Combustible sólido multicomponente

El combustible sólido multicomponente [1] ( combustible sólido multicomponente en inglés  , MSF ) es un tipo de combustible sólido de energía artificial obtenido sobre la base del uso de composiciones multicomponente que consisten en sustancias combustibles. Como regla general, la biomasa leñosa-vegetal, los desechos combustibles de origen orgánico (carbón, turba, esquisto bituminoso, etc.) o sus mezclas se utilizan como base de la composición del combustible. Si es necesario, debido a la adición de otros desechos combustibles, sustancias auxiliares y aglutinantes, el combustible puede adquirir características modificadas (mejoradas), que no se pueden obtener en composiciones de un solo componente de muchos tipos de combustible. Por ejemplo, se pueden utilizar para aumentar el poder calorífico, mejorar la hidrofobicidad, la estabilización de la estructura, las propiedades reológicas (resistencia, elasticidad, plasticidad, etc.). El proceso de obtención de este tipo de combustible, por regla general, está asociado con la preparación preliminar de materias primas para el briqueteado y el procesamiento mecánico de la mezcla comprimida, como resultado de lo cual el combustible producido cumple con los requisitos básicos para los tipos naturales de combustible sólido. . El combustible sólido multicomponente por clasificación y origen se refiere a los combustibles artificiales [2] .

Según su composición, el combustible artificial se suele dividir en: monocomponente y multicomponente.

A diferencia de los combustibles de un solo componente, en los combustibles de varios componentes, las materias primas se procesan a partir de dos o más componentes y también se utilizan componentes auxiliares (aglutinantes, oxidantes, estabilizantes, etc.), cuyo uso permite proporcionar las características necesarias. (por ejemplo, energía, características de desempeño, propiedades cinéticas, parámetros ambientales, mejorar el desempeño económico, etc.) [3] . El combustible multicomponente se usa ampliamente en actividades industriales, económicas, militares-espaciales y otras, por ejemplo, como combustible sólido multicomponente para calderas y hornos, biodiésel , combustible para cohetes homogeneizado, hidroestabilizado .

Dado que en los últimos años, para resolver los problemas de ahorro de recursos energéticos y mejora de la situación ambiental, en los últimos años, junto con los tipos naturales de combustibles sólidos, también se utilizan cada vez más los tipos artificiales de combustible, cuya producción está más asociada con el tratamiento de los residuos acumulados y generados (agrícolas, madereros, petrolíferos, etc.) .p.) aptos para la producción de energía con vistas a un comportamiento ambiental aceptable cuando se queman con un nivel óptimo de disponibilidad y renovabilidad de las materias primas.

De los tipos artificiales de combustibles sólidos, los combustibles pulverizados, granulados y en briquetas son actualmente ampliamente utilizados en la ingeniería de energía térmica.

El combustible pulverizado se obtiene triturando residuos con bajo contenido de cenizas hasta convertirlos en polvo en molinos especiales. El polvo de combustible resultante se incinera de manera similar a la que se usa en las boquillas de combustión para combustibles líquidos.

La tecnología de combustión de combustible pulverizado está proporcionada por un conjunto de equipos necesarios que consisten en un búnker donde se almacena una cierta cantidad de combustible pulverizado, sistemas de tuberías de proceso a través de los cuales se suministra aire comprimido a la planta de combustión. El polvo arde con un exceso de aire muy grande (α = 1,03…1,05), por lo que se alcanza una temperatura relativamente alta, alcanzando los 2600°C. Muy a menudo, para obtener combustible pulverizado, se utilizan carbones fósiles y astillas de turba, que se secan previamente hasta un contenido de humedad de al menos 10% para carbones y 14% para turba. La principal desventaja del combustible pulverizado que dificulta su uso es la tendencia a la combustión espontánea durante el almacenamiento, además, con el aire, el polvo forma una mezcla que explota con fuego abierto. Por lo tanto, para la combustión de combustible pulverizado se requieren tolvas especiales y dispositivos de combustión sellados, y la combustión debe realizarse no más de un día después de la preparación del combustible.

El combustible granular (gránulos, gránulos ) es un material compactado en forma de gránulos cilíndricos con un diámetro de 4 - 10 mm, una longitud de 20 - 50 mm, procesado hasta un tamaño de partícula de 0,1 - 3,5 mm y secado hasta un contenido de humedad. dentro de 8 - 10% . Este tipo de combustible se produce utilizando una prensa granuladora, que tiene un molde plano o anular (matriz) con rodillos de rotor giratorio. Los rodillos rotativos presionan las materias primas trituradas activadas por vapor en numerosos orificios de troquel. Los gránulos prensados ​​se cortan desde el exterior con un cuchillo especial a través de la matriz y se enfrían. El combustible granular se produce en dos grados que difieren en el porcentaje de ceniza. El contenido de cenizas de los gránulos de alta calidad no supera el 1% y, en general, el contenido de cenizas del combustible granulado, por regla general, no supera el 3%. El calor de combustión del combustible granular, según las materias primas utilizadas y el tipo de gránulos, es de 4100 - 4700 Kcal/kg. La densidad del combustible granulado está en el rango de 1100 - 1400 kg/m3. El uso eficiente de combustible granular requiere plantas de combustión especiales.

El combustible   en briquetas ( briquetas ) es un material compactado que tiene una sección continua de varias formas (cilíndrica, prismática, poliédrica, etc.) que varían en tamaño de 20 a 100 mm, 30 - 1000 mm de largo. Para la producción de este tipo de combustible, las materias primas procesadas se utilizan con un tamaño de partícula de 0,2 a 5 mm y se secan previamente con un contenido de humedad de 6 a 12 %. El tamaño y la forma de las briquetas están determinados por la forma de la matriz, teniendo en cuenta los tipos de hornos e instalaciones en los que se quemarán, y al automatizar los procesos de carga de combustible, por el método de alimentación de las briquetas en el horno. El contenido de cenizas del combustible en briquetas de alta calidad no supera el 10 % y la humedad no supera el 15 %, mientras que el combustible se enciende fácilmente en los hornos, tiene buena resistencia mecánica y estabilidad de los parámetros de calidad durante el transporte y el almacenamiento.

Como regla general, este tipo de combustible se produce utilizando prensas de sello, de impacto, hidráulicas y prensas extrusoras.

Actualmente, son de particular interés los combustibles sólidos multicomponentes que utilizan residuos carbonáceos, de madera y agrícolas y municipales, cuyo uso se utiliza para la combustión en instalaciones de calefacción de varias capacidades en sistemas locales de suministro de calor [4] , así como en centrales térmicas de tamaño medio. instalaciones generadoras utilizadas, por ejemplo, en agricultura, granjas para el secado de cereales, preparación de forrajes, así como en otras industrias para diversos fines.

La combinación de componentes del combustible a base de una mezcla de residuos de madera y de aceite viscoso ( MSF) [5] [6] permite obtener combustible sólido a partir de residuos de madera y de hidrocarburo viscoso generados en las empresas.

El combustible desarrollado por MSF [7]  asegura la combustión de los materiales combustibles utilizados en él con la liberación de características térmicas especificadas (18–26,8 MJ/kg), mientras satisface los requisitos de transporte y almacenamiento, asegurando la preservación de las propiedades y características de calidad de la masa combustible. Para determinar la composición óptima de componentes del combustible multicomponente ( MSF) resultante , se utilizan y procesan datos sobre la composición química de los componentes utilizados en el combustible mediante una ecuación de dependencia empírica.

Uno de los problemas que requieren una toma de decisiones inmediata es la disposición ambientalmente racional de los lodos de depuradora (RSS) de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas en el medio ambiente. La cantidad de precipitación liberada durante el tratamiento en las modernas instalaciones de tratamiento oscila entre el 2 y el 10 % del caudal de las aguas residuales entrantes [13]. Básicamente, los WWS se almacenan en el territorio de las instalaciones de tratamiento, lo que crea una situación ambiental desfavorable cerca de los límites de la ciudad.

Una de las direcciones del complejo esquema para el manejo de WWS es la tecnología de ahorro de energía de fabricación de briquetas de lodo para producir combustible MSF , mientras que WWS puede considerarse como un recurso de energía secundario que puede quemarse aún más en las salas de calderas locales.

La tecnología desarrollada y probada de briquetas WWS para obtener combustible MSF se basa en el uso de lodos deshidratados mecánicamente, que contienen 65-80% de humedad. El procesamiento de 1 tonelada de WWS (calculado en base seca) permitirá obtener: 500 kg de combustible de referencia [13]. La adición de desechos industriales, como la lignina, permite aumentar la eficiencia de la combustión, lo que a su vez conduce a una disminución del contenido de sustancias nocivas en los gases de escape. Después de la combustión, quedan cenizas, que pueden utilizarse en la producción de materiales de construcción (arcilla expandida, cemento) o como relleno adicional en la producción de hormigón asfáltico.

El combustible MSF se produce en siete tipos [19, 20], que se dividen en:

     - MDU - combustible, que se fabrica sobre la base del uso predominante de desechos de madera triturada, producción maderera, procesamiento de madera y otras materias primas a base de madera (en adelante , desechos de madera triturada ), con la adición de desechos que contienen hidrocarburos;

- MRU - combustible, que se fabrica sobre la base del uso predominante de materiales triturados de cultivo de plantas y producción agrícola, y residuos vegetales obtenidos como resultado de actividades agrícolas o su procesamiento (en adelante residuos vegetales triturados ) con la adición de hidrocarburo- que contienen residuos;

- MSU - combustible, que se produce sobre la base del uso predominante de una mezcla de residuos de cultivos triturados y residuos de madera (en adelante, una mezcla de residuos vegetales y de madera triturados ) con la adición de residuos que contienen hidrocarburos;

- LCB - combustible, que se produce sobre la base del uso predominante de recortes de madera y desechos grumosos en forma de astillas con impregnación con productos de petróleo oscuro y / o desechos que contienen hidrocarburos;

- MKU - combustible que se produce sobre la base de la utilización de residuos domésticos combustibles sólidos no peligrosos, incluida la utilización de lodos de depuradora de estaciones depuradoras de aguas residuales municipales (en adelante, lodos de depuradora o RSA), con la adición, si es necesario, de triturados residuos vegetales, y/o residuos de madera y/o una mezcla de materias primas de plantas y madera, y/o residuos que contengan hidrocarburos aptos para su uso como combustible;

- MRD - combustible, que se fabrica sobre la base del uso de una mezcla de desechos vegetales triturados y desechos de madera, con la adición de aglutinantes, si es necesario;

- MB - combustible, que se fabrica sobre la base del uso de una mezcla triturada de residuos de madera o vegetales y biomasa de diversos orígenes.

El equipo de fabricación de briquetas desarrollado permite producir combustible de varias formas, lo que está determinado por el diseño del equipo y el diseño del equipo utilizado [18, 20] .

El uso energético de los desechos es una dirección extensiva en la producción de combustible MSF y permite el uso de una amplia variedad de desechos [8, 9 - 11, 13, 18] .

Las fuentes principales de estos desechos son varios servicios de procesamiento de madera, madereros y agrícolas. Los residuos de madera y vegetales se generan en grandes cantidades en casi todas las etapas del proceso tecnológico: tala, aserrío, carpintería, cosecha y procesamiento de cultivos agrícolas.

En términos de composición química, los desechos de madera y plantas se clasifican como desechos que contienen oxígeno e hidrocarburos y son un recurso material de subproducto, y en términos de sus propiedades y composición química, pueden utilizarse en el procesamiento, incluso como combustible.