Топливо на основе с/х культур

Осадок сточных вод.

Твердые бытовые отходы.

На сегодняшний день в мире признана следующая классификация твердого биотоплива:

- дрова;

- щепа;

- опилки;

- древесная пыль;

- брикеты;

- гранулы (пеллеты);

- торф;

- мусор;

Дрова

Дрова - древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса.

Энергетический лес — это деревья и кустарники выращиваемые для энергетических нужд и отличающиеся минимальным периодом ротации. Испытано около 20 различных видов растений — древесных, кустарниковых и травянистых, из которых наибольшее распространение в наших широтах получили тополь, ива, акация и другие. Каждые 4—7 лет деревья срезают и годовой урожай может составлять около 7 тонн/гектар. Собранная биомасса используется для производства тепловой и электрической энергии.

Примерами использования энергетического леса в современном мире могут служить следующие:

1. Крупнейшая в Европе электростанция, работающая на древесной биомассе, находится в Зиммеринг (Австрия). Мощность электростанции 66 МВт. Электростанция ежегодно потребляет 190 тысяч тонн биомассы, собираемой в радиусе 100 км от станции. Работа станции позволяет сократить ежегодные выбросы СО₂ на 144 тысячи тонн.

2. Германия ежегодно может производить в энергетических лесах 20 миллионов м³ древесины.

3. В мае 2008 года Конгресс США принял закон H.R.2419, the Food, Conservation, and Energy Act of 2008 по которому предусмотрено ежегодное финансирование энергетического лесоводства в США в размере $15 млн.

Щепа, опилки, древесная пыль

Как правило, щепа и опилки не являются самостоятельнымы изделиями на предприятиях, занятых деревообработкой. Типичная лесопилка превращает около 60 % древесины в доски, при этом 12% уходит в опил, 6% - в концевые обрезки и 22% в горбыль и обрезки кромок. Объем опила и стружки на этапе деревообработки достигает 12% от исходного сырья. Однако щепа и опилки, ко всему прочему, являются еще и достаточно ценным видом материала, широко используемым в быту, в частности в качестве топлива или для производства топлива.

Страны с лесным потенциалом активно внедряли технологии сжигания опилок, щепы, и старой древесины. Но очень быстро процесс прямого использования отходов лесопиления, деревообработки и переработки показал свои недостатки. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов, инвестиций, производственных и складских площадей, немалых затрат энергии. Во-вторых, требовала решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа при хранении порой самовоспламеняются.

Древесно-шлифовальная пыль представляет собой смесь древесных частиц размером в среднем 250 мкм с абразивным порошком, отделившимся от шлифовальной шкурки в процессе шлифования древесного материала. Содержание абразивного материала в древесной пыли может доходить до 1 % по массе.

Фракционный состав древесной пыли, образующейся на шлифовальных станках, имеет диапазон изменения размеров частиц от 40 до 500 мкм. Состав пыли, образующейся на одних и тех же станках, непостоянен и зависит от ряда факторов: свойств обрабатываемого материала, его влажности, зернистости шлифовальной шкурки и т. п.

Древесная пыль не подлежит хранению как в буферных складах котельных, так и в складах межсезонного хранения мелкого древесного топлива ввиду ее высокой парусности и взрывоопасности.

Летучестью или парусностью пыли называют способность ее частиц под действием потока газа перемещаться в любом направлении — витать в газовой среде. Парусность частиц пыли характеризуется скоростью витания, т. е. той минимальной скоростью газового потока, при которой эти частицы продолжают, не опускаясь, витать в газовой среде.

При сжигании древесной пыли в топочных устройствах должно быть обеспечено выполнение всех правил Госгортехнадзора по сжиганию пылевидного топлива, предупреждающих возникновение вспышек и взрывов внутри топочных устройств и в газовых трактах паровых и водогрейных котлов.

Сжигание пылевидного топлива осуществляется с помощью специальных горелок, предназначенных для сжигания древесной пыли, образующейся в процессе производства или в результате измельчения древесных отходов в пыль. Весь процесс от исходных древесных отходов, измельчения в пыль с влажностью порядка 8%, подачи и сжигания пыли - полностью автоматизирован. Получение энергии с использованием только древесной пыли используется достаточно редко; обычно это топливо используется в котельных или ТЭЦ, работающих на пылевидном угле и/или торфе. Стоимость комплектного оборудования для сжигания древесной пыли высока.

Некоторой альтернативой прямого использования древесных отходов стало изготовление и применение топливных брикетов и пеллетов.

Топливные брикеты и пеллеты

Из всех перечисленных выше групп биотоплива гранулы (пеллеты) и брикеты называются "улучшенным" или "рафинированным" топливом из биомассы (refined biomass fuels). Это означает, что они получены путем переработки и в результате обладают улучшенными свойствами по сравнению с любым другим биотопливом. Именно поэтому гранулы и брикеты заслужили такую высокую популярность в Европе и мире. Брикеты и гранулы производятся чаще всего из отходов хвойных (мягких) пород, образующихся при лесопилении, деревообработке, производстве мебели и т.д. Основные преимущества рафинированного биотоплива в сравнении с биомассой следующие:

- меньший объем на единицу энергии, чем у обычного биотоплива;

- улучшенные качества по влажности, весу на единицу объема, структуре, калорийности и зольности;

- способность храниться дольше без всякого обслуживания;

- отсутствие риска слипания топлива и т.д.

Брикет - это сыпучее вещество, превращенное в плотные куски. Брикетирование сыпучей древесины достигается путем прессования со связующими или без них. Более широко применяется брикетирование без связующих. Сыпучая древесина, занимающая значительное пространство, после брикетирования уменьшается в объеме в несколько раз, становится транспортабельной и удобной в обращении. Насыпная масса опилок составляет 150-200 кг/м³, а насыпная масса брикетов из них при влажности 15% - 460 кг/м³.

Брикетирование сыпучих отходов увеличивает теплотворную способность опилок и стружки. Брикеты применяются в качестве заводского топлива и для снабжения местного населения твердым топливом.

Теплотворная способность хвойной древесины влажностью 37% при брикетировании составляет 2500 ккал/кг, влажностью 20-22% - 3300 ккал/кг, опилок и стружки при 15%-ной влажности - 3600 ккал/кг, опилок при 12%-ной влажности - 3800 ккал/кг.

Для брикетирования щепы требуются более мощные прессы, чем для брикетирования опилок. Кроме того, при прочих равных условиях из опилок получается более прочный брикет с временным сопротивлением на изгиб до 20 кгс/см², чем из щепы, когда временное сопротивление на изгиб не превышает 7 кгс/см².

Кроме того в качестве биологического топлива используются брикеты, полученные от брикетирования энергоносителей иного биологического происхождения (главным образом навоза и т. п.), которые сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество, используемое в бытовых и производственных нуждах.

Топливные гранулы (пеллеты) являются твердым энергетическим носителем, произведенным путем механизированного изменения биомассы. Древесные гранулы (пеллеты из древесины) – это нормированное цилиндрическое прессованное изделие из высушенной, оставленной в природе древесины, такой как: мука от работы фрезерно-отрезного станка, опил, стружка, щепа, шлифовальная пыль, остатки лесной древесины и т.п.

Более 20 лет назад баварец Руди Гуннерман, живущий в США впервые произвел гранулы из древесных отходов. Он использовал это для безотходности своего производства и экономии перевозок. Затем в США нашли применение гранулам в отоплении. В Европе первооткрывателем процесса гранулирования древесных отходов и использования их в отоплении считается Швеция. С начала 90-х годов в Швеции начался бум и промышленное производство пеллет из древесины. Затем стремительное развитие получает изготовление древесных гранул в Канаде, Дании, Австрии, Голландии. Финляндии, Норвегии, Франции, Италии, Германии. С начала 21 века началось производство и вУкраине. На сегодняшний день производство топливных гранул из отходов деревообработки – одна из самых перспективных технологий.

Изготовление древесных пеллет происходит без химических закрепителей, под высоким давлением. Топливные гранулы называют «улучшенным» (или даже «облагороженным») топливом. В расчет берется не только внешний вид (гладкая, блестящая поверхность без трещин и вздутий, светлый древесный цвет, легкий, приятный запах), но и следующие параметры:

· горение пеллет из древесины в топке котла происходит более эффективно: количество остатков (золы) не превышает 0,5 – 1 % от общего объема используемых гранул;

· при сжигании гранулы не оказывают негативного влияния на окружающую среду;

· пеллеты не содержат скрытых пор, склонных к самовоспламенению при повышении температуры.

Учитывая эти показатели, в европейских странах гранулы наиболее часто используются для отопления домов и коттеджей. Популярность гранул в качестве «домашнего» топлива обусловлена тем, что тепло из древесины воспринимается как гораздо более приятное, чем тепло, получаемое из легкого мазута или природного газа. Кроме того, в Европе на гранулах работают и котельные на коммунальном уровне и предприятия, и электростанции достаточно большой мощности.

Древесные гранулы имеют огромные преимущества по сравнению с традиционными видами топлива:

· теплотворная способность их составляет 4,3 – 4,5 кВт/кг, что в 1,5 раза больше, чем у древесины и сравнима с углем;

· конструктивные особенности печей позволяют автоматизировать процесс получения необходимого количества тепловой энергии;

· при сжигании 2000 кг топливных гранул выделяется столько же тепловой энергии как и при сжигании: 3200 кг древесины, 957 м³ газа, 1000 л дизельного топлива, 1370 л мазута.

Кроме того, обратите внимание на сравнительную гистограмму выбросов СО₂ в атмосферу различных отопительных систем (рис.7.1). Цифры приведены с учетом выбросов СО₂, необходимых для производства энергоносителя. Несложно посчитать, что если одна семья перейдет из котла, работающего на дизтопливе на котел, работающий на пеллеты, то это уменьшит выбросы в атмосферу СО₂ на 5 тонн ежегодно, а если с газового — 2,5 тонн в год.

Рис. 7.1 – Гистограмма выбросов углекислого газа от различных отопительных систем

Как вид топлива древесные гранулы рассматривают в Европе как «топливо будущего» или «топливо с уверенностью в будущем». Это обусловлено, во-первых, тем, что древесные гранулы, как производные от древесины, являются безопасным сырьем. А такое топливо, как нефть или газ, будут с каждым годом расти в цене и вскоре закончатся. Во-вторых, древесные гранулы обладают высокой энергоконцентрацией при незначительном занимаемом объеме. Кроме того, пеллеты могут перемещаться в автоматических печах и могут вдуваться на склад и транспорт. В-третьих, пепел может использоваться как удобрение. Зола составляет до 1% от массы топлива. Пепел убирается в современных печах и котлах раз в два года. В-четвертых, так как гранулы обладают высокой насыпной массой, требуется не много места для складирования. Для отопления пеллетами дома площадью 150 м² требуется всего 7,5 м³ гранул на один год.

Если же добавить к этому снижение рисков пожара, взрывов, утечки при транспортировке, то мы получим те неоспоримые аргументы, на которых базируется обоснование использования древесных гранул. В табл.7.1. приведена сравнительная характеристкиа нескольких видов топлива в сравнении с пеллетами.

Таблица 7.1

Сравнительные характеристики видов топлива

Вид топлива	Теплота сгорания МДж/кг	% серы	% золы	Углекислый газ кг/ГДж
Каменный уголь	15 - 25	1-3	10 - 35
Двигательное топливо	42,5	0,2
Мазут		1,2	1,5
Щепа древесная
Гранулы (пеллеты, брикеты) древесные	17,5	0,1
Гранулы торфяные (пеллеты, брикеты)
Гранулы (пеллеты, брикеты) из соломы	14,5	0,2
Природный газ	35 – 38 МДж/м^3

Благодаря вышеперечисленным качествам, древесные гранулы обладают высокой конкурентоспособностью по сравнению с другими видами топлива. Цены на них не зависят от скачков цен на ископаемые виды топлива и на увеличивающиеся экологические налоги.

На сегодняшний день в Украине не существует стандартов на пеллеты, поэтому большинство производителей ориентируются на западные стандарты, которые, к слову сказать, отличаются от страны к стране или изобретают свои ТУ. Кроме того, существующие западные стандарты порой включают в себя не только стандарт на сами пеллеты, а также стандарты на их производство, хранение и транспортировку.

В Европе с первого квартала 2010 был введен новый стандарт ENplus для пеллет бытового назначения и сертификат EN-В для «индустриальных» пеллет, используемых в промышленных предприятиях и коммунальных котельных. Инициатором разработки новых стандартов выступила Германия. Введение отдельного стандарта качества для бытовых и промышленных пеллет позволит вести четкий учет потребления и контролировать качество продукции.

Качество и вид гранул зависят от сырья и технологии производства.

Принципиальная схема производства топливных гранул или брикетов из биомассы представлена на рис. 7.2.

Рис. 7.2 - Принципиальная схема производства топливных гранул или брикетов из биомассы

На данной схеме изображен принцип работы пеллетного производства на любом виде сырья. В каждом частном случае необходимость применения и количество элементов оборудования каждого типа определяется: а) конкретным видом используемого сырья; б) производительностью завода; в) пожеланиями производителя. Например, при использовании сырья с влажностью до 12% (такого, как лузга подсолнечника или сухие стружки), линия сушки и теплогенератор не нужны; при общей производительности завода 4 т/ч линий гранулирования нужно 2 штуки и др.

На рис.7.3 представлена технологическая схема производства топливных древесных гранул, которая является обобщенной моделью и служит лишь для первого знакомства с подобными технологиями. В реальности состав и размещение оборудования существенно различаются от проекта к проекту. Разработка и оптимизация технологии по технико-экономическим и ценовым параметрам - задача, решаемая на этапе предпроектных исследований и проектирования технологии.

Рис. 7.3. Схема технологической линиипроизводства топливных гранул

Сжигание топливных гранул производится в пеллетных котлах (рис. 7.4).

Рис. 7.4 - Бытовой пеллетный камин

Камера сгорания этих котлов относительно небольшая, так как основной теплосъём происходит в хорошо развитой многоходовой конвективной части котла (до 70 %). В результате такой конструкции пеллетного котла температура уходящих газов составляет всего 120—140°C. Котёл оборудован специальной гранульной горелкой объёмного типа, которая обеспечивает более высокий КПД работы котла при сгорании гранул, чем у других категорий твердотопливных котлов, и сравнима по эффективности с котлами на природном газе.

Пеллетные котлы — относительно новый вид отопительного оборудования, быстро ставший популярным в Европе благодаря его преимуществам: независимости от центральных источников и, следовательно, тарифных ставок, экологической чистоте, максимальной автоматизации и безусловной экономичности.

Немаловажным фактором спроса на эти котлы является «срок жизни» котла, который для пеллетных котлов составляет 20 лет и более.

Котлы на пеллетах имеют высокий уровень автоматизации и обеспечивают поддержание заданной температуры. Подача топлива из бункера также осуществляется автоматически, по мере необходимости, благодаря чему котел может работать без участия человека, например, пока есть пеллеты в оперативном бункере (до 7 суток и даже более).

Мощность гранульных котлов, устанавливаемых, как правило, в коттеджах, составляет от 15 до 500 кВт. Нижняя граница предлагаемых мощностей определяется в основном экономической целесообразностью (менее 15 кВт выгоднее применять гранульные камины), а верхняя граница предлагаемых мощностей связана с отсутствием опытно-расчетных оснований для получения преимуществ пеллетных котлов перед другими технологиями (снижение КПД ниже 80 %, снижение срока «жизни» котла до 3-5 лет из-за прожигания конструкций котла). Предлагаемые некоторыми немногочисленными европейскими производителями пеллетные котлы большой мощности (более 2 МВт) имеют специальные дорогостоящие агрегаты для специальной кратной предподготовки в процессе сжигания пеллет.

Некоторые модели котлов могут быть оснащены дополнительным контуром ГВС (горячего водоснабжения). Котлы на пеллетах не требуют специального обслуживания. Чистка золы осуществляется, как правило, 1 раз в месяц.

Пеллетные котлы имеют высокий КПД — 85-95 %. В совокупности с достаточно низкой стоимостью топлива, отсутствием затрат на обслуживающий персонал и т. д. это делает данный вид отопления максимально экономичным в течение всего срока службы дома, уровень затрат на отопление пеллетным способом намного ниже стоимости отопления многими другими видами топлива. Система отопления древесными гранулами гарантирует полную взрыво- и пожаробезопасность.

Дата добавления: 2014-11-08