Производство и использование биотоплива

метки: Производство, Пеллет, Гранула, Сырье, Древесный, Зольность, Отход, Ценность

Производство и использование биотоплива

Вопрос производства и использования биотоплива ныне относится к наиболее важным не только для России, но и для многих других стран планеты. Это связано все с тем же «парниковым эффектом» и прогнозируемым в связи с этим кардинальным изменением климата на планете. Наступающие изменения климата Земли, наблюдаемые в настоящее время, происходят значительно быстрее, чем если бы это происходило без участия человека. Очень важно, чтобы парниковый эффект и биоэнергетика воспринимались серьезно. От этого во многом зависит будущее современной цивилизации. К тому же традиционные виды топлива — нефть, газ, уголь — относятся к невосполнимым источникам энергии. Рано или поздно, но придется искать им замену. Выход из этой ситуации — альтернативная энергетика. Это единственный путь развития энергетики Европы. В Европе давно воплощается план методичного перехода на альтернативные виды топлива, но, к сожалению, продвигается он очень медленно. Рассматривать нужно любые варианты, начиная от строительства новых АЭС, заканчивая использованием солнечной энергии и энергии ветра. Учёные всего мира давно бьются над проблемой замещения традиционных источников энергии.

Одним из внедряемых видов биотоплива стали пеллеты.

Пеллеты — это топливо из биологического сырья или биотопливо. Они представляют из себя древесные топливные гранулы, цилиндры диаметром 4-10 мм, длиной 2-5 см.

Само по себе производство гранул не является открытием 20-го века. Эта технология использовалась еще в 19 веке для превращения в компактную форму органических и неорганических материалов. Однако гранулирование древесины для получения древесных гранул с целью их дальнейшего использования в отопительных устройствах начало широко использоваться относительно недавно.

В качестве сырья для изготовления пеллет обычно используются отходы деревообработки: опилки, стружка, горбыль, обрезки и т.п. Также при производстве древесных топливных гранул перерабатываются лесосечные отходы: тонкомерная и дровяная древесина, верхушки, ветки, искривленные стволы.

Гранулы можно изготавливать как из чистой древесины, так и из древесины в смеси с корой. И те, и другие имеют свою стоимость и востребованы на рынке. Гранулы с низким содержанием коры до 0,5%, имеют самый низкий процент зольности, считаются продуктом высокого качества, наиболее экологически чистым и идут в основном на отопление частных домов.

Повышение эффективности производства строительных материалов ...

... по переработке древесины; оценить эколого-экономические аспекты ресурсосбережения и методические подходы определения экономической и экологической эффективности ресурсосберегающих технологий; исследовать возможные направления повышения эффективности производства строительных материалов за счет ...

При производстве промышленных гранул допускается наличие коры до 10% от общего объема перерабатываемого сырья. Эти гранулы используются при производстве тепла в больших и средних тепловых установках.

При изготовлении пеллет для промышленных котлов могут использоваться отходы сельского хозяйства: солома, костра льна и торф. В частных домах Западной Европы уже используют топливные гранулы из мискантуса — высокорослой травы зольностью около 3%. Однако, обращаем ваше внимание, что такие пеллеты отличаются большей зольностью (например, из лузги подсолнечника — около 7%, из торфа — от 2 до 15%), чем древесные гранулы и их применение для малых пеллетных котлов нежелательно.

Отдельно рассмотрим энергетических характеристики отдельных пород древесины:

Порода	Зола, % массы	Порода	Зола, % массы
Бук	0,57	Осина	0,32
Ясень	0,57	Береза	0,29
Сосна	0,39	Пихта	0,28
Дуб	0,37	Лиственница	0,27
Ель	0,37

И естественную зольность некоторых пород древесины:

Порода	Теплота сгорания сухой беззольной массы, МДж/кг
	Ствол	Кора	Верхушка	Все дерево
Сосна	19,31	19,53	20,23	19,53
Ель	19,05	18,80	19,29	19,02
Береза	18,62	22,75	19,19	19,30
Тополь	18,67	18,57	18,65	18,65

Топливные характеристики макулатуры, гранул и брикетов из нее

Энергетическая ценность	Низшая теплотворная способность картона составляет обычно 16-17 МДж/кг. аналогичные показатели демонстрируют гранулы и брикеты, изготовленные из макулатуры и упаковочного картона. Это — близко к значению аналогичного показателя древесных гранул.
Зольность	Зольность гранул из макулатуры, скорее всего, будет несколько выше зольности древесных гранул, однако намного ниже зольности угля.
Насыпная плотность	Специфическая и насыпная плотность гранул из макулатуры, примерно такие же, как у древесных гранул и составляют 1,1-1,2 и 650-700 кг/м? соответственно.
Применение	Поскольку макулатура является вторичной биомассой, реализация изготовленного из нее биотоплива на экспорт затруднена. Однако она может являться весьма интересным топливом для потребителей внутри России, благодаря низкой стоимости и высокой эффективности сжигания.

Особенности торфяных гранул

Энергетическая ценность	Энергетическая ценность торфяных гранул зависит от соответствующих характеристик исходного торфяного сырья. Она может существенно различаться от месторождения к месторождению, а также в зависимости от степени разложения торфа. Низшая теплотворная способность торфяных гранул 10% влажности, скорее всего, попадет в интервал от 15 до 21 МДж/кг
Зольность	Зольность торфяных гранул также зависит от зольности исходного торфа. Чаще всего, массовая доля золы в торфяных гранулах и брикетах составляет 2-8%. Этот показатель может быть и выше, однако гранулирование такого торфа будет сопряжено с очень интенсивным износом матриц и роликов и, соответственно, высокими эксплуатационными издержками по оборудованию.
Насыпная плотность	650 -750 кг/м?
Рынок	Экспорт по цене несколько ниже цены древесных гранул Внутренний рынок: муниципальные и частные котельные, отопление индивидуальных домов.

Особенности отходов МДФ и ДСП с точки зрения энергетического использования

Энергетическая ценность	Энергетическая ценность отходов МДФ и ДСП, гранул и брикетов из них — близка к энергетической ценности древесных отходов.
Зольность	Зольность данного материала равна или несколько выше зольности древесного топлива, т.е. составляет от 1 до 4% по массе.
Насыпная плотность	Специфическая и насыпная плотность гранул из отходов МДФ и ДСП, равны соответствующим показателям древесных гранул и составляют соответственно 1,1-1,2 и 650-700 кг/м?
Применение	Реализация гранул из отходов МДФ и ДСП на экспорт затруднена, поскольку данное сырье содержит в себе синтетические включения, что противоречит большинству стандартов на биотопливо. Однако при правильном выборе технологии и режимов сжигания данные включения не сказывают отрицательно ни на сроке службы топочного устройства, ни на превышении допустимых норм вредных выбросов при сжигании. Таким образом отходы МДФ и ДСП, а также изготовленные из них гранулы или брикеты могут с успехом применяться для выработки тепловой и электрической энергии внутри России. Прежде всего, речь идет об использовании их в качестве топлива самими деревообрабатывающими производствами, а также сторонними муниципальными и частными котельными. Преимущество данного вида топлива, как в необработанном, так и в прессованном виде — низкая стоимость и высокая эффективность сжигания (благодаря низкому уровню влажности).

Различают 2 типа пеллет.

Первый тип — это гранулы для отопления жилых домов, которые из-за особой белизны называют «белыми. Этот качественный вид гранул продается по более высоким ценам, чем гранулы для больших котельных — промышленные пеллеты, которые, как правило, большего диаметра, чем «белые и содержат высокую долю коры.

Цена на пеллеты для отопления жилых помещений составляет от 140 до 160 евро за тонну. Цена на промышленные пеллеты составляет в среднем 85 евро за тонну.

Гранулы больших размеров называются брикетами. Это второй тип пеллетов. Топливные брикеты выпускаются на специальном оборудовании. Также серийно выпускаются прессы, которые могут выпускать одновременно и гранулы и брикеты, и они уже используются в России. Древесностружечные брикеты, как правило, используются для бытовых систем отопления и имеют различные размеры и форму.

Соотношение выпуска топливных брикетов и гранул в мире составляет примерно 1:20.

Стандартные пеллеты имеют следующие характеристики:

Плотность — 1200 кг/ куб. м, т.е. топливные гранулы тонут в воде.

Влажность — 8%.

Теплота сгорания — около 4200 ккал/кг = 17600 кДж/кг = 4,9 кВтч/кг.

Технология производства пеллет., Крупное дробление

Крупные дробилки измельчают сырье для дальнейшей просушки. Измельчение должно дойти до размеров частиц не более 25x25x2 мм. Крупное дробление позволяет быстро и качественно высушивать сырье и подготавливает его к дальнейшему дроблению в мелкой дробилке.

Сушка

Обычно влажные древесные отходы хранятся на бетонном полу, чтобы избежать смешивания с песком или камнями. Сырье подается в систему сушки с помощью скребкового устройства. Оператор может брать сырье с различных площадок и подавать необработанный продукт в систему сушки.

Древесные отходы с влажностью более 15% очень плохо прессуются особенно прессами с круглыми матрицами. Кроме этого, изготовленные гранулы с повышенной влажностью не подходят для котлов. Поэтому сырье перед прессованием должно иметь влажность между 8 и 12%. Для качественного продукта влажность должна составлять 10% +/ — 1%. Сушилки бывают барабанного и ленточного типа. Выбор типа сушилки определяется видом сырья (щепа, опилки), требованиями к качеству продукции и источником получаемой тепловой энергии. В пеллетном производстве сушка является наиболее энергоемким процессом. Для сушки опилок расходуется приблизительно 1 МВт энергии на тонну выпариваемой влаги или для практического расчета можно принимать, что на 1 т гранул требуется теплота сгорания от 1 плотного м? древесины. Оптимальным решением является сжигание коры в топке сушильной установки.

Мелкое дробление

В пресс сырье должно заходить с размерами частиц менее 4 мм. Поэтому дробилка измельчает сырье до необходимых размеров. Для качественного продукта насыпной вес после измельчения должен составлять 150 кг/м? +/- 5%, а размер частиц не более 1,5 мм. Молотковые мельницы — наиболее подходящие устройства для измельчения волокнистой стружки, опилок или щепы.

Водоподготовка

Сырье с влажностью менее 8% плохо поддается склеиванию во время прессования. Поэтому слишком сухое сырье также плохо. Для этого нужна установка дозирования воды в смесительной емкости. Лучший вариант — это шнековые смесители, в которых встроены входы для подачи воды или пара. Добавление горячего пара требуется, если прессуются твердые сорта древесины (дуб, бук), или сырье залежалое, некачественное. Для мягких сортов древесины хвойных пород достаточно добавления воды в смесителе.

Прессование

Производится в пресс-грануляторах, с плоской или цилиндрической матрицей. При этом диаметр матрицы может быть более метра, а мощность пресса до 500 кВт, в зависимости от заданной производительности. Так же на производительность пресса в пределах 20% влияет размер получаемых гранул, обычно 6 мм для частного потребления и 10 мм для промышленного.

Охлаждение

Охлаждение обеспечивает получение качественного конечного продукта. Оно нужно для осушения гранул, нагретых после прессования до 70°…90°С. Затем пеллеты можно просеивать и упаковывать.

пеллета биотопливо древесина энергетический