Flerkomponents fast bränsle

Multicomponent solid fuel [1] ( engelska  multicomponent solid fuel , MSF ) är ett slags konstgjord energi fast bränsle som erhålls på basis av användning av flerkomponentsammansättningar bestående av brännbara ämnen. Som regel används trä-vegetabilisk biomassa, brännbart avfall av organiskt ursprung (kol, torv, oljeskiffer, etc.) eller deras blandningar som grund för bränslesammansättningen. Om nödvändigt, på grund av tillsatsen av annat brännbart avfall, hjälpämnen och bindande ämnen, kan bränslet få modifierade (förbättrade) egenskaper, som inte kan erhållas i enkomponentsammansättningar av många typer av bränsle. Till exempel kan de användas för att öka värmevärdet, förbättra hydrofobiciteten, strukturstabilisering, reologiska egenskaper (styrka, elasticitet, plasticitet, etc.). Processen att erhålla denna typ av bränsle är som regel förknippad med den preliminära beredningen av råmaterial för brikettering och mekanisk bearbetning av den komprimerade blandningen, vilket resulterar i att det producerade bränslet uppfyller de grundläggande kraven för naturliga typer av fast bränsle . Flerkomponents fast bränsle efter klassificering och ursprung avser konstgjorda bränslen [2] .

Enligt dess sammansättning är artificiellt bränsle vanligtvis uppdelat i: enkomponent och multikomponent.

Till skillnad från enkomponentbränslen, i flerkomponentbränslen, bearbetas råvaror från två eller flera komponenter och hjälpkomponenter (bindande, oxiderande, stabiliserande etc.) används också, vars användning gör det möjligt att tillhandahålla de nödvändiga egenskaperna (till exempel energi, prestandaegenskaper, kinetiska egenskaper, miljöparametrar, förbättra ekonomisk prestanda, etc.) [3] . Flerkomponentsbränsle används ofta i industriella, ekonomiska, militära rymd- och andra aktiviteter, till exempel som ett flerkomponents fast pannbränsle, biodiesel , homogeniserat, hydrostabiliserat, raketbränsle .

Eftersom de senaste åren, för att lösa problemen med att spara energiresurser och förbättra miljösituationen, har man under de senaste åren, tillsammans med naturliga typer av fasta bränslen, i ökande grad också använt artificiella typer av bränsle, vars produktion är mer förknippad med bearbetning av ackumulerat och genererat avfall (jordbruks-, trä-, oljehaltigt, etc.) .p.) lämpligt för energiproduktion med tanke på acceptabel miljöprestanda vid förbränning med en optimal nivå av tillgänglighet och förnyelse av råvaror.

Av de konstgjorda typerna av fasta bränslen används för närvarande pulveriserade, granulerade och briketterade bränslen i stor utsträckning inom termisk kraftteknik.

Pulveriserat bränsle erhålls genom att mala avfall med låg askhalt till pulvertillstånd i speciella kvarnar. Det resulterande bränsledammet förbränns på liknande sätt som det som används i förbränningsmunstycken för flytande bränslen.

Tekniken för förbränning av pulveriserat bränsle tillhandahålls av en uppsättning nödvändig utrustning bestående av en bunker där en viss mängd pulveriserat bränsle lagras, processrörledningssystem genom vilka tryckluft tillförs förbränningsanläggningen. Damm brinner med ett mycket stort överskott av luft (α = 1,03…1,05), på grund av vilket en relativt hög temperatur uppnås som når 2600°C. För att få fram pulveriserat bränsle används oftast silning av fossilt kol och torvflis som förtorkas till en fukthalt på minst 10 % för kol och 14 % för torv. Den största nackdelen med pulveriserat bränsle som hindrar dess användning är tendensen till spontan förbränning under lagring, dessutom bildar damm med luft en blandning som exploderar med öppen eld. För förbränning av pulveriserat bränsle krävs därför speciella bunkrar och förseglade förbränningsanordningar, och förbränning måste utföras inte mer än en dag efter bränsleberedning.

Granulärt bränsle (granulat, pellets ) är ett komprimerat material i form av cylindriska granuler med en diameter på 4 - 10 mm, en längd på 20 - 50 mm, bearbetat till en partikelstorlek av 0,1 - 3,5 mm och torkat till en fukthalt inom 8-10 %. Denna typ av bränsle produceras med hjälp av en granulatorpress, som har en platt eller ringformad formform (dyna) med roterande rotorrullar. Roterande rullar pressar krossade råvaror som aktiveras av ånga i många formhål. De pressade granulerna skärs av från utsidan med en speciell kniv genom formen och kyls. Granulärt bränsle tillverkas i två kvaliteter som skiljer sig åt i andelen aska. Askhalten i högkvalitativa pellets överstiger inte 1%, och i allmänhet överstiger askhalten i granulerat bränsle som regel inte 3%. Förbränningsvärmen av granulärt bränsle, beroende på de använda råvarorna och typen av granulat, är 4100 - 4700 Kcal / kg. Densiteten för granulerat bränsle ligger i intervallet 1100 - 1400 kg/m3. Effektiv användning av granulärt bränsle kräver speciella förbränningsanläggningar.

Briketterat bränsle   ( brikett ) är ett komprimerat material med en kontinuerlig sektion av olika former (cylindrisk, prismatisk, polyedrisk, etc.) som sträcker sig i storlek från 20 till 100 mm, 30 - 1000 mm lång. För framställning av denna typ av bränsle används bearbetade råvaror till en partikelstorlek på 0,2–5 mm och förtorkas till en fukthalt på 6–12 %. Storleken och formen på briketter bestäms av formen på matrisen, med hänsyn till de typer av ugnar och installationer där den kommer att brännas, och vid automatisering av bränsleladdningsprocesser, genom metoden för att mata in briketten i ugnen. Askhalten i högkvalitativt briketterat bränsle överstiger inte 10%, och luftfuktigheten är inte högre än 15%, medan bränslet lätt antänds i ugnar, har god mekanisk styrka och stabilitet för kvalitetsparametrar under transport och lagring.

Som regel produceras denna typ av bränsle med hjälp av stämpel-, slag-, hydraulpressar och extruderpressar.

För närvarande är av särskilt intresse flerkomponents fasta bränslen som använder kolhaltigt, trä och jordbruks- och kommunalt avfall, vars användning används för förbränning i värmeinstallationer med olika kapacitet i lokala värmeförsörjningssystem [4] såväl som i medelstor värme genereringsanläggningar som används till exempel inom jordbruk, gård för spannmålstorkning, foderberedning, samt inom andra industrier för olika ändamål.

Komponentkombinationen av bränsle baserad på en blandning av trä och visköst oljehaltigt avfall ( MSF) [5] [6] gör det möjligt att erhålla fast bränsle med hjälp av trögflytande kolväteinnehållande och träavfall som genereras på företag.

Bränslet som utvecklats av Läkare Utan Gränser [7]  säkerställer förbränning av brännbara material som används i det med frigörande av specificerade termiska egenskaper (18–26,8 MJ/kg), samtidigt som det uppfyller kraven för transport och lagring, vilket säkerställer bevarandet av egenskaperna och kvalitetsegenskaper hos den brännbara massan. För att bestämma den optimala komponentsammansättningen för det resulterande flerkomponentsbränslet ( MSF) används data om den kemiska sammansättningen av komponenterna som används i bränslet och bearbetas med hjälp av en empirisk beroendeekvation.

Ett av de problem som kräver omedelbart beslutsfattande är miljövänlig omhändertagande av avloppsslam (SSW) från tätortsreningsverk i miljön. Mängden nederbörd som frigörs vid rening vid moderna reningsanläggningar varierar från 2 till 10 % av flödeshastigheten för inkommande avloppsvatten [13]. I grund och botten lagras WWS på reningsanläggningarnas territorium, vilket skapar en ogynnsam miljösituation nära stadsgränsen.

En av inriktningarna för det komplexa systemet för hantering av WWS är den energibesparande tekniken för slambrikettering för att producera MSF - bränsle, medan WWS kan betraktas som en sekundär energiresurs som kan brännas ytterligare i lokala pannhus.

Den utvecklade och testade tekniken för WWS brikettering för att erhålla bränsle från Läkare Utan Gränser är baserad på användningen av mekaniskt dehydrerat slam, som innehåller 65-80 % fukt. Bearbetning av 1 ton WWS (beräknat på torr basis) kommer att göra det möjligt att erhålla: 500 kg referensbränsle [13]. Tillsatsen av industriavfall, såsom lignin, gör det möjligt att öka effektiviteten i förbränningen, vilket i sin tur leder till en minskning av innehållet av skadliga ämnen i avgaserna. Efter förbränning återstår aska, som kan användas vid tillverkning av byggmaterial (expanderad lera, cement) eller som ytterligare fyllmedel vid tillverkning av asfaltbetong.

Läkare Utan Gränsers bränsle tillverkas i sju typer [19, 20], som är indelade i:

     - MDU - bränsle, som framställs på grundval av den övervägande användningen av rivet träbearbetningsavfall, timmerproduktion, bearbetning av trä och andra träbaserade råvaror (nedan kallat rivet träavfall ), med tillägg av kolvätehaltigt avfall;

- MRU - bränsle, som framställs på grundval av den övervägande användningen av krossat material från växtodling och jordbruksproduktion, och växtavfall som erhållits till följd av jordbruksverksamhet eller bearbetning av dessa (nedan kallat krossat växtavfall ) med tillsats av kolväte- innehållande avfall;

- MSU - bränsle, som framställs på grundval av den övervägande användningen av en blandning av krossat skördeavfall och träavfall (nedan kallat en blandning av krossad växt och träavfall ) med tillsats av kolvätehaltigt avfall;

- LCB - bränsle, som produceras på grundval av den övervägande användningen av träskärningar och klumpigt avfall i form av flis med impregnering med mörka oljeprodukter och / eller kolvätehaltigt avfall;

- MKU - bränsle som framställs på grundval av användning av fast ofarligt brännbart hushållsavfall, inklusive användning av avloppsslam från kommunala avloppsreningsverk (nedan kallat avloppsslam eller WWS), med tillsats, vid behov, av krossat växtavfall och/eller träavfall och/eller en blandning av växtträråvaror och/eller kolvätehaltigt avfall lämpligt att användas som bränsle;

- MRD - bränsle, som tillverkas på basis av användningen av en blandning av krossat växtavfall och träavfall, med tillsats av bindemedel, om nödvändigt;

- MB - bränsle, som tillverkas på grundval av användningen av en krossad blandning av trä eller växtavfall och biomassa av olika ursprung.

Den utvecklade briketteringsutrustningen gör det möjligt att producera bränsle av olika former, vilket bestäms av utrustningens utformning och utformningen av den använda utrustningen [18, 20] .

Energianvändningen av avfall är en omfattande riktning i produktionen av MSF- bränsle och tillåter användningen av ett brett utbud av avfall [8, 9 - 11, 13, 18] .

De huvudsakliga källorna till detta avfall är olika träbearbetnings-, timmer- och jordbruksföretag. Trä och vegetabiliskt avfall genereras i stora mängder i nästan alla stadier av den tekniska processen: avverkning, sågverk, träbearbetning, skörd och bearbetning av jordbruksgrödor.

När det gäller kemisk sammansättning klassificeras trä- och växtavfall som kolväte -syrehaltigt avfall och är en biproduktsmaterialresurs, och vad gäller deras egenskaper och kemiska sammansättning kan de användas i bearbetning, bland annat som bränsle.