Сравнение работы производственной котельной на разных видах топлива

Современные производственные котельные могут работать на разных видах топлива: твердом, жидком и газообразном. Приоритетным топливом для котельных в настоящее время является природный газ, так как имеет низкую стоимость в сравнении с альтернативными энергетическими источниками, доступен и поставляется централизованно к потребителю через сеть газопроводов, а также экологичен.

Ключевые слова: энергетические ресурсы, природный газ, газообразное топливо, твердое топливо, жидкое топливо, топливо, сжиженный углеводородный газ, каменный уголь, топливные пеллеты, дизельное топливо, сравнительный анализ.

Modern industrial boilers can run on different types of fuel: solid, liquid and gaseous. The priority fuel for boiler houses, at present, is natural gas, as it has a low cost, in comparison with alternative energy sources, is available and supplied centrally to the consumer through a network of gas pipelines, and is also environmentally friendly.

Keywords: energy resources, natural gas, gaseous fuel, solid fuel, liquid fuel, fuel, liquefied petroleum gas, coal, fuel pellets, diesel fuel, comparative analysis.

Выбор того или иного топлива для производственных котельных основан на ряде факторов. Так, если объект расположен в области с централизованной газификацией, то вопрос о выборе топлива почти никогда не возникает. С другой стороны, существуют и негазифицированные районы, поэтому котельные, эксплуатируемые в таких регионах, работают на других видах энергетических источниках: конкретное решение зависит от возможностей, бюджета, экологических показателей, а также доступности альтернативного вида топлива, и других переменных. Некоторые владельцы производств осознанно выбирают установки не на газообразных видах энергоресурсов, так как это наиболее выгодно и рационально в их случаи.

Как правило, для котельных используется три вида органического топлива: твердое, жидкое и газообразное. В рамках исследовательской работы было проведено сравнение разных видов энергетических ресурсов, применяемых на производственной котельной, мощностью в 1 МВт. В качестве твердого топлива, был рассмотрен каменный уголь и топливные пеллеты (гранулы). В качестве жидкого — мазуты топочные, дизельное топливо (ДТ). В качестве газообразного — природный газ и сжиженный углеводородный газ (СУГ). С целью исследования альтернативного источника энергии было рассмотрено электричество.

Целью исследовательской работы является проведение сравнительного анализа экологических и стоимостных показателей выбранных энергоресурсов.

Твердое топливо — представляет собой углеродистые горючие вещества, к которым относятся: каменный уголь, бурый уголь, горючий сланец, торф, древесина, а также современные искусственные виды — топливные пеллеты и брикеты.

Каменный уголь — твердое горючее полезное ископаемое растительного происхождения, самый распространенный вид твердого органического топлива, который обладает высокой степенью углефикации. Представляет собой плотную породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Содержит: 75–97 % углерода; 1,5–5,7 % водорода; 1,5–15 % кислорода; 0,5–4 % серы; до 1,5 % азота; 45–2 % летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14 %; золы — обычно от 2–4 % до 45 %. Теплотворная способность каменных углей достигает 29–34 МДж/кг (4000–7000 ккал/кг).

Топливные пеллеты (гранулы) — спрессованные в форме цилиндра гранулы, получаемые от отходов деревообрабатывающего производства, балансовой бракованной древесины, стружки и опилок, торфа, пищевой промышленности или сельского хозяйства. Сравнение рассматриваемых гранул и стандартных дров или евродров, показывает их отличительную особенность, заключающуюся в том, что гранулы обладают большей плотностью (примерно в полтора раза) и меньшей влажностью (влажность всего 8–12 %, когда влажность сырых дров — 30–50 %), при этом сохраняя теплоотдачу на таком же уровне. Теплотворность топливных пеллетов составляет не менее 17,6 МДж/кг (4200 ккал/кг), зольность (не более 0,5–1 %).

Дизельное топливо (солярка) — нефтепродукт, состоящий из смеси углеводородных соединений, которые получают методом перегонки нефти и отбора из них определенных фракций. Представляет собой вязкую жидкость, цвет которой варьируется от желтого до светло-коричневого. Химический состав ДТ зависит от места добычи нефти, температуры перегонки, добавленных присадок, которые меняют характеристики и состав. Дизельное топливо состоит из углеводородов (парафиновые — до 10–40 %, нафтеновые — 20–60 %, ароматические — 15–30 %), также в состав дизельного топлива по нормативным требованиям могут входить: смолы, соединения серы, вода, механические примеси, красители [1]. По техническим условиям содержание золы допускается не более 0,01 % для всех марок дизельного топлива. Теплота сгорания составляет 42,6 МДж (10180 ккал/кг).

Мазут — жидкое топливо, получаемое в результате конечного продукта перегонки нефти. Мазут состоит из углеводородов, нефтяных смол, карбоидов, органических соединений, содержащих металлы, а также карбенов и асфальтенов. Основные свойства мазута: плотность при 20 ^° С составляет 890–1000 кг/м ³ ; теплота сгорания варьируется в пределах от 38 до 42 МДж/кг (9100–10000 ккал/кг); содержание серы 0,8–3,5 %, смол до 60 %, золы 0,2–0,5 %.

Газообразное топливо. К органическому газообразному топливу относится природный газ, который, в зависимости от месторождения и химического состава, можно подразделить на две группы: газ из чисто газовых и газоконденсатных месторождений (сухие и жирные, соответственно), и нефтепромысловый газ (попутный). Нефтепромысловые газы, получаемые как попутный продукт при добыче нефти, идут на переработку в виде сырья для химической промышленности. Природный газ газовых месторождений используется в качестве топлива для отопительно–бытовых и производственных котельных, а также на промышленных объектах. В местах добычи природный газ очищается от механических примесей, осушается и по магистральным газопроводам направляется потребителям.

Природный газ — сухое беззольное высокоценное топливо, имеет следующий химический состав, по объему: метан CH _4– 85–98,3 %, тяжелые углеводороды C _n H _m — 2–6 %, диоксид углерода 0,1–1,0 %, азот N ₂ — от 1 до 5 %. Характеристики природного газа: теплота сгорания сухого природного газа находится в пределах от 30,6 до 36,9 МДж/м ³ (от 7300 до 8800 ккал/м ³ ), плотность от 0,73 до 0,88 кг/м ³ .

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) — смесь группы углеводородов — пропана и нормального бутана. Кроме того, в ряде случаев, в виде примесей в СУГ могут присутствовать: изобутан, этан, пропилен, этилен и другие легкие, и более тяжелые непредельные и предельные углеводороды. При нормальных условиях данная смесь углеводородов находится в газообразном состоянии, при повышении давления (при сохранении температуры постоянной) или понижении температуры (при атмосферном давлении) переходит из газообразного агрегатного состояния в жидкое. За счет изменения объемной доли компонентов смеси можно регулировать характеристики топлива, обеспечивая тем самым требуемые параметры хранения, которые задаются территориальными климатическими условиями. Способы получения СУГ: путем переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), при добыче нефти и природного газа. Удельная теплота сгорания сжиженного углеводородного газа составляет 45,2 МДж/кг (10800ккал/кг).

В сравнении с традиционными ископаемыми видами топлива, альтернативным энергоресурсом является электричество (электрические сити).

Электричество — физический термин, для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы).

В качестве сравнительного анализа были составлены таблицы, в которых отражены экологические (приведены в таблице 1) и стоимостные характеристики исследуемых видов топлива.

Стоимость 1 Гигакалории тепловой энергии, вырабатываемой котельной при указанной стоимости или электроэнергии указана в таблице 2.

Таблица 1

Примечание : «0» означает, что при сжигании топлива количество выделяемого углекислого газа не превышает объема, который образуется при его естественном разложении, а количество других вредных выбросов ничтожно мало.

Таблица 2

Стоимостные характеристики исследуемых видов топлива

Заключение

По итогам проделанного сравнительного анализа можно сделать следующий вывод, что наиболее энергоэффективным, энергоэкологичным, а также отвечающим всем требованиям технико-экономических характеристик топливом является — природный газ.

Литература:

1. ГОСТ 305–2013 Топливо дизельное. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2014. — 15 с.
2. ГОСТ 25543–2013 Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. — М.: Стандартинформ, 2014. — 21 с.
3. ГОСТ 10585–2013 Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2014. — 22 с.
4. ГОСТ 5542–2022 Газ природный промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. — М.: Российский институт стандартизации, 2022. — 16 с.
5. ГОСТ Р 52087–2018 Газы углеводородные сжиженные топливные. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2018. — 23 с.
6. Стаскевич Н. Л., Вигдорчик Д. Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. Л.: Недра, 1986. 549 с.
7. Карякин Е. А. Сжиженные углеводородные газы в качестве резервного топлива котельных. — М., 2015.
8. Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. РД 34.02.305–98 / ВТИ. — М., 1998.
9. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. — Л.: Госкомгидромет, 1986. — 142 с.
10. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. — СПб., 2005.
11. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии: Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (ИТС 38–2017) / Федер. агентство по техн. регулированию и метрологии; Бюро НДТ. — М., 2017. — 280 с.
12. Государственный баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации (на 1 января 2006 года). — Вып. 91: Уголь. — Т. 8: Дальневосточный федеральный округ. — М.: Федер. агентство по недропользованию, 2006. — 320 с.
13. Угольная база России. — Т. 5. — Кн. 2: Угольные бассейны и месторождения Дальнего Востока (Республика Саха, Северо-Восток, о. Сахалин, п-ов Камчатка). — М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1999. — 638 с.
14. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок / М-во природ. ресурсов Рос. Фед. Науч.- исслед. ин-т охраны атмосфер. воздуха (НИИ Атмосфера); Фирма «Интеграл». — СПб., 2001. — 15 с.
15. Кошелев А. А., Ташкинова Г. В., Чебаненко Б. Б. и др. Экологические проблемы энергетики. — Новосибирск: Наука, 1989–322 с.