Искусственное топливо
Искусственным топливом называется топливо, получаемое из органического сырья (твердого, жидкого и газообразного) либо путем его целенаправленной обработки, либо в виде побочного продукта, образуемого параллельно с основным продуктом технологического процесса. Искусственное топливо условно подразделяют на композиционное, синтетическое и топливо из горючих отходов и биомассы.
Композиционным называется топливо, полученное путем смешения нескольких видов топлива или топлива с другими горючими и негорючими компонентами в таких соотношениях, что в результате получается новый вид топлива со свойствами, существенно отличающимися от свойств первоначального топлива. К композиционным топливам относят топливные: эмульсии, суспензии, гранулы и брикеты. Топливные эмульсии — равномерные смеси двух и более взаимно нерастворимых жидкостей, из которых по меньшей мере одна является жидким топливом. В качестве топлива получают распространение водомазутные эмульсии, содержащие до 10—20% воды, тщательно диспергированной в объеме мазута в виде капель размером 3—10 мкм. Использование таких эмульсий, особенно при применении обводненных мазутов, существенно улучшает процесс горения мазута, снижает сажеобразование и сокращает образование других вредных выбросов с продуктами сгорания. Теплота сгорания водомазутных эмульсий Qt =30—38 МДж/кг.
Топливные суспензии — равномерная смесь мелких твердых частиц (дисперсная фаза) в жидкой (дисперсионной) среде. Размер твердых частиц в суспензии от 0 до 0,2 мм. В качестве топлива применяют водоугольные суспензии, представляющие собой механические смеси угля с водой; суммарная влажность суспензии Wr = = 28—50 %, теплота сгорания Q =8—16 МДж/кг. Эти суспензии обладают высокой стабильностью при хранении; их транспортируют как жидкое топливо. В системах теплоснабжения водоугольные суспензии при малой зольности исходного угля могут использоваться вместо жидкого топлива в крупных теплогенераторах без их существенной реконструкции.
Мазутоугольные суспензии — механические смеси мелких угольных частиц (размером до 0,04 мм) с мазутом. Смеси не стабильны, поэтому при их использовании обязательно введение стабилизирующих присадок. В качестве такой присадки может служить вода в количестве до 15 % к массе суспензии. В этом случае суспензия называется водомазутоугольной суспензией. Концентрация твердых частиц в мазутоугольной суспензии составляет 30—50 %, теплота сгорания Q =35—38 МДж/кг; теплота сгорания водомазутоугольной суспензии несколько ниже и равна 25—30 МДж/кг. Мазутоугольные суспензии применяют в качестве топлива с целью частичной замены жидкого топлива твердым и с целью снижения образования вредных веществ, выбрасываемых с продуктами сгорания.
Твердыми композиционными топливами являются брикеты и гранулы. Топливные брикеты — это механическая смесь угольной или торфяной мелочи (размером до 3—6 мм) со связующими веществами (как правило, нефтяного происхождения, например, с нефтебитумом), спрессованная под давлением до 100 МПа в штемпельном прессе. Возможно получение брикетов из бурых углей определенных угольных месторождений без связующих веществ. Топливные брикеты являются относительно малозольными (Лй=10—25 %) сортированным топливом с теплотой сгорания Qr, от 17—18 МДж/кг (буроугольные брикеты) до 20—30 МДж/кг (каменноугольные брикеты). Топливные гранулы получают на вращающихся тарельчатых грануляторах диаметром 3—8 м из смеси угольной мелочи (размером до 0,25 мм) и водного раствора органических жидких отходов целлюлозного производства. Доля водяного раствора связующего вещества составляет 16—18 % к массе смеси. Топливные гранулы могут быть приготовлены как из бурых, так и каменных углей. Диаметр гранул определяется требованиями, предъявляемыми к топливам для слоевого сжигания, и составляет 12—35 мм; влажность гранул 20— 30 %; теплота сгорания Qr = 18 МДж/кг. С целью повышения прочности гранулы подвергают термической обработке при температуре до 250 °С.
Синтетическим топливом называется искусственное топливо, полученное в результате термохимической или химической переработки горючих ископаемых. Основным исходным топливом для получения синтетического топлива является уголь. Продукты термохимической переработки угля путем скоростного пиролиза при температуре до 590 °С состоят до 15 % из горючего газа с теплотой сгорания Qr =14,5—16,5 МДж/м3, до 15% из жидких углеводородов с величиной (2=36— 38 МДж/кг и до 70 % из полукокса с выходом летучих yaaf=10,7% и величиной Q; = 27—28,5 МДж/кг. Полукокс является синтетическим твердым топливом, который можно использовать в топках котлов крупных тепловых станций и ТЭЦ с пылевидным сжиганием, в качестве топлива для доменных печей, а также как исходное сырье для получения топливных брикетов и гранул. Жидкие продукты термохимического разложения угля содержат ценные химические соединения и могут быть направлены для дальнейшей химической переработки. Горючий газ является высококачественным топливом, в том числе и для производства тепловой энергии. Синтетическое твердое топливо Термоуголь имеет теплоту сгорания Qrt до 26,5 МДж/кг (по сравнению с теплотой сгорания исходного угля, равной 15,5 МДж/кг). Термохимическим процессом окусковывания угольной мелочи без применения связующих веществ является процесс термобрикетирования, заключающийся в кратковременном нагреве угля до температуры 350—440 °С (в зависимости от степени углефикации угля) с последующим брикетированием нагретой угольной массы под давлением 40—75 МПа. Теплота сгорания полученных термобрикетов из бурых углей Q? = 29—30 МДж/кг.
Топливо из горючих отходов и биомассы. Горючие отходы промышленных производств, бытового потребления, городской мусор, органические отходы сельскохозяйственного производства являются ценными вторичными энергетическими ресурсами. Топливо из горючих отходов во всех случаях является искусственным, поскольку эти отходы во всех случаях требуют либо механической, либо термохимической переработки. Отличительной особенностью первичных горючих отходов являются их нестабильность по составу и за- балластированность негорючими компонентами (стеклом, металлом и др.). Горючие отходы можно разделить на жидкие и твердые.
Жидкие горючие отходы — отработанные масла, обмывочные жидкости с большим содержанием органических веществ, жидкие органические соединения химических производств и т. п. Их используют в качестве топлива в тех случаях, когда их применение в качестве химического сырья не является целесообразным. В качестве топлива жидкие горючие отходы могут быть использованы самостоятельно, если их теплота сгорания Qf выше 6—8 МДж/кг, или совместно с другими топливами, имеющими большую теплоту сгорания. Их также используют в качестве дисперсионной среды в жидких композиционных топливах — топливных эмульсиях и суспензиях.
Твердые горючие отходы во всех случаях подвергают предварительной обработке. Из городского мусора извлекают стекло и металл; растительные органические отходы подвергают измельчению и т. д. Подготовленный для сжигания городской мусор с величиной WT=29,1 % и Ad = 21,1 % имеет теплоту сгорания Q? = 10,6 МДж/кг. Теплота сгорания сухих сельскохозяйственных отходов (соломы и др.) равна 14,3—16, а древесных отходов — 19—22 МДж/кг. Возможно совместное сжигание таких отходов с основным топливом в котлах крупных тепло- станций и ТЭЦ.
Растительные и другие органические отходы сельскохозяйственного производства можно использовать в качестве химического сырья для производства так называемого биотоплива методом анаэробной ферментации (сбраживания). Этот метод позволяет получить при неглубокой переработке метан, а при глубокой — метиловый и этиловый спирты. Остатки от переработанных таким образом отходов являются хорошим сельскохозяйственным удобрением. Биотопливо в виде метана может найти применение в отопительных котельных сельскохозяйственных комплексов, особенно при их удалении от транспортных магистралей и районов добычи ископаемых топлив.
