Transcript Замещение природного газа биотопливом в промышленных

ПАО «Ватутинский комбинат огнеупоров»
Юдин А.C
Замещение природного газа
биотопливом
в промышленных печах (на примере ПАО
«ВКО», группа Имерис)
Кратко о Ватутинском огнеупорном комбинате
d Основан 50 лет назад
d Расположен в центре
Украины в Черкасской
области
d Выкуплен французской
группой Имерис в 2007 году
d Специализация: добыча
каолина, производство
шамота
d 290 работников
Основная продукция: шамот для огнеупорного и санитарного
применения с содержанием Al2O3 от 35 до 44%
Прочая продукция: метакаолин для строительства (МК40), сухая
глина (ПК35), мертель.
www.vkv.com.ua
Истоки идеи
Контекст
d Газ составляет 50% от
себестоимости продукции
d Цена газа достигла 425
$/1000 m3 в 2011 году
d На рынке природного газа
отсутствует конкуренция
Задачи
d Уменьшить себестоимость
продукции
d Уменьшить зависимость от
стоимости газа
d Использовать возобновляемые
источники топлива
3500
Стоимость газа,грн/1000м
3
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Критерии выбора топлива
Топливо должно быть:
- Дешевым (учитывая доставку на предприятие)
- Доступным
- Надежным
- Иметь достаточную температуру горения для технологии
- Нейтральным для технологического процесса
- Не требующим больших инвестиций
Какие параметры позволят выбрать топливо?
- Каллорийность
- Стоимость килокаллории тепла
- Доступное количество на рынке
- Наличие большого количества поставщиков
- Зольность, температура плавления золы и температура горения
топлива
- Стоимость инвестиций для замещения газа
Экономический критерий выбора
(пример первичного выбора, цены 2008 г)
Характеристики доступных видов топлива
Газ
Влажные опилки
Дрова технические
влажные
Солома на поле
Шелуха подсолнечн.
Биогранулы из
зерновый культур
Энергетические
растения
Уголь
FCA Цена НТС Цена/Мкал
UAH/t kcal/kg
UAH/th
1663
8020
0,207
50
2400
0,021
125
50
10
2800
4000
3400
0,045
0,013
0,003
450
4300
0,105
230
600
4000
6700
0,058
0,090
* Цены 2008 года
Видно, что самым дешевым биотопливом на условиях EXW-поставщик (2008
год), без доставки и подготовки к использованию, является шелуха
подсолнечника, на втором месте стоят опилки, на третьем солома и на четвертом
технические дрова и энергетические растения. Интересным источником
являются биогранулы, которые несмотря на высокую цену не требуют больших
инвестиций в подготовку.
Экономический критерий выбора
(анализ рынка топлив, 2009 год)
UAH/Mcal
Kyoto agreement
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
0,000
Gas, Sept
2009 DDP
Gas, 2010
DDP
Wet wood
EXW
Straw in the Sunflower
field
husk EXW
Sunflower
Sunflower Wood pellets Coal EXW
milled husk pellets EXW
EXW
EXW
Характеристики выбранных биотоплив
d Низшая теплота сгорания биомассы, ккал/кг:
- древесина
- солома
- лузга подсолнечника
3800
3540
4100
d Выход летучих при сжигании различных видов биомассы, %:
- древесина
- солома
- лузга подсолнечника
до 85
до 79
до 77
d После сжигания биомассы остается зола. Ее содержание в
различных видах биотоплива, %:
- древесина
- солома
- лузга подсолнечника
0,5 …1,2
3…5
1,3 … 3,0
Критерии доступности и надежности
Определение необходимого количества топлива
Расчет необходимо начать с тепловой мощности печи и
постановки задачи о проценте замещения природного газа.
Например:
Мощность печи: 2500 м3/ч = 20 Гкал/ч = 24 МВт.
Практически все альтернативные виды топлива растительного
Тепловая мощность печи составляет: 2300 м3/ч природного газа при 20°C = 18,446 Гкал/ч = 21,4 МВт.
происхождения
имеют
низшую
теплоту
близкую
к 4000
При замене
100% природного газа
опилками
(4000 ккал/кг)
необходимосгорания
сжигать 4600 кг/ч
опилок.
Нашей
целью будет
являтсямассы.
замена 70% газа.
ккал/кг
сухой
При замене 70% природного газа необходимо будет сжигать 4600*0,7 = 3220 кг/ч сухих опилок.
Замещения 70% природного газа растительным топливом в печи
необходимо сжигать около 3500 кг/ч.
При работе оборудования 8000 часов в год необходимо будет
закупать 28 тыс.тонн биотоплива в год
Определение количества доступного топлива
Для каждого вида топлива необходимо проводить
маркетинговое исследование рынка, как местного, так
и всеукраинского
Критерии доступности и надежности
(пример анализа рынка подсолнечника, 2009 г.)
Области – лидеры по выращиванию подсолнечника: Сумская, Киевская,
Черниговская, Хмельницкая, Тернопольская, Черновецкая, Житомирская и
республика Крым. Суммарное производство 3823 тыс.тонн подсолнечника,
что дает около 726 тыс.тонн шелухи
Анализ показал, что предприятие может быть обеспечено
биомассой в достаточном количестве. На рынке присутствует
большое количество предприятий – поставщиков.
Технологический критерий. Зольность
Характеристики подготовленного биотоплива на примере лузги
подсолнечника, древесины и соломы
d Температура плавления золы биологических отходов зависит от
d
d
d
d
содержания в ней оксидов калия (К2О), натрия (Nа2О), кальция (СаО),
магния (МgО), алюминия (Аl2O3), фосфора (Р2О5), кремния (SiО2), которые
под воздействием высоких температур взаимодействуют друг с другом,
образуя легкоплавкие составы.
Легкоплавкая зола имеет температуру начала жидкоплавкого состояния
ниже 1350 0С, среднеплавкая – 1350 - 1450 0С, тугоплавкая – выше 1450 0С.
Наличие в золе лузги кальция и серы приводит к образованию состава,
содержащего СаS + СаSО4 с температурой плавления 850 0С.
Температуры размягчения и плавления золы соломы относительно низки
из-за высокого содержания щелочных металлов:
начало деформации золы соломы
735 – 840
размягчение золы соломы
1035 – 1150
расплавление золы соломы
1175 – 1330
Температуры размягчения и плавления золы древесины самые высокие:
начало деформации золы древесины
1150−1405°C
размягчение золы древесины
1180−1525°C,
расплавление золы древесины
1225−1650°C.
Моделирование горения частицы древесины
t, 0C
1400
1300
1200
6
1100
1000
5
900
1 – прогрев частицы до 1000С и начало
удаления свободной влаги;
2 – начало удаления связанной влаги;
3 – начало выделения летучих;
4 – полное удаление свободной влаги;
5 – начало горения летучих на поверхности
частицы;
6 – полное сгорание летучих и начало
горения коксового остатка
800
4
700
1
600
2
500
3
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
время, сек
t центра частицы
t поверхности частицы
25
30
Анализ кинетики горения твердого топлива для определения
оптимального размера и влажности
Рекомендуемые
характеристики
Образец
Размеры
частиц,
мм
Влажность,
%
Лузга
подсолнечника
0…3,0
9,0-10,4
Древесные
опилки
0…3,5
10,2-12,5
Моделирование горелки для биотоплива
Изолинии массовых потоков, кг/с
Распределение скоростей, м/с
Как выбрать топливо?
Полный список исследований
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Поставщики и условия поставки
Логистика вне комбината
Разработка требований к топливу
Подготовка сырья к сжиганию
Внутренняя логистика
Сжигание (особенности процесса, его
влияние на конечную продукцию)
Автоматизация и компьютеризация
процессов
Оценка инвестиций и ТЭО
Оценка потребности в оборотных средствах
Оценка сроков проектирования и реализации
Оценка технических и экономических рисков
Реализация на примере ВКО. Горелочное устройство
Реализация на примере ВКО.
Перечень работ
Земляные работы
Строительство склада
Автоматика
Оборудование
Реализация на примере ВКО. Пневмотрассы
подачи в печь
Реализация системы автоматики на примере ВКО
-Измерение и регистрация
-Регулирование
-Систематизация и
визуализация
-Оповещение
-Аварийное отключение
Реализация на примере ВКО (горелка, вид и работа)
Результаты на примере ВКО
d Процент замещения газа
превысил 40%
d Инвестиции окупились в течении 8
месяцев
d Автоматизация позволила перейти
обжигу в печах на более высокий
уровень
Трудности
d Жесткая конкуренция на рынке биотоплива с польскими
d
d
электростанциями и украинскими цементными заводами
Повышение цен на биотопливо в два раза за последние
два года
Отсутствие поддержки со стороны государства
Вопросы?