Торф и его переработка

Сопоставимые показатели потребления энергетического торфа в ведущих торфодобывающих странах мира (2005год)

Сегодня те, кто уже обратил серьезное внимание на малую энергетику, зачастую ориентируется на западные технологии, которые часто во многом превосходят отечественные. В то же время не следует забывать, что по вопросу малой энергетики те же финны в 70-е годы заинтересовались именно достижениями Советского Союза в области применения торфа. За прошедшие с этого времени годы скандинавы серьезно усовершенствовали "советскую" технику, а торфяная энергетика получила в Финляндии государственный приоритет. Ее доля в первичном производстве энергии составляет 7 %. Доля торфа в производстве тепла в более ста городах и поселках превысила 20 %. Государственный подход привел к тому, что с 1992 года цена на топливный торф не менялась, поэтому и цена тепла произведенная с его применением, фактически не менялась. Себестоимость энергии полученной на установках сжигания и газификации с высоким КПД, стала ниже себестоимости энергии, полученной из газа и нефти.

Начало ХХI века - это возрождение комплексного использования торфяных ресурсов на основе новой концепции неисчерпаемого природопользования, считает академик РАЕН, доктор технических наук, профессор В.И.Косов. Суть ее состоит в поиске и реализации биосферно-совместимых (как на глобальном, так и на региональном уровнях) экологически сбалансированных и ресурсосберегающих наукоемких технологий добычи и переработки торфа. Существенную роль на этом этапе будут определять критерии сохранения окружающей природной среды как при освоении торфяно-болотных экосистем, так и при производстве и использовании экологически чистой продукции, получаемой на основе торфа.

2. Справка: торф как топливо

Использование торфа как топлива обусловлено его составом: большим содержанием углерода, малым содержанием серы, вредных негорючих остатков и примесей. По сути, это молодой уголь. Основными недостатками этого вида топлива являются: более низкая, чем у угля энергетическая калорийность и трудности сжигания из-за высокого содержания влаги (до 65%). Но есть множество "плюсов":

низкая себестоимость производства;

экологическая чистота сгорания (малая доля серы);

полное горение (малый остаток золы);

появившиеся новые технологии сжигания.

Все это делает торф перспективным местным источником полученной тепловой и электрической энергии:

более дешевой, чем при использовании каменного угля и жидкого топлива;

более экологически чистой.

В качестве топлива торф применяется в трех видах:

Фрезерный (измельченный) торф в виде россыпи для сжигания во взвешенном состоянии.

Полубрикет (кусковой) торф, малой степени прессования, производимый непосредственно на торфяной залежи.

Торфяной брикет, высококалорийный продукт большой степени прессования на технологическом оборудовании, заменяет каменный уголь.

Вообще, сфера использования торфа как топлива, с развитием современных технологий сжигания и использования экологически чистых процессов получения энергии, оценивается передовыми учеными и специалистами, как на наиболее перспективное развитие энергетики в следующем столетии.

Технология перевода небольших газовых и мазутных котельных на местное топливо получает все более широкое распространение по мере роста цен на ископаемое углеводородное топливо. Наиболее интенсивно данное направление развивается в странах, имеющих значительный запас биоресурсов (леса, торфяных болот и т.д.), к числу которых относятся страны северной части Европы: Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия, а также в бывших странах советской Прибалтики. Возврат к биоресурсам - это не возврат в прошлое, а разумный подход к экономике и экологии. КПД современных малых котлов на местном топливе достигает 90%. Потери тепла и затраты электроэнергии при транспортировке теплоносителя сводятся к минимуму

Добыча и переработка торфа в мире является высокорентабельным и перспективным видом бизнеса. Рентабельность производства колеблется в среднем от 30 до 40% годовых (без учета стоимости доставки продукции до потребителя). Торф может использоваться в различных областях народного хозяйства - в сельском хозяйстве, химии, медицине, нефтепереработке, экологии, топливной промышленности и т.д.

Особенно выгодно использование торфа в качестве топлива: стоимость 1 Гкал, полученного от сжигания торфа, ниже, чем у всех других видов топлива, кроме газа. Помимо энергетического направления использования торфа, в последнее время широкое развитие получило сельскохозяйственное применение торфа, зарекомендовавшего себя как ценный органический материал.

Торф является также предметом экспорта. Мировая потребность в торфе имеет четко выраженную тенденцию к неуклонному росту.

Наиболее "емкими" потребителями торфа являются Япония, США, страны Европы и Ближнего Востока, а также другие страны, в которых развернуты работы по повышению плодородия почв, предотвращению эрозии земель, осуществлению экологических программ.

Сравнение цен на торфяное топливо с ценами на другие виды топлива свидетельствует о преимуществе торфа. Например, для северных районов России, если принять стоимость на торф за 100 процентов, цена на кузнецкий уголь составит более 190 процентов, на воркутинский уголь - 130-185 процентов, на мазут топочный - 180-252 процента.

В качестве топлива применяются: фрезерный топливный торф, кусковой топливный торф, торфяные топливные брикеты и полубрикеты. Одна тонна торфобрикетов заменяет 1,6 тонны бурого угля.

Торф относится к возобновляемым природным ресурсам. Ежегодный прирост запасов торфа на месторождениях, незатронутых разработкой, превышает 60 млн. тонн. За годы промышленной разработки торфяных залежей использовано не более 10% всех торфяных ресурсов.

В настоящее время, с экономической точки зрения, наиболее удобно использовать торф, добыча которого осуществляется дешевым открытым способом.

Использование торфа в качестве топлива при его сжигании более экологически безопасно, чем угля, мазута и сланца. Например, при замене угля сланцев и мазута на торф снижение загрязнения атмосферного воздуха выбросами оксидов серы происходит по сравнению с углем в 4-24 раза (в зависимости от зольности и угольного бассейна), сланцем - в 9 раз, мазутом - в 6 раз, а выброс твердых взвешенных частиц в 2-19 раз по сравнению с углем и в 36 раз по сравнению со сланцем. Оставшаяся от торфа зола прекрасно утилизируется как удобрение.

Торф подразделяется на виды по группировке растений и условиям образования, а также на типы:

Верхово́й торф - образован олиготрофной растительностью (сосна, пушица, сфагнум, вереск) при переувлажнении, вызванном преимущественно атмосферными осадками. Плохое удобрение, поскольку беден. Содержит зольные элементы 1-5 %, органических веществ - 99-95 %, pH=2.8-3.6. Химический состав: азотистых веществ - 0.9-1.2 %, P2O5 - 0.03-0.2, K2O - 0.05-0.1, CaO - 0.1-0.7, Fe2O3 - 0.03-0.5 %[1]. Окраска изменяется с повышением степени разложения от светло-желтой до темно-коричневой. Используется как топливо или теплоизоляция.

Низи́нный торф - образован эутрофной растительностью (ольха, осока, мох) при переувлажнении грунтовыми водами. Зольность 6-18 процентов. Преобладают серые оттенки, переходящие в землисто-серый цвет. Хорошее удобрение.

Также выделяется торф переходного типа. Переувлажнение грунтовыми водами, бедными минеральными солями. Зольность 4-6 процентов

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ И СОСТАВ ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ

Имя изобретателя: Агафонов Р.К.; Ивашкин Е.Б.; Кнатько М.В.; Самотой М.В.

Изобретение относится к технологии получения торфяных топливных брикетов для коммунально-бытовых нужд. Способ получения брикетов включает в себя смешивание торфа с углеродсодержащими отходами, перемешивание, пропитку смеси углеводородным материалом, перемешивание и пропитку парафином, предварительно нагретым до 40 - 90oC, непосредственно перед брикетированием. Также возможно добавление пластификатора после стадии смешивания торфа с углеродсодержащими отходами. Состав для брикетирования содержит торф (с содержанием воды до 80%) не менее 50 мас.%, углеводородный материал (нефтешлам, мазут и т.п.) - 10 - 20 мас.%, парафин - 1 - 13 маc.% и углеродсодержащие отходы - остальное. Состав может дополнительно содержать пластификатор в количестве 2 - 15 мас.%. Технический результат - улучшение эксплуатационных характкристик топливных брикетов и снижение производственных расходов.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к технологии получения торфяных топливных брикетов для коммунально-бытовых нужд с использованием утилизируемых отходов лесопромышленного, целлюлозно-бумажного и сельскохозяйственного производства, а также отходов нефтепродуктов.

Известен способ получения топливных брикетов из мелких классов горючих компонентов, таких, например, как мелкий уголь, угольный шлам, опилки, лузга, дробленая кора и другие. Топливный брикет содержит смесь измельченного твердого топлива с раствором связующего - производного сульфокислоты, например, натриевой соли метиленнафталинсульфокислоты или лигносульфоната, с влажностью не менее 9 мас.%, заключенную в замкнутую горючую оболочку, при этом объем отвержденной смеси равен внутреннему объему оболочки (патент РФ на изобретение "Топливный брикет и способ его получения", N 2068442, C 10 L 5/14, C 10 L 5/42, 1994, патентообладатель - Лурий В.Г.).

Указанный способ получения топливных брикетов включает смешивание измельченного твердого топлива с раствором водорастворимого органического связующего, дозирование и упаковку смеси с влажностью более 9 мас.% в замкнутую горючую оболочку, при этом объем дозируемой смеси, подаваемой внутрь оболочки, равен внутреннему объему оболочки, причем в качестве связующего используют производное сульфокислоты, например, натриевую соль метиленнафталинсульфокислоты или лигносульфонат в виде 30-40% водного раствора, с последующим после упаковки отверждением брикетов

которое происходит одновременно с хранением, транспортировкой или нагревом, а также при их сжигании.

Описанный способ позволяет предотвратить разрушение топливных брикетов при погрузо-транспортных работах, снизить загрязнение транспортных средств, а также помещений и обслуживающего персонала.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость процесса упаковки каждого топливного брикета в индивидуальную оболочку, а также применение в качестве связующих композиционных материалов натриевой соли метиленнафталинсульфокислоты или лигносульфата.

Известен другой более дешевый способ изготовления топливных брикетов, включающий пропитку пористого углеродного наполнителя углеводородсодержащим связующим, например, шламом, при перемешивании и нагреве с последующим брикетированием смеси, причем брикетирование ведут прессованием при температуре 40-80oC и давлении 80-120 МПа (патент РФ на изобретение "Способ получения топливных брикетов", N 2005770, C 10 L 5/16, 1992).

Недостаток способа - использование высокого давления (для достижения омоноличивающей способности углеводородного связующего).

Известен другой способ изготовления топливных брикетов, исключающий необходимость прессования при таком высоком давлении. Способ включает пропитку пористого углеродного наполнителя (например, торфа) углеводородным материалом при нагреве и перемешивании с последующим брикетированием смеси при температуре 30-100oC и давлении 1-30 МПа (патент РФ на изобретение "Способ получения топливных брикетов", N 2125083, МПК 6 C 10 L 5/16, 1998, патентообладатель - Кнатько М.В.).

В соответствии с этим способом пропитанный углеродный наполнитель смешивают с известью в количестве 1-10 мас.%, затем вводят дисперсный алюмосиликат, например, глину в виде порошка в количестве 5-15 мас.%, производят перемешивание, после чего вводят воду в количестве 4-15 мас.%, снова перемешивают смесь, а затем ведут брикетирование смеси при температуре 30-100oC и давлении 1-30 МПа.

Введение в технологический процесс извести и дисперсного алюмосиликата инициирует процесс синтеза кальцийалюмосиликатных комплексов, обеспечивающих омоноличивание смеси при брикетировании.

Описанный способ по патенту N 2125083 авторы выбирают в качестве прототипа заявляемого способа.

Однако, прототип, по мнению авторов, имеет следующие недостатки:

- при относительном снижении производственных расходов, необходимость использования в технологическом процессе таких компонентов, как известь и дисперсный алюмосиликат, не позволяет минимизировать стоимость конечного продукта;

- снижается теплотворная способность топливных брикетов за счет протекания теплопоглощающей реакции дегидратации и высокотемпературного разложения извести при сжигании в топках;

- увеличивается загазованность топливного пространства углекислым газом;

- при относительно высокой теплотворной способности горючей массы рабочая теплота сгорания находится на уровне среднего фрезерного торфа за счет высокого уровня содержания влаги в гидратах и зольности;

- сильное спекание топливной массы при сжигании за счет высокого содержания кальция

Введение в состав смеси парафина, предварительно нагретого до температуры 40-90oC, обеспечивает механическое формообразование и отверждение смеси при брикетировании, что позволяет придавать топливному брикету любую геометрическую форму и фиксировать ее без использования каких-либо оболочек за счет быстрого остывания парафина в топливном брикете.

Введение в состав смеси пластификатора, обладающего минимально достаточными клеящими свойствами, позволяет производить формовку при давлении на порядок меньшем, чем в прототипе, например 0,1-5 МПа.

Последовательное введение в технологический процесс пластификатора, а затем парафина способствует омоноличиванию брикета в процессе сушки и позволяет целенаправленно управлять эксплуатационными характеристиками торфобрикета.

При сжигании торфобрикета из-за низкой температуры плавления парафина (40-90oC) и возгонки в топочном пространстве происходит возгорание микрочастиц летучих фракций, в результате чего достигается высокая начальная температура, обеспечивающая одновременное горение всех компонентов, что приводит к полному сгоранию торфобрикета.

Как уже указывалось, минеральные примеси, находящиеся в топливе, при сжигании последнего образуют золу, которая аналогично с коксом может получаться в виде сыпучей массы или сплавленных пластин и кусков, называемых шлаком.

Зольность топлива определяется в лабораториях путем прокаливания навески мелко раздробленного топлива весом 1-2 г в фарфоровых тиглях, причем в отличие от определения выхода летучих в данном случае надо обеспечить присутствие кислорода в процессе прокаливания, чтобы избежать частичного коксования навески. По разности веса до и после прокаливания судят о зольности топлива. Необходимо отметить некоторую условность подобной характеристики зольности, так как в процессе озоления происходят химические реакции между отдельными минеральными примесями, входящими в состав золы, причем при этих реакциях может, например, произойти утяжеление золы, так как во вновь образующиеся соединения войдет кислород окружающего воздуха или часть элементов улетучится и т. п. Поэтому, чтобы получить сравнимые характеристики по зольности, необходимо процесс получения золы вести в строго стандартных условиях. Открытую фарфоровую чашечку помещают в электрический муфель, где минеральное топливо прокаливают при температуре 800°, а мазут, дрова и растительные отходы - при 500°. Озоление навески ведется медленно, в течение 2 час, и без появления пламени

Так как температура шлакообразования в топке превышает 1000°, а лабораторная зола образуется при температуре 800°, то вес лабораторной золы получается больше. В особенности эти расхождения могут достигать больших значений при бурых углях и сланцах, зола которых содержит значительное количество кальция и серы.

Зола топлива, сжигаемого на колосниковой решетке, в большинстве случаев плавится, затем по мере стекания вниз и удаления от зоны высоких температур остывает, затвердевает и образует довольно пористые шлаки. Иногда зола бывает настолько легкоплавка, что не затвердевает даже по выходе из зоны высоких температур слоя топлива; тогда эта плотная тестообразная масса, забивая отверстия в колосниковой решетке, служащие для прохода воздуха, увеличивает газовое сопротивление топки, обволакивает часть кусков топлива и затрудняет их сжигание. Кроме того, легкоплавкий шлак трудно удалить из топки, не прихватив заодно и горящий уголь. При сжигании пылевидного топлива в случаях, если конструкция котла и топки не учитывает легкоплавкости шлаков, расплавленная масса золы может забить проход газов между трубками котла; она нарастает в виде сталактитов, висящих над топочным пространством, удаление которых сопряжено со значительными трудностями. Налипание расплавленных масс шлака на кирпичную обмуровку топки вызывает обычно ухудшение работы топки и необходимость в более частом ремонте, так как при отбивании прикипевшего шлака часто откалывается и разрушается кирпичная кладка топки. Разрушение кладки возможно также вследствие химического воздействия горячего шлака. Места кладки, в которых наблюдается подобное опмако-вание, стараются защищать поверхностями, охлаждаемыми водой (экранами), при устройстве которых прилипание шлака уменьшается.

При сжигании твердого кускового топлива шлакообразование происходит в полувосстановительной газовой среде, поэтому при лабораторных исследованиях золы на плавкость среду, в которой расплавляется сформированный из золы «конус», составляют из газов, в состав которых входят главным образом СО, СН4, Н2, при полном отсутствии кислорода.

Расплавление золы в этой среде по сравнению с средой полного сгорания дает понижение температуры плавления главным образом за счет образования легкоплавкой закиси железа FeO, выделяемой в результате реагирования находящейся в золе окиси железа с окисью углерода окружающей среды по формуле Fe,03+CO=2FeO+C02.

При дальнейшей реакции FeO с кремнеземом создаются наиболее легкоплавкие соединения.

При пылевидном сжигании топлива условия шлакообразования видоизменяются, так как имеется избыток кислорода и зола становится более тугоплавкой.

Технология роизводства торфобрикета не может быть названа вполне успешной при производстве топливной торфогранулы

В данном случае,речь идёт о подготовке биомассы,снижении процента зольности в конечном продукте.

Особенность котлов,использующих торфогранулу в качестве топливного сырья,требует пониженных показателей зольности топливного продукта

Процент золы в конечном продукте прессования обусловлен несколькими факторами:

-процентосодержанием минеральных включений(от 8 до 10% минеральных включений кальциевого и кремнеземного происхождения)

-наличием воды в совтаве торфа.последнее обуславливает неполное сгорание прессованного продукта и вызывает повышенный зольный остаток

При использовании воздушно-механического способа доизмельчения торфяной массы и последующем высушивании -зольность конечного продукта может быть снижена до 4,5-6,4%

торф уже давно сушили в промышленных масштабах, только вот практически вручную, и для для этого раньше существовали целые колхозы в тысячах гектаров земли.Сначала на торфяниках делали закольцованное дренажное кольцо в виде траншей и дренажные канавки. Постепенно из верхнего слоя вода уходила, затем свое дело делало солнышко и образовывалась торфяная корка, потом трактор гусеницами проезжал по этому торфянику, нарезая гусеницами корку на плитки, ну а потом колхозницы ходили вручную собирали эти плитки и забрасывали в кузов машины.

процесс долгий, но он был единственно дешевый и относительно рентабельный, если не предполагал больших транспортных составляющих. Но все это было когда-то, а сейчас централизованно заготовками торфа никто в больших объемах не занимается, колхозы развалились, нефть 20 лет назад подешевела ниже некуда и это направление экономически

в условиях локального производства топливной гранулы рекомендовано иметь проветриваемое хранилище сырья.кроме того,после механической обработки на отсеивание-провести обработку воздушным потоком (возможно использование механизмов для измельчения массы типа дезинтегратор)

высушивание торфа для последующего гранулирования рекомендовано вести в сушильных камерах ленточного типа,либо других,которые обеспечивают высушивание сырья в динамике,т.е.биомасса в процессе сушки должна передвигаться или ворошиться,для обеспечения однородного высушивания и удаления влаги не только с поверхности,но и из поры торфа

кроме того,рекомендовано использование в технологическом процессе со-растворителя(химическое удаление влаги)-в случае влажности исходного продукта свыше 70%