РОЗДІЛ 28. ТЕхнології виробництва твердого палива з біомаси

28.2. Технологій виробництва твердого палива з біомаси.

Сьогодні сегмент ринку використання альтернативних носіїв теплової енергії має широкий розмах у європейських країнах. У ЄС було прийнято директиву щодо активізації розвитку від- новлювальної енергетики, відповідно до якої країни Євросоюзу до 2020 року зобов'язані збільшити частку відновлювальних джерел енергії (ВДЕ) при видобутку тепла та електроенергії до 20 % . Уже до кінця 2012 року очікується, що за рахунок ВДЕ в ЄС буде отримуватися близько 12 % енергії, до того ж понад 5 % - із твердої біомаси. Темпи зростання цього порівняно молодого (не більше 10-12 років) ринку стабільні: щорічно його обсяг у світі збільшується на 15-20 %. У Великобританії, наприклад, до 2013 року річне використання паливних гранул збільшиться до 5 млн тонн. Нідерланди планують протягом 2012 р. ввести в експлуатацію низку нових "зелених" електростанцій, збільшивши обсяг споживання пелет до 4,5 млн т на рік. За таких темпів до 2020 року щорічна потреба в даному виді палива в Європі зросте до 80-135 млн тонн [94]. Нині ЄС є головним імпортером пелет у світі, а виробництво гранул сконцентроване передусім у країнах, багатих лісовими ресурсами, таких як США та Канада, а також країнах північної Європи (Швеція, Фінляндія, Німеччина) . Однак, у зв'язку зі збільшенням споживання експортери все частіше стикаються з необхідністю пошуку додаткової сировини. Обсяги відходів деревини, що використовувалися до сьогодні стають недостатніми. До того ж криза скоротила обсяги лісозаготівельної галузі й деревообробки в усьому світі, через що значно підвищилися ціни на сировину. Основні шляхи вирішення проблеми: вирощування швидкоросіучих дерев, імпорт тирси та принципово новий продукт - агропелети. Сировиною для виробництва останніх є солома, лушпиння соняшнику і гречки, полова Рису, деревна частина стебел льону, ріпаку, конопель та ін. Більшість країн в Європі й поза її межами, які є постачальниками паливних гранул, до першого кварталу 2010 року орієнтувалися на стандарт DINplus, сертифікація за яким об'єднує норми DIN 51731 та ONORM М7135 [97]. Значна увага приділяється таким критеріям, як теплотворна здатність, вологість, старанність, зольність та граничний вміст різних хімічних елементів. Стрімкий розвиток виробництва та споживання паливних гранул, а також зростання кількості суміжних представників цього ринку, стали передумовою для введення в ЄС на початку 2010 р. нових норм щодо якості паливних гранул. Вимоги за новим стандартом EN 14961-2, введеного в дію 1 січня 2010 р., були не тільки посилено, а й доповнено новими критеріями [95]. За новими стандартами пелети розподіляються за якісними характеристиками на три класи. Найбільш жорсткі вимоги встановлені для паливних гранул першого сорту А1. Максимально допустима зольність дл таких гранул становить 0,5 % (пелети з хвойних порід дерева) і 0,7 % (із листяних порід). Такі гранули рекомендовано до використання у приватному секторі. Другий сорт паливних гранул А2 може бути вироблений із змішаних сортів дерев і мати зольність до 1 %. Пелети такого стандарту зазвичай використовуються у котельних широкого профілю. Так звані промислові гранули за новими нормами віднесені до третього сорту В і призначені для використання на потужних теплових станціях промислового типу. Зростання цін на тверде біопаливо на європейському ринку стало вагомим фактором стимулювання виробництва пелет в Україні та збільшення його експорту в країни ЄС (Рис. 28.2).

Рис. 28.2. Динаміка експоріу пелет, виготовлених з відходів сільськогосподарського виробництва [2].

У структурі експорту 84% споживчого попиту складають пелети із лушпиння соняшнику, 9% - пелети із соломи та 7% - з лушпиння гречки. Проте особливим попитом у країнах ЄС користуються брикети, виготовлені з деревних відходів. Україна займагться виробництвом брикет протягом 6- 7-ми років: 2004 року тут працювало 2 заводи з виробництва брикет, на яких використовували застаріле обладнання, що було завезене приватними підприємцями з Німеччини, а обсяг виробництва становив близько 8 тис. тонн на рік. Наприкінці 2006 року подібних заводів, оснащених новим імпортним та вітчизняним обладнанням налічували вже близько 20-ти. виробництво брикет перевищило 50 тис. тонн на рік, з яких понад 50% припало на Західну Україну [93]. Сучасна динаміка виробництва брикет позитивна (Рис. 10.3) і, за оптимістичними прогнозами українських експертів, планують, що 2012 року десяту частину європейського споживання (близько 300 тис. тонн) забезпечуватиме український виробник. Найбільшими компаніями, які здійснюють свою діяльність на цьому ринку, с: ТОВ "ВітаПеллет", ТОВ "ПеллетБіотекнолоджі", ТОВ ТЕК "АТІС", ТОВ "Віста-Дніпро", ТОВ "Біопаливні інвестиції" - вітчизняні компанії; ТОВ "Чистота ліній", ТОВ "ЕкоАльтернатів", Green Orange Enviromenta) BV - компанії з іноземним капіталом.

Рис. 28.3. Динаміка обсягів виробництва брикетів в Україні. 2007-2010 рр. (тис.т.)

Аналіз розвитку підприємств рециклінгу, які займаються виробництвом біопалива в Україні, дає підстави зробити декілька висновків.

По-перше, в галузі накопичився досвід виробничої, інноваційної, зовнішньоекономічної діяльності (як негативний, так і позитивний); сформувалася відповідна інформаційна та логістичне інфраструктура ринку.

По-друге, починаючи з серпня-вересня 2009 року, зростають ціни на біопаливо на європейському ринку, що в поєднанні з економією на масштабах виробництва та за рахунок накопичення технологічного і комерційного досвіду, дає підстави забезпечити рентабельність біопапивних виробництв на рівні не менше 15%, а це позитивно позначається на інвестиційній привабливості підприємств.

По-третє, спостерігається позитивна тенденція іноземних інвестицій у виробництво біопалива в Україні як у формі кредитів, так і прямих інвестицій.

По-четверте, перспектива подорожчання природного газу та комунальних послуг в Україні буде сильним стимулом для розвитку внутрішнього споживчого ринку твердого біопалива.

Технологічний процес виробництва пеллет зображено на Рис.28.4. Процес виробництва пеллет починають із поділу відходів на дві групи: на дрібні і кускові відходи. Тут слід виділити ще одну групу - відходи з корою, тому що вони використовуються для виробництва пеллет НИЖЧОЇ якості. Деревне борошно подають безпосередньо на гранулювання, а за потреби спочатку на кондиціонування і тоді вже на гранулювання.

Подрібнення. Кускові відходи подрібнюють за допомогою дробильних установок до розмірів, які менші 25x2Sx2 мм. Це дає змогу швидко і якісно висушити сировину і підготувати її до подальшого подрібнення на частинки потрібних розмірів. Використовуються молоткові подрібнювані з решетами або без них. На дільницю гранулювання має надходити сировина потрібної вологості і фракції, тому після сушіння сировини розміром менше ніж 25x25x2 мм проводять другий етап -сировину подрібнюють на частинки, розмір яких менший 4 мм. Завдяки двом етапам можна отримати більш однорідну сировину і зменшити сумарні витрати електроенергії.

Сушіння. Для отримання пеллет високої якості потрібно використовувати сировину, вологість якої 8-12%. Відходи із вологістю більше 15% погано пресуються, особливо пресами з круглою матрицею. Для сушіння сировини використовують два типи сушильних камер - барабанні і стрічкові. Для сушіння дрібних відходів (тирса стружка та ін.) використовують барабанні сушарки, а для подрібнених кускових відходів - стрічкові. Якщо використовувати барабанну сушарку для сушіння подрібнених кускових відходів, то це призведе до зниження коефіцієнта корисної, дії процесу сушіння. Температура на вході в барабанну камеру може сягати 60СҐС.У цьому типі сушарок напрямок руху сушильного агента і сировини збігається, тому перегрівання призводить до потемніння сировини і часткового руйнування лігніну. Як наслідок після пресування гранули погано тримаються купи і руйнуються. У стрічковій сушарці завдяки конструктивним особливостям не має змоги сушити обрізки, тому перед нею встановлюють рубальну машину „першого ряду Температура на вході в стрічкову сушарку -20СҐС. Оскільки, агент сушіння рухається на зустріч потоку сировини, то підвищення температури більше ніж 20СҐС може призвести до займання сировини.

Рис. 28.4. Схема виробництва пелет

Кондиціонування. Під час пресування пеллет відбувається механічне зчеплення частинок за рахунок неправильності форми і зминання, а також процес полімеризації лігніну. Завдяки цьому гранули зберігають свою форму і щільність; Для полімеризації лігніну необхідно:

- тиск;

- температура;

- певна кількість води;

- деформації зсуву.

Зважаючи на це перед пресуванням потрібне кондиціонування, яке полягає у додаванні до подрібненої сировини пари й води. До м'яких і хвойних порід достатньо додавати тільки воду. Робота гранулятора без системи кондиціонування дає змогу отримати гранули хорошої якості, але це скорочує термін роботи пресувальних вузлів (матриці й валків) і додаткових витрат енергії. Це пов'язано з тим, що нагрівання і розм'якшення сировини відбувається внаслідок механічної дії валків і матриці. Після кондиціонування вся сировина проходить через електромагніт, який видаляє металеві включення, що погіршують якість пеллет.