Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
тверде біопаливо1.doc
Скачиваний:
22
Добавлен:
03.09.2019
Размер:
1 Mб
Скачать

ТВЕРДЕ БІОПАЛИВО 1. Класифікація твердого біопалива та його характеристика

Надзвичайно важливим для України, особливо для її аграрного сектора, є масштабне застосування технологій використання рослинної біомаси як через пряме спалювання, так і шляхом її конверсії на біогаз, біоводень, біодизель, генераторний чи піролізний газ тощо, які можуть виступати повноцінними замінниками природного газу, вугілля, моторних палив, інших нафтопродуктів та первинних енергоносіїв.

До твердого біопалива відносяться перш за все деревне паливо, енергетичні рослини і відходи сільськогосподарського виробництва.

1.1. Деревне паливо

Деревне паливо - це дрова, відходи при лісозаготівлі і переробці деревини та деревина з так званих енергетичних лісів.

Слід зазначити, що основну частину паливної біомаси в світі (до 90 %) складають ліси, лісопосадки, окремі дерева, тобто деревина.

Деревина являє собою конгломерат рослинних клітин, які складаються з целюлози С6Н10О5 (понад 40 %), геміцелюлози (близько 30 %) та лігніну С19Н24О10 (до 30 %). В хвойній деревині целюлози міститься 41 %, геміцелюлози -24 %, лігніну - 27,8 %, в деревині твердолистяних порід: целюлози - 39 %, геміцелюлози - 35 %, лігніну - 19,5 %. Кора, листя, сучки у невеликій кількості містять рослинні смоли, жири та віск. Елементний склад горючої маси деревини різних порід в середньому можна відобразити так: С - 50,0 %, Н - 6,1 %, N - 0,86 %, О - 43,0 %, £ - 0,04 %. Зольність деревини становить близько 1 % [142]. Горюча маса деревини представлена в табл. 14.1.

Баластом деревного палива є волога, вміст якої в свіжозрубаній деревині ся­гає 50-60 % [138]. Дрова з дерев хвойних порід можуть мати вологи більше, ніж з листяних. Найвищий вміст вологи у сосни, найменший - у берези та осики. За вологістю дрова поділяються на: сухі - вологість до 25 %, напівсухі - до 35 % і сирі - понад 35 % [142]. Наявність води різко знижує теплову цінність деревного палива, що видно з табл. 14.1.

З екологічної точки зору деревне паливо порівняно чисте, оскільки фактично не містить сірки, а тому у відпрацьованих газах при спалюванні деревини відсутні сірчистий та сірчаний ангідриди.

За твердістю деревні породи поділяються на три групи: тверді ^щільність

3 3

понад 600 кг/м), напівтверді (щільність 500-600 кг/м ) і м'які (щільність до 500 кг/м3).

В значно меншій мірі на теплоту згорання деревини впливає її видовий склад, як показано в табл. 14.2.

Незважаючи на те, що хімічний склад і теплота згорання різних порід деревини близькі за значенням, як паливо у більшості випадків використовують тверді породи, оскільки вони мають більшу щільність, а отже, і більше горючої маси та краще втримують жар [87]. На вересень 2011 р. ринкова ціна соснових дров (повністю підготовлених до використання) в Україні становила 150-230 грн/складометр, дров твердих порід (береза, дуб, сосна, акація тощо) - 290-350 грн/складометр.

Деревина на сьогодні є найбільш широко використовуваним видом біомаси для вироблення теплової і електричної енергії. У країнах ЄС кількість енергії, одержаної із твердої біомаси (в основному деревної), складає нині близько 3,0 % від загальної. На частку деревної біомаси припадає майже 90 % від загальної кількості енергії, одержаної з біомаси в країнах ЄС [44].

За походженням деревину як паливо поділяють на декілька груп:

  • спеціально заготовлювана в лісі паливна деревина;

  • відходи лісозаготівель;

  • відходи деревообробки;

  • відходи целюлозно-паперової промисловості;

  • міська деревина;

  • спеціально вирощувані швидкорослі плантації (т.з. енергетичні ліси). Деревина для паливних цілей заготовлюється у вигляді колод, які потім

розпилюються і розколюються на поліна. В такому вигляді деревина продається населенню та застосовується для спалювання в грубах чи котлах з метою опалювання житлових будинків в сільській місцевості. Розпилювання ведеться ручними пилками, розколювання - сокирами і колунами, проте останнім часом почали поширюватись засоби механізації цих робіт. Так розпилювання проводять бензиновими чи електричними ланцюговими або циркулярними пилками, розколювання - пневматичними деревоколами.

У промислових енергоустановках деревину зручніше спалювати в вигляді тріски (інколи деревину для спалювання подрібнюють до пилоподібного стану). Деревна тріска може бути одержана з ділової деревини, з дерев, зрубаних при проріджуванні молодих насаджень і вирубці старих насаджень, а також з відходів

.... 3

лісозаготівлі (верхівки, суччя, гілки). її щільність становить 150-200 кг/м , а вартість станом на 2011 рік залежно від порід дерев - 60-100 грн/м .

Традиційна технологія виробництва паливної деревної тріски складається з 5 етапів: рубка дерев, подрібнення деревини в тріску, переміщення тріски до місця зберігання, зберігання тріски в лісі, транспортування тріски з лісу.

Рубка дерев. Як правило, вологість свіжозрубаної деревини сягає найменшого значення в січні-березні, тому рубка дерев, призначених для отримання паливної тріски, здійснюється саме в ці місяці. Зрубані дерева залишаються лежати протягом літа для просушування та осипання хвої. Таким чином вологість тріски може бути знижена з 50-55 % до 30-40 %. Крім того, літнє просушування зрубаних дерев дозволяє більшій частині поживних речовин залишитися в ґрунті, оскільки вони містяться переважно в хвої.

Валка лісу може виконуватися або вручну за допомогою ланцюгових пил, або спеціальними валочними машинами. Транспортування дерев, стовбурів і інших лісоматеріалів до лісозавантажувальних пунктів (трелювання лісу) здійснюється за допомогою різного трелювального устаткування. Для вивезення лісоматеріалів використовуються спеціалізовані автопоїзди, що складаються з сідельного тягача і одного чи двох причепів. При перевезенні тріски до складу автопоїзда замість причепа входить відчіпний контейнер.

Подрібнення деревини. Існує два шляхи отримання тріски: безпосередньо на лісоповалі і на спеціальних майданчиках, розташованих біля лісовозної дороги. Подрібнення деревини в тріску проводиться рубильними машинами (шредерами). Існує 3 основних види дробарок: дискова, барабанна і шнекова. Всі дробарки мають повітродувку, за допомогою якої тріска переміщається в контейнер.

Зберігання тріски в лісі. Зберігання тріски в лісі необхідне, як правило, з метою зниження вологості, при цьому місце для її зберігання вибирають дуже ретельно: воно повинне розташовуватись якомога ближче до лісовозної дороги, його рівень має виключати можливість затоплення, а рівний майданчик не містити пнів, відходів вирубування лісу і великих каменів.

Тріска у вигляді купи може зберігатися просто неба, під брезентом або під навісом. Не можна зберігати у вигляді купи тріску з вологістю понад 50 %, оскільки за таких умов вона починає розкладатися. Якщо термін зберігання тріски в лісі перевищує два тижні, її обов'язково накривають брезентом. В тріски, що зберігається під навісом протягом 4-6 місяців, вологість знижується з 45 до 25-30 %. При зберіганні просто неба вологість тріски, навпаки, порівняно з первинною, підвищується; при зберіганні її під брезентом - вологість майже не змінюється. Купа тріски повинна бути якнайбільшою, оскільки при цьому знижуються її втрати в нижній частині. Рекомендована максимальна висота купи - 7-8 м. Подальше збільшення висоти може спричинити самозаймання тріски. Зберігання тріски також можна організовувати на майданчиках біля спалювальної станції [44].

До групи відходів деревообробки входять деревні відходи, що утворюються в процесі промислової обробки деревини (обрізки, кора, тирса, стружка тощо). Теплота згорання тирси, трісок, стружки, деревного пилу не відрізняється від теплоти згорання деревини, з якої одержані ці відходи. їх щільність в середньому становить 200-350 кг/м3, вологість - 8-60 %, зольність - 0,4-0,6 %. Продажна вартість тирси, стружки та пилу деревини становить близько 10 грн./м на 2011 рік. Їх використовують, як правило, у формі брикетів та гранул, проте існують і технології прямого спалювання цих відходів. В паливні гранули, вартість яких на 2011 рік становить 900-1200 грн/т, також переробляють кускові відходи деревини і горбиль.

Кора має дещо більшу зольність - 2-6 %, її вологість може становити 21-65 %, а щільність - 300-550 кг/м3. При вологості 50 % і нижче теплота згорання кори становить 8,3 МДж/кг [44]. Продажна вартість кори сягає 60-70 грн/м станом на 2011 р.

Основна частина міської деревини (з парків і вуличних дерев) в європейських країнах використовується для обігріву індивідуальних житлових будинків. Однак кількість паркової деревини невелика і значно розосереджена.

В ЄС ведеться розробка стандарта СЕг\Г/Т8 335 "Тверда біомаса", в якому описані характеристики всіх видів твеодого біопалива, в т. ч. деревної тріски, гранул і брикетів, тирси, соломи тощо.

Найбільш поширеним відходом целюлозно-паперової промисловості є сульфітний щолок (чорний луг), який утворюється в процесі лужної і сірчанокислої обробки деревини. На 1 т целюлози доводиться 8-10 т сульфітного щолоку, який містить близько 23 % твердих речовин [87]. При випаровуванні чорного лужного розчину вміст твердих речовин зростає до 45-70 %. Тверді речовини розчину складаються з вуглецю (42,6 %), кисню (31,7 %), натрію (18,3 %), водню (3,6 %), сірки (3,6 %) і мінеральних оксидів (0,2 %). Теплота згорання сухої речовини становить 15,4 МДж/кг, однак чорний луг має досить високу зольність - 3-16 % [44].

Для отримання деревного палива останнім часом починають також використовувати спеціально вирощені швидкорослі плантації з верби, тополі та евкаліпту, які називають енергетичними лісами. Вирощування швидкорослих плантацій було розпочате зі спроб введення в експлуатацію деградованих, еро­дованих та виведених з сільськогосподарського користування ґрунтів. Ці ґрунти, як правило, малопридатні для ведення сільського господарства, містять невелику кількість гумусу, значну кількість азоту і фосфору та досить часто характеризуються незадовільним повітряно-водним режимом. Лише для невеликої кількості рослин такі умови є придатними для вегетації та швидкого приросту біомаси. У європейській практиці з цією метою часто використовують кущову вербу та тополю. При цьому була звернена увага на можливість застосування їх біомаси як енергетичної сировини. До переваг цих видів деревини відносять: невелике навантаження на навколишнє середовище в процесі їх вирощування, отримання біомаси в зимовий період та відпрацьована на промисловому рівні технологія виробництва енергії, особливо теплової. Обидва види деревини характеризуються в декілька разів вищим приростом біомаси за одиницю часу, порівняно з приростом біомаси природних лісів, що значно знижує і вартість палива, порівняно з лісовою деревиною.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]