РОЗДІЛ 28. ТЕхнології виробництва твердого палива з біомаси

Таблиця 28.15

Виробники деревинних гранул і "пеллет"

В Європі на паливні брикети прийняті стандарти.

Таблиця 28.16.

Європейські стандарти виробництва паливних брикетів

Вимоги цих стандартів мало чим відрізняються один від одного. Вони містять високі вимоги по міцності при транспортуванні. Контроль здійснюється по геометричній тарі (біг-бегах), перевіряється вміст на наявність крихт. Дуже великий попит зобов'язує європейських покупців терпимо відноситись до цього. Гранули й пелети виготовляють методом пресування (тирси, щепи), сільськогосподарських відходів (соломи і лушпина зернових культур, кукурудзи тощо) та біомаси енергетичних культур. Вони чисті, мають гарний запах, приємні на дотик. Діаметр гранул - близько 1см, довжина - від 1 до 3 см. Гранули мають низьку вологість(менше 10%) і високу теплотворну здатність у порівняні з іншими видами біопалива. Після пресування збільшується кількість енергії в одиницю обєму (енергетична щільність) [82-84]. Пелети мають меншу теплопровідність, ніж гранули, проте вони значно дешевші. Виготовлення щепи здійснюється лише однією машиною - щепорізом. Для зберігання щепи не потрібно спеціальних приміщень. Деревну тріску (щепу) виготовляють з усіх залишків лісозаготівлі та видалених деревних рослин в результаті прорідження і санітарних рубок у лісових насадженнях. Матеріал для виготовлення тріски одержують в результаті звичайної експлуатації лісового госпоцарства. Тріску також можна одержувати з деревних енергетичних рослин та деревних відходів деревообробних та меблевих підприємств. Існує кілька видів тріски (див. таблицю 28.17.). Для виробництва тріски застосовують рубипьні машини-щепорізи. Фірми пропонують мобільні (причіпні та самохідні) і стаціонарні з приводом від електродвигуна рубильні машини з продуктивністю від 10 до 120 мз/год., які можуть подрібнювати відходи лісозаготівлі (гілки, сучки тощо), лісопильних та деревообробних підприємств (обрізки тощо), а також матеріали, які підлягають утилізації (старі меблі, піддони, відходи будівництва та ін. ). Крім подрібнювачів, зарубіжні фірми пропонують різні конструкції обладнання для зрізування дерев. Такі машини можуть також розрізати стовбури дерев на колоди. В залежності від організації виробництва і наявних технічних засобів можуть застосовуватися різні техніко-технологічні схеми заготівлі деревинної тріски (рис. 28.17).

Рис 28.17. Схема процесу виготовлення гранул (пелет).

Деревну тріску можна заготовляти:

- безпосередньо на ділянці або лісопильному або деревообробному іідприємстві з використанням таких технологічних операцій подрібнення еревиних відходів, транспортування, сушіння та складування тріски;

- на майданчику підприємства - заготівельника деревної тріски, на який виконують процеси навантаження, транспортування деревинних відходів та подрібнення, сушіння і складування трюки.

Таблиця 28.17.

Європейська класифікація деревної шепи

Приклади маркування щепи: G30/W20 і G50/W20.

Після заготівлі деревну треку складають у велики бурти висотою до 10-15 м в приміщеннях, які закриті від опадів і мають добру вентиляцію. В буртах тріска починає паритися і через 8-9 тижнів її вологість зменшується до 25-30%. Деревна тріска такої вологості оптимальна для спалювання в котлах. Самозагоряння тріски не відбувається, тому що температура всередині бурта не піднімається вище 50-60°С, а загоряння відбувається за температури 280°С. Тріска в буртах не пліснявіє і не загниває, тому що за температури 50-60°С грибки плісняви не виживають, а коли через два місяці волога з матеріалу видалена, вони припиняють розмноження. Зазвичай продуктивність щепорізів на порядок вища від потреби когпіву паливі. Щепоріз за 10-14 днів заготовляє сировину для спалювання протягом 1-2 років. Тому купувати щепоріз для одного котла нерентабельно.

В Європі заготовляють тріску і поставляють і? споживачам спеціалізовані підприємства. Як правило,такі підприємства збирають деревні відходи з території навколо себе в радіусі 30км. Спеціалізовані підприємства також збирають від населення старі меблі, деревні відходи будівництва та непридатні для подальшого використання старі деревні матеріали. Витрати на транспортування тріски на відстань понад 40 км роблять її виробництво нерентабельним. Така організація виробництва щепи-може бути прийнятна й для України. Ще одним видом біопалива є солома злаковик культур. Використання соломи для виробництва енергії є актуальним питанням для України, тому що в нашій державі її залишки становлять мільйони тон. В Європі спалювання соломи в звичайних котлах заборонене, тому шо при вирощуванні будь-яких злакових в грунт необхідно вносити мінеральні і органічні добрива, які накопичується в стеблі, і під час спалювання частина елементів вивітрюються. Солома - це сезонний продукт. її заготовлюють в основному а серпні-вересні пресують і складують під навісом або складають в скирти і накривають водонепроникним матеріалом Таким чином розтягуються терміни використання сезонної сировини на весь рік. Сьогодні впроваджуються різні технологічні виробництва енергії з соломи, найпоширенішою з яких ε спалювання соломи цілими рулонами (паками) або подрібненої соломи (січки). Технологія спалювання цілими рулонами складається з таких операцій: завантаження рулону, спалювання, очищення котла. Така технологія використання соломи має низку недоліків. Процес горіння у камері згоряння абсолютно нерегульован. Його температуру контролювати неможливо, димососи працюють в постійному режимі, параметри піддування - безконтрольні. Після того, як рулон згорів, дверцята відкриваються і звідти вилітає хмара сажі і диму, при цьому температура всередині котла різко падає. Протягом декількох хвилин в камеру заштовхується новий рулон. Дверцята закриваються -і все починається спочатку. Однією з проблем використання соломи є необхідність забезпечити процес горіння, під час якого попіл видаляється. Для цього потрібно точно регулювати температуру в котлі - коли температура збільшується, попіл розплавляється і налипає на обмурівку топки. Спалювання січки дозволяє автоматизувати процес подачі і горіння палива. Важливо, щоб солома при цьому мала вологість до 30% і була подрібнена до часток завдовжки 50-70 мм. Виробники автоматичних котлів також пропонують декілька конструкцій ліній спалювання січки. Лінія спалювання січки соломи має такий вигляд: бункер, в який завантажуються цілі рулони або паки; подрібнювальна установка, яка в міру необхідності подрібнює солому; система подачі в топку - канал із світло діодами які контролюють перебіг процесу. Котли іншої конструкції спалювання соломи складаються з естакади, яку можна зробити необмеженої довжини. На естакаду поміщають певну кількість рулонів, і в міру необхідності вони надходять в подрібнювач, а далі цей процес контролюватиметься автоматикою. Якщо для задоволення енергетичних потреб недостатньо деревних відходів та соломи сільськогосподарських культур, необхідно використовувати енергетичні культури. Енергетичні культури • це швидкорослі дерева (плантації різних видів верби і тополі) або інші види рослин, наприклад, трави (сорго, цукровий очерет, мюкантус). Збирають енергетичні культури взимку або ранньою весною. Трав'янисті енергетичні культури збирають звичайними кормозбиральними комбайнами. Для збирання верби і тополі кормозбиральні комбайни обладнують спеціальними приставками для скошування пагонів дерев. Операції сушіння та зберігання тріски енергетичних деревних культур аналогічні операції підготовки для спалювання тріски відходів лісозаготівлі. Січку трав'янистих енергетичних культур зберігають в приміщенні і в міру потреби транспортують і завантажують в бункер автоматичних систем спалювання. Традиційні палива отримують з нафти, газу і вугілля. Вважається, що цих природних ресурсів вистачить не більш ніж на 100 років, при цьому вартість їх видобутку постійно зростає. Все вищезазначене змушує шукати альтернативні види екологічно чистого палива. Тому звертає на себе увагу такий вид пального, як паливо з біомаси. Сировиною для отримання цього палива є рослинні відходи, які в достатку є в Україні: лушпиння соняшника, гречки, проса, багаття льону, солома, тирса м'яких і твердих порід деревини, а також інші рослинні відходи. В якості прикладу розглянемо відходи олійно-жирової галузі, зокрема, лушпиння соняшнику, проблема з утилізацією якої на дрібних і середніх підприємствах є дуже актуальною. На великих підприємствах частина лушпиння спалюють у спеціальних котлах, виготовлення яких е дорогим проектом. При виробництві соняшникової олії утворюється П -1S % лушпиння, що для великого ОЕЗ, за вирахуванням спалюваної у парових котлах, становить 8 -12 тис. т/рік. З існуючих технологій одержання палива з біомаси ущільненням поширені: пеллетування (гранулювання), брикетування на пресах і брикетування екструдійне (з використанням шнеків). В основі технології виробництва паливних брикетів лежить процес пресування шнеком відходів (лушпиння соняшнику, гречки тощо) і дрібно подрібнених відходів деревини (тирси) під високим тиском при нагріванні від 250 до 350°. Одержувані паливні брикети не включають у себе ніяких зв'язувальних речовин, крім одного натурального - лігніну, що міститься в клітках рослинних відходів. Температура, присутня при пресуванні, сприяє оплавленню поверхні брикетів, яка завдяки цьому стає більш міцною, що важливо для транспортування брикету. За допомогою екструдера виготовляються паливні брикети у вигляді чотиригранного бруса перетином 50x50 мм або шестигранного бруса з отвором в центрі діаметром 15-20 мм для відводу диму, що утворюється в процесі брикетування, а також для стійкого горіння. Сировина (відходи) завантажується в оперативний бункер, розташований над робочою зоною. З формувача екструдера видавлюється брус, який по напрямних подається в роздільний пристрій, що ділить безперервний брус на брикети довжиною 75-300 мм. У таблиці 28.18. показані необхідні параметри відходів і продуктивність екструдера ЕВ-350 за цими видами відходів. Паливні брикети мають широке застосування і можуть використовуватися для всіх видів топок, котлів центрального опалення, промислових котлів, відмінно горять в камінах, печах, грилях та ін. Великою перевагою брикетів є сталість температури при згорянні протягом 2-х годин.

Параметри відходів і продуктивність екструдера ЕВ-350

Слід звернути особливу увагу на вологу - дуже важливий параметр, що впливає на щільність брикету. У разі перевищення зазначених вимог, брикет розвалюється на окремі шматки з-за надлишку вологи, що виходить у вигляді пари з брикету. В цьому випадку треба попередньо досушувати відходи. Ще одна проблема - утилізація диму, що утворюється при брикетуванні, яка споживачем повинна вирішуватися за місцем експлуатації екструдерів. Нижче наведено технічні характеристики екструдера EB-3S0:

1. Встановлена потужність, кВт*год, не більше 64.

2. Споживання електроенергії за одну годину роботи машини, кВт-год, не більше 40.

3. Питоме споживання електро енергії, кВт*год/кг, не більше 0,12.