Технологии энергетического использования биомассы

Большое влияние на топливные свойства влияет влажность. Около 50–60 % массы свежесрубленного дерева, 25–30 % массы соломы и 25 % торфа составляет вода. При сжигании местных видов топлива часть тепловой энергии уходит на испарение влаги. Высокая влажность топлива затрудняет получение достаточно высокой температуры в топочной камере. Часто требуется получить температуру более 850oС с тем, чтобы обеспечить достаточно низкий уровень выбросов СО. В общем, если не имеется дешевого отбросного тепла, отбираемого из другого процесса, применение отдельной системы искусственной сушки делает процесс слишком дорогостоящим и экономически невыгодным. Подсушивание биомассы в течении нескольких месяцев при открытом хранении с использованием естественной конвекции в большинстве случаев является экономически невыгодным, так как потери от биологического разложения (1–2 весовых % в месяц) превышают полученное повышение КПД.

Размер топливных частиц играет важную роль при выборе технологии сжигания топлива и может варьироваться от больших тюков (поленьев) до мелких опилок. Измельчитель или рубительная машина могут использоваться для уменьшения размера крупных частиц, таким образом получают более однородный состав частиц, что позволяет использовать большее число технологий. Однако измельчение биомассы является целесообразным только в случае, если выгоды от выполнения этой операции превосходят дополнительные инвестиции и затраты на энергию. Сущность технологии заключается в измельчении древесины с последующей ее термодеструкцией в среде перегретого пара, в результате чего масса приобретает вяжущие свойства, с последующим прессованием термообработанной массы в брикеты. Технические характеристики получаемых брикетов – теплота сгорания – 19–26 Мдж/кг, влажность –10 масс.%, зольность – 0.5–4.0 масс.%, плотность – 1050–1200 кг/м³

В настоящее время имеется большое количество технологий получения топливных брикетов и пеллет. В отличие от большинства традиционных видов топлива, пеллеты и брикеты не наносят вреда экологии. Эти прессованные материалы удобны в хранении, высококалорийны и обладают небольшой зольностью в сравнении с обычными дровами. Кроме того, высокая плотность исключает накопление влаги и препятствует гниению материала.

Топливные брикеты и пеллеты, по существу, являются разновидностями одного и того же твердого топлива на основе одинакового сырья. Принципиальное отличие – способ производства продукта. Процесс изготовления пеллет трудоемкий и длительный, в отличие от производства брикетов. Это и обуславливает высокую стоимость пеллет.

Второе немаловажное различие – возможность применения в отопительных системах и приборах: если брикеты можно использовать повсеместно, в любых котлах и печах, то для использования пеллет потребуется приобрести специальную горелку или гранульный котел.

2.3.1. Изготовление топливных пеллет

Пеллеты применяются в теплоэнергетике, отоплении жилых и производственных помещений, и в последнее время набирает популярность среди жителей частных домов. По теплотворной способности 2,5 кг пеллет равен 1л жидкого топлива. При производстве топливных пеллет в рассмотрение идет ряд характеристик – зольность, влажность, теплота сгорания, плотность и другие. Часть этих параметров зависит напрямую от исходного сырья (например, зольность и теплота сгорания). Но некоторые характеристики зависят также от соблюдения технологии изготовления пеллет и качества оборудования. Причем, если свойства сырья влияют лишь на уровень качества пеллет, то оборудование должно обеспечить ряд принципиальных физических свойств гранулы, таких как плотность, длину и влажность. При несоблюдении данных требований Вы не получите продукт, востребованный на рынке.

Основными материалами для изготовления топливных гранул являются: опилки, щепа, кора, горбыль хвойных и лиственных (оптимальный вариант) пород древесины; торф; лузга подсолнечника (наиболее распространенное решение), рапс (оптимальный вариант), солома различных зерновых культур, кукуруза, шелуха, жмых и многое другое. Некоторые виды пеллет представлены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Некоторые виды пеллет

Гранулирование макулатуры – довольно новое и перспективное производство, поскольку данный тип сырья не требует дорогостоящих сушильных комплексов. Гранулы из бумаги и картона дают большое количество тепла и имеют мизерный процент несгораемых остатков.

Пеллеты представляют собой прессованные гранулы цилиндрической формы. Прессуются они под действием давления и высокой температуры. В качестве базового связующего вещества выступает вещество растительного происхождения – лигнин, природный полимер, содержащийся практически в любом растении, способный пластифицироваться при грануляции под воздействием достаточно высокой рабочей температуры.