Біопаливо або біологічне паливо (англ biofuels) органічні матеріали, такі як деревина, відходи та спирти, що використовуються для виробництва енергії



Дата конвертації09.10.2019
Розмір0.5 Mb.
Назва файлуреферат біопаливо.docx




Вступ
Біопаливо або біологічне паливо — (англ. biofuels) — органічні матеріали, такі як деревина, відходи та спирти, що використовуються для виробництва енергії. Це — поновлюване джерело енергії, на відміну від інших природних ресурсів, таких як нафта, вугілля і ядерне паливо. Офіційне визначення біопалива — будь-яке паливо мінімум з 80 % вмістом (за об'ємом) матеріалів, отриманих від живих організмів, зібраних в межах десяти років перед виробництвом [7].

Подібно до вугілля і нафти, біомаса — форма збереженої сонячної енергії. Енергія сонця «захоплюється» через процес фотосинтезу при рості рослин. Одна перевага біологічного палива в порівнянні з іншими типами палива — те, що воно повністю розкладається мікроорганізмами, і тому відносно безневинне для навколишнього середовища.

Сільськогосподарська продукція, яку вирощують для використання як біопаливо, включає кукурудзу і сою (перш за все в США), льон та ріпак (перш за все в Європі), цукровий очерет в Бразилії і пальмова олія в Південно-східній Азії. Розкладена мікроорганізмами продукція промисловості, сільського господарства, лісоводства та побутові відходи також можуть використовуватися для отримання біоенергії, наприклад солому, лісоматеріал, добриво, рисове лушпиння, стічні води і залишки продуктів харчування. Ці продукти перетворюються на біогаз через анаеробне травлення. Біомаса, що використовується як паливо також часто складається з недовикористовуваної продукції, рослинного і тваринного походження [6].

В Україні процес освоєння нових джерел енергетичного забезпечення сільського господарства об’єктивно зумовлений скороченням запасів корисних копалин, змінами структури агропромислового виробництва, постійним зростанням диспаритету цін на енергетичну, промислову та сільськогосподарську продукцію. Солома як цінний агропромисловий ресурс є основним джерелом біомаси. Якщо врахувати, що без істотного впливу на родючість ґрунтів для енергетичних потреб можна використовувати близько 20% загальної кількості соломи, то на цій основі може бути заміщено певну частку загального споживання первинних енергоносіїв в Україні. Альтернативними способами утилізації поживних решток (соломи) є їх пакування, брикетування, гранулювання та подальше використання як твердого біопалива. Ці альтернативи стали економічно доцільними у зв’язку з постійним зростанням вартості енергетичних ресурсів. Тверде біопаливо від традиційного відрізняється тим, що воно за своєю складовою практично нейтральне щодо зростання парникового ефекту. Тобто, споживаючи біопаливо, можна призупинити глобальні зміни клімату. Тому з енергетичної, економічної й еколо- 7 вступ гічної точок зору виробництво енергії з біомаси є актуальним напрямом розвитку аграрної сфери. Нині основними пріоритетними напрямами галузі є пошук дешевої біосировини, нових технологічних рішень і створення необхідної інфраструктури для вирощування та переробки біомаси за допомогою хімічних і біологічних процесів, термоконверсії, біоконверсії в різні види біопалива: рідкі, газоподібні і тверді. Для цього в нашій державі є всі необхідні передумови, особливо ґрунтово-кліматичні, що забезпечують вирощування енергетичних культур з високою врожайністю біомаси. Застосування адаптивних технологій, удосконалення технологічних процесів, вирощування біоенергетичних культур, переробки біомаси та використання біопалива дасть змогу збільшити частку біоенергетики в структурі енергетичного балансу України. Однак розвиток біоенергетики уповільнений через брак інформації про нові технології вирощування біоенергетичних культур, їх переробку, виробництво та використання біопалива, нерозвиненість відповідної інфраструктури, відсутність ефективної логістики та ін [1].

За обсягами енергетичного споживання біомаси Україна суттєво відстає від багатьох розвинених країн світу. Так, в Європейському Союзі частка ВДЕ у валовому кінцевому енергоспоживанні складає 15 % (2013 рік), в тому числі біомаса – близько 9% валового кінцевого енергоспоживання (ВКЕ) або 62 % загального внеску всіх ВДЕ [3]. Згідно енергетичного балансу України за 2013 рік, частка відновлюваних джерел у валовому кінцевому енергоспоживанні становила 3,62 %, в тому числі біомаса – 2,28 %, що складає всього 3% від усіх ВДЕ. Однією з причин низького значення відсотку залученої біомаси в енергоспоживанні країни є висока частка централізованого опалення у 6 теплопостачанні. Однак внаслідок зношення обладнаня тепло-генеруючих підприємств, великих тепловтрат в системах транспорту теплоносіїв, що знаходяться в незадовільному, а часто і в аварійному стані, зводять нанівець розрахункові переваги централізованого теплопостачання. Окрім того така ситуація суттєво зменшує енергетичну безпеку і стійкість населених пунктів до впливу техногенного, кліматичного і військового характеру [2].


  1. Характеристика найбільш поширених рослинних видів сировини

Паливні гранули та брикети можна виготовляти з будь-яких видів біомаси, які володіють достатньою енергетичною цінністю та задовільними фізичними властивостями, а також є можливість їх ефективно подрібнювати і пресувати.

Залежно від виду сировини тверде біопаливо можна одержувати:


  • з відходів і побічних продуктів сільськогосподарської сировини (соломи, початків кукурудзи, лушпиння соняшнику, лузги зернових культур тощо);

  • з відходів і побічних продуктів переробки деревини (стружка і тирса без кори, відходи з корою, кора, відходи виробництва МДФ, шліфувальний пил, відходи фанерних виробництв тощо);

  • з інших видів сировини (торф, тверді побутові відходи, осад стічних вод тощо).

Солома. Сухі стебла злакових і бобових зернових культур, що залишаються після обмолоту, а також стебла льону, конопель та інших рослин, звільнені від листя, суцвіть, насіння. Солома для транспортування, зберігання і подальшого використання пресується прес-підбирачами в рулони або тюки.

Розрізняють озиму і яру солому, злакові та бобові, а за видами рослин – пшеничну, житню, ячмінну, льняну, конопляну та ін. Хороша злакова солома - світла, блискуча, пружна; а та солома яка зберігалась тривалий час – ламка, легко пилиться, часто з пряним запахом.

Солому досить складно використовувати у вигляді сировини для прямого спалювання як на етапах збору, транспортування та зберігання, так і на етапі безпосереднього спалювання. Це пов’язано з неоднорідністю соломи, відносно високою вологістю, низькою об’ємною масою, температурою плавлення золи і підвищеним вмістом хлору. Великий вміст хлору, що спостерігається в соломі вівса, ячменю та ріпаку, призводить до підвищеної корозії елементів котлів.

Початки кукурудзи є відходами кукурудзокалібрувальних заводів. Їх одержують під час обмолоту насіннєвих стержнів кукурудзи у вигляді поламаних качанів іноді з доброякісним насінням. Об’ємна маса їх доволі низька (30-40 кг/м3). На практиці зустрічаються випадки спалювання качанів підприємствами на обігрів приміщень та ін.

Лушпиння соняшнику представляє собою чорно-білі оболонки насіння соняшнику, які утворюються під час лущення при підготовці його до виділення олії. Лушпиння містить близько 12% води, 3,5…4,9 – сирого протеїну, 50…70 – клітковини, 2…3,8 – золи та 20…39% БЕР. У зв’язку з поганою перетравністю лушпиння використовують в якості палива (2 т лушпиння замінюють 1 т мазуту). Фактично спалювання лушпиння як альтернативного палива на підприємствах олійно-жирової галузі використовується стільки ж часу, скільки існує сама галузь. Вихід лушпиння, як побічного продукту переробки соняшнику, в процентному співвідношенні від вихідної сировини складає 15…21%.

Теплотворна здатність 1 т сухого соняшникового лушпиння еквівалентна 17,2 МДж. За цим показником лушпиння перевершує дрова – 14,6…15,9 МДж/кг, і буре вугілля – 12,5 МДж/кг, а коефіцієнт переведення лушпиння в умовне паливо сягає 0,63 одиниці.

Відмінно пресується в паливні брекети та гранули, в результаті виходить ефективне паливо, яке можна використовувати в печах і котельних, для побутових і промислових застосувань. Брикети з лушпиння соняшнику мають теплотворну здатність понад 20МДж/кг, що перевищує будь-який з випробуваних матеріалів, що робить брикети з лушпиння соняшнику дуже ефективним паливом. Зольність знаходиться на рівні 3,5 %.

Відходи лущення гречки (лузга гречки) утворюються при очищенні гречаного ядра від зовнішнього покриття. Відходи являють собою безліч незв’язаних між собою окремих елементів. Кожен елемент має стійку структуру і складається з поодиноких, здвоєних або прибудованих пелюсток, що представляють собою досить жорстку еластичну структуру. Плівки покриті природним пилом і перемішані із залишками муки, що утворилися при очищенні гречаного ядра. Кількість природного пилу і муки може доходить до 10% на 1 тонну лузги.

Сировиною для виробництва твердого біопалива можуть бути різні деревні відходи як кускові (рейки, обаполи, сучки та ін.), так і м’які (тирса, стружка, деревний пил), а також низькоякісна деревина. При цьому, усі деревні відходи повинні бути однакової консистенції, як за величиною, так і за вологістю. Тому кускові відходи, геометричні розміри яких перебувають в межах: довжина до 6000 мм, ширина до 400 мм, товщина до 100 мм, необхідно подрібнювати і сушити до заданої вологості. Процес їх подрібнення є складним. Відходи розрізняють за величиною і видом (рейки, обаполи, сучки, відрізки частин стовбура, пилопродукції, шпону та ін.), що вимагає різного устаткування. При цьому відходи необхідно переробляти в одну сипучу фракцію, частинки якої повинні мати вигляд і розміри тирси (основної маси). Для цього процесу використовують спеціальні технології підготовки деревної сировини. Крупомірну деревину кряжують, розколюють, подрібнюють і доподрібнюють за допомогою спеціального устаткування.

З твердих порід виходять найбільш якісні споживчі брикети та пелети. Вони мають більш високу щільність, кращий зовнішній вигляд й коштують трохи дорожче аналогічної продукції з м’яких порід.

Тріска. В основі технології отримання тріски лежить подрібнення деревини за допомогою спеціальної техніки. Розрізняють паливну і технологічну тріску. Технологічна тріска використовується на ЦБК. Вона виробляється з вкоріненої стовбурної деревини хвойних і листяних порід, а також з обаполів, рейок, кускових відходів деревини. Паливна тріска може виробляться з необкоркованих стовбурів, з низькоякісної тонкомірної деревини, яку вирубують під час догляду за лісом, вершин і сучків різних деревних порід на рубальних машинах дискового і барабанного типів.

Деревну стружку одержують при виготовленні деревинно-стружкових плит, фанери. Окремі види деревної стружки мають різні назви: наприклад, деревна стружка, яку отримують при розпилюванні називається тирсою, при шліфуванні – пилом, при лущенні – шпоном.

Торф. Торф підрозділяється на верховий, низинний і проміжний. Найбільш придатний верховий торф, так як він має прийнятні показники зольності (зазвичай 5…8%). Низинний торф може мати зольність до 40%. Але навіть верховий торф з різних родовищ володіє різними властивостями. Необхідно обов’язково проводити експерименти для визначення фактичної зольності та теплотворної здатності палива, отриманого з торфу видобутого в тому чи іншому місці.

Лігнін – це аморфний полімер ароматичної природи, складної будови, від світло-жовтого до темно-коричневого кольору. Вміст лігніну у хвойних породах деревини становить 28…34%, у листяних породах – 17-27%, у деревній корі – 17…44%.

Фуз – це один із відходів рафінації рослинних олій, що утворюється при первинному очищенні олії фільтруванням на фільтрпресах, який складається головним чином з механічно захоплених олією часток мезги, макухи, лушпиння, піску й інших домішок. Фуз являє собою густу коричневу або коричневато-сірого кольору липку масу, що складається з олії, фосфатидів, білків, вуглеводів, клітковини, фітину й інших речовин [4].


  1. Основні види та характеристики твердого біопалива з рослинних відходів

Найбільш широко застосовують тверде біопаливо, виготовлене з твердих рослинних відходів у вигляді пелет та брикетів.

Пелети – це спресовані частинки рослинного походження, що мають форму циліндрів максимального діаметра до 25 мм і завдовжки від 10 до 50 мм. Вони можуть бути виготовлені з деревини, торфу, трави, лушпиння, соломи, вугільного пилу та багатьох інших видів рослинної сировини, а також їх сумішей. Циліндрична форма паливних гранул забезпечує їм сипкість і дозволяє застосовувати автоматизацію у подавальних пристроях енергетичних установок.

Паливні брикети – це спресовані вироби циліндричної, прямокутної, шестигранної або будь-якої іншої форми, довжиною 100-300 мм. При виготовленні брикетів циліндричної форми, їх довжина не повинна перевищувати діаметр у п’ять разів, який більший ніж 25 мм, та зазвичай становить 60 ÷ 75 мм. Стандартних розмірів у даній продукції немає.



Рисунок 2.1 – Зразки пелет із різної сировини

а) – лушпиння гречки; б) – солома зернових культур; в – деревна стружка; г - торф; д – лушпиння соняшника; ж – лушпиння рису

Паливні пелети і брикети мають високу конкурентоспроможність порівняно з іншими видами традиційного палива. Так, для їх виробництва витрачається близько 3 % енергії, при цьому під час виробництва нафти ці енерговитрати становлять близько 10 %, а при виробництві електроенергії – 60 %. Їх теплотворна здатність в 1,5 рази більше, ніж у звичайної деревини і вугілля. При спалюванні 2000 кг пелет виділяється стільки ж теплової енергії, як і при спалюванні: 3200 кг деревини, 957 м3 газу, 1000 л дизельного палива, 1370 л мазуту. Горіння такого палива в топці котла відбувається більш ефективно – кількість золи не перевищує 0,5…1,0 % від загального об’єму використаного палива. Крім того, ціни на таке паливо не залежать від зростання цін на викопні види палива і на підвищення екологічних податків.

Слід відмітити, що останнім часом у виробництві твердого біопалива пропонується використовувати біомасу у вигляді опалого листя дерев. Навіть невелика частка такого безкоштовного джерела може бути значним внеском у справу скорочення спалювання природних копалин. Листя, що залишається для цілей перегнивання або які зібрані і вивезені на звалища, в процесі розкладання викидають в атмосферу метан, який у більше ніж двадцять разів сильніший парниковий газ, ніж вуглекислий. Ефективне вирішення проблеми утилізації опалого листя може дати подвійний позитивний ефект для екології, оскільки при горінні листя в атмосферу виділяється вуглекислий газ, що був відібраний деревом з повітря на протязі сезону.

Peter Morrison та Sharon Warmington з Бірмінгему та їх компанія BioFuels International перетворюють опале листя у поліна Leaf Log. Технологія виробництва такого палива включає крім сушки і ущільнення біомаси – додавання воску (30% по масі), який є додатковою горючою речовиною. Незалежні випробування показали, що поліна Leaf Log, виготовлені з опалого листя, дають 27,84 МДж/кг теплової енергії, що порівняно по теплоті згоряння з високоякісним вугіллям і більше, ніж у деревини.

Підвищити ефективність використання різних видів твердих рослинних відходів для виробництва біопалива можна шляхом попереднього їх змішування та приготування композитів, що включають інші види вуглецевовмістних матеріалів [наприклад, побутові відходи поліетилентерефталату (ПЕТФ)], місцеві види палива. При цьому можна очікувати досягнення синергетичного ефекту внаслідок більш ефективного використання ресурсу біомаси та часткового зменшення негативного впливу на довкілля внаслідок утилізації відходів.

Так, відоме сумісне переробка вугілля і біомаси, що охоплює такі види термохімічної переробки твердого палива: пряме сумісне спалювання вугілля і біомаси та газифікація біомаси з подальшим спалюванням генераторного газу у вугільних котлах.

Сумісне спалювання біомаси та вугілля має відповідні переваги перед їх роздільним спалюванням. Головними з них є:



  • використання біомаси замість основного палива практично не потребує переобладнання. Однак специфічні властивості біомаси в особливості їх шлаки і корозійні властивості змушують обмежити частку їх використання в суміші з вугіллям в одній установці. Більшістю зарубіжних дослідників встановлено розмір цієї частки не більше 10 - 20 %, а найбільш впевнено – 5-10 % (конкретна частка визначається в залежності від характеристик біомаси, яка використовується, та від топкового пристрою), ці данні збігаються з вітчизняними дослідженнями;

  • стабілізація процесу спалювання проходить за рахунок спалювання вугілля;

  • зменшення емісії SO2. NОх, СО2, порівняно з викопними паливами;

  • паливна еластичність котла і відсутність залежності виробництва електроенергії від доступності біомаси (логістичні проблеми), що вигідно для оператора енергетичної системи.

Використовуючи в таких технологіях гранульоване і брикетоване біопаливо, можна уникнути негативних сторін сумісного спалювання, які виникають при застосуванні їх у вигляді сипкої сировини, а саме:

  • невідповідна швидкість подачі біомаси і палива до камери спалювання;

  • неоднорідний характер горіння у камері спалювання котла;

  • нерівномірність теплових навантажень поверхонь опалювального котла;

  • велика різниця у фізико-хімічних властивостях біомаси і вугілля

(густина, вологість), що визначають вибір технологічних рішень по

забезпеченню сушки біомаси, її розмелу і транспортування тощо.

Одним з раціональних способів підвищення ефективності одержання теплової енергії з твердого палива є його газифікація.

Змінюючи склад композитів рослинних відходів або їх фракційність у пелетах або брикетах, можна виробляти синтез-газ у газогенераторах із покращеними характеристиками. Так, наприклад, використання пелет, виготовлених з суміші гранульованого вугілля і тирси з різною фракційністю, в процесі газифікації дозволяє збільшити вихід метану СН4 та окису вуглецю СО, що збільшить теплоту згорання виробленого синтезгазу.

Значною проблемою в Україні, як і в світі, є утилізація твердих побутових відходів, зокрема з полімерних матеріалів. У випадках, коли побутові відходи, наприклад поліетилентерефталату (ПЕТФ), не можуть бути повторно використані, можливе їх енергетичне застосування шляхом спалювання з утилізацією тепла, що утворюється при цьому.

Але застосування вищезгаданого процесу газифікації є більш високотехнологічним для утилізації таких матеріалів. Тому шляхом створення композитного палива на основі рослинних відходів можна вирішити подвійну задачу по заощадженню первинних джерел енергії та утилізації шкідливих побутових відходів [3].




  1. Виробництво твердого біопалива з деревних відходів

Досліджено технологію подрібнення різних деревних відходів, сушіння і пресування деревної маси у тверде біопаливо. Проаналізовано рівень теплотворної здатності деревини, твердого біопалива; подано рекомендації щодо організації їх виробництва на підприємствах лісового комплексу. Використання деревних відходів як сировини для виготовлення екологічно чистого твердого біопалива є актуальним завданням, оскільки вирішує питання отримання додаткової теплової енергії та дає змогу покращити екологічну ситуацію навколишнього середовища. Біопаливо (рідке, тверде) – це паливо з поновлювальних джерел сировини (відходів деревини, відходів сільського господарства і різних рослин).



Рисунок 3.1 – Потенціал деревної біомаси в Україні у 2013 році

На підприємствах лісового комплексу удосконалюється процес перероблення деревних відходів без застосування сторонніх в'яжучих речовин на тверде біопаливо (брикети, гранули). Сировиною для виробництва твердого біопалива можуть бути різні деревні відходи як кускові (рейки, обаполи, сучки та ін.), так і м'які (тирса, стружка, деревний пил), а також низькоякісна деревина. При цьому, усі деревні відходи повинні бути однакової консистенції, як за величиною, так і за вологістю. Тому кускові відходи, геометричні розміри яких перебувають у межах: довжина до 6000 мм, ширина до 400 мм, товщина до 100 мм, необхідно подрібнювати і сушити до заданої вологості. Процес їх подрібнення є складним. Відходи розрізняють за величиною і видом (рейки, обаполи, сучки, відрізки частини стовбура, пилопродукції, шпону та ін.), що вимагає різного устаткування. При цьому відходи необхідно переробляти в одну сипучу фракцію, частинки якої повинні мати вигляд і розміри тирси (основної маси). Для цього процесу використовують спеціальні технології підготовки деревної сировини. Крупномірну деревину кряжують, розколюють, подрібнюють і доподрібнюють за допомогою спеціального устаткування. Щільність твердого біопалива досягається за рахунок високого тиску за певної температури пресованої маси, а склеювання – за рахунок лігніну, що знаходиться у клітинах деревини. Лігнін – це аморфний полімер ароматичної природи (поліфенол), складної будови, від світло-жовтого до темно-коричневого кольору (залежить від способу виділення його з деревини). Вміст лігніну у хвойних породах деревини становить 28-34 %, у листяних породах – 17-27 %, у деревній корі – 17-44 %. Для виготовлення твердого біопалива можна використовувати відходи всіх деревних порід та сільського господарства (качани кукурудзи, солома, лушпиння соняшнику, гречки, рису та ін.).



Табл. 3.1 - Порівняльна характеристика різних видів палива

Першим важливим чинником у технології виготовлення твердого біопалива є облік деревної сировини, особливо для підприємств, які закуповують сировину (відходи). Для правильного обліку об'ємів відходів існує коефіцієнт повнодеревності (Кп). Нижче наведено величини коефіцієнта для деяких видів відходів, а саме:



  • обрізання стовбурів і колод – 0,40

  • вершинки стовбурів – 0,30

  • суміш обаполів і рейок – 0,46

  • шпон-рванина – 0,45

Облік подрібненої деревини (тирса, тріска, подрібнена деревина та ін.) здійснюється згідно з відповідним коефіцієнтом, наприклад: Кп для тирси у разі перевезення до 5 км дорівнює 0,30. Належний облік сировини дає змогу фактично оцінити витрати на виготовлення твердого біопалива.

Другим важливим чинником є величина подрібненої деревної маси. Виробники устаткування (прес-гранулятор, прес для брикетів) подають відомості про пресування деревних частинок розміром до 16 мм, але на підприємствах пресуванню підлягає деревна маса з розміром частинок до 1 мм, тобто тирса. Якщо на підприємстві, окрім тирси, є інші відходи, то до технологічного процесу необхідно долучити операції подрібнення і, за потреби, доподрібнення деревної маси (під час гранулювання).

Зазвичай, подрібнення кускових відходів у деревну масу здійснюють поетапно. На першому етапі виготовляють тріска, яку доподрібнюють у молотковій дробарці, висушують і, за потреби, додатково доподрібнюють. Таке доподрібнення зумовлене тим, що наявні молоткові дробарки не можуть подрібнювати вологу тріску чи утворювати з тріски тирсу. Цей ланцюг операцій значно підвищує собівартість гранул чи брикетів.

Більш перспективним є одноетапне отримання брикетної маси. Це процес, за якого з кускових відходів або привезеної тріски, відразу виробляють деревну масу (переважно тирсу), придатну для пресування. Таку технологічну схему розроблено на навчально-виробничому впроваджувальному підприємстві "Лісотехніка" і використовують на багатьох підприємствах галузі. Третім важливим чинником є наявність вологи у деревних частинках. На підприємствах лісового комплексу сировина переважно має вологість, більшу за 30 %, а для отримання твердого біопалива деревні частинки повинні мати вологість не більше 16 % під час гранулювання і не більше 10-12 % – під час виробництва брикетів, тому сировину необхідно просушити. Спеціальних сушарок для тирси у деревообробній промисловості не існує, а використовують модифіковані пристрої з інших виробництв.

Застосовують два типи сушарок: барабанні і конвеєрні. Як тепловіагенти використовують топкові гази, нагріте повітря або пару. Для отримання агента сушки ефективним є спалювання подрібненої деревини природної вологості в спеціальних топкових пристроях, що забезпечують температуру на виході близько 10000°С.

Подачу агента в сушильний агрегат здійснюють за принципом прямопоточності (рух деревних частинок збігається з напрямом руху агента сушки). Останнім часом з'явилися й інші розроблення, а саме: створення сушарок з протипоточною подачею агента сушки (деревні частинки рухаються назустріч руху агента сушки). Під час пересування величину агента сушки його подачу і температуру можуть регулювати. Для отримання однієї тонни сухої подрібненої біомаси необхідно витратити близько 400-500 кВт електроенергії, при цьому потрібно спалити близько 200 кг подрібненої деревної маси природної вологості. У виборі устаткування варто враховувати витрати електроенергії на виробництво твердого палива, наприклад: середні витрати електроенергії на виготовлення однієї тонни брикетів становлять 60-80 кВт, а на одну тонну гранул – 90-110 кВт.

Технологічний процес пресування займає близько 20 % від усіх затрат. В економічній оцінці виробництва варто враховувати витрати на підготовку деревної сировини і наявність власних деревних відходів. Для виготовлення гранул використовують пресове устаткування з плоскою матрицею (дискового типу) і циліндричною. Суть процесу гранулювання полягає в продавлюванні спеціальними роликами подрібненої деревної маси через отвори обертальної матриці. Отвори бувають різного діаметра: від 6 до 12 мм, довжина і форма якого залежить від виду пресованої маси.

Брикети виготовляють на штемпельних і шнекових пресах. У штемпельних пресах відбувається поштучне виготовлення брикетів (величина брикету залежить від дозованої подачі деревної маси в зону пресування). У шнекових пресах процес є неперервним (відбувається витискування деревної маси через канал певної форми, шнек, зазвичай, конусоподібної форми з кутом конуса 6-80). Брикет має внутрішній наскрізний отвір, наявність якого позитивно впливає на процес горіння.

Для оцінювання організації нового виробництва необхідно орієнтуватися на технічні вимоги, що пред'являються покупцем готової продукції (брикетів, гранул). Чинні європейські стандарти на гранули (DIN, SS, O-Norm M і ін.) не дають змоги використовувати як сировину всі деревні відходи. Наприклад, стандарти обмежують вміст у деревній масі кори до 0,5-1,5 %.

Стосовно такої важливої характеристики твердого біопалива, як його теплотворна здатність, існує твердження, що для гранул і брикетів цей показник значно вищий, ніж для деревини (теплотворність пресованого палива становить 4000-5000 ккал/кг, а деревини – 2350 ккал/кг).

Таке твердження не має фізичної суті, оскільки з одного кілограма деревини або деревних матеріалів з одним значенням вологості, у т.ч. і пресованих виробів (гранули, брикети), можна отримати однакову кількість тепла. У випадку, якщо величину теплотворної здатності виразити в ккал/м3 тоді різниця кількості тепла має місце і теплотворність брикетів становитиме приблизно 52160⋅102 ккал/м3, а теплотворність деревини – 21733⋅102 ккал/м3. Суть різниці полягає в щільності матеріалів; щільність деревини, наприклад, сосни становить 500 кг/м3, а щільність брикетів з цієї деревини – 1200кг/м3[2].

У виборі технології перероблення деревних відходів на тверде біопаливо доцільно керуватися пропозиціями фірми-постачальника пресового устаткування і аналізом та рекомендаціями фахівців. Отримати технічну інформацію від підприємств, які виготовляють тверде біопаливо, практично неможливо (комерційна таємниця). Тому підприємства-виробники продукції пропонують укладати договори на пуско-налагоджувальні роботи, у яких передбачено технічну інформацію щодо запуску, налагоджування, експлуатації, режимів роботи устаткування тощо.

Для ефективної співпраці між виробником і замовником цього устаткування стає необхідним створення науково-виробничо-впроваджувального центру (НВВЦ). Залежно від специфіки виробництва НВВЦ може розробляти: проектно-кошторисну документацію на виробництво твердого біопалива; рекомендації щодо підбору устаткування, техніко-економічне обґрунтування; технологію виробничого процесу. Центр надаватиме послуги щодо розроблення стандартів на продукцію, що виготовляється, і погоджувати їх з Держстандартом. Окрім цього, фахівці центру можуть надати технічну допомогу в пуско-налагоджувальних роботах та навчанні операторів. У цьому напрямку працює науково-виробничо-впроваджувальне підприємство (НВВП) "Лістехніка" [8].

Одним із найстаріших видів твердого біопалива є дрова, але вони не є найефективнішим видом твердого палива.

Тому, було винайдено ряд інших більш енергоефективних форм та видів твердого палива, основою виготовлення якого стала деревина та відходи від її переробки. 

На сьогодні, широко застосовуються такі форми, як пелети, паливні брикети, щепа, тирса тощо.

Паливні брикети, в свою чергу, представлені в декількох видах. Серед яких Паливні брикети RUF, Паливні брикети NESTRO та паливні брикети Pini&Kay.

Матеріалом для виготовлення брикетів є відходи переробки деревини - тирса. Різниця полягає у технології виробництва і у кінцевих технологічних та енергоефективних характеристиках брикетів.

З поміж даних видів, найенергоефективнішими є паливні брикети Pini&Kay. Їх температура згорання та тепловіддача значно перевищують показники брикетів NESTRO та RUF. А у порівнянні із іншими традиційними видами палива, які використовуються для теплопостачання, Паливні брикети Pini&Kay практично не мають конкурентів.

Табл. 3.2 – Порівняння паливних брикетів різних виробників



[9]

4. Виробництво паливних брикетів із соломи


Останнім часом при обговоренні теми виробництва паливних брикетів все більший інтерес викликає використання в якості сировини відходів рослинництва і, перш за все, соломи.

Як сказано в енциклопедії, солома - «Стебла і листя хлібних злаків, бобових, гречки, та ін с / г рослин після обмолу». Таким чином, говорячи про солому, ми маємо на увазі не тільки пшеничну солому, але і всі види відходів рослинництва такого роду. Такі відходи виникають щорічно у великих обсягах і використовуються вкрай обмежено і нераціонально. У тій же енциклопедії в якості напрямків використання соломи вказані - «Підстилка, грубий корм, покрівельний матеріал, сировина для саманного цегли, ізоляційних плит, матів, капелюхів, і т. п.». При цьому, як ми розуміємо, тут мова йде звичайно, перш за все про зернову солому.

На практиці, найчастіше, попередньо подрібнена солома просто заорюють.

В процесі обговорення актуальної тематики виробництва біопалива (шляхом переробки рапсового насіння, кукурудзи, зерна і т. п.). Мова йде про зерно, використання якого в технічних цілях, в умовах дефіциту продовольства, на мій погляд, викликає досить багато питань і не у всіх випадках може бути виправданим.

Інша справа переробка паралельно виникаючих відходів. При цьому проводиться високоефективне тверде паливо, яке, до речі, в зонах культивування польових культур найчастіше є вельми дефіцитним.

Як джерело сировини для пресування паливних брикетів такі відходи займають істотне місце. Досить сказати, що при виробництві 1 т пшениці утворюється 2 т побічних відходів.

Про достоїнства такої сировини, як палива, зараз говорять все більше. При цьому, перш за все, мається на увазі спалювання тюкованої соломи в спеціальних топках, що безумовно знайшло своє втілення на практиці в ряді країн. Даний спосіб утилізації соломи має і суттєві недоліки. До їх числа можна віднести:


    • дорожнечу установок для спалювання, що знижує універсальність такого палива для різних споживачів;

    • невисокий ККД таких установок, у тому числі й з причини низької щільності і вологості спалюваного сировини;

    • незручність застосуванні зважаючи великих габаритів палива і, відповідно проблем, пов'язаних з його доставкою споживачеві і зберіганням сировини у великих обсягах.

На наш погляд, більш раціональним є отримання палива з соломи шляхом брикетування. Переваги паливних брикетів відомі і очевидні. Досить сказати, що щільність брикетів, у тому числі і з соломи досягає 1.3 кг/дм3. Це знімає перераховані вище проблеми і робить таке тверде паливо воістину універсальним як з точки зору методів спалювання, так і з точки зору кола споживачів.

Паливні брикети, виготовлені із соломи, по теплотворної здатності не відрізняються від деревних, а в деяких випадках і перевершують їх. Наприклад, теплотворна здатність брикетів виготовлених з льнокостри перевищує 5000 ккал / кг. У порівнянні з деревними солом'яні брикети мають трохи підвищену зольність, але це не настільки суттєво, якщо мати на увазі, що солом'яна зола - хороше добриво. У вугілля відсоток далеко екологічно не чистого шлаку становить 20%.

Розглянемо особливості технології переробки соломи в паливні брикети. Інформація, яка буде викладена нижче, є результатом нашого практичного досвіду по пресуванню різних видів соломи на пресі ПТБ. Ми безпосередньо пресували паливні брикети з житнього та пшеничного соломи, ріпаку, кукурудзяних качанів і т. п. Всі види цієї сировини легко пресуються в брикет. При цьому немає жодних відмінностей у режимах пресування в порівнянні з пресуванням деревної тирси. За зовнішнім виглядом паливні брикети з соломи також нічим не відрізняються від паливних брикетів з тирси.

В частині підготовки сировини для пресування при використанні соломи є певні відмінності. Це пов'язано з особливостями даного продукту, насамперед з довжиною стебел. Вологість соломи, як правило, значно нижче вологості тирси після розпилювання, що, безумовно, є істотною перевагою.

Перша проблема вирішується легко, тому що січкарні не є дефіцитом і широко використовуються. Слід зазначити, що, як правило, існуючі січкарні не можуть забезпечити оптимальну фракцію сировини для пресування. Солома після такої переробки має значний відсоток стебел довжиною близько 60 мм. Зважаючи на високу пластичності матеріалу такої фракційний склад на роботу преса і формування брикету не впливає, але слід мати на увазі одну аксіому нашого методу пресування - чим крупніше фракція, тим менше продуктивність преса. Тому найбільш оптимальною, як і для тирси, є фракція порядку 1мм.

На відміну від тирси, на початковому етапі переробки ми маємо солому в тюках або рулонах. При цьому щільність тюкувати матеріалу істотно нижче щільності тирси. Це дозволяє застосувати інший спосіб сушіння сировини на відміну від сушки тирси. Найбільш раціональною є сушіння соломи безпосередньо в тюках. При цьому можна використовувати прості камерні сушарки аналогічні сушарок для деревини. Враховуючи можливість використання жорсткого режиму сушіння можливе використання сушарки найбільш простої конструкції без спеціального обладнання і автоматики. За нашою оцінкою продуктивність такої сушарки буде дуже високою, а витрати на її створення непорівнянні з витратами на придбання хорошого сушильного агрегату для тирси.

Після сушіння солома повинна пройти стадії різання і подрібнення.

Є ще одна обставина, на яку слід звернути увагу. Враховуючи, що прибирання соломи здійснюється механізованим способом, у тюкованої соломі присутні частинки грунту. В процесі переробки цей абразив зробить негативний вплив на робочий інструмент преса.

Для усунення цього недоліку є два рішення:


    • радикальний - використання центрифуги для відділення абразиву з подрібненої сировини;

    • застосування спеціального інструменту.

Враховуючи продуктивність преса, Вам необхідно готувати до 9 тонн сировини, підготовленого для пресування на добу. Звідси - необхідний обсяг сушильної камери.

Звичайно, для сушіння подрібненої соломи можна використовувати і сушарки, застосовувані для тирси. В іншому процес аналогічний виробництву брикетів з тирси.

Оснащення процесу засобами механізації, організаційні рішення і планування залежать від конкретних умов і можливостей виробника.

Впровадження технології виробництва паливних брикетів з відходів рослинництва є необхідним. Оскільки ця технологія дозволяє вирішувати проблеми утилізації незатребуваних відходів і виробляти високоефективне екологічно чисте паливо з відновлювальних джерел сировини [5].

Список використаної літератури


  1. Гайденко О.М. Технологічний процес заготівлі та використання рослинної біомаси як твердого біопалива : монографія. – К.: Аграр. наука, 2017. – 144 с

  2. Гомонай М.В. Древесное биотопливо (брикеты и гранулы). – М., 2007. – 90 с.

  3. Клименко В. В., Кравченко В. І., Боков В. М., Гуцул В. І.

Технологічні основи виготовлення біопалива з рослинних відходів та їх композитів: Монографія. /За ред. В.В. Клименка – Кропивницький:

ПП «Ексклюзив-Систем», 2017. – 162 с.



  1. Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу «Технологія біопалива»

  2. Виробництво паливних брикетів із соломи

http://dzhankoi.org.ua/virobnictvo-palivnix-briketiv-iz-solomi.htm

  1. Виробництво твердого біопалива: загальна інформація про особливості українського ринку

http://agro-business.com.ua

  1. Біопаливо

https://uk.wikipedia.org/wiki/Біопаливо

  1. Отримання твердого палива з використанням перспективних видів біомаси

https://knowledge.allbest.ru/physics/3c0b65625b2bc78a4c53a89521206c36_0.html#text

  1. Про біопаливо

http://hot.maxdt.com.ua/Pro-palyvo/

Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©bezref.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка