Проектный и производственно-технологический раздел
2.1. Физико-механические свойства субстрата
Главные показатели качества субстрата, полученного путем измельчения на линиях гранулирования:
теплотворная способность;
влажность;
насыпная плотность (объемный вес);
истираемость (массовая доля мелкой фракции пыли);
размеры частиц субстрата (диаметр, длина).
Именно они обеспечивают привлекательные потребительские качества топливных гранул. Эти характеристики обычно определяются при проведении проверки качества ДТГ и фиксируются в соответствующих сертификатах. Теплотворная способность готового продукта – это базовое свойство гранул, определяющее их потребительскую ценность. Чем выше теплотворная способность, тем больше энергии получается при сжигании 1 кг, соответственно меньше расход гранул, а следовательно, меньше затраты. Теплотворная способность также зависит и в меньшей мере от пород древесины. Напоминаем, что линии гранулирования гранулируют любую древесину. Поскольку содержание горючего компонента (С и Н) в древесине разных пород колеблется незначительно (в хвойных породах древесины содержится углерода (С) 50,5 %, в лиственных 49,6%, водорода одинаковое-6,2%), влиянием пород древесины на теплотворную способность гранул можно пренебречь. Влажность и зольность снижает теплотворную способность гранул, уменьшая горючую массу в единице веса. Теплотворная способность абсолютно сухих гранул можно принять равной теплотворной способности абсолютно сухой древесины, которая равна 18,9 МДж/кг. Теплота парообразования составила 2,26 МДж/кг [22].
В зависимости от величины, рассчитанной рабочей теплотворной способности, учитывающей влажность и зольность можно рассчитать цену гранулируемого продукта. Этот показатель имеет значение и с точки зрения стоимости транспортировки биотоплива в больших объемах. Другие технические характеристики качества гранул в большинстве случаев имеют для энергетиков второстепенное значение.
Влажность- показатель который оказывает влияние не только на теплотворную способность, но и на стабильность при хранении, исключая самовозгорание, минимизирование потерь. Это показатель, который влияет на работу топок снижает КПД. Одним из основных свойств гранул является их насыпная плотность.
Насыпная плотность – это показатель с которым связаны затраты на транспортировку и хранение гранул. Чем она меньше, тем дороже перевозка. Насыпная плотность гранул напрямую зависит от плотности гранул и их диаметра.
Плотность - показатель, который оказывает влияние на эффективность работы топок, скорость горения, расходы на транспортировку, хранение. Существующий уровень техники и технологии позволяет получать гранул с плотностью 1,147 кг/м3, которая обеспечивает теплотворную способность гранул равную теплотворной способности древесины 18,9 МДж/кг. Максимальная плотность древесного вещества, достигаемая при существующем уровне техники, может быть 1,560 кг/м , причем эта величина может быть достигнута при давлении в 20000 11/м2. Величина плотности гранул 1,147 г/м3 достигаемся при давлении в 1450 Н/м3. Таким образом, увеличение давления примерно в 15 раз увеличивает плотность всего лишь на 0,3 единицы. Согласитесь это нецелесообразно, т.к. ощутимо увеличивает стоимость оборудования. Кроме того, при достижении плотности до 1,560 г/м идет очень плотная упаковка элементов древесины, что затрудняет доступ кислорода к горючим элементам и ухудшает процесс горения [21].
Размеры гранул влияют на их прочность, насыпную массу, истираемость и объемы оборудования. Размер топливных гранул, как правило, имеет значение только для частных потребителей. Чаще всего, встречаются гранулы диаметром 6, 8 или 10 мм, реже 12 мм. Длина гранул имеет значение с точки зрения эффективного прохождения через шнековые системы подачи малого диаметра. Кроме того, по длине продукта можно судить о ее прочностных характеристиках. Как правило, длина гранулы составляет от 10 до 25 мм. Истираемость влияет на изменение качества во время транспортировки, а соответственно на потери и затраты, поэтому в большинстве европейских стандартов эта величина не должна превышать 1 % [22].
Определение S02 и SCb в газах горения гранул необходимо, так как их выброс с отходящими газами ухудшает экологическую ситуацию, коррозирует оборудование и требует дополнительных затрат на доочистку от S02 и S03 отходящих газов и более частое обслуживание оборудования. Не своевременное обслуживание ведет к выходу из строя некоторых узлов оборудования для сжигания гранул.
Показатель однородности влияет на затраты, так как необходимо производить отбор неоднородных частиц, их утилизацию и увеличивать количество закупаемых гранул. Комплексная оценка качества гранул проведена по показателям, требуемым техническим заданием к Госконтракту по ранее разработанным методикам, изложенным в промежуточном отчете за I этап по данной теме (сентябрь 2007). Исследование свойств гранулт проводилось на образцах опытных партий, наработанных на предприятии Группы компаний «ЭКОРОСС» по схеме А для древесного сырья и по схеме Г для сельскохозяйственных отходов , включающей тонкое измельчение до фракции 1-2 мм, сушку до 11-12%, увлажнение водой до 14-15%, прессование, охлаждение и расфасовку. Гранулирование проходило на отечественном оборудовании, где экструдер ОГМ-1.5 снабжен Немецкой матрицей и роликами.
Наработано несколько опытных партий гранул. Они нарабатывались из разного вида сырья: из древесных опилок хвойных пород древесины; мягко-лиственных пород; их смеси: 50% хвойных и 50% мягко-лиственных (осина); сельскохозяйственных отходов: лузга гречихи; лузги риса.
По внешнему виду древесные гранулы представляют собой небольшие цилиндры (похожие на коротенькие обломки карандаша). Длина древесных гранул в среднем составляет 27,5 мм, диаметр 8 мм. Размеры гранул из рисовой лузги 8x20 мм, из гречихи 8*14,5 мм.
Показатели качества гранул, полученных из разных видов сырья, представлены в Таблице 1
Таблица 1 - Показатели качества гранул
Из Таблицы 1 становится ясно, что параметры и свойства гранул, полученных из хвойных и мягко-лиственных пород древесины путем гранулирования опилок, практически не отличаются друг от друга.
Значительно большие отличия наблюдаются в параметрах и свойствах гранул, полученных из сельскохозяйственных отходов путем гранулирования. Так, если зольность в древесных гранулах равна 0,5%, то в гранулах из гречихи в три раза больше-1,6%, а из рисовой шелухи 16%(!). Гранулы из сельскохозяйственных отходов имеют большую плотность (1,173 - 1,154 кг/дм"1) по сравнению с древесными паллетами (1,141-1,147 кг/дм5) и насыпную плотность 585-614 кг/м1 против 51 1-526 кг/м.
Следует отметить, что получение гранулы из опилок мягко-лиственной древесины протекает труднее. Требуется более продолжительная обработка водой (лучше паром) перед подачей на гранулирование в экструдер.