Научно-технические основы термической утилизации твердых бытовых отходов (Краткий реферат заключительного отчета нир) введение
Скачать 1.36 Mb.
|
| 2.2.3. Пиролиз органической субстанции ТБО (горючая масса) Исследования процесса термического распада веществ отдельных морфологических групп ТБО позволило рассчитать прогнозный выход продуктов распада в целом для органической субстанции, примерная стехиометрическая формула которой: С80 Н145 О50 N2 S Cl Результаты расчета приведены в таблице 2.7. Среднестатистическая модель пиролиза горючей массы по характеру процесса идентична описанному выше. Выходные параметры процесса в интервале температур пиролиза 600 … 10000С для 1 кг абсолютно сухой горючей массы:
= твердого остатка ( без полимеров) 6540…7480 ккал/кг; = смолистого вещества 6320…8645 ккал/кг; = неконденсирующегося газа 2900…4200 ккал/кг. 2.2.4. Влияние влажности и содержания неорганики на параметры пиролиза горючей массы ТБО В таблице 2.7. приведены основные параметры пиролиза абсолютно сухой горючей массы. В практических условиях горючую массу ТБО даже после их сепарирования и подсушки сопровождают некоторое количество остаточной физической воды (Wp) и определенное количество неорганических продуктов (Ас). Зная значения Wp и Ас, пользуясь данными таблицы 2.7. можно без особых сложностей пересчитать все технико-технологические и энергетические параметры процесса и отдельных продуктов с применением ряда корректирующих формул:
ЛI = Л [1- (Wp/100 + Aс /100)] + Wp/100, кг Здесь и далее показатель без штриха принят из таблицы 2.7., показатель со штрихом – искомый параметр при известных Wp и Ас в процентах.
ТвI = Тв [1- (Wp/100 + Aс /100)] + Aс/100, кг
СмI = См [1- (Wp/100 + Aс /100)], кг
НгI = Нг [1- (Wp/100 + Aс /100)], кг
ВкI = Вк [1- (Wp/100 + Aс /100)] + Wp/100, кг
Первоначально определяют горючую массу без физической воды ГмI = 1- Wp/100 (сухая масса), кг В сухой ГмI определяют долю золы З = ГмI * 0,065, кг Увеличение доли золы в связи с наличием остаточной неорганики Aс ЗI = З + Aс /100, кг Определяют разницу между увеличенной долей золы и табличной ( см. таблицу 2.7.) долей Δ = ЗI - З = Aс /100, кг Определяют коэффициент, на который следует умножить величину всех элементов исходной горючей массы для получения искомого состава К = 1 - Aс /100
QIгм = Qгм [1- (Wp/100 + Aс /100)] ккал/кг,
QIтв = Qтв *К ккал/кг, где К = 1- Aс /100. Пример коррекции параметров и составов для нетрадиционного топлива с показателями: ГМ = 0,85, Wp = 10, Ас = 5 , температура пиролиза Тпир. = 10000С. Стандартные значения берем из таблицы 2.7., третья колонка.
0,614 * 0,85 + 10/100 = 0,622 кг
0,386 *0,85 +5/100 = 0,378 кг
0,03 * 0,85 = 0,025 кг
0,374 * 0,85 = 0,318 кг
0,21 * 0,85 + 10/100 0,278 кг
ГмI = 0,9 кг З = 0,9 * 0,065 = 0,058 кг ЗI = 0,058 + 0,05 = 0,108 кг К = 0,95 Скорректированный состав исходной горючей массы:
Другие составы рассчитываются аналогично. Теплотворная способность скорректированной горючей массы: QIгм = 4360 * 0,85 = 3700 ккал/кг, Теплотворная способность твердого остатка: QIтв = 6540 * 0,95 = 6200 ккал/кг 2.2.5. Тепловые эффекты реакций термического распада органических веществ ТБО Пиролиз (термический распад органики), как любое химическое взаимодействие, может происходить с выделением тепловой энергии (экзотермические реакции), так и с ее поглощением (эндотермические реакции). Как установлено выше (п. 1.3.1.), органика ТБО сложена из трех основных групп химических соединений:
Углеводы описываются общей стехиометрической формулой: Сn Нm Оp, где n, m, p - количество молекул (n – 4…12; m – 8…22; p – 4…11). Содержание углерода в углеводах 37…45 %; водорода – 6,1…7,7 %; кислорода – 49…53,5 %. Белки описываются общей стехиометрической формулой: Сn Нm Оp Nq St, где n, m, p, q, t - количество молекул (n – 3,5…4,4; m – 5…7; p – 1…2; q – 0,8…2,5; t – 0,0…0,1). Содержание углерода в белках 42…53 %; водорода – 5…7 %; кислорода – 17…33 %; азота -12…33 %; серы – 0…2,8%. Полимеры описываются общей стехиометрической формулой: Сn Нm Оp Nq Clt, где n, m, p, q, t - количество молекул (n – 3…7,7; m – 5…14,5; p – 0…2,5; q – 0…1,3; t – 0,0…0,8). Содержание углерода в полимерах 38…93 %; водорода – 4…14,5 %; кислорода – 0…37,2 %; азота -0…18 %; хлора – 0…57%. При пиролизе последовательность распада органики следующая: сложные соединения распадаются на менее сложные, термодинамически неустойчивые, как правило, в результате разрыва связей «С - С» в разветвленных цепях молекул, далее менее сложные соединения распадаются на простые, термодинамически устойчивые соединения (СО2, СО, СН4 и др.). На заключительной стадии пиролиза происходит деструкция простых соединений с распадом на элементы. Стадия распада сложных соединений до простых лежит в температурном интервале от 250…12000С. Стадия распада простых соединений на элементы лежит в температурном интервале 1000…30000С. Процессы распада органики на всех этапах протекают в условиях энергетической активации. Размер затраченной энергии на пиролиз может быть рассчитан по методикам технохимических расчетов, базирующихся на втором Законе термодинамики, свободной энергии Гесса, выводах Штрахе и других законах и правилах физической и термохимии. Для более полного понимания механизма распада приведем несколько простых примеров. Среди углеводов органики ТБО, как отмечено выше, наиболее массовым является целлюлоза (клетчатка), стехиометрическая формула которой: (С6 Н10 О5)х На первой стадии расчета необходимо составить уравнение термического распада целлюлозы, используя методику Гинсбурга (НАТИ) и правило Гесса (комбинация выходных продуктов любой химической реакции тем справедливее, чем меньше суммарная свободная энергия). Следуя указанным правилам, продукты термического распада целлюлозы представляются следующим уравнением: С6 Н10 О5 = СО + 0,5СО2 + 2,5Н2О + СН4 + 0,25 С2Н4О2 + 3С Изменение свободной энергии реакции ΔF0 = - 150 000 кДж/кмоль – является наименьшей величиной при описанном наборе продуктов разложения. Любые другие возможные комбинации продуктов распада целлюлозы имеют ΔF0 > - 150 000 кДж/кмоль, что свидетельствует о справедливости реакции распада целлюлозы. Следующим этапом расчета теплового эффекта является алгебраическое суммирование теплот образования веществ, участников реакции. Тепловой эффект реакции определяется из соотношения: Эр = Σ Qпрод.реак. - Qисход.в-в. , где
Стандартные теплота образования (табличные данные):
Подставив значения стандартных теплот образования в уравнение реакции распада целлюлозы, получим Эр = 164618 кДж/кмоль или 242 ккал/кг. Сопоставим полученное значение с правилом Щтрахе, используя аналитическое выражение этого правила: Эр = - 0,115 К2 + 10,5 К + 20,3, ккал/кг где К – процентное содержание кислорода в исходном продукте (в целлюлозе – 49,4 %) Эр = 258 ккал/кг Значения теплового эффекта реакции термического распада целлюлозы, полученные различными способами расчета близки и отличаются на 4 %. На этом основании допустимо считать, что тепловой эффект реакции термического распада целлюлозы равен в среднем 250 ккал/кг. Это значит, что при пиролизе 1 кг целлюлозы выделится 250 ккал тепловой энергии. Расчеты тепловых эффектов реакций термического распада белков, выполненные по аналогичной методике показали, что тепловой эффект лежит в интервале от +81 ккал/кг (протамин) до +239 ккал/кг (коллаген). Средний показатель для белковых соединений ТБО принят 160 ккал/кг. Полимеры при нагревании в изолированной от окислителя среде ведут себя по-разному. Большинство необратимо распадаются на простые элементы, включая некоторое количество мономеров. Другая часть полимеров в условиях «сухого» пиролиза (сухая перегонка, классический пиролиз) не распадаются не на мономеры, ни на простые соединения. Эти полимеры при определенной температуре плавятся, затем испаряются и уходят из реторты в виде паров. Охлаждение паров сопровождается их конденсацией до твердого ультрадисперсного состояния. Вторичные полимеры по свойствам практически не отличаются от исходных. Тепловой эффект всех полимеров, распадающихся на простые элементы при пиролизе – отрицательный, т.е. пиролиз протекает с поглощением тепловой энергии. Специалистами НИИСК установлено, что усредненный показатель теплового эффекта для полимеров ТБО, распадающихся при «сухом» пиролизе равен «- 115ккал/кг». Прочие полимеры оказывают влияние на тепловой баланс процесса скрытой теплотой плавления и парообразования. 2.2.6. Тепловой баланс пиролиза горючей массы ТБО. Затраты тепловой энергии процесса складываются из следующих статей:
Тепло, необходимое для нагрева 1 кг горючей массы до температуры пиролиза, при теплоемкостях горючей массы соответственно 0,333; 0,339; 0,344 ккал/кг*град. (см. п. 1.2.4.): Qн 600 = 1 * 0,333 * 600 = 200 ккал Qн 800 = 1 * 0,339 * 800 = 271 ккал Qн 1000 = 1 * 0,344 * 1000 = 344 ккал Скрытая теплота плавления и испарения полимеров, не подверженных распаду, доля которых в общей массе полимеров примерно треть, а в 1кг горючей массы согласно п. 2.4.1, порядка 7,9%, т.е. 0,079 кг. Суммарная скрытая теплота плавления и парообразования этих полимеров в среднем – 217 ккал/кг. Таким образом, для всех температур пиролиза: Qпл. + исп. = 0,079 * 217 = 17 ккал Тепло термического распада полимеров, количество которых в 1 кг горючей массы: 0,237 – 0,079 = 0,158 кг Qэ = 0,158 * 115 = 17 ккал Количество потерь тепловой энергии в окружающую среду принято 5% от суммы тепловых затрат: Qос 600 = 12 ккал Qос 800 = 14 ккал Qос 1000 = 19 ккал Полный размер затратной статьи теплового баланса: Q 600 = 247 ккал/кг Q 800 = 320 ккал/кг Q 1000 = 398 ккал/кг Приходная статья теплового баланса включает тепловой эффект распада углеводной и белковой составляющих горючей массы ТБО. В 1кг горючей массы, согласно п. 2.4.1, углеводных соединений - 0,623 кг, белковых соединений - 0,116 кг. Суммарный тепловой эффект пиролиза 1кг горючей массы: Qэ+ = 0,623 * 250 + 0,116 * 160 = 175 ккал Размер суммарного теплового эффекта не зависит от температуры пиролиза, т. к. основное тепловыделение происходит в интервале 300…5000С. В связи с произведенным расчетом тепловой баланс пиролиза выглядит следующим образом: При Тпир. = 6000С Q 600 - Qэ+ = 247 – 175 = 72 ккал/кг При Тпир. = 8000С Q 800 - Qэ+ = 320 – 175 = 145 ккал/кг При Тпир. = 10000С Q 1000 - Qэ+ = 398 – 175 = 223 ккал/кг Полученные расчетные величины полностью подтверждаются экспериментальными данными. Так, например, для пиролиза древесины при Тпир. = 6000С требуется затратить столько тепловой энергии, сколько требуется на разогрев древесины до температуры 300…3500С, далее пиролиз протекает спонтанно за счет теплового эффекта без подвода дополнительной энергии извне. 2.2.7. Планирование расхода энергии на пиролиз ТБО и когенерация тепла Нетрадиционное топливо, полученное сепарированием ТБО, всегда содержит помимо горючей массы некоторое количество физической воды и неорганики. В этих случаях для ориентировочного расчета расход тепловой энергии для осуществления пиролиза предлагается три эмпирических формулы: Если Тпир. = 6000С Q = 72 + 11,23 Wp + 0,84 Ас ккал/кг Если Тпир. = 8000С Q = 145 + 12,5 Wp + 0,67 Ас ккал/кг Если Тпир. = 10000С Q = 223+ 13,72 Wp + 0,37 Ас ккал/кг В формулах Wp и Ас – процентное содержание физической воды и неорганики. Пример. Если нетрадиционное топливо состоит из ГМ - 85 %, Wp – 10%, Ас – 5% , то минимальное количество тепловой энергии, которую следует использовать в процессе при температуре пиролиза 6000С. Q 600 = 72 + 11,23 * 10 + 0,84 * 5 = 188,5 ккал/кг То же, если Тпир. = 10000С Q 1000 = 223+ 13,72 * 10 + 0,37 *5 =362 ккал/кг При пиролизе летучие уносят из реторты основную долю тепловой энергии, численно равную разнице между затраченной на процесс энергией и суммы теплосодержания твердого остатка и потерь в окружающую среду (см. схему теплового баланса пиролиза). |
Похожие:
 | Приложение №1 техническое задание на оказание услуг по вывозу твердых... Вывоз твердых бытовых отходов и их захоронению (утилизации) с адресов: г. Томск, ул. Котовского,19, ул. Шевченко, 44 стр. 37. Вывоз... |  | Реферат На тему: Утилизация твердых бытовых отходов Способы утилизации тбо |
| Пояснительная записка к проекту постановления «порядок предоставления... «хвостов» в брикеты, транспортирование твёрдых бытовых отходов, размещение отходов на полигоне в районе города Белореченск Краснодарского... | | 1. г. Ярославль Ярославской области, оказывающих услуги в сфере утилизации (захоронения) твердых бытовых отходов на 2013 год |
| Саха Республикатын доруобуйа5а харыстабылын министерствота Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов | | Доклад на тему: «О ходе работ по выявлению и понуждению к ликвидации... Ежегодно в России образуется порядка 35 40 млн тонн твердых бытовых отходов. В объемных единицах это составляет 200 млн куб м |
| Организация сбора и вывоза твердых бытовых отходов В первую очередь это бесперебойное, качественное обеспечение работ по вывозу твердых бытовых отходов с контейнерных площадок жилого... | | Тезисы IV областного конкурса социальных проектов «я гражданин россии» Целью работы является: привлечь внимание учащихся и жителей посёлка Орлецы к проблеме утилизации твёрдых бытовых отходов |
| Реферат для заключительного научно-технического отчета должен содержать следующие разделы Заключительный научно-технический отчет по госконтракту принимается на бумажном носителе и в электронной системе. Разделы и подразделы... | | Итоговый тестовый контроль по Эпидемиологии – 2009 год Предметную... Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Для этого учащиеся выясняют дома и заносят в таблицу виды бытовых отходов и способы их утилизации. После сбора индивидуальных заданий... | | Тесты проверки остаточных знаний По дисциплине опд. Ф. 08 Промышленная... Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов |
| Договор на оказание услуг по вывозу (удалению) отходов IV-V класса... Муниципальное унитарное предприятие Алтайского сельсовета «Алтайский коммунальщик», именуемое в дальнейшем «Исполнитель», в лице... | | Программа учебной дисциплины «технология твердых бытовых отходов» Квалификация (степень) выпускника: специалист, специальное звание "горный инженер" |
| А. А. Жукова «Реализация комплекса мер по недопущению накопления... Значительная часть накопленных промышленных отходов представлена отходами горнодобывающих, горнорудных предприятий, предприятий черной... | | Хаидаров Раиль Данилович Целью данной работы является : Изучить проблему твердых бытовых отходов в сельской местности на примере деревни Смаково |
