложении биомассы
на свалке в анаэробных
условиях выделяется CH4 .
СОКРАЩЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПГ
ΔПГ = ПГИСХ. УСЛ - ПГПР,
где ПГИСХ. УСЛ. – выбросы ПГ по состоянию
исходных условий в течение года, т СО2-экв.;
ПГПР - выбросы ПГ по проекту в течение года, т
СО2-экв.
ВЫБРОСЫ ПГ ПО СЦЕНАРИЮ ИСХОДНЫХ УСЛОВИЙ:
ПГИСХ. УСЛ. = ПГГАЗ, ИСХ. УСЛ. + ПГКДО + ПГОСВ
ПГ ГАЗ, ИСХ. УСЛ. – выбросы СО2, обусловленные дополнительным (по
сравнению с проектом) сжиганием природного газа в течение года, т
СО2-экв;
ПГКДО – выбросы CH4 от разложения КДО на свалках в течение года,
т СО2-экв;
ПГОСВ – выбросы CH4 от разложения ОСВ на свалках в течение года,
Т CО2-ЭKB.
ВЫБРОСЫ CО2 ПРИ СЖИГАНИЯ ГАЗА:
ПГ ГАЗ ,О  QГАЗ , ИСХ .УСЛ .  K CO2
ВЫБРОСЫ CH4 ОТ РАЗЛОЖЕНИЯ КДО НА СВАЛКАХ:
ПГ КДО  (1 
WКДО
100
)  (1  ЛИГН . КДО )  K КДО 
СКДО
100
a
y

Vm
 k КДО ( y  x )
(1 
)  (1  OX ) 
 m(CO2 )CH 4  CH 4   mКДО  е
100
100
x
ВЫБРОСЫ CH4 ОТ РАЗЛОЖЕНИЯ ОСВ НА СВАЛКАХ:
WОСВ
СОСВ
ПГОСВ  1 
)  (1  ЛИГН .ОСВ )  K ОСВ 
a
100
100
y

Vm
(1 
)  (1  OX ) 
 m(CO2 )CH 4  CH 4   mOCB  e  k OCB ( y  x )
100
100
x
где
ВЫБРОСЫ ПГ ПО ПРОЕКТУ:
ПГПР = ПГГАЗ,ПР
где ПГГАЗ,ПР - выбросы СО2, обусловленные сжиганием природного
газа в многотопливном котле по проекту в течение года y, т СО2-экв;
ПГ ГАЗ , ПР  Q ГАЗ , ПР  K CO2
Q ГАЗ , ПР - расход природного газа в многотопливном котле по проекту
в течение года, ГДж.
ПОКАЗАТЕЛИ СЦЕНАРИЯ ИСХОДНЫХ УСЛОВИЙ ЗА ГОД
Параметр
Обозначе Ед. изм.
ние
Расчет
Выработка
теплоэнергии за
ГДж/ год
H ГАЗ , ИСХ .УСЛ .
счет
дополнительного
сжигания прир. газа
в многотопливном
котле
2 000 000 –
данные принятые
при расчете ПГ
Расход природного
газа в энерг. котлах
2 000 000/ 0,87
=2 300 000
ГДж/год,
где 0,87 – кпд
котла
QГАЗ ,
ИСХ . УСЛ .
ГДж/ год
Вывоз КДО на
свалку
mКДО
т
160 000 – принято
для расчета ПГ
Вывоз ОСВ на
свалку
mОСВ
т
80 000 – принято
для расчета ПГ
ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТНОГО СЦЕНАРИЯ
Параметр
Выработка
теплоэнергии
многотопливным
котле
Расход природного
газа в
многотопливном
котле
Обозначение
H ГАЗ , ПР.
Ед.
изм.
Расчет
ГДж/
год
0,85×430×350×24=
3 070200 ГДж/год,
где 430 ГДж/час –
теплопроизводительность
котла; 0,85 –
коэффициент загрузки
котла
1 080 000
Q ГАЗ , ПР
ГДж/
год
Расход КДО в
многотопливном
котле
mКДО
т
250 000 т максимальные годовые
значения
Расход ОСВ в
многотопливном
котле
mОСВ
т
110 000 т - максимальные
годовые значения
ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ СО2 ПРИ ИСХОДНЫХ
УСЛОВИЯХ
Показатель
Выбросы ПГ, всего
СО2 от сжигания
природного газа
СH4 от разложения
КДО
СH4 от разложения
ОСВ
Выбросы СО2,
(тонн СО2 экв.)
440 000
200 000
160 000
80 000
Коэффициент эмиссии СO2 для природного газа КCO2 = 0,0561 т СО2/ГДж
ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ СО2 ПО ПРОЕКТУ
Показатель
Выбросы СО2,
(тонн СО2 экв.)
Выбросы ПГ, всего
Выбросы СО2 от сжигания
природного газа
60 000
60 000
ОЖИДАЕМЫЕ ВЫБРОСЫ СО2
По проекту
(тонн СО2 экв)
По исходным
условиям
(тонн СО2 экв)
Сокращения
выбросов
(тонн СО2 экв)
60 000
440 000
380 000
ВЫВОДЫ
• Уменьшение потребления газа позволит
снизить выбросы углекислого газа в
атмосферу на 380 тыс. тонн СО2 экв.
• Проект позволяет утилизировать 250 тыс.
тонн КДО и 110 тыс. тонн ОСВ в год.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Гелетуха, Г. Г., Железная Т.А. Обзор технологий газификации биомассы [Текст] / Г. Г. Гелетуха,
Т. А. Железная // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 1998. – N 2, с. 21-29.
2. Вихрев, Ю. В. Разработка и освоение котлов большой мощности с циркулирующим кипящим
слоем [Текст] / Ю. В. Вихрев // Энергетик. - 2004. - N 7. - С.23-25. - Библиогр.: 3 назв.
3. Вихрев, Ю. В. Тенденции в развитии прямоточных котлов с циркулирующим кипящим слоем
повышенной мощности на сверхкритические параметры пара [Текст] / Ю. В. Вихрев //
Энергетик. - 2006. - N 10. - С.33-34.
4. Вихрев, Ю. В. Перспективы развития технологии сжигания твердого топлива в
циркулирующем кипящем слое [Текст] / Ю. В. Вихрев, Г. А. Рябов // Энергетик. - 2007. - N 7. С.33-34.
5. Водогрейные котлы с кипящим и интенсивно продуваемым слоем топлива для сжигания
низкосортных углей и биомассы - результаты десятилетнего опыта разработки и эксплуатации:
проблемы и перспективы [Текст] / Р. Л. Исьемин, С. Н. Кузьмин, В. В. Коняхин и др. // Новости
теплоснабжения. - 2008. - N 5(93). - С.22-26. - Библиогр.: 4 назв. РЖ 08.10-22Р.47
6. Воинов, А. П. Проблема надежности котельно-топочных систем с кипящим слоем [Текст] / А.
П. Воинов // Проблемы тепло- и массообмена в соврем. технологии сжигания и газификации
твердого топлива: Матер. междунар. школы-семинара, Минск, 27 мая -3 июня 1988 г. Ч.3. - Мн.,
1989. - С.43-50
7. Втюрин, Ю.Н. Опыт освоения энергетического котла с кипящим слоем БК3-420-140КС на
Барнаульской ТЭЦ-3 [Текст] / Ю. Н. Втюрнин, Г. П. Пронь // Ползуновский вестник. - 2004. - N 1.
- С.110-116. - Библиогр.: 10 назв.
8. Kurkela, Е. Development and commercialization of biomass and waste gasification technologies
from reliable and robust co-firing plants towards synthesis gas production and advanced power cycles
[Текст] / E. Kurkela, M. Nieminen, P. Simell // Proc. of Second World Biomass Conference, 1014 May
2004, Rome, Italy, pр. 10-15.
9. Spliethoff , H. Status of biomass gasification for power production [Текст] / Н. Spliethoff // IFRF
Combustion Journal, November 2001, pp. 1-25
10. Kurkela, E. Updraft Gasification of Peat and Biomass [Текст] / Е. Kurkela, Р. Stahlberg, J. Leppalahti
// Biomass, N19, 1989, pp. 37-46.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!