ИССЛЕДОВАНИЕ БРИКЕТНОГО ТОПЛИВА ИЗ НИЗКОСОРТНЫХ ТОПЛИВ С ЦЕЛЬЮ ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Это научно- исследовательская работа. Так как тема довольно интересная и сложная, она подошла за диплом. ЗАЩИЩЕНО НА ОТЛИЧНО.
В Архиве 7 чертежей. ...

Содержание
С.
Введение 9
1 Требования к брикетному топливу для отопительных и промышленных котельных 14
1.1 Применение топливных брикетов 14
1.2 Преимущества топливных брикетов 16
1.3 Требования к брикетному топливу 19
2 Способ получения брикетного топлива 21
2.1 Методы брикетированиятоплива из торфа, древесины, каменного и бурого угля 21
2.2 Связующие вещества в процессах брикетирования 22
2.3 Технология и оборудование для изготовления брикетов из
древесины 27
2.4 Технология и оборудование для брикетирования торфа 40
2.5 Технология и оборудование для брикетирования бурого угля 59
3 Постановка задач работы 60
4 Теплотехнические характеристики полукоксов 62
4.1 Определение теплотехнических характеристик исходного топлива 62
4.2 Определение теплотехнических характеристик полукокса 72
5 Характеристики брикетных топлив 88
5.1 Определение зольности 88
5.2 Определение выхода летучих 90
5.3 Определение элементного состава брикетного топлива 91
5.4 Определение низшей теплоты сгорания брикетного топлива 96
6 Обработка и анализ результатов 99
6.1 Обработка результатов и анализ теплотехнических характеристик исходного топлива 99
6.2 Обработка результатов и анализ теплотехнических характеристик полукокса 102
6.3 Обработка результатов и анализ теплотехнических характеристик брикетного топлива 104
6.4 Сравнение теплотехнических характеристик исходного топлива, полукокса и брикетного топлива 107
6.5 Анализ погрешности измерений 110
7 Разработка рекомендаций по практическому использованию полученного топлива 115
8 Технико – экономическое обоснование научно – исследовательской работы (НИР) 118
8.1 Оценка уровня качества разрабатываемого проекта 118
8.2 Организация и планирование НИР 120
8.3 Расчет сметы затрат НИР 122
9 Оценка загрязнения окружающей среды при сжигании брикетного топлива 127
9.1 Анализ современных методов защиты окружающей среды от
вредных выбросов в атмосферу при сжигании различных видов
топлива 130
10 Мероприятия по технике безопасности при сжигании брикетного
топлива 131
10.1 Введение 131
10.2 Производственная санитария 133
10.3 Безопасность труда при работе в лаборатории 140
10.4 Мероприятия по технике безопасности и производственной санитарии, направленные на снижение, либо устранение опасных и вредных факторов 141
10.5 Расчет освещения 142
11 Процесс автоматического регулирования температуры электропечи
для получения полукоксов 146
11.1 Краткое описание технологии работы оборудования 147
11.2 Обзор существующих схем АСР и выбор оптимальной схемы 148
11.3 Проектирование функциональной схемы АСР 150
11.4 Выбор технических средств автоматизации и составление
заказной спецификации 152 Заключение 155
The conclusion 156
Список использованных источников 157
Приложение А Протокол элементного анализа проб полукоксов 160
Приложение Б Результаты определения низшей теплоты сгорания полукоксов на калориметре АБК-1 161
Приложение В Протокол элементного анализа проб топливных
брикетов 165
Приложение Г Результаты определения низшей теплоты сгорания брикетов на калориметре АБК-1 166
Приложение Д Заказная спецификация приборов и средств автоматизации 170
Приложение Е The determination of characteristics of fuels 173

Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА. 621000.002 Характеристики полукоксов
ФЮРА. 621000.003 Характеристики брикетов
ФЮРА. 621000.004 Сравнительные характеристики исходных топлив, полукоксов и брикетов
ФЮРА. 621000.005 Рекомендации по практическому использованию
ФЮРА.621000.006 Смета расходов на проведение научно – исследовательской работы (НИР)
ФЮРА. 621000.007 Сетевой график работ научно – исследовательской работы (НИР)
ФЮРА.421000.008С1 Система автоматического регулирования температуры и давления электропечи

Для обеспечения страны топливом огромное значение имеет повышение эффективности его использования. Повышение эффективности использования топлива имеет первостепенное значение также для решения другой важной проблемы современности – уменьшение загрязнения воздушного бассейна. Взаимосвязь этих вопросов обусловлена тем, что при повышении КПД использования топлива особое внимание уделяют обеспечению теплоты сгорания. Это позволяет попутно устранить или уменьшить загрязнение воздушного бассейна токсичной окисью углерода, сажей и другими вредными выбросами [1].
Природное топливо по-прежнему сжигается для получения тепла и кардинальных изменений в существующих технологиях пока не предвидится. И все же надежда на улучшение положения есть.
Поиски нетрадиционных (альтернативных) источников возобнов ляемой энергии осуществлялись всегда, неоднократно предпринимались попытки расширить и использование различных видов биотоплива.
Лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия многие десятки лет не знали, как освободиться от отходов производства, куда деть опилки, щепу и прочие древесные остатки, не находившие применения.
Неоднократные попытки по масштабному использованию опилок и щепы для получения тепла предпринимались достаточно давно, но без особых успехов. Этот вид топлива оказывался сравнительно эффективным лишь при сжигании в крупных тепловых установках мощностью более 2 МВт. В связи с этим в последнее время древесные опилки и щепа чаще всего служат сырьем для изготовления топливных гранул и брикетов. Это уже полученный в результате глубокой переработки и гораздо более экологически совершенный вид топлива [2].
Методом получения высококачественного вида топлива из низкосортного является брикетирование. Брикетирование топлив представляет собой совокупность процессов, связанных с превращением сыпучего мелкозернистого материала в куски (брикеты) определенной геометрической формы, одинакового размера и стандартного качества.
Брикеты отличаются от исходного сырья, из которого они получены, рядом полезных свойств. Как правило, они имеют более низкую влажность, более высокую теплоту сгорания и теплоплотность. Таким образом, брикетирование является одним из видов обогащения топлива [3].
В Европе и Северной Америке топливные брикеты в ходу уже давно. Сначала топливные брикеты делали с добавлением парафина. У таких брикетов масса достоинств и всего один недостаток: они легко разжигаются, оставляют мало пепла и почти не дымят, но вот только тепла дают примерно в 4 раза меньше, чем обычные дрова. Именно поэтому сейчас вместо них производят топливные брикеты из прессованных измельченных древесных остатков без каких бы то ни было синтетических связующих, которые уже пригодны не только для сжигания в печах и каминах, но и в промышленных энергетических установках. Выпуск подобных топливных брикетов теперь освоен и российскими производителями.
Большой популярностью на Западе пользуется вид прессованного древесного топлива — гранулы, брикеты или пеллеты. Впервые они появились в продаже около 30 лет назад в США, которые до сих пор занимают лидирующие позиции в выпуске пеллет. По объемам производства за ними следуют Швеция, Австрия, Финляндия. В России также есть несколько предприятий, занимающихся изготовлением гранулированного биотоплива.
Рассмотрим данную проблему в масштабах Томской области. Лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия Томской области производят основной продукт, но также существуют отходы данного производства (опилки, щепа). Опилки можно использовать в бытовой и промышленной теплоэнергетике. Кроме того в области присутствует нефтяная промышленность (нефтедобыча и нефтепереработка). Отходы данной промышленности можно использовать в качестве связующих при производстве брикетного высококачественного топлива. Отходы накапливаются на территории области, загрязняя окружающую среду.
Томскую область, которая не имеет своих запасов твердого высококачественного топлива и использует привезенное из других регионов, поэтому становится понятной обоснованность исследований низкосортных топлив.
В Томской области находятся большие запасы бурых углей (Таловское месторождение) и торфа. Суммарные прогнозные ресурсы: по углю составляют 3,6 млрд. тонн, при относительно низком качестве, зольность колеблется от 21 до 32% при усредненной теплоте сгорания (на рабочее состояние) ≈8000 кДж/кг, по торфу, выявлено и учтено 1340 торфяных месторождений общей площадью 7,7 млн. Га с запасами 22,3 млрд. тонн [4].
Таким образом, в области есть возможность для развития производства твердого композитного топлива, используя в качестве исходных компонентов вышеперечисленные ресурсы. Поэтому поиск альтернативных источников топлива стал наиболее актуальным.
Однако большинство из отходов непригодно для непосредственного сжигания в существующих агрегатах, поскольку по своему физическому состоянию (крупности) представляет собой мелкозернистые или тонкодисперсные материалы, кроме того, существует весомый недостаток, который очень часто заключается в низкореакционности и высокой зольности и влажности и низкой теплотворной способности.
Для повышения качества низкосортных топлив за счет понижения балластных показателей и увеличения теплотехнических, существует несколько путей решения. Наиболее рациональным способом решения этой проблемы является газификация твердого топлива, с помощью которой можно превратить низкосортное топливо в высококачественное газообразное топливо. В процессе газификации твердого топлива, кроме основного целевого продукта (газа) образуется ряд других продуктов, которые составляют отходы производства и в то же время могут служить компонентами для создания брикетного топлива, к таким отходам относятся полукокс и пирогенетическая смола, которая может использоваться в качестве связующего компонента. Брикетное топливо представляет собой продукт преобразования смеси [5].
Для изменения физического состояния полученного мелкозернистого полукокса предлагается технология брикетирования.
Использование полукокса в виде брикетов со связующим компонентом -
смолы пиролиза, делает его конкурентоспособным, позволит существенно экономить энергетические и сырьевые ресурсы, уменьшить стоимость топлива, а также снизить загрязнение окружающей среды [6].
Областью применения такого топлива в первую очередь являются объекты малой энергетики: отопительные котельные, котлы коммунальных производств, объекты ЖКХ, а также в бытовых условиях.
Актуальность работы: развитие ресурсосберегающих технологий и инвестиции в энергосбережение, с экономических, экологических и социальных точек зрения, имеют преимущество перед наращиванием объёмов добываемых энергоресурсов.
Существующая экологическая напряженность в добывающих и перерабатывающих регионах страны во многом связана с местами складирования твердых горючих отходов, которые, теряя свою энергетическую и экономическую ценность, нарушают окружающую природную среду.
Существующие методы термического брикетирования, окомкования, гранулирования твердых горючих отходов дорогостоящи, трудоёмки и требовательны к качеству исходного сырья. Поэтому наиболее перспективным и универсальным способом является экструдерное брикетирование с применением связующих материалов. Состав и рецептура приготовления топливных брикетов должны изменяться в зависимости от исходных материалов и назначения топлива.
Основная идея работы: производство тепловой энергии целесообразно обеспечивать за счет новых видов топлива, получаемого при облагораживании твердых углеродсодержащих материалов. Снижение нагрузки на окружающую среду и ресурсосбережение традиционных видов топлива при использовании малоликвидных твердых горючих отходов.

В жидкостных огнетушителях применяют чистую воду, воду с добавками поверхностно- активных веществ или водные растворы различных химических соединений.
Пенные огнетушители разделяют на химические пенные и воздушно-пенные.
Химические пенные огнетушители предназначены для тушения возгораний химической пеной, которая образуется внутри огнетушителя в результате реакции между щелочным составом, залитым в стальной корпус огнетушителя и кислотным, залитым в полиэтиленовый стакан, помещенный в верхнюю часть корпуса (ОХП-10).
Для тушения возможного пожара в данной исследовательской лаборатории предусмотрен углекислотный огнетушитель ОУ-2 (ГОСТ 16005-70). Углекислотные огнетушители (ОУ, ОСУ) предназначены для тушения загораний различных веществ и материалов, за исключением веществ, которые могутгореть без доступа воздуха. Углекислотные огнетушители можно применять для тушения электроустановок, находящихся под напряжением.
По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 - В4, Г и Д, а здания - на категории А, Б, В, Г и Д.
Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств,
Определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния (давления, температуры и т.д.).
Допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных.
Допускается использование показателей пожарной опасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.
Согласно НПБ 105-03 помещение, в котором производились исследования можно отнести к категории Г по пожарной опасности, так как данная работа связанна с обработкой несгораемых веществ и материалов в горячем состоянии, раскаленном и расплавленном и сопровождается выделением тепла. В лаборатории предусмотрено наличие воздушнопенного огнетушителя, а также песка в лаборатории. Его рекомендуется применять при воспламенении твердых веществ.
10.2.4 Электробезопасность
Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, магнитного поля и статического электричества.
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединенных между собой сваркой или болтовым соединением.
Заземлители могут быть:
1. искусственные;
2. естественные.
Искусственным называется заземлитель, специально выполняемый для целей заземления. Под естественными, понимаются такие металлические предметы, которые имеют хорошую связь с землей и могут быть использованы в качестве заземлителей. Это водопроводные трубы; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические конструкции зданий и сооружений, имеющих надежное соединение с землей и т.п. Использование естественных заземлителей предпочтительнее.
Для обеспечения надежной защиты от электропоражения заземлитель углубляется в земле на 0,7-1,8 метра. Это необходимо, т.к. верхний слой земли промерзает и высыхает при снижении или повышении сезонных колебаний температуры, что может приводить к возрастанию удельного сопротивления растеканию тока в земле.
Условно все помещения по степени опасности поражения током
делят на три класса:
1. Особо опасные помещения по поражению людей электротоком
2. Помещения с повышенной опасностью поражения людей электрическим
3. Помещения без повышенной опасности поражения людей электрическим током
Анализируемая исследовательская лаборатория относится к классу помещений с повышенной опасностью, т.к. в ней существует возможность прикосновения к заземленным металлическим предметам и к корпусам электрооборудования одновременно, также в помещении присутствует вода.
В качестве основных мер, предназначенных для снижения до малых величин шагового напряжения и напряжения прикосновения (при замыканиях на корпус или на землю), в лаборатории применены защитное заземление и зануление.
Занулением в электроустановках напряжением до 1кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока.
Защитному заземлению и занулению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников; приводы электрических аппаратов, каркасы распределительных устройств, и другие металлические нетоковедущие части, которые могут оказаться под напряжением и к которым может прикоснуться.
Наряду с применением защитного заземления и зануления в качестве защитных устройств, обеспечивающих безопасность прикосновения к металлическим нетоковедущим частям оборудования лаборатории, используются также индивидуальные (дополнительные) электрозащитные средства. К ним относятся диэлектрические резиновые ковры, расположенные возле распределительных и приборных щитов на полу, изолирующие деревянные подставки.
10.3 Безопасность труда при работе в лаборатории
Исследования проводились в лаборатории, расположенной в 307 аудитории 4 корпуса ТПУ.
Работоспособность в лаборатории обеспечивалась контрольно-измерительной системой, системой электропитания, системой вентиляции.
Основное электрооборудование установки подключено к сети 220В и частотой 50 Гц.
В ходе исследований проводятся следующие работы:
включение вытяжной вентиляции;
включение измерительной и контрольно-измерительной систем;
включение блока питания.
Работы проводились в отапливаемом помещении, в котором имеется совмещенное освещение.
10.3.1 Анализ лаборатории с точки зрения наличия или возможного проявления опасных и вредных факторов
10.3.1.1 Работа оборудования в лаборатории осуществляется с помощью блока питания переменного тока с напряжением 0-250В и регулируемой силой тока до 0-300А, подключенного к электросети напряжением 220В и частотой 50Гц. Следовательно, имеется опасность поражения электрическим током. Стоит учесть и то, что исследования проводились в лаборатории экспериментальных стендов, в которой находятся и другие лабораторные установки.
10.3.1.2 При работе сжигании брикетного топлива выделяется тепловая энергия, продукты горения топлива. Продукты сгорания топлива являются вредными, т.к. нарушают общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (повышается температура воздуха помещения; возможно превышение допустимых концентраций некоторых веществ).
10.3.1.3 В помещении лаборатории расположено одно окно, однако большое количество лабораторного и вспомогательного оборудования значительно снижают эффективность естественного освещения помещения. Данный фактор также является весьма вредным, т.к. он негативно сказывается на здоровье людей, работающих в лаборатории. Поэтому в помещении предусмотрена система общего освещения.
10.4 Мероприятия по технике безопасности и производственной санитарии, направленные на снижение, либо устранение опасных и вредных факторов.
10.4.1 Для удаления излишков тепловой энергии предусмотрена принудительная вытяжная вентиляция, в задачи которой входит также обеспечение необходимого воздухообмена в лаборатории.
10.4.2 Для уменьшения запыленности, в лаборатории периодически проводится влажная уборка.
10.4.3 Для устранения возможности поражения электрическим током проведены следующие мероприятия:
а) ограничен доступ к лабораторному оборудованию (применена система защитных ограждений с вывешиванием предупреждающих табличек);
б) смонтирован контур защитного заземления;
в) оборудование и блок питания заземлены;
г) проведен визуальный контроль токоведущих проводов (при необходимости провода заменялись с увеличением сечения, также при необходимости изоляция проводов дублировалась);
д) все рабочие части блока питания закрыты защитными щитами.
10.5 Расчет освещения [28]
10.5.1 Исходные данные для расчета
Для создания общего равномерного освещения в лаборатории применены светильники с люминесцентными лампами ЛД. Характеристики ламп приведены в таблице № 10.2.
Таблица № 10.3 - Характеристика лампы ЛД, используемой для освещения в лаборатории
Мощность Вт
Напряжение сети, В
Напряжение в лампе, В
Ток лампы, А
Световой поток от лампы
80
220
108
0,82
3440
Данная лаборатория относится к типу помещений, в которых работа проводится по всей площади, и нет необходимости в лучшем освещении отдельных участков, поэтому в ней применена общая равномерная система освещения.
В качестве осветительного прибора использован открытый двухламповый люминесцентный светильник без защитной решетки. Данный тип светильников используется для освещения нормальных помещений с хорошим отражением потолка и стен, с умеренной влажностью и запыленностью. Основные характеристики данного осветительного прибора указаны в таблице № 10.3.
Таблица № 10.4 - Основные характеристики светильника ОД - 2 - 80
Количество и мощность лампы, Вт
Наименьшая высота над полом, м
Габаритные размеры, мм
КПД%
Длина
Выс.
Шир.
2 х 80
3,5
1531
198
266
75
Рекомендуемое количество чисток светильников - один раз в год.
Задачей поверочного расчета является определение величины освещенности, создаваемой существующей системой освещения и ее сравнение с освещенностью, которая требуется в помещении согласно СНиП 23-05-95.
Характер зрительной работы - средней точности. Наименьший или эквивалентный размер объекта различения – более 0,5 мм. Разряд зрительной работы-В. Подразряд - 1. Относительная продолжительность зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность - не менее 70 %. Освещенность на рабочей поверхности от системы общего освещения-200 лк.
10.5.2 Коэффициент запаса помещения общественного здания [СНиП 23-05-95]
Кз=1,5 (помещение с малым выделением пыли).