Об одном способе снижения экологической нагрузки на природу при сжигании органических топлив
06/11/2023
Об одном способе снижения экологической нагрузки на природу при сжигании органических топлив
В настоящее время проблемой, стоящей перед всем человечеством, является глобальное изменение климата. Складывается представление, что под воздействием интенсивной хозяйственной деятельности ранее стабильная климатическая система вошла в период перестройки. Мы можем наблюдать при этом быструю смену погодных режимов, чередующиеся ливни, засухи, ураганы и прочие явления, явно мешающие нормальной жизнедеятельности человека.
Основной опасностью ныне признано явление глобального потепления. Хотя точно не установлено, является ли оно чем-то специфическим, или проявлением циклических процессов в природе, хозяйственная деятельность человека, несомненно, усугубляет это явление.
Глобальное потепление связывают с резким увеличением выброса парниковых газов. Представляется, однако, что величина выброса парниковых газов является косвенной характеристикой низкого КПД промышленных энергетических установок, а повышение температуры связано с неэффективностью процесса извлечения и использования тепловой энергии.
В принципе, воздействие на природу от хозяйственной деятельности можно сокращать разными способами, например, производством гораздо более надёжной и долгоиспользуемой у потребителя продукции, что снизит выбросы раза в два.
Однако далее мы рассмотрим технологические и технические методы борьбы с указанной проблемой. При этом атомную энергетику и её проблемы рассматривать не будем. Другие альтернативные возобновляемые источники тоже. Потому, что наибольшие выбросы дают органические ископаемые источники…
В принципе, выбор наиболее эффективного процесса получения энергии (тепловой, или иной.) из топлива имеет три составляющих:
- выбор наиболее эффективного по теплотворной способности топлива;
- оптимизация процесса горения с параметрами конечного теплоносителя на выходе из установки;
- обеспечение наиболее полного сгорания топлива в котельных установках с утилизацией тепла выходящих газов.
В принципе энергию можно получить из любого вещества на земле.
Гегель прямо указывает, что «энергия есть атрибут материальных объектов».
Умов в своих работах рассматривал движение энергии, как материального объекта.
В теории относительности А.Эйнштейна представлена общая мера энергии, выражаемая известной формулой: Е = mС2, т.е. энергия рассматривается, как некая масса, движущаяся с определённой скоростью.
Отсюда следует, что для повышения эффективности процесса надо выбирать вещества с наибольшим содержанием в них энергии и учиться эту энергию извлекать без потерь.
Реально выбор топлива в настоящее время происходит исходя из тех запасов веществ, которые имеются в природе (уголь, нефть, газ…) или отходов в других отраслях (технологическая щепа, древесные отходы и пр.).
Интересно сравнить данные по массовой энергоплотности Ем отдельных видов традиционного топлива и теплоту сгорания по калориметрическим данным Qк (см. таблицу). Калориметрические данные топлив используются при расчётах энергетических установок. В таблице данные об энергоплотности топлив приведены по Мамырову.
Из таблицы видно, что величины массовой энергоплотности превосходят значения теплот сгорания приведённых веществ в 2,0…2,5 раза, что свидетельствует о большом резерве энергии, заложенном в традиционных видах топлива.
Таким образом надо совершенствовать сами способы получения энергии из вещества.
Процессы внедрения технологических новаций во многих отраслях промышленности, к сожалению, не принципиальные основы энергетику. Технологические принципы сжигания топлива остаются неизменными со времен промышленной революции в Европе. КПД установок удаётся повысить до физически возможного максимума только для категории индивидуальных котлов.
Для мощных установок проблема эффективности остаётся весьма актуальной.
Сегодня потенциал развития классической технологии сжигания топлива, основанной на химических реакциях окисления угля, газа и т.п., можно считать исчерпанным.
Имеются ещё и экологические проблемы: из-за невозможности обеспечения максимального дожигания углерода в печах образуются шлаковые отходы, которые концентрируются на шлакохранилищах.
Переход на природный газ, при сжигании которого не образуется шлаковых отходов, а дымовые газы почти наполовину состоят из "безвредного" водяного пара, также имеет свои плюсы и минусы. Газ легчетранспортировать, он имеет большую энергоплотность и теплоту сгорания.
Однако, при сгорании 1 килограмма газа образуется 2,6 кг углекислого газа и 2,25 - водяного пара. При этом водяной пар обладает более мощными парниковым эффектом, чем углекислый газ. Более того, его влияние на климатические процессы еще плохо изучены.
Дополнительное выделение водяного пара, выполняет роль спускового механизма. Водяной пар, конденсируется, и выпадает на поверхность Земли в виде осадков. При сжигании природного газа на территории Европы ежегодно образуется около миллиарда тонн водяного пара, который часто играет роль критической добавки к естественно сложившемуся круговороту воды на континенте.
Перемещение воздушных масс приводит к концентрации больших объемов влаги и это с определенной регулярностью приводит к массовым затоплениям или к неожиданным мощным снегопадам, которые наносят огромный ущерб экономике Евросоюза.
Что касается угля, то, в свете недавно открытого явления круговорота углерода в природе, для устранения негативных воздействий на климат требуется только обеспечить такие выбросы, которые природные процессы способны переварить, что может быть выполнено с меньшими трудностями.
После подписания Парижского соглашения по конвенции ООН, об изменении климата, где определены регулирующие меры по снижению углекислого газа в атмосферу с 2020 года, вектор развития энергетики безоговорочно направляется в сторону низкоуглеродных и безуглеродных источников. Поскольку уголь принято считать самым грязным видом топлива, следует задать вопрос, может ли он найти свое место в энергетическом балансе?
С учётом значительных запасов угля и его недавно обнаруженной возобновляемости, ответ будет определённый - может!
Но только на базе новой технологии горения и при использовании катализаторов горения топлива.
Такая технология вполне, как показывает имеющаяся практика, может соответствовать современным экологическим и экономическим требованиям.
Углю может быть уделено достойное место в энергетическом балансе.
Предпосылки нового подхода к использованию угля заключаются в следующем, примерно половина добываемого в мире угля относится к категории энергетического. У этих углей, горючая масса содержит от 30 до 50 процентов летучих веществ.
При сжигании углей с использованием катализаторов горения топлива, максимально сжигается углерод, соответственно снижается объем летучих веществ. Если уголь сгорает полностью, после реакции горения углерода, получается С02, водород - Н20 и сера - S02, то отходящие из топки котла газы в своем составе не будут иметь горючих элементов. Для получения тепловой энергии следует в основном сжигать газовую составляющую угля, тогда, углеродный остаток будет минимальным.
Благодаря новой технологии с использованием катализаторов горения топлива, наполовину снижается эмиссия вредных выбросов, и можно получить ощутимый экономический и экологический эффект, без значительных инвестиций.
Кроме этого, за счёт дополнительной энергии, выделяемой из катализатора, обеспечивается значительный прирост теплотворной способности основного топлива. Так, при введении катализатора удаётся при той же температуре теплоносителя затрачивать две нормативные закладки топлива вместо трёх, увеличивая время горения основного топлива
Уголь не навредит природе в отличие от природного и сжиженного газа
Внедрение технологических новаций во многих отраслях промышленности происходит на глазах одного поколения. Но, к сожалению, эти процессы не затрагивают угольную энергетику. Технологические принципы сжигания угля остаются неизменными со времен промышленной революции в Европе.
Несколько десятилетий назад термин экология не был нам знаком.
Поэтому любое совершенствование энергетических установок для сжигания угля, было нацелено на повышение энергетической эффективности без учета экологических последствий. С появлением требований к экологии, технология не изменилась, поэтому возросли затраты на очистку дымовых газов и хранение шлаковых отходов. В результате увеличения мощности котлов и их модернизации, не удалось максимально достичь уровня извлечения полезной энергии из угля. Сегодня потенциал развития классической технологии сжигания угля можно считать исчерпанным, если достичь возможности максимального дожигания углерода и шлаковых отходов, которые вопреки логике концентрируются на шлакохранилищах, и приводят к крупным экологическим проблемам.
Сегодня укоренилось мнение, что безопасным топливом является природный газ, при сжигании которого не образуется шлаковых отходов, а дымовые газы почти наполовину состоят из "безвредного" водяного пара.
При сгорании 1 килограмма газа образуется 2,6 кг углекислого газа и 2,25 - водяного пара. Однако сторонники этого топлива почему-то скрывают этот факт, о том, что пар обладает более мощными парниковым эффектом, чем углекислый газ. Более того, его влияние на климатические процессы еще плохо изучены.
Дополнительное выделение водяного пара, выполняет роль спускового механизма. Рассмотрим только одно свойство водяного пара, которое конденсируется, и выпадать на поверхность Земли в виде осадков. При сжигании природного газа на территории Европы ежегодно образуется около миллиарда тонн водяного пара, который часто играет роль критической добавки к естественно сложившемуся круговороту воды на континенте.
Перемещение воздушных масс приводит к концентрации больших объемов влаги и это с определенной регулярностью приводит к массовым затоплениям или к неожиданным мощным снегопадам, которые наносят огромный ущерб экономике Евросоюза.
При замене природного газа на эквивалентное количество минерального топлива в частности угля, поступление водяного пара в атмосферу Европы увеличилось бы в 1,5 раза. Поэтому климатические последствия этого эффекта не предсказуемы.
Вернемся к минеральному топливу, в частности к углю, одним из наиболее эффективных способов "облагораживания" угля можно считать использование катализаторов горения твердых топлив «Эффектор» (аналогов в мире пока нет). Он позволяет максимально дожигать углерод и уголь, снижать концентрацию вредных газов и выбросов твердых летучих веществ в атмосферу, а также значительно экономить топливо. При этом не требуется модернизация котлов, требующих значительные финансовые затраты.
Кроме того, с использование катализатора, весь углерод из угля переходит в синтетический газ в виде СО и СО2. Удаление СО2 требует дополнительных инвестиций и снижает КПД энергетических установок. Использование катализатора «Эффектор» максимально снижает концентрации СО, и снижает объемы выбросов СО2, в объеме сэкономленного топлива при сохранении уровня тепловыделения.
После подписания Парижского соглашения конвенции ООН, об изменении климата, где определены регулирующие меры по снижению углекислого газа в атмосферу с 2020 года, вектор развития энергетики безоговорочно направляется в сторону низкоуглеродных и безуглеродных источников. Поскольку уголь принято считать самым грязным видом топлива, может ли он найти свое место в энергетическом балансе?
Может это странно для многочисленных противников угля, ответ - может! Но только на базе новой концепции и при использовании катализаторов горения топлива с энергетическими углями. Это может соответствовать современным экологическим и экономическим реалиям.
Естественно, что речь может идти только о технологии очистки выбросов при классическом сжигании угля, с использованием катализатора.
Углю может быть уделено достойное место в энергетическом балансе.
Предпосылки нового подхода к использованию угля заключаются в следующем, примерно половина добываемого в мире угля относится к категории энергетического. У этих углей, горючая масса содержит от 30 до 50 процентов летучих веществ. При сжигании углей с использованием катализаторов горения топлива, максимально сжигается углерод, соответственно снижается объем летучих веществ. Если уголь сгорает полностью, после реакции горения углерода, получается С02, водород - Н20 и сера - S02, то отходящие из топки котла газы в своем составе не будут иметь горючих элементов. Однако при классическом сжигании угля, в результате реакции горения выделяются горючие газообразные вещества; это указывает, на то, что не вся химическая энергия выделилась в процесс горения, и часть ее осталась в отходящих газах. Следовательно, в дымовую трубу попадают не только газы полного сгорания, но и такие газы, которые еще могли бы гореть и выделять тепло. Для получения тепловой энергии следует в основном сжигать газовую составляющую угля, тогда, углеродный остаток будет минимальным.
Исходя из изложенного, благодаря новой технологии с использованием катализаторов горения топлива, наполовину снижается эмиссия вредных выбросов, и можно получить ощутимый экономический и экологический эффект, без значительных инвестиций.
Авторы: Лазарев С.Ю., Еремеев П.М.