Skalûnø alyvos, modifikuotos akmens angliø dulkëmis, panaudojimo ávertinimas

Transcript

1 Skalûnø alyvos, modifikuotos akmens angliø dulkëmis, panaudojimo ávertinimas Edvardas Miliukas Termoizoliacijos institutas, Linkmenø g. 28, LT-2567 Vilnius Nijolë Vegytë Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Saulëtekio al. 11, LT-2054 Vilnius Nagrinëjama ðiluminës energijos savikainos maþinimo rajoninëse katilinëse, naudojanèiose ðilumos gamybai brangià skysto kuro rûðá ið Estijos Respublikos importuojamà skalûnø alyvà, problema. Problemà siûloma spræsti panaudojant skysto kuro ir akmens angliø dulkiø miðiná. Pateikti tokiø modifikuotø kuro miðiniø eksploataciniø savybiø (klampumo, takumo bei stabilumo) ir deginimo eksperimentiniø tyrimø rezultatai. Padarytas analitinis modifikuotø kuro miðiniø panaudojimo ekonominis ir ekologinis ávertinimas. Raktaþodþiai: ðiluminë energija, skalûnø alyva, akmens anglys, mazutas, dûmø dujos, terðalai, ðiluminës energijos savikaina 1. ÁVADAS Pasaulio energijos ðaltiniø struktûra 1996 m. buvo: nafta 39%, anglys 25%, gamtinës dujos 22%, atominë energija 6%, hidro- ir kitos energijos rûðys 8% [1]. Atskirø energijos iðtekliø poreikiai gana skirtingi. Naftos ir jos produktø suvartojimas pasaulyje nuolat didëja. Tuo tarpu akmens angliø suvartojimas pastaraisiais deðimtmeèiais dël sugrieþtintø gamtosaugos reikalavimø ðiek tiek maþëja [1], nors jø kaina, palyginti su naftos produktø kaina, yra kelis kartus maþesnë. Ðiluminës energijos gamyboje plaèiai naudojamas naftos produktas mazutas. Nuolat didëjant naftos ir jos produktø kainoms, ðiluminës energijos kaina taip pat auga. Todël ávairiose pasaulio ðalyse atliekami energetikoje ir metalurgijoje skysto kuro ir smulkiai maltø angliø miðiniø panaudojimo bandymai. Tokie bandymai buvo atliekami buvusioje Tarybø Sàjungoje [2, 3], Vokietijoje [4], Anglijoje ir kitur. Buvo nustatyta, kad anglies vandens mazuto emulsijø naudojimo energetikoje ir metalurgijoje perspektyva gera. Tokio modifikuoto kuro degimo fakelas pasiþymi geresnëmis savybëmis, o tai sudaro galimybes gauti kuro ekonomijà [2]. Lietuvos kai kuriose maþo galingumo ðiluminëse jëgainëse dël objektyviø prieþasèiø (sandëliavimas, paðildymas ir kt.) yra naudojamas kuras skalûnø alyva. Ðis kuras apie 2 kartus brangesnis uþ mazutà. Sprendþiant ðiluminës energijos savikainos maþinimo problemà, ieðkota bûdø dalá skalûnø alyvos pakeisti pigesniu kuru akmens anglimis. Ðiame darbe analizuojama tokio modifikuoto kuro (MK) skalûnø alyvos ir akmens angliø miðinio panaudojimo katiluose galimybës, kartu atliekant ðio kuro ekonominá ir ekologiná ávertinimà. 2. MODIFIKUOTO KURO SAVYBIØ TYRIMAS Modifikuoto kuro miðiniams (emulsijoms-suspensijoms) gauti buvo naudojama Estijos skalûnø alyva ir Kuzbaso akmens anglys. Mazutas buvo pridedamas siekiant pagerinti modifikuoto kuro stabilumà ir tepamàsias savybes. Tirtos kuro rûðiø charakteristikos pateiktos 1 lentelëje. Kuro miðiniø pavyzdþiai buvo ruoðiami instituto Termoizoliacija eksperimentinëje bazëje, panaudojant greitaeigæ maiðyklæ (n = aps./min.). 1 lentelë. Modifikuoto kuro miðiniø sudëtiniø daliø charakteristika Kuro charakteristika Kuro rûðis skalûnø akmens mazutas alyva anglys Markë SSOM M-100 Kaloringumas Q d (kcal/kg) þ Peleningumas % 0,01 12,5 14,0 0,15 Drëgmë % 0,1 8,5 9,0 2,5 Sieros kiekis % 0,7 0,3 2,3 Lakiosios medþiagos % 22 Frakcija mm Kaina Lt/t ISSN Energetika Nr. 2 62

2 Ið pradþiø gabalinës anglys buvo sutrupintos þiauniniu trupintuvu á <10 mm dydþio frakcijas. Smulkiai sumalta dezintegratoriumi DESI-15. Sumaltø angliø granuliometrija tokia: 100% <1500 µm; 92% <80 µm; 15% <40 µm. 2 lentelë. Modifikuoto kuro variantai Var. Skalûnø Akmens Mazutas Nr. alyva % anglys % M100 % Skalûnø alyvos, modifikuotos akmens angliø dulkëmis, panaudojimo ávertinimas H 2 O % O þ d MK kcal/kg O d / O d þ MK þ SK , , , ,17 O þ dsk = 7000 kcal/kg (sàlyginio kuro ðiluminë vertë). 3 lentelë. Modifikuoto kuro santykinis klampumas ir angliø daleliø nusodinimo laikas Var. Nr. Modifikuoto kuro Temperatûra t τ MK * Nusëdimo komponentës svoris % C 80 τ M laikas h ,8 4, ,1 5, , ,5 22 *τ skysèio iðtekëjimo laikas s. Pagal bandymø rezultatus tolimesniems bandymams buvo atrinkti keturi modifikuoto kuro (MK) variantai (2 lentelë). Modifikuoto kuro klampumui nustatyti tradicinio metodo (dël akmens angliø daleliø) nebuvo galima pritaikyti. Todël kuro miðiniø klampumui ávertinti buvo pasirinktas lyginamasis metodas, t. y. lyginant tam tikro kiekio modifikuoto kuro iðtekëjimo per 5 mm skersmens angà laikà su to paties kiekio mazuto M100, paðildyto iki +80 C, iðtekëjimo laiku. Skalûnø alyvos ir angliø dulkiø miðiniai (1 ir 2 variantai) buvo bandomi be paðildymo, t. y. +18 C temperatûroje. Kuro miðiniai su mazuto priedu (3 ir 4 variantai) buvo bandomi paðildant iki +80 C (3 lentelë). Modifikuoto kuro miðiniø stabilumui ávertinti buvo matuojamas angliø daleliø nusëdimo laikas. Ðis laikas buvo nustatomas matuojant angliø daleliø koncentracijos kitimà miðinyje pagal indo aukðtá. Matavimai buvo atliekami esant miðinio temperatûrai, artimai kambario temperatûrai. Matavimø rezultatai (3 lentelë) rodo, kad paruoðti modifikuoto kuro miðiniai nëra stabilûs. Angliø dalelës laikui bëgant nusëda ant indo dugno. Stabilesni modifikuoto kuro miðiniai su mazuto priedu. Taigi modifikuoto kuro miðiniai su akmens angliø dulkëmis negali bûti ilgai sandëliuojami juos bûtina sunaudoti po paruoðimo. 3. MODIFIKUOTO KURO EKSPERIMENTINIS DEGINIMAS Paruoðtø modifikuoto kuro miðiniø eksperimentinis deginimas buvo atliktas instituto eksperimentinëje pakuroje (pav.). Árenginio naðumas 25 kg/h. Eksperimentiná árenginá sudaro 0,8 m 3 tûrio degimo kamera (1) su aukðto slëgio oriniu degikliu (2), dozuojanti kuro tiekimo sistema (4, 5), modifikuoto kuro paruoðimo mazgas (13, 14, 15, 16) ir dûmø paðalinimo sistema (9, 10) su rankoviniu valymo filtru. Kurui iðpurkðti buvo panaudotas aukðto slëgio orinis purkðtuvas (2). Oras (6 kg/cm 2 slëgio) iðpurðki- Pav. Modifikuoto kuro paruoðimo ir deginimo eksperimentinio árenginio principinë schema. 1 degimo kamera, 2 degiklis, 3 budintis dujinis degiklis; 4 dozuojanèio siurblio blokas, 5 daþnio keitiklis, 6 oro kompresorius; 7 elektrinis ðildytuvas, 8 suskystintø dujø balionas, 9 filtras; 10 dûmsiurbis, 11 orpûtë, 12 dûmø dujø analizatorius, 13 emulgatorius, 14 mazuto talpa, 15 skalûnø alyvos talpa, 16 maltø angliø talpa, 17 el. maiðyklë, 18 modifikuoto kuro talpa 63

3 mui buvo tiekiamas ið stûmoklinio kompresoriaus (6). Modifikuoto kuro miðiniai buvo deginami nepaðildyti (1 ir 2 variantai), paðildþius iki +80 C (3 ir 4 variantai). Kuro iðpurðkimo kokybë ir degimas buvo patenkinamas, taèiau palaipsniui pastebëtas progresuojantis kuro tiekimo sutrikimas dël angliø daleliø kaupimosi purkðtuvo kanaluose. Ilgalaikio stabilaus degimo nepasiekta. Tai rodo, kad ðio tipo modifikuoto kuro miðiniams deginti negali bûti panaudoti purkðtuvai su sudëtingais kanalais, reguliuojant naðumà droseliavimo principu. Galima daryti iðvadà, kad vokieèiø firmos Weishaupt L8Z/2 ir suomiø firmos Oilon KP-201H katilø degikliai negali bûti panaudoti. Mûsø nuomone, tam reikalui geriausiai tiktø rotaciniai degikliai su specialia kuro tiekimo schema. Nustatyta, kad modifikuoto kuro ir angliø dulkiø miðiniø degimo fakelas yra 35 40% ilgesnis nei gryno mazuto M100 degimo fakelas. Tai susijæ su lëtesniu angliø daleliø, palyginus su gryno mazuto laðeliø, degimu. 4. MODIFIKUOTO KURO NAUDOJIMO EKOLOGINIS ÁVERTINIMAS Modifikuoto kuro naudojimo ekologinis ávertinimas buvo atliekamas pagal literatûroje [2, 5, 7] pateiktas formules. Apskaièiuota dûmø dujø kiekis sudeginus kilogramà modifikuoto kuro, SO 2 ir pelenø kiekiai dûmø dujose (4 lentelë). Skaièiavimø rezultatai rodo, kad modifikuoto kuro panaudojimas susijæs su terðalø dûmø dujose kiekio padidëjimu. Pelenø kiekis ypaè padidëja dël akmens angliø panaudojimo, nes jø peleningumas 12 14%. SO 2 koncentracija dûmø dujose labiau didëja naudojant modifikuotà kurà su mazuto M100 priedu, kurio sieringumas 2,3%. Taèiau visais atvejais SO 2 koncentracija nëra didesnë uþ leistinas normas [6]. Pelenø koncentracija dûmø dujose visais atvejais didesnë uþ leistinas normas, todël dûmus bûtina valyti filtrais (iðvaloma ne maþiau kaip 98%). Analizuojant apskaièiuotà iðskiriamø á atmosferà terðalø kieká ir lyginant já su leistinomis normomis, nurodytomis normatyviniame dokumente LAND-12-98, reikia atsiþvelgti á to dokumento 4.3 nuostatà, kurioje nurodoma, kad tuo paèiu metu deginant daugiau negu vienos rûðies kurà kiekvieno terðalo didþiausia leidþiama koncentracija iðskiriamose dujose kontroliuojama pagal tà kuro rûðá, kuriai nustatyta didesnë koncentracija. 5. MODIFIKUOTO KURO PANAUDOJIMO ÐILUMINËS ENERGIJOS GAMYBOJE EKONOMINIS ÁVERTINIMAS Modifikuoto kuro panaudojimo ekonominis efektyvumas ávertintas skaièiuojant ðilumos, pagamintos naudojant skalûnø alyvà (SA) ir modifikuotà kurà (MK), savikainø skirtumà. Skaièiavimai atlikti 4 MW katilinës atveju. Iðlaidos, susijusios su MK paruoðimu ir panaudojimu, átrauktos á jo kainà. Modifikuoto kuro kaina apskaièiuota K MK = 0,01 (a K SA + b K A + c K M ) + I AM + I K + + I D + I T + I MP (Lt/t); èia a, b, c kuro komponenèiø (skalûnø alyvos, akmens angliø ir mazuto) dalys % (1 lentelë); K SA (890 Lt/t) skalûnø alyvos, K A (195 Lt/t) akmens angliø, K M (410 Lt/t) mazuto M100 kainos; I AM iðlaidos anglims smulkinti Lt/t; I K amortizaciniø atskaitymø (11%) iðlaidos ; I D iðlaidos papildomam darbo uþmokesèiui ; I T iðlaidos uþ papildomà terðalø iðskyrimà ; I T(MK) = I T ( SO2 ) + I T(P) iðlaidos uþ SO 2 ir papildomà pelenø iðskyrimà ; I MP iðlaidos mazutui ðildyti. MK variantø kainø skaièiavimo rezultatai pateikti 5 lentelëje. Ðiluminës energijos savikaina apskaièiuota tarus, kad pridëtinës iðlaidos (ðilumos tiekëjø asociacijos duomenimis) sudaro 61%: S 61 K (1 + ) 100 Q( MK = d Z(MK) 10 3 (Lt/Gcal) ; 4 lentelë. SO 2 ir pelenø kiekiai dûmø dujose sudeginus 1 kg modifikuoto kuro MK varianto Nr Dûmø dujø kiekis 12,9 12,4 12,2 12,0 V d(mk) nm 3 /kg SO 2 kiekis dûmø dujose g SO2 mg/nm 3 Pelenø kiekis dûmø dujose g A mg/nm 3 Pelenø kiekis dûmø dujose po filtravimo g I A mg/nm3 (iðvalius 98%) 5 lentelë. Modifikuoto kuro variantø kainos MK variantas I AM 3,08 3,85 3,85 3,85 I K 102,04 98,70 97,99 97,06 I D 50,01 48,38 47,67 47,21 I T(SO2) 0,20 0,30 0,58 1,46 I T(P) 9,60 11,93 11,98 12,03 I T 9,40 11,63 12,56 13,49 I MP 0 0 1,02 20,4 K MK 776,53 705,06 657,59 610,15 64

4 Skalûnø alyvos, modifikuotos akmens angliø dulkëmis, panaudojimo ávertinimas èia K (MK) (Lt/t) MK kaina (5 lentelë), Q d Þ(MK) (kcal/kg) MK kaloringumas (1 lentelë). Ðiluminës energijos savikainos maþinimas, naudojant modifikuotà kurà vietoj skalûnø alyvos, apskaièiuotas E Gcal = S SA S MK (Lt/Gcal); èia S SA ðiluminës energijos savikaina, naudojant skalûnø alyvà, Lt/t SA ; S MK ðiluminës energijos savikaina, naudojant modifikuotà kurà, Lt/t MK. Ðiluminës energijos savikainos metinë ekonomija, pakeitus skalûnø alyvà modifikuotu kuru, apskaièiuota E A = 0,86 ΣQ A E Gcal (Lt/aps.); èia ΣQ metinë ðiluminës energijos gamyba 6700 MWh. Papildomø kapitaliniø ádëjimø dël akmens angliø paruoðimo, mazuto ðildymo atsipirkimo laikas apskaièiuotas ÓI T = E k A (metø); èia ΣI k papildomi kapitaliniai ádëjimai Lt. Ðiluminës energijos savikainos, naudojant modifikuotà kurà, ekonomijos, metinës ekonomijos, kapitaliniø ádëjimø atsipirkimo laiko skaièiavimo rezultatai pateikti 6 lentelëje. 6 lentelë. Modifikuoto kuro ðiluminës energijos savikaina, metinë ekonomija, kapitaliniø ádëjimø atsipirkimo laikas MK variantas S MK Lt/Gcal 144,7 136,11 128,02 119,80 E Gcal Lt/ Gcal 0,42 9,01 17,1 25,32 E A Lt/A T(met.) ,1 6,4 4,3 vybëmis (didesniu stabilumu, geresnëmis tepimo savybëmis). 3. Atsiþvelgiant á modifikuoto kuro savybes, jam deginti gali bûti naudojami rotacinio tipo degikliai su kuro tiekimu, naudojant krumpliaratiná siurblá su reguliuojama lëtaeige elektros pavara. 4. Modifikuotas kuras, vertinant ekologiniu poþiûriu, peleningesnis (iki 7%) nei skalûnø alyva, todël naudojant ðá kurà ðiluminës energijos gamyboje bûtini dûmø valymo árengimai. 5. Modifikuoto kuro panaudojimas ðiluminës energijos gamyboje, pagal ekonominio efektyvumo skaièiavimus, duoda galimybæ sumaþinti ðilumos savikainà iki 18%, palyginus su ðilumos, pagamintos naudojant vien skalûnø alyvà, savikaina. Literatûra Gauta Kugelevièius I., Kuprys A. Naftos rinkos tyrimai // Energetika Nr. 2. P Ëåâàíåâñêèé Â. Ñ., Ñìåòàííèêîâ Á. Í., Èâàíîâ Â. Ì., Äåëÿãèí Ã. È. Ïðåäâàðèòåëüíûå ðåçóëüòàòû ñæèãàíèÿ óãëåâîäîìàçóòíûõ ñìåñåé íà îïûòíî-ïðîìûøëåííîé óñòàíîâêå // Ãîðåíèå äèñïåðñíûõ òîïëèâíûõ ñèñòåì. Ìîñêâà: Íàóêà, Êîðíåâ Â. Ê., Áîðèñîâ Þ. Ñ. Èññëåäîâàíèå ñâîéñòâ óãëåìàçóòíûõ ñìåñåé ( åðìåò èíôîðìàöèÿ). Òåõíè åñêàÿ èíôîðìàöèÿ Ñåð. 4. Èíô. ¹ Meier zu Kocker H., Hüning R. Brenstoff-Chemie T. 47, Nr Ðàâè Ì. Á. Óïðîùåííàÿ ìåòîäèêà òåïëîòåõíè- åñêèõ ðàñ åòîâ. Ìîñêâà: Íàóêà, Terðalø didþiausios leidþiamos koncentracijos stacionariø degimo ðaltiniø iðmetamosiose dujose. LAND Vilnius, Lietuvos Respublikos mokesèio uþ aplinkos terðimà ástatymas. Vilnius, Nr. VIII Edvardas Miliukas, Nijolë Vegytë ESTIMATION OF SHALE OIL FUEL MODIFIED BY COAL DUST FOR SMALL BOILERS Summary Skaièiavimo rezultatai parodë, kad maþo galingumo ðiluminëse jëgainëse, kuriose naudojamas kuras skalûnø alyva, ekonomiðkai apsimoka já modifikuoti akmens angliø dulkëmis (angliø kiekis 50%). 6. IÐVADOS IR REKOMENDACIJOS 1. Visi tyrinëti modifikuoto kuro miðiniai yra nepakankamai stabilûs, todël negali bûti ilgai sandëliuojami. 2. Modifikuotas kuras su mazuto priedu (3 ir 4 variantai) pasiþymi geresnëmis eksploatacinëmis sa- The problem of reduction of the cost of heat energy for small boiler-houses that use such an expensive liquid fuel as shale oil imported from Estonia is of great importance. The results of experimental and analytical studies of application of light fuel-shale oil modified by coal dust are presented. It was established that application of mixtures of shale oil with a significant cheaper coal dust up to 50% for heat energy production enables to reduce the cost of heat energy by 18% in spite of great investments for coal milling and flue gases cleaning. Key words: heat energy, shale oil, coal dust masout, flue gases, pollution, cutting of production costs 65

5 Ýäâàðäàñ Ìèëþêàñ, Íè ëå Âåãèòå ÎÖÅÍÊÀ ÏÐÈÌÅÍÅÍÈß ÑËÀÍÖÅÂÎÃÎ ÌÀÑËÀ, ÌÎÄÈÔÈÖÈÐÎÂÀÍÍÎÃÎ ÓÃÎËÜÍÎÉ ÏÛËÜÞ, Â ÊÎÒËÀÕ ÌÀËÎÉ ÌÎÙÍÎÑÒÈ Ðåçþìå Àíàëèçèðóåòñÿ ïðîáëåìà ïîíèæåíèÿ ñåáåñòîèìîñòè òåïëîâîé ýíåðãèè â êîòëàõ ìàëîé ìîùíîñòè, äëÿ êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ äîðîãîå òîïëèâî ñëàíöåâîå ìàñëî, èìïîðòèðóåìîå èç Ýñòîíèè. Ïðåäëàãàåòñÿ ýòó ïðîáëåìó ðåøàòü, ìîäèôèöèðóÿ ñëàíöåâîå ìàñëî óãîëüíîé ïûëüþ. Ïðîàíàëèçèðîâàíî ïðèìåíåíèå íåñêîëüêèõ âîçìîæíûõ âàðèàíòîâ ñìåñåé ìîäèôèöèðîâàííîãî òîïëèâà, äàåòñÿ ýêîëîãè åñêàÿ è ýêîíîìè åñêàÿ îöåíêà èõ ïðèìåíåíèÿ. Êëþ åâûå ñëîâà: òåïëîýíåðãèÿ, ñëàíöåâîå ìàñëî, ìàçóò, óãîëüíàÿ ïûëü, äûìîâîé ãàç, âðåäíûå âûáðîñû, ñåáåñòîèìîñòü òåïëîýíåðãèè 66