Ст.преп. Н.А. Филина, д-р техн. наук С.Я. Алибеков

Марийский государственный технический университет, Россия

Древесные и нефтесодержащие отходы как источник энергии

В качестве топлива в настоящее время используют различные горючие материалы, газы, жидкости и твердые виды топлива.

Особое внимание в связи с энергетическим кризисом уделяют вторичным альтернативным источникам энергии. Очень широко используют сжигание мусора на мусороперерабатывающих заводах, это способствует утилизации отходов и получению тепловой энергии.

В республике Марий Эл образуется большое количество древесных отходов, которые можно использовать как вторичное сырье для получения тепловой энергии.

В своей работе мы особое внимание удели древесному отходу опилу, который в настоящее время вывозится на свалки. Мы использовали, опил для сорбции нефтепродуктов с поверхности водоемов, т.к. опил, обладает достаточно высокой сорбционной способностью [1, 2]. Известно, что опил, в настоящее время брикетируют и используют в качестве топлива.

Опил, насыщенный нефтепродуктами, можно использовать как сырье для изготовления топливных брикетов, т.е. процесс очистки представляет безотходную технологию. Для эффективного процесса брикетирования опилок нужны связующие элементы, которыми могут являться примеси содержащиеся в очищаемой воде (нефть, масло) [1, 2]. Это позволяет, с меньшими усилиями спрессовывать опил в брикеты, а нефтепродукты способствуют удержанию формы брикета. Поэтому полученные брикеты по теплотворной способности и экологичности превосходят брикеты с другими связующими веществами.

Нами были проведены исследования по определению теплотворной способности опила и гранул, полученных из разных пород дерева, насыщенных нефтепродуктами.

Исследования проводились на базе ГУ СЭУ ФПС ИПЛ по РМЭ в г. Йошкар-Оле. На основании ГОСТ 12.1.044-89.[3] сжигали образцы древесных опилок и гранул.

Были подготовлены опытные образцы березовых, сосновых опилок и древесных гранул, полученные на пилораме Марийской лесотехнической школы. Рассмотрены процессы горения как чистых, так и пропитанных в течение 48 часов опилки и гранулы нефтепродуктами.

Исследования проводили на приборе ОТМ [3]. Регистрация температуры проводилась на потенциометре КСП-2. Для измерения температуры газообразных продуктов горения использовали термоэлектрический преобразователь с диаметром электродов 0,5 мм, рабочий спай которого располагали в центре зонда на расстоянии 15 мм от его верхней кромки. Регистрирующий температуру прибор потенциометр КСП-2 имеет диапазон измерения от 0 до 600 °С, класс точности не ниже 0,5. Секундомер СОСпр-2б-2-000 с погрешностью измерения не более 1 с. Весы аналитические лабораторные - с наибольшим пределом взвешивания 500 г, погрешностью измерения не более 0,1 г.

Испытания проводили в мешочках из стеклоткани, сшитых металлическими скрепками, весом 4,1 г каждый. Мешочки заполняли как чистыми, так и загрязненными нефтепродуктами березовыми, сосновыми опилками и гранулами с относительной влажностью 12 %. Вес готовых образцов по 50 г каждый. Предварительно подготовленные образцы выдерживали в вентилируемом сушильном шкафу при температуре (60 ±5) °С 24 ч. затем охлаждали до температуры окружающей среды, не вынимая их из шкафа. Образцы высушивали для более точного определения теплотворной способности, т.к. теплотворная способность уменьшается от уровня влажности в процентах от общего веса.

Подготовленные образцы закрепили вертикально в держателе с помощью металлической проволоки.

Внутреннюю поверхность реакционной камеры перед испытанием была покрыта двумя слоями алюминиевой фольги толщиной до 0,2 мм, которую по мере прогорания или загрязнения продуктами горения заменяли на новую.

Держатель с испытуемым образцом вводили в камеру за 5 с до начала испытания и выдерживали до достижения максимальной температуры отходящих газообразных продуктов горения опилок.

При достижении максимальной температуры горелку выключали. Образец выдерживали в камере до полного остывания (20 °С). Остывший образец извлекали из камеры и взвешивали, определяя зольный остаток.

Полученные результаты представлены на рис. 1

Рис. 1. Зависимость температуры от времени сжигания.

Результаты проведенных испытаний показали, что максимальная температура отходящих газообразных продуктов горения березовых и сосновых опилок, древесных гранул составляет 500 °С, опила пропитанного нефтепродуктами - 600 °С.

Поле выключения горелки по достижению максимальной температуры отходящих газов происходит самостоятельное горение образцов, постепенное затухание процесса горения и образованием зольного остатка. При сжигании образцов с березовым опилом масса образовавшейся золы составляет 0,2 г или 0,44 % от первоначальной массы образца; опилок пропитанных нефтепродуктами 2,1 г или 1,58 %.

При сжигании образца с сосновыми опилками масса образовавшейся золы составляет 0,45 г или 0,98 % от первоначальной массы образца; опилок пропитанных нефтепродуктами 1,55 г или 0,93 %.

После выключения горелки процесс горения древесных гранул в 1,3 раза дольше по времени, чем горение опилок. Это связано с высокой удельной плотностью древесных гранул 1300–1400 кг/м³, по сравнению с плотностью сосновых (500 кг/м³) и березовых (630 кг/м³) опилок. Масса образовавшейся золы 0,3 г.

Выводы.

1. Установлено, что теплотворная способность опила пропитанного нефтепродуктами в 2,5 раза выше, чем у непропитанного.

2. Температура сгорания чистых опилок березы и сосны, как пропитанных, так и непропитанных совпадают, и время сгорания составляют 35 с и 180 с соответственно, а у гранул 350 с.

3. Опил можно использовать как сорбент для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов и как вторичный ресурс для получения тепловой энергии.

Литература:

1. Аренс, В.Ж. Эффективные сорбенты для ликвидации нефтяных разливов /В.Ж. Аренс, О.М.Гридин/ Экология и промышленность России, февраль, 1997, - С. 32-37.

2. Воробьев, Ю.Л. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов /Ю.Л. Воробьев, В.А. Акимов, Ю.И.Соколов. - М.: Ин-октаво, 2005. - 368 с.

3. ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения».