Главная | Обратная связь

Органические вещества растительного и животного происхождения.

Биомасса – основой биомассы является органические соединения, углерод, который взаимодействуя с кислородом, выделяет энергию.

Первичная биомасса включает в себя растения, животных, микроорганизмы и т.д.

Вторичная отходы переработки первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных.

Источником биомассы является отходы животноводства и растениеводства, осадки сточных вод, отходы деревообрабатывающей, целулозобумажной, пищевой, мясомолочной, гидролизной промышленности и твердые отходы коммунального хозяйства.

В пересчете на сухую массу образование биомассы в биосфере идет со скоростью 250* 10⁹ тонн/год из общего количества биомассы только 0,5% употребляется человеком в виде пищи. Использование биомассы различных отходов может дать значительную экономию традиционных видов топлива.

В большинстве стран западной Европы – США, Канада, Италия, Индия и Бразилия уделяют большое внимание использованию биомассы как источника энергии.

В России использование биомассы пока решается на уровне научно-технических разработок, демонстрационных образцов и небольших опытных стереотипов???

В то же время в России количество органических отходов по различным отраслям хозяйства составляет свыше 390 млн тонн.

Для ??? в удобные виды топлива или энергии возможен следующий способ:

1) Получение растительных углеводородов – это растительные масла, предельные и не предельные углеводороды, высокомолекулярные жирные кислоты и т.д.

2) Термическое преобразование твердой биомассы, т.е. сжигание, гидролиз, газификация и гидролиз???

3) Преобразование биомассы при влажности 75% и выше такие виды топлива как спирт, биогаз, жирные кислоты.

В России использование биомассы в основном происходит по двум последним направлениям, причем ведутся разработки и создается оборудование для газификации твердой биомассы м целью строительства автономных ТЭС работающих на генераторном газе.

Для получения энергии из древесных отходов используют сжигание, быстрый пиролиз и газификация.

Сжигание может быть проведено напрямую, а также циркулирующе-кипящим слоем и с предварительной газификацией.

Прямое сжигание проводят в топках котлов с горизонтальной наклонной или подвижной колосниковой решеткой.

В таких топках можно сжигать щепу, корову???, длинномерные отходы деревообработки, топливные брикеты и т.п. Полученную тепловую энергию можно использовать для нагрева воды и получения пара более эффективно сжигание в кипящем слое, измельченная древесина подается в кипящий слой, он состоит из продуваемого воздуха инертного материала, например песка.

Частицы древесины и инертного материала в процессе находятся в подвешенном состоянии и в результате происходит практически 100% сжигание топлива.

Сжигание с предварительной газификацией происходит в 2 этапа, сначала топлива (древесина) подают на колосниковую решетку первой камеры , там она нагревается до температуры при которой происходит процесс газификации, полученный газ поступает во вторую камеру, где его тепло можно использовать для нагрева воды или получения пара.

При пиролизе биомассу нагревают или в отсутствии воздуха или за счет сгорания её части при ограниченной подаче воздуха в состав полученных продуктов входят газы, пары жидкости, масла и древесный уголь. В результате, образовавшиеся частицы угля улавливаются в специальном цеху, летучие вещества быстро охлаждаются и в результате получается жидкое синтетическое топливо, которое собирается в специальном резервуаре, это топливо называют пиротопливо. Теплота сгорания пиротоплива составляет 55% от теплоты сгорания дизельного топлива – это топливо можно использовать в дизельных и газотурбинных установках.

Из биотоплива также можно получать генераторные процессы, процесс газификации проводит в реакторах газогенератора при высоких температурах с ограниченной подачей воздуха. Генераторный газ состоит из такх горючих газов как СО (угарный газ),H (водород), CH4( метан) а также инертных газов азота и углекислого газа и паров воды, твердых частиц и гидролизных смол

Состовляет от 4,5-6 МДж / на кб.метр, По сравнению с прямым сжатием газификация является более чистым и эффективным процессом.

Лекция 15

Биоэнергетические установки снижают загрязнение окр.среды отходами сельскохоз.производства. Аэробное сбраживание является эффектив.средством получения биогаза с достаточно высокой теплотой сгорания. В процессе сбраживания отходов животноводства и птицеводства погибают болезнетворные бактерии и образуются высококачественные органические удобрения. Отходы деревообработки сточных вод, свалки являются источниками загрязнения окр.среды. В тоже время они явл.сырьем для получения энергии удобрений и ценных химических веществ, поэтому развитие биоэнергетики позволяет решить ряд экологич.проблем.

УТИЛИЗАЦИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ (ТБО).

Жизнедеятельность человека связана с огромным количеством разнообразных отходов. Рост потребления на планете в последние годы привел к существенному увеличению твердых бытовых отходов. В настоящее время масса ТБО составляет около 400 млн тонн в год. На 1 жителя современного города приходится от 250 до 700 кг ТБО в год. Наибольшее количество ТБО образуется в США. В России ежегодное количество ТБО составляет 130 млн м3. ТБО засоряет и захламляет окр.среду, а также является источником поступления различных вредных веществ. Решение проблемы переработки ТБО за последнее время приобретает первостепенное значение. По качественному составу ТБО можно разделить на бумагу, картон, дерево, металл, кожа, текстиль, стекло, резину, полимерные материалы, пищевые отходы и т.п. Опасными ТБО являются аккумуляторы, батарейки, лаки, краски, косметика, бытовая химия, удобрения ядохимикаты и приборы, содержащие ртуть. ТБО состоят из различных компонентов, имеют неоднородный состав и различную плотность. ТБО способны загнивать. В настоящее время в основном используют следующие способы переработки ТБО:

1) Предварительная сортировка

2) Захоронение на свалках и полигонах

3) Биотермическое компостирование

4) Сжигание в специальных мусоросжигательных установках

Предварительная сортировка это процесс, который предусматривает разделение ТБО на фракции на мусоперерабатывающих заводах. Разделение проводят в ручную или с помощью автоматизированных конвейеров. Из мусора выделяют фракции различных веществ: металлов, пластмасс, стекла, костей и др.компонентов с целью их дальнейшей раздельной переработки. Оставшийся после сортировки мусор направляется на свалку или его предварительно прессуют, чтобы уменьшить занимаемый объем. Иногда остатки мусора сжигают в топках котлов. В ряде стран Европы введена система раздельного сбора мусора у населения. В определенных местах устанавливают контейнеры для бумаги, стекла, черных металлов, алюминия и др.отходов. Одним из основных способов избавления от ТБО является захоронение в поверхностном слое Земли. Учитывая высокую химическую и санитарно-эпидимиологическую опасность ТБО перед выбором площадки для захоронения необходимо учитывать рельеф местности, особенности геологического строения земных слоев, преобладающую розу ветров и особенности окр.природной среды. Вывоз на свалку несортированного мусора является худшим вариантом с экологической точки зрения. Гниение мусора сопровождается неприятным запахом. Мусор часто горит, загрязняя окр.среду. Дожди и снег вымывают из него вредные вещества, которые затем попадают в почву. В некоторых странах свалки стали оборудовать в виде полигонов. На этих полигонах можно собирать выделяющийся газ и использовать в качестве топлива. Для этого полигоны, предназначенные для мусора, снизу и с боков оборудуют гидроизоляцией, чтобы вредные вещества не попадали в почву. Бытовой мусор по определенной технологии засыпают слоем грунта от 0,6 до 0,8 м в уплотненном состоянии. Биогазовые полигоны оснащают вентиляционными трубами, газовоздуходубками и емкостями для сбора газа. Наличие в толще мусора пор и органических веществ создают условия для развития микробиологических процессов. Основным из них является процесс образования металла. Температура 30-40 градусов оптимальна для метанобразующих бактерий. Биогаз начинает выделяться примерно через год после формирования слоя ТБО и процесс выделения длится 20-30 лет.

Биотермическое компастирование это способ утилизации ТБО, основанный на разложении органической массы отходов в процессе жизнедеятельности аэробных бактерий при температуре 60-70 градусов. Биомасса ТБО в результате биологических процессов, которые осуществляются во вращающихся барабанных печах диаметром до 4м и длиной до 60м превращается в компост. Предварительно исходный мусор должен быть отчищен от крупногабаритных предметов, а также от металлов, керамики, пластмасс и резины. Для получения товарного продукта мусор выдерживается в печи в течение 2 суток, после этого компастированный мусор вновь очищается, доизмельчается после чего складируеюся для использования в качестве компоста. Биотермическое компастирование обычно происходит на заводах по механической переработки бытовых отходов. Оно является составной частью технологии этих заводов. Но современные технологии компастирования не дают возможности освобождаться от солей тяжелых металлов, поэтому компост ТБО малопригоден для сельск.хозяйства. Его можно использовать для выращивания технических культур и цветов и нельзя для выращивания растительно-пищевой продукции. В настоящее время считается, что уже в ближайшее время сжигание ТБО с выработкой тепловой э/э будет основным способом утилизации ТБО. В первую очередь это касается стран с небольшой территорией, где введено ограничение на захоронение ТБО. Сущ-т различные способы сжигания ТБО, но наиболее эффективно полученную тепловую энергию можно использовать:

1) При сжигании ТБО на колосниковых решетках

2) При сжигании в топках с кипящим слоем

3) В процессе высокотемпературного сжигания

Несортированные ТБО являются специфическим топливом, поэтому для их сжигания требуются спец.топки.

Наибольшее распространение получило сжигание в слоевой топке. Такую технологию сжигания используют во многих странах мира в том числе и на отечественных мусоросжигательных заводах. В Японии для сжигания ТБО используют технологию с кипящим слоем. Мусоросжигательные заводы, использующие для сжигания кипящий слой работают в Германии, Испании, Франции, США. Но эта технология не решает проблему утилизации летучей золы и шлаков. Если шлак можно использовать в строительстве, то зола сорбирует токсичные вещества и тяжелые металлы и должна захораниваться на специально оборудованных полигонах. Более совершенным способом утилизации ТБО является перролиз. Технология перолиза заключается в необратимом химическом изменении мусора под действием температуры без доступа к кислороду. Повышение температуры перолиза приводит к увеличению выхода газов и уменьшению жидких и твердых продуктов. Использование перолиза позволяет значительно снизить загрязнение окр.среды по сравнению с сжиганием ТБО. После перолиза не остается биологически активных веществ и восстановления тяжелых металлов. С помощью перолиза можно перерабатывать составляющие отходов, которые трудно поддаются утилизации. Заводы по переработки ТБО работают в Дании, США, Германии, Японии и др. Работа мусоросжигательных заводов связана с рядом экологических проблем. При сжигании ТБО образуется токсичные химические соединения, которые содержат хлор. Он выделяется при сгорании пластмасс и даже бумаги. Эти соединения называют диоксины и фураны. Оптимальная температура их образования 300-400 градусов. Основное количество фуранов, которое образуется при сжигании ТБО сорбируется частичками золы. Кроме токсинов и фуранов продукты сгорания ТБО содержат пары ртути, хлор, оксиды азота, соединения свинца, меди и др.тяжелых металлов. Поэтому основной проблемой мусоросжигательных заводов является не столько сам процесс сжигания, сколько очистка продуктов сгорания от токсичных газов и золовых частиц до санитарных норм. На мусоросжигательных заводах применяют многоступенчатую отчистку дымовых газов. С помощью известкого молока продукты сгорания очищают от соединений серы, хлора и фтора. Очистка газов от частиц золы происходит в тканевых рукавных фильтрах. Перед ними в поток газа вводится активированный уголь, который сорбирует диоксины и пары ртути. Тканевые рукавные фильтры обеспечивают достаточно высокую степень очистки дымовых газов.

РИСУНОК.

Недостатком мусоросжигательных заводов является низкие параметр получаемого пара. На отечественных заводах давление пара 16 бар, а температура 240 градусов. Паропроизводительность котлов составляет 15-35 т в час. Это связано с тем, что ТБО является куском топлива с теплотой сгорания 4-7 МДж/кг, а зола имеет низкую температуру плавления и дымовые газы обладают высокими коррозионными свойствами. Поэтому удельные показатели по выработке э/э значительно выше по сравнению с паросиловыми э/ст. Существенное повышение эффективности как топлива для выработки э/э можно достичь за счет частичного замещения энергетического топлива бытовыми отходами. В этом случае при сжигании бурого угля на ТЭС, необходимо использовать предтопок для сжигания ТБО. Продукты сгорания, полученные в предтопке затем направляются в топочное пространство котельного агрегата. При сжигании на ТЭС природного газа можно использовать установку для газификации ТБО. Полученные газ очищается и направляется в топку котла, работающего на природ.газе. Доля ТБО по количеству тепла может составить примерно 10% тепловой мощности котла. В этом случае только за счет повышения параметров пара и увеличения мощности котлов и турбин можно повысить эффективность использования ТБО в 2-3 раза. Существенный экономический эффект может быть получен за счет снижения капиталовложений, благодаря использованию существующей на ТЭС структуры по очистке газов, т.е. снижаются расходы на очистку дымовых газов. Низкопотенциальный пар, получаемый на мусоросжигательных заводах, можно использовать, если завод будет работать в единой системе теплоснабжения. Основными источниками тепла в этой системе являются энергетические установки, работающие на орг.топливе, а установки, сжигающие ТБО подают дополнительную систему пар или горячую воду. Сжигание ТБО на мусоросжигательных заводах в нашей стране происходит в Москве, Владимире, Владивостоке, Мурманске, Пятигорске, Сочи. В Москве сущ-т 3 завода, предпологается построить еще 6. В Петербурге должно произойти строительство первого мусоросжигательного завода, который будет сжигать около 500 000 тонн мусора в год. Разрабатывается проект сооружения мусоросжигательного завода в Челябинске, который будет работать в единой системе с ТЭЦ-2. Мусоросжигательные заводы из-за низкой надежности оборудования и несбалансированных цен на отпускаемую энергию и с/с ее производства в основном убыточны. Они используются на 20-50% проектной мощности. В основу проектирования современных заводов положена новая концепция. Она определяет мусоросжигательный завод как экологически безопасный малоотходный комплекс и как составной элемент инфраструктуры, обеспечивающий не только переработку и ликвидацию ТБО, но и полное использование для нужд города извлеченных вторичных отходов энергоресурсов, которые получаются из отходов сжигания.