Замещение природного газа биотопливом в промышленных печах (на примере ПАО «ВКО», группа Имерис) Юдин А.C ПАО «Ватутинский комбинат огнеупоров» Юдин А.C

Кратко о Ватутинском огнеупорном комбинате d d Основан 50 лет назад d d Расположен в центре Украины в Черкасской области d d Выкуплен французской группой Имерис в 2007 году d d Специализация: добыча каолина, производство шамота d d 290 работников Основная продукция: шамот для огнеупорного и санитарного применения с содержанием Al 2 O 3 от 35 до 44% Прочая продукция: метакаолин для строительства (МК40), сухая глина (ПК35), мертель.

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

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

Характеристики доступных видов топлива Экономический критерий выбора (пример первичного выбора, цены 2008 г) * 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

Характеристики выбранных биотоплив d Выход летучих при сжигании различных видов биомассы, %: - древесина до 85 - соломадо 79 - лузга подсолнечника до 77 d После сжигания биомассы остается зола. Ее содержание в различных видах биотоплива, %: - древесина 0,5 …1,2 - солома3 … 5 - лузга подсолнечника 1,3 … 3,0 d Низшая теплота сгорания биомассы, ккал/кг: - древесина солома лузга подсолнечника 4100

Критерии доступности и надежности Определение необходимого количества топлива Тепловая мощность печи составляет: 2300 м3/ч природного газа при 20°C = 18,446 Гкал/ч = 21,4 МВт. При замене 100% природного газа опилками (4000 ккал/кг) необходимо сжигать 4600 кг/ч опилок. Нашей целью будет являтся замена 70% газа. При замене 70% природного газа необходимо будет сжигать 4600*0,7 = 3220 кг/ч сухих опилок. Расчет необходимо начать с тепловой мощности печи и постановки задачи о проценте замещения природного газа. Например: Мощность печи: 2500 м 3 /ч = 20 Гкал/ч = 24 МВт. Практически все альтернативные виды топлива растительного происхождения имеют низшую теплоту сгорания близкую к 4000 ккал/кг сухой массы. 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 d Температура плавления золы биологических отходов зависит от содержания в ней оксидов калия (К 2 О), натрия (Nа 2 О), кальция (СаО), магния (МgО), алюминия (Аl 2 O 3 ), фосфора (Р 2 О 5 ), кремния (SiО 2 ), которые под воздействием высоких температур взаимодействуют друг с другом, образуя легкоплавкие составы. d Легкоплавкая зола имеет температуру начала жидкоплавкого состояния ниже С, среднеплавкая – С, тугоплавкая – выше С. d Наличие в золе лузги кальция и серы приводит к образованию состава, содержащего СаS + СаSО 4 с температурой плавления С. d 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 d Температуры размягчения и плавления золы древесины самые высокие: начало деформации золы древесины °C размягчение золы древесины °C, расплавление золы древесины °C. Характеристики подготовленного биотоплива на примере лузги подсолнечника, древесины и соломы

Моделирование горения частицы древесины 1 – прогрев частицы до С 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

Анализ кинетики горения твердого топлива для определения оптимального размера и влажности ОбразецРазмеры частиц, мм Влаж- ность, % Лузга подсолне- чника 0…3,09,0-10,4 Древесные опилки 0…3,510,2-12,5 Рекомендуемыехарактеристики

Моделирование горелки для биотоплива Изолинии массовых потоков, кг/с Распределение скоростей, м/с

Как выбрать топливо? 1.Поставщики и условия поставки 2.Логистика вне комбината 3.Разработка требований к топливу 4.Подготовка сырья к сжиганию 5.Внутренняя логистика 6.Сжигание (особенности процесса, его влияние на конечную продукцию) 7.Автоматизация и компьютеризация процессов 8.Оценка инвестиций и ТЭО 9.Оценка потребности в оборотных средствах 10.Оценка сроков проектирования и реализации 11.Оценка технических и экономических рисков Полный список исследований

Реализация на примере ВКО. Горелочное устройство

Реализация на примере ВКО. Перечень работ Земляные работы Строительство склада Оборудование Автоматика

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 d Процент замещения газа превысил 40% d d Инвестиции окупились в течении 8 месяцев d d Автоматизация позволила перейти обжигу в печах на более высокий уровень Трудности d Жесткая конкуренция на рынке биотоплива с польскими электростанциями и украинскими цементными заводами d Повышение цен на биотопливо в два раза за последние два года d Отсутствие поддержки со стороны государства

Вопросы?