БІОЕНЕРГЕТИКА ТА НИЗЬКОПОТЕНЦІЙНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

Лекція 2-3

Чупа Володимир Михайлович

Кафедра ІВТ

ЛЕКЦІЯ №2-3

Деревина і солома як біопаливо

ДЕРЕВИНА�

• Деревина здавна використовувалася у якості палива.
• Зараз на енергетичні потреби використовують деревину лісосічних відходів, а також відходів, що утворюються у деревообробній, картонажній промисловості, при пакуванні та на будівництві.
• Все більшу частку займає деревина спеціально вирощуваних енергетичних культур.

ВИРОЩУВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ КУЛЬТУР�

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ДЕРЕВИНИ�

• Україна має енергетичний потенціал деревини 2,13 млн. т ум. п., з яких 1,48 доцільно використовувати для опалення.
• Відходи деревини, які оцінюються у розрахунку, є відходами кінцевої вирубки лісу і проріджування. Загальна кількість лісосічних відходів, відходів лісообробної промисловості отримана з статистичних даних. У лісових відвалах накопичилось більш ніж 14 млн. м³ відходів, у лісах – ще 7 млн. м³. При цьому цей процес триває.
• У регіонах заходу України відходи деревопереробки та заготівлі становлять серйозну соціальну та екологічну проблему.

ПОТЕНЦІАЛ ВИРОБНИЦТВА ПЕЛЕТ І БРИКЕТІВ З ВІДХОДІВ ДЕРЕВИНИ

Енергетичний потенціал деревної біомаси

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ДЕРЕВИНИ�

• Вважається, що 50% загальної кількості лісосічних відходів в Україні можуть бути зібраними для використання у якості палива.
• Усі відходи лісової промисловості оцінюються як такі, що можуть бути використаними у якості палива.
• Державний комітет лісового господарства України здійснює управління приблизно 68,3% території, зайнятої лісом.
• У розрахунку також враховано потенціал решти зайнятої лісами території (31,7%).

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ДЕРЕВИНИ�

• Ми припустили, що ця частка лісів має такий же розподіл лісових ресурсів, як і територія під лісом, підпорядкована Державному комітету лісового господарства.
• Припускається, що запас енергії палива з деревини дорівнює 9,0 МДж/кг.
• У той час як теоретично та економічно доцільний потенціал енергетичних культур: тополі міскантусу, акації, вільхи, верби становить відповідно 14,58 та 12,39.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ДЕРЕВИНИ�

• Значним є потенціал відходів деревини (лісова, деревообробна промисловість) у Житомирській (0,12 Мт н.е.), Закарпатській (0,09 Мт н.е.), Київській (0,073 Мт н.е.), Львівській (0,062 Мт н.е.), Харківській (0,058 Мт н.е.) та Сумській (0,048 Мт н.е.) областях. Ці області складають 46,7% загального потенціалу біомаси в Україні. Вони розташовані переважно у західній і північній Україні, де є ліси і підприємства лісової промисловості.
• Частка деревини від загального потенціалу біомаси в цих областях становить від 58,7 до 14,3%. У центральних, а особливо південних регіонах цей показник дуже низький.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ДЕРЕВИНИ�

• На сьогоднішній день Україна споживає біомасу переважно у вигляді деревинного палива – приблизно 1 млн. т у.п. на рік при традиційному спалюванні для опалення приватних будинків, та використовує більше 1000 твердопаливних котлів у деревопереробній та лісовій промисловості. Але це крапля в морі порівняно з існуючим потенціалом.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ��

• Технологічні рішення для виробництва теплової енергії з біомаси залежать від масштабу та призначення теплогенеруючих установок, а також виду біомаси, що використовується як паливо.
• Технології спалювання біомаси розділяють на три основні типи: спалювання в шарі, пилове спалювання, спалювання в псевдозрідженому стані, а також комбінований тип – сумісне спалювання біомаси з іншими паливами.

ТЕХНОЛОГІЇ СПАЛЮВАННЯ БІОМАСИ��

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ��

• Котел, призначений для спалювання в шарі включає: паливну решітку на якій відбувається процес горіння, паливоживильний пристрій (механічний, гідравлічний чи пневматичний), систему подачі повітря та видалення золи.
• Первинне повітря подається під решітку і через отвори проникає в шар палива, де викликає процес газифікації горючих газів. Вторинне повітря подається над шаром палива (в зону окислення) й супроводжує процес згорання.
• Зола, що утворилась в процесі спалювання періодично видаляється шляхом струшування, зскрібання, зрушення або чищення.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ��

• Технологія спалювання в псевдозрідженому шарі передбачає спалювання свіжого палива в суміші розігрітого інертного матеріалу та золових часток.
• Завдяки великій швидкості первинного повітря, яке рухається крізь решітку, частинки палива та інертного матеріалу утримуються в завислому стані, що створює ефект зрідження.
• При такій технології відбувається рівномірне підведення повітря до горючої речовини, інтенсивний теплообмін між частками інертного матеріалу та палива, що призводить до ефективної газифікації.
• В залежності від організації руху суміші та конструктивного виконання установки розділяють на спалювання в киплячому шарі та в циркулюючому киплячому шарі.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ��

• Технологія пилового спалювання придатна для спалювання палив з малим розміром частинок (до 20 мм). Суміш палива з первинним повітрям потрапляє через пальник в топку котла, де відбувається горіння й остаточне доокислення вторинним повітрям. Невелика частина золи, що утворюється під час спалювання, виноситься з димовими газами, а основна маса в твердому чи рідкому стані видаляється з нижньої частини топкової камери. Незважаючи на те, що пряме спалювання БМ являє собою найстаршу й найбільш розвинену технологію одержання енергії із БМ, дотепер є потенціал для її подальшого розвитку з погляду збільшення ККД і поліпшення екологічних характеристик.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ��

• Основними технологіями спалювання деревної БМ, що наразі використовуються: спалювання в пальниках ретортного типу, спалювання на решітках, спалювання у вихоровій топці, спалювання в обертовій печі, спалювання в киплячому шарі, спалювання в циркулюючому киплячому шарі та ін. Пряме спалювання є добре відпрацьованою промисловою технологією в усіх країнах й відрізняється своєю простотою та доступністю. Сучасне вдосконалення цих технологій іде по шляху вирішення проблем забруднення навколишнього середовища, пристосування до використання різних видів палива, підвищення ефективності спалювання та застосування в когенераційних системах.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ БІОМАСИ

ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ РІЗНИХ СПОСОБІВ СПАЛЮВАННЯ БІОМАСИ

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ���

• Спалюванням кускового палива у фільтруючому шарі на нерухомій колосниковій решітці
• При шаровому спалюванні шар кускового палива (дров) вільно лежить на колосниковій решітці і продувається первинним повітрям знизу через отвори.
• Свіже паливо завантажується зверху на шар палаючого палива, тобто реалізується зустрічний рух палива та повітря.
• У перший період після завантаження відбувається теплова підготовка палива, при якій відбувається його прогрів, випарювання вологи, вихід летких речовин.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ���

• Спалюванням кускового палива у фільтруючому шарі на нерухомій колосниковій решітці
• Після виходу летких речовин залишається коксозольний залишок або деревне вугілля, яке контактує з дуттьовим повітрям та згорає з виділенням теплової енергії.
• Після вигорання вуглецю з деревного вугілля на колосниковій решітці залишається попіл, який через отвори в колосниках просипається в зольник. У випадку проплавляння золи утворюється шлак.

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДИХ БІОПАЛИВ���

• Спалюванням кускового палива у фільтруючому шарі на нерухомій колосниковій решітці
• Зола — пилоподібний або шлакоподібний залишок, що утворюється з мінеральної частини палива, коли воно повністю згоряє. Складається з продуктів окиснення і випалення золотвірних компонентів мінеральної частини і органічних сполук палива і деякої кількості невигорілих його органічних компонентів (недопал).
• Сажа або технічний вуглець — порошкоподібний залишок від неповного окиснення вуглецевмісних речовин.

ОСНОВИ ЗГОРЯННЯ ПАЛИВА���

ОСНОВИ ЗГОРЯННЯ ПАЛИВА���

• Спрощене рівняння процесу горіння складається з чотирьох елементів – паливо й окислювач надходять у процес і вступають в реакцію; у результаті цих реакцій виділяються теплова енергія та продукти згоряння (димові гази).
• Ідеально окислювач (зазвичай повітря) подається в процес у кількості, необхідній для окислення горючих компонентів у паливі (так зване стехіометричне згоряння). Оскільки в реальних умовах процес не ідеальний, кількість поданого окислювача є трохи вищою порівняно з ідеальним процесом.
• Якщо процес горіння добре організований, кількість не повністю окислених/спалених елементів буде незначна. У разі поганого згоряння в димових газах буде висока концентрація СО.

ЗГОРЯННЯ ТВЕРДОГО ПАЛИВА���

ЗГОРЯННЯ ТВЕРДОГО ПАЛИВА���

• Попередній слайд показує чотири основні етапи спалювання твердих частинок палива:
• - Спочатку паливо нагрівається і сушиться. Розмір частинки повільно зменшується.
• - На наступному етапі частинка загоряється. На цьому етапі леткі речовини швидко вивільняються і спалюються. Розмір частинки також швидко зменшується.
• - Під час останнього кроку вугілля (вуглець) повільно спалюється.

ЗГОРЯННЯ КУСКОВОГО ПАЛИВА���

Схема горіння шару кускового палива на нерухомій колосниковій решітці

Над шаром палива здіймаються продукти згорання. Якщо первинного повітря недостатньо для повного згорання палива і в продуктах згорання над шаром є продукти неповного горіння, то додатково в надшаровий простір подають вторинне повітря у вигляді струменів зі швидкістю 50-70 м/с.

ЗГОРЯННЯ КУСКОВОГО ПАЛИВА���

Схема горіння шару кускового палива на нерухомій колосниковій решітці

На рисунку зліва показана зміна концентрації кисню по висоті шару палива.

Нижню частину шару, де присутній кисень повітря, називають кисневою зоною. У кисневій зоні кисень споживається для окислення вуглецю з утворенням переважно вуглекислого газу і значним виділенням теплової енергії.

У кінці кисневої зони досягається максимальна температура біля 1500 С.

ЗГОРЯННЯ КУСКОВОГО ПАЛИВА���

Схема горіння шару кускового палива на нерухомій колосниковій решітці

Верхню частину шару, де кисень практично відсутній, називають відновлювальною зоною. У ній відбувається взаємодія раніше утвореного розжареного вуглекислого газу з вуглецем з утворенням оксиду вуглецю та зниженням температури шару.

Товщина кисневої зони становить 3-4 діаметри палаючої частки палива, а відновної зони в 4-6 разів більша. Для отримання на виході з шару палива продуктів повного згорання спалювання необхідно здійснювати у тонкому шарі з формуванням тільки кисневої зони та надлишком кисню в продуктах згорання.

ЗГОРЯННЯ КУСКОВОГО ПАЛИВА���

КОЕФІЦІЄНТ НАДЛИШКУ ПОВІТРЯ���

Раціональне протікання процесу горіння вимагає подачі повітря з підтриманням сталого коефіцієнта надлишку повітря α. Для ефективного протікання процесу горіння деревини величина α повинна знаходитись в межах 1,4-1,6, при цьому концентрація кисню в продуктах згорання становитиме 7,5 – 10 % об. та СО2 близько 13 % об.

Вміст кисню та вуглекислого газу у сухих продуктах згорання

біомаси залежно від коефіцієнта надлишку повітря α

ТВЕРДОПАЛИВНІ КОТЛИ

У топках з ручним обслуговуванням подачу повітря регулюють за зовнішніми ознаками процесу – колір полум’я у топці, вигляд диму на виході з димової труби, що потребує досвіду кочегара. У більш досконалих котлах система автоматизації підтримує співвідношення витрати палива та повітря згідно з режимною картою, а в сучасних автоматизованих котлах, включаючи побутові, є датчик концентрації кисню у продуктах згорання (в зарубіжній літературі його називають λ-зонд) і за його сигналами система управління горінням коригує подачу повітря з підтриманням оптимального його надлишку.

Спалювання дров на нерухомій колосниковій решітці реалізується в опалювальних печах та простих опалювальних котлах потужністю до 100 кВт, які виробляються багатьма підприємствами України.

КОТЛИ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ДЕРЕВИНИ

Котел є двокамерною конструкцією. Перша камера призначена для спалювання, а друга – для допалювання і теплообміну. Велика камера спалювання дає можливості горіння з номінальною потужністю протягом 6–8 год.

При гарній теплоізоляції будинку за температури зовнішнього повітря близько 0°С повної загрузки котла вистачає до 12 год.

Твердопаливні котли мають велику поверхню теплообміну: водні стіни, водна решітка, дві камери спалювання, розділені водною стіною, у другій камері трубчастий теплообмінник, пристосований для роботи з вихідними газами нижчої температури.

Проходження води через котел розраховується таким чином, аби не допустити явища ”гарчання” котлів, що наступає при локальному їх закипанні.

Сучасний котел для спалювання біопалива деревинного походження

КОТЛИ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ДЕРЕВИНИ

Конструкція камери спалювання і верхнього загрузочного люка полегшує завантаження великих кусків деревини, які можна пересипати стружками або тирсою для отримання більшої маси при одноразовій загрузці.

З огляду на великий ККД (понад 85%) котел використовує від двох до трьох разів менше деревини, ніж звичайні вугільні котли при спалюванні у них деревини.

Система допалювання димових газів з дозованою подачею вторинного повітря дозволяє зменшити емісію оксиду вуглецю (СО), вуглеводнів і сажі та збільшити ефективність приблизно на 5%. Це також обмежує до мінімуму явище ”заростання” внутрішньої поверхні котла і димаря сажею та смолами

КОТЛИ МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ

Сталевий твердопаливний котел призначений для спалювання листкової та хвойної деревини, дерев’яних друзок, тирси та енергетичної верби;

– шар біомаси спалюється з низхідним, висхідним та поперечним рухом димових газів при температурі 800–950°C;

– плавне регулювання усієї опалювальної системи забезпечує частотний регулятор, що управляє припливним вентилятором. Це дозволяє забезпечити високоефективне спалювання деревини з максимальним використанням накопиченої у деревині теплової енергії;

– котли мають трубчастий теплообмінник з підвищеною площею обігріву, що гарантує дуже малі теплові втрати (низька вихідна температура до димоходу 130–200°C);

– котел може працювати в двох видах теплових установок: як котел безперервної роботи, як котел циклічної дії, працюючий в системі з тепловим акумулятором.

Сталевий твердопаливний котел

КОТЛИ МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ

1. Теплообмінник – є однією з найважливіших деталей котла, з його допомогою здійснюється передача теплової енергії розігрітого димового газу безпосередньо теплоносію. Швидкість проходження газу регулюється димососом. В середньому термін експлуатації теплообмінника складає близько 20 років. Для виготовлення може застосовуватися сталь або чавун. Сталевий теплообмінник обходиться дешевше, проте швидше зношується. Чавунний теплообмінник довговічніший, менше схильний до утворення корозії і вимагає підтримки температури теплоносія лише від 50С і вище але дорожчий.

� 2. Камера згоряння з дверцятами призначена для завантаження та спалювання палива.

КОТЛИ МАЛОЇ ПОТУЖНОСТІ. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ

3. Колосникові грати повинні мати високу теплокоррозійную стійкість, для виготовлення часто застосовується сплав заліза і графіту (сірий чавун). Решітка забезпечує доступ повітря для підтримки горіння, рівномірний розподіл палива, а також відсів незгорілих залишків в зольник.

� 4. Люк для прочищення верхніх ходів.

� 5. Регулятор температури може бути як механічним (регулятор тяги), так і автоматичним (мікропроцесорний контролер).

� Для більш комфортної та безпечної експлуатації котла можуть застосовуватися додаткові пристрої: регулятор тяги, газовий пальник для розпалювання, термостатичний клапан для запобігання перегріву та інші.

КОНСТРУКЦІЇ КОТЛІВ НА ДРОВАХ

КОТЛИ ТРИВАЛОГО ГОРІННЯ

Принцип дії котлів тривалого горіння спрямований на тривале та економне спалювання палива. Період роботи таких котлів на одному завантаженні становить до 5 діб при використанні вугілля і до 30 годин при використанні дров або брикетів.

Для збільшення часу роботи та кількості тепла, що виділяється застосовується метод «верхнього» або «верхньо-нижнього» горіння.

Відмінною особливістю таких котлів є великий обсяг камери згоряння, що дозволяє завантажити до 50 кг палива. За рахунок обмеженої подачі повітря відбувається не стільки згоряння, скільки тління палива. 

КОТЛИ ТРИВАЛОГО ГОРІННЯ

КАМІНИ З ВОДЯНИМ КОНТУРОМ

Камін може замінити котел центрального обігріву, а обігрів дому при його використанні може бути навіть вполовину дешевшим, ніж газовий обігрів.

Останнім часом значна кількість приватних будинків була обладнана сучасними камінами. Зростання ціни на газ, дизельне паливо і електроенергію, екологічні й естетичні переваги все частіше схиляють населення до їх використання. Дим, виникаючий під час спалювання деревини та брикетів з соломи, містить менше викидів, ніж димові гази з вугільних котлів.

Закриті каміни відрізняються від традиційних відкритих тим, що переважна більшість виробленого ними тепла залишається у приміщенні, а не виходить через димові отвори.

Загальний вигляд каміну

Змійовик на каміні

КАМІНИ З ВОДЯНИМ КОНТУРОМ

Каміни з водним контуром (КзВК) – це сучасні пристрої, обладнані зовнішніми або внутрішніми теплообмінниками, циркуляційними насосами, управління яких здійснюється цифровим регулятором та триходовими кранами.

Завдяки дуже низьким експлуатаційним витратам вони останнім часом набули великої популярності.

Інвестори, які будують нові будинки, та власники житлових будинків монтують каміни паралельно з запроектованим або існуючим газовим чи масляним котлам.

І якщо донедавна камін встановлювався, головним чином, для створення настрою чи милої сімейної атмосфери при відкритому вогні, то сьогодні акценти зміщуються у сторону зниження коштів для опалення будинку і підігріву гарячої води.

ПІДБІР ТУРБОКАМІНУ

Підбір турбокаміну – складне технічне завдання, яке слід проводити ретельно, зважаючи на потреби будинку у тепловій енергії для опалення та підігріву гарячої води.

Завелика потужність каміну веде до значної перевитрати палива. Крім того зниження температури спалювання до мінімуму, призводить до відкладання сажі у топці котла та у димоході, що призводить до зменшення тяги, що в свою чергу тягне за собою ефект «задухи котла» та вихід чадного газу в приміщення.

З іншого боку недостатньо потужний камін не в змозі забезпечити отримання необхідної теплової енергії.

ПІДБІР ТУРБОКАМІНУ

Треба зазначити, що вказана у паспортних даних потужність котла зазвичай показує номінальну потужність котла під час коли паливо вже розгорілося і паливна камера завантажена повністю. Якщо ж врахувати циклічність загрузки: періоди розпалу або часткового вигоряння дров, то потужність каміну необхідно брати на 20–25% більше за паспортні дані.

За приблизними розрахунками для нової будівлі з площею від 100 м2 до 240 м2 можна запропонувати камін потужністю 18 кВт, камін на 24 кВт – для площі від 230 м2 до 280 м2, а камін потужністю 32 кВт – для площі від 290 м2 до 400 м2. Але ці розрахунки можуть коректуватись в залежності від тепловіддачі конструкцій будинку, наявності додаткових джерел живлення і т. ін.

ПІДБІР ТУРБОКАМІНУ

Камін пристосований до спалювання усілякого виду деревини, проте опалення хвойною деревиною з високим вмістом смоли і смолистих сполук спричиняє швидке забруднення опалювального обладнання сажею. У каміні слід спалювати сухі колоди довжиною близько 50 см і діаметром до 50 см листяних видів дерев: буку, вільхи, ясена, граба. Для спалювання в каміні не бажано застосовувати вугілля і кокс. Забороняється спалювання усілякого виду штучних матеріалів, рідких палив і відходів палив не тільки з екологічних міркувань, але й з міркувань безпеки.

Каміни можуть бути єдиним джерелом теплової енергії приватного будинку, а можуть бути інтегровані у існуючу систему опалення з іншими теплогенеруючими пристроями.

ЗМІШАНА СИСТЕМА ОПАЛЕННЯ

Змішана система поєднує переваги камінного опалення і звичайної системи опалення: швидко нагріває основне приміщення і гарантує перенос теплової енергії до сусідніх приміщень через системи опалення. Камін може бути під’єднаний до системи центрального обігріву двома способами – як самостійне або як додаткове джерело тепла, що працює паралельно з котлом системи опалення.

Система опалення з турбокаміном

Система опалення

з каміном з водяним контуром в якості додаткового джерела тепла

КОТЛИ ВЕЛИКОЇ ПОТУЖНОСТІ

Одним із сучасних рішень для опалення підприємства, готелю або школи є водонагріваючі котли, опалювані деревиною та похідними від неї матеріалами. Вони можуть застосовуватись для підігріву води у системі гарячого водопостачання та системі опалення. Можуть працювати як у системах з примусовою циркуляцією теплоносія так і з природною. Для котлів потужністю від 300 кВт до декількох МВт виробляються системи автоматичного завантаження дров’яними друзками.

Схема котла для спалення тирси та дров’яних друзок

КОТЛИ ВЕЛИКОЇ ПОТУЖНОСТІ

Система котла складається з наступних елементів:

● водонагріваючий котел разом з решіткою, камерою спалювання, системою видалення попелу, системою запальника, водяним контуром;

● система подачі тріски, оснащена гідравлічним траспортером;

● система шнекових, стрічкових або шкребкових транспортерів для подачі біомаси;

● система димоходів, оснащена витяжним вентилятором;

● система управління і контролю.

Схема котла для спалення тирси та дров’яних друзок

КОТЕЛЬНІ НА БІОМАСІ

Головним елементом котельні є котел, який є водним триконтурним котлом низького тиску з інтегрованою камерою спалювання, викладеною спеціальним вогнестійким матеріалом.

Камера та ступінчаста рухома решітка системи подачі деревного палива повинні витримувати високі температури та забезпечувати оптимальний ступеневий процес спалювання деревини: сушіння, газифікацію, допалювання.

Система управління і контролю дозволяє за рахунок контрольованого датчиком (зондом Лямбда) нагнітання вторинного повітря максимально підвищити ККД котла при спаленні широкої гамми палив: від сухих дров’яних друзок вологістю 20%, брикетів або пелетів вологістю нижче 12% до свіжих дров’яних друзок вологістю до 55%.

КОТЕЛЬНІ НА БІОМАСІ

Паливо у вигляді дерев’яних друзок та тирси найчастіше складається під навісом на площі біля котельні, звідки переміщується за допомогою гідравлічних транспортерів і далі транспортується комплексом шнекових, стрічкових або шкребкових транспортерів до котельного агрегату. Весь процес завантаження котельного контейнера відбувається автоматично. У менших котельнях паливо може бути складене в контейнерах або приміщеннях, оснащених транспортером.

Вихлопи, що виходять з котлів, очищаються в циклонних збирачах пилу і далі через витяжний вентилятор скеровуються до димаря.

КОТЕЛЬНІ НА БІОМАСІ

Основні елементи котельні на біомасі (деревна тріска)

КОТЕЛЬНІ НА БІОМАСІ

Основні елементи котельні на біомасі (деревна тріска)

КОТЕЛЬНІ НА БІОМАСІ

Основні елементи котельні на біомасі (деревна тріска)

КОТЕЛЬНІ НА БІОМАСІ

Основні елементи котельні на біомасі (деревна тріска)

КОНСТРУКЦІЯ КОТЛІВ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ СОЛОМИ

Солома як паливо, що використовується для спалювання у котлах, характеризується великою неоднорідністю та різним вмістом мінеральних частин і, що дуже важливо, різною вологістю. Летючі складові соломи сягають 70%. Тому солома вважається досить важким паливом для ефективного спалювання. Для отримання нормального режиму горіння соломи необхідно, щоб її вологість не перевищувала 20%.

Сучасні котлоагрегати для спалювання соломи дозволяють отримати показники ККД на рівні 80–90% з наднизькими показниками викидів. В процесі спалювання соломи горючі гази і недоокислені частки палива вимагають допалення при температурі понад 800 °C, перед тим як вони охолонуть у зоні теплообмінника котла. Для такого способу спалення використовують різні конструкції котлів, складність якої залежить насамперед від потужності котла.

КОНСТРУКЦІЯ КОТЛІВ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ СОЛОМИ

Можна виділити три головні типи котлів для спалювання соломи:

● котли з “сигарним” спалюванням всього тюку соломи. Переважно це великі котли, якими забезпечені теплові мережі і теплоелектроцентралі, оснащені автоматичною системою завантаження тюками соломи масою до 500 кг;

● котли для спалювання подрібненої соломи малої та середньої теплової потужності. Подача соломи відбувається від соломорізки пресованої соломи (кожна з яких пристосована для окремого виду тюків соломи) через систему транспортерів або за допомогою повітряного потоку. Паливо подається безперервно. Система автоматичної подачі соломи істотно впливає на ціну всього агрегату;

● котли з двофазним спалювання тюків малої та середньої потужності. Двофазне спалювання є комбінацією процесів газифікації біопалива та спалювання газу і часток палива в потоці припливного повітря.

КОНСТРУКЦІЯ КОТЛІВ ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ СОЛОМИ

Схема соломоспалювального котла

Котел з автоматичною подачею соломи потужністю 500 кВт

Фото соломоспалювального котла потужністю 300 кВт

ФУНКЦІОНУВАННЯ І ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА З ДВОФАЗНИМ СПАЛЮВАННЯМ:

● Котел завантажується паливом у вигляді одного або декількох тюків соломи, а спалювання відбувається до цілковитого випалу завантаженого палива.

● Повітря для процесу горіння нагнітається за допомогою вентилятора. Потік повітря направляється перпендикулярно для того, щоб солома залишилася на своєму місці і не виносилася палаючими газами. З відсіку спалювання газ під дією потоку повітря поступає до частини котла з теплообмінником, де відбувається допалювання газів і незгорілих у попередньому відсіку часток соломи. Відповідна форма спалювальних відсіків, виконаних з кераміки, гарантує високу температуру спалювання.

ФУНКЦІОНУВАННЯ І ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА З ДВОФАЗНИМ СПАЛЮВАННЯМ:

● Конструкція камери спалювання і змішуючих сопел забезпечує найкраще перемішування повітря та газів, виникаючих у процесі газифікації. Температура газів у відсіку спалювання повинна бути більшою за 800°C до кінця циклу спалювання газів та горючих решток.

● Надходження повітря до камери спалювання контролюється автоматикою, яка забезпечує необхідне співвідношення газ – повітря. Нагнітання повітря управляється регулятором з датчиком температури спалювання у димоході.

● У процесі спалювання тюку зі збільшенням поверхні спалюваної соломи кількість повітря, що надходить до камери спалювання газів, підвищується для підтримання в ній відповідної температури.

Схематична будова котла з технологією «сигарного» спалювання

Подрібнювач тюків соломи і схема подачі палива в котел

КОТЛИ ВЕЛИКОЇ ПОТУЖНОСТІ

Спалювання подрібненої соломи в котлах не вимагає застосування добре просушеного палива. Іншою перевагою таких котлів є можливість застосування сучасних рішень при завантажуванні біомаси, що дозволяє управляти продуктивністю котла.

Коефіцієнт корисної дії котлів великої потужності становить близько 85% при плавному регулюванні потужності від 20% до 100%.

Але виникає інша проблема – поставка необхідної кількості палива. Для гарантованої роботи котельні потужністю 1 MВт необхідно мати біопаливо у кількості приблизно 1000 т на опалювальний сезон.

КОТЛИ ВЕЛИКОЇ ПОТУЖНОСТІ

Технологічна схема потужної котельні, опалюваної соломою

​

Парова котельня компанії «Нива Переяславщини»

БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПІРОЛІЗНИХ КОТЛІВ

Традиційні котли, опалювані деревиною, досягли межі своїх можливостей розвитку. Збільшення продуктивності спалювання палива при одночасному зменшенні його витрат стало можливим завдяки застосуванню процесу піролізу, тобто утворенню деревного газу з деревної маси шляхом спалювання газів, що утворюються при термічному розкладанні деревини за відсутності кисню. Конструкція котлів базується на принципі високотемпературного спалювання калорійного деревного газу. Процес спалювання відбувається у три етапи, кожен з яких проходить в певній зоні котла.

Система спалювання деревного газу гарантує високу ефективність котлів, сягаючу 89%, уможливлює також плавну регуляцію їх потужності у межах від 40% до 100%.

БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПІРОЛІЗНИХ КОТЛІВ

Корпус котла виробляється з високоякісної зварюваної котлової сталі товщиною 5–8 мм. З огляду на високу температуру спалювання газу відсік для спалювання і сопло виготовляються зі спеціального вогнетривкого бетону з метою захисту сталевих стін котла від високих температур, подовжуючи тим самим термін їх використання.

Обслуговування котла виконується тільки раз – під час загрузки та розпалу. Кількості матеріалу, яким завантажується топка, вистачає на 8–12 годин при середній потужності опалення. Роботою котлів управляє мікропроцесорний регулятор.

БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПІРОЛІЗНИХ КОТЛІВ

Будова піролізних котлів

АВТОМАТИЧНІ ПІРОЛІЗНІ КОТЛИ "СТОЖАРИК"

Унікальна можливість автоматичного спалювання пелет і подрібнених відходів деревини (стружки, тріски, тирси вологістю до 50%).

Котли "СТОЖАРИК" призначені для обігріву житлових, побутових, виробничих приміщень площею до 800 м², сушильних камер об'ємом до 15 м³, доступним та дешевим твердим паливом.

Котли працюють за технологією поєднання піролізного та класичного спалювання відходів деревини, підтримують задану температуру води в системі опалення, автоматично спалюючи необхідну кількість сипкого палива.

Основне паливо: сипкі відходи деревини (стружка, тирса, тріска об'ємом до 3 cм³, вологістю до 50%).

Альтернативне паливо: пелети деревні або рослинного походження діаметром 4-10 мм, довжиною 5-30 мм, вологістю до 12%.

1. Пульт керування.
2. Бункер зйомний 0,2 м³.
3. Сипке паливо.
4. Шнек "плаваючий".
5. Дозатор.
6. Електродвигун.
7. Редуктор розподільчий.
8. Шнек подачі палива.
9. Вода захисту від загоряння.
10. Вентилятор піддуву.
11. Топка високотемпературна.
12. Струменевий піддув.
13. Зольник.
14. Зола
15. Давач тяги.
16. Люк для чистки димогарних труб.
17. Теплообмінник.
18. Вловлювач попелу.
19. Давач t° газів.
20. Димотяг.
21. Комин.
22. Давачі t° води.
23. Насос.
24. Давачзаклинювання.
25. Зона допалювання.

АВТОМАТИЧНІ ПІРОЛІЗНІ КОТЛИ "СТОЖАРИК"

ТЕЦ НА БІОМАСІ

Для промислових потреб та отримання електроенергії використовуються парові котли, що виробляють перегріту пару, яка поступає на парову турбіну, а також термомасляні котли, через які циркулює теплоносій, що випаровує робочу рідину в спеціальному теплообміннику. Отримана пара поступає на турбіну для подальшого вироблення електроенергії та конденсується (так званий ORC-цикл). Принципова схема парової ТЕЦ на біомасі наведена на рисунку. Біопаливо доставляється на склад палива 5 і подається в котел для спалювання з метою виробництва теплової енергії у вигляді пари. Пара, вироблена котлами 1 на біомасі, надходить до парової турбіни 2 де частина енергії перетворюється в механічну енергію, що приводить в рух електрогенератор 3. Відпрацьована в турбіні пара надходить в якості гріючого теплоносія в підігрівач мережевої води 4. Подача води в теплову мережу 9 здійснюється мережевими насосами 8.

ТЕЦ НА БІОМАСІ

Принципова схема ТЕЦ на твердій біомасі

Схеми забезпечення виробництва теплової та електричної енергії. Основні параметри та характеристики

Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії шляхом спалювання палива можна розділити на закриті та відкриті теплові цикли. В закритих теплових циклах процес спалювання палива й отримання електричної енергії фізично відокремлені: спалювання палива відбувається в котлі де генерується пара, яка в подальшому використовується в паровій турбіні. Таким чином, парова турбіна перебуває в контакті лише з чистою парою й не контактує з продуктами згорання після котла. Отже, замкнуті цикли добре підходять для твердих видів палива й широко застосовуються для виробництва теплової енергії з вугілля, БМ та ТПВ. Відкриті цикли, як правило, використовують для газоподібних та рідких палив в двигунах внутрішнього згорання та газових турбінах.

Основні технологічні процеси та типи приводів, що використовуються в комбінованих циклах й успішно можуть бути реалізовані в Україні:

​

парова турбіна та паровий двигун, що працюють по циклу Ренкіна, де вода під високим тиском випаровується й пара, яка утворюється, розширюється до низького тиску в паровій машині

​

турбіна, що використовується в органічному циклі Ренкіна (ORC), де замість води використовується органічний теплоносій (теплота згорання передається органічному теплоносію, який має температуру кипіння нижчу від температури кипіння води, що подається на зовнішній випаровувач органічного теплоносія).

Схеми забезпечення виробництва теплової та електричної енергії. Основні параметри та характеристики

ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАЗОВИХ ЕНЕРГОУСТАНОВОК

ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАЗОВИХ ЕНЕРГОУСТАНОВОК

Промислові станції для комбінованого виробництва теплової та електричної енергії на базі прямого спалювання біомаси переважно використовують паротурбінні технології. Технології комбінованого виробництва теплової та електричної енергії на базі традиційного циклу можуть бути реалізовані за допомогою парових турбін з протитиском або конденсаційних турбін з відбором пари для теплових потреб.

СХЕМА УСТАНОВКИ З КОНДЕНСАЦІЙНОЮ ТУРБІНОЮ

В останні роки все більшого поширення в ряді країн ЄС набувають установки на базі органічного циклу Ренкіна (ORC). Однак, на даний час ці установки випускаються електричною потужністю лише до 5 МВт та для їх ефективної роботи необхідно низькотемпературне джерело охолодження та стабільне теплове навантаження. Таким, чином найбільша ефективність при використанні ORC може бути досягнута на промислових об’єктах.

СХЕМА УСТАНОВКИ ORC

Електростанції з котельними установками BWE для спалювання соломи

Компанія BWE відповідає за конструкцію котла та котельні електростанції Emlichheim), поставку системи спалювання і загальний нагляд за виготовленням, монтажем та наладкою електростанції. Кошторис всього проекту електростанції Emlichheim складав 56,0 мільйонів Євро.

Електростанція Emlichheim для спалювання соломи (модель)

Основні технічні показники біопаливної когенераційної електростанції Emlichheim

Основні технічні показники котла BWE

Тип котла з природною циркуляцією. Він має три проходи та дві опори, що з’єднують його з економайзером та охолоджувачем димових газів. В топці перед тканинним фільтром, який слугує матеріалом для очищення газів від летючої золи, здійснюється впорскування Са(ОН)2. Також можливе вдування активованого вугілля задля зменшення шкідливих викидів хімічних речовин. Крім вироблення електроенергії, електростанція також постачає технологічну пару до сусіднього заводу розташованого поруч та тепло для домогосподарчого використання у прилеглій місцевості. Також вагомою складовою системи теплопостачання є накопичувальний резервуар ємністю 4000 м , який призначений для регулювання коливань теплопостачання або теплоспоживання.

Загальний вигляд котельного агрегату BWE (модель)

Принципова схема теплоелектростанції з біопаливними котлами BWE на соломі

Основні конструктивні елементи котла BWE

Основні масові та енергетичні баланси біопаливної електростанції Emlichheim

ЗАГОТІВЛЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ БІОМАСИ ТА ЇЇ ПЕРЕРОБКА У ТВЕРДІ БІОПАЛИВА

Загальна інформація про заготівлю сільськогосподарської біомаси

Життєвий цикл біопалив із сільськогосподарської біомаси починається у полі, а тому для сталого функціонування біоенергетичних проектів важливо залучати агровиробників, яких потрібно заохочувати до вирощування та створення умов для заготівлі та постачання заданих обсягів енергетичної сировини. Звичайно на базі агровиробника можливо реалізувати повний цикл переробки біомаси та її постачання на котельню. Але для цього вони повинні задіяти додаткові трудові та матеріальні ресурси, з якими виникають труднощі, враховуючи напружений графік проведення польових робіт, обмежені агростроки виконання технологічних операцій та погодні ризики.

ЗАГОТІВЛЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ БІОМАСИ ТА ЇЇ ПЕРЕРОБКА У ТВЕРДІ БІОПАЛИВА

До того ж, для аграріїв головною ціллю є отримання максимального врожаю основної товарної продукції – зерна, тоді як солома, стебла, качани, лушпиння є побічною продукцією сільськогосподарського виробництва. Обсяги побічної продукції суттєво залежать від сортових особливостей сільськогосподарських культур та агротехнології. У загальному випадку їх можна охарактеризувати за допомогою коефіцієнта виходу сільськогосподарської біомаси, що представляє собою співвідношення у вирощеній біомасі побічної та основної продукції.

Загальна інформація про заготівлю сільськогосподарської біомаси

ЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ВИХОДУ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ БІОМАСИ

ОЦІНКА ЕНЕРГЕТИЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ ПОБІЧНОЇ ПРОДУКЦІЇ КУКУРУДЗИ НА ЗЕРНО В УКРАЇНІ

Основні частини кукурудзи та їхні масові співвідношення

Основні частини кукурудзи

Напрямки використання зерна та побічної продукції кукурудзи

Особливості заготівлі побічної продукції кукурудзи на зерно

За паливними характеристиками, зокрема, за плавкістю золи, побічні продукти кукурудзи на зерно наближаються до деревної біомаси (для порівняння: у деревини температура плавлення золи складає близько 1200 °С, а у стебел кукурудзи 1050-1200 °С), що забезпечує кращі умови для спалювання порівняно із соломою зернових колосових культур. Використання кукурудзиння для отримання енергії в Україні запроваджене давно, але в досить обмежених масштабах, переважно у виробництві теплової енергії для потреб домогосподарств. Це пов’язано в першу чергу з тим, що збирання кукурудзи на зерно починається восени, коли часто ідуть опади, створюючи складності для заготівлі біомаси. Одразу після збирання вологість стебел кукурудзи знаходиться в межах 45-60%. Але належна технологія, що створює умови для продування біомаси вітром, дозволяє у полі досягти вологості менше 30%.

Для зменшення кількості проходів техніки по полю в останні роки впроваджується нова система збирання біомаси – однопрохідна. У ній комбайн агрегатується із прес-підбирачем

Побічні продукти рослинництва мають свою ціну, яка може коливатися у широких межах в залежності від попиту та пропозиції окремих агровиробників у регіоні. Виділяють три основних варіанти визначення ціни побічної продукції рослинництва у полі:

1. Побічні продукти рослинництва заважають агровиробникам у полі, і тому вони віддають їх за умовну оплату, наприклад, 50 грн/т.

2. Побічні продукти рослинництва забираються з полів у рахунок оплати за послуги із проведення механізованих робіт.

3. Ціна побічної продукції рослинництва визначається за вартістю еквівалентних доз мінеральних добрив для заміни поживних елементів у біомасі. При цьому обов’язково необхідно враховувати її вологість.

ВМІСТ ЕЛЕМЕНТІВ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИНИ В СОЛОМІ, % СУХОЇ МАСИ

Золу після спалювання біомаси можна використовувати як добрива. Вартість поживних елементів у золі, отриманій від спалювання 1 т побічної продукції рослинництва, становить понад 100 грн. За рахунок зменшення кількості обсягів рослинних решток у полі агровиробник скорочує витрати на управління рослинними рештками.

Орієнтовні обсяги скорочення витрат:

• подрібнення та розподіл решток комбайном – 90 грн/га;

• внесення біологічних препаратів (гумат калію 1 л на 1 т рослинних решток) – 42 грн/т соломи;

• внесення додаткових азотних добрив (10 кг азоту на 1 т рослинних решток) – 220 грн/т соломи;

• загортання соломи (додаткове лущення) – 63 грн/га.

Особливі складності виникають із заготівлею біомаси, яка є побічною продукцією розосередженого сільськогосподарського виробництва (наприклад, солома в полі) з огляду на сезонність утворення, малу тривалість збирання, невелику врожайність з одиниці площі (в українських реаліях зазвичай від 2 до 5 т/га) та залежність від технологічних операцій з вирощування сільськогосподарських культур.

Ґрунт із необробленою стернею швидко втрачає вологу, також розростаються бур’яни. Тому солому з полів необхідно забирати одночасно зі збиранням врожаю. Строки заготівлі та вивезення соломи з полів потрібно узгоджувати із агровиробниками та суворо їх виконувати.

Нині переважно застосовуються технології з укладанням незернової частини врожаю у валок (валкова) та з розкиданням полови і подрібненої соломи на поверхні поля. В окремих господарствах, які мають у своєму парку старі моделі комбайнів, застосовується потокова технологія зі збором подрібненої соломи в змінні причепи. Але можливості її застосування обмежуються термінами збирання, погодними умовами, трудомісткістю навантаження на транспортний засіб, високою вартістю пального та недостатньою забезпеченістю господарств зернозбиральними комбайнами, тракторами і причепами для транспортування незернової частини врожаю до місць зберігання.

Схема організації виробничого процесу по заготівлі тюкованої соломи

З метою збирання якомога більших обсягів соломи, необхідно укласти у валок стебла максимальної довжини, а для цього при збиранні зрізають рослини на мінімальній висоті. Висота зрізу стебла жаткою залежить від густоти рослин і висоти зернових культур, стану ярусності, рельєфу поля та цілей використання соломи. На високорослих та щільних, з великою кількістю стебел посівах висоту зрізу підвищують до 27 см, на рідких та низькорослих – знижують до 15 см.

Заготовляти потрібно суху солому вологістю до 20%, тому що більш волога біомаса починає гнити. Валок повинен лежати на стерні без просідання, з метою його продування вітром, що забезпечить більш швидке висушування соломи після опадів. У спекотну погоду можна зменшити висоту стерні. Процес збирання врожаю ускладнюється забур’яненістю полів, тому що бур’яни під час збирання зерна мають вологість близько 70%, тоді як стебла зернових сухі. Бур’яни у соломі, особливо у добре спресованій, викликають її гниття.

Під час збирання врожаю рослини, проходячи через системи комбайна, піддаються механічному руйнуванню, внаслідок чого солома, залежно від типу та настройки молотильно-сепаруючого пристрою, може подрібнюватися сильніше і утвориться більше полови, яка сильно розноситься вітром та погано підбирається прес-підбирачами. Це потрібно враховувати при виборі та налагодженні режиму роботи зернозбирального комбайна. При заготівлі соломи для енергетичних потреб комбайн виконує наступні функції: зрізає, подрібнює та перерозподіляє біомасу зі смуги шириною жатки у валок шириною до 2 м.

Для формування тюків із соломи та їх обв’язування використовують преспідбирачі, що дозволяють отримати щільні та заданої форми й потрібних розмірів прямокутні тюки або циліндричні рулони. Розрізняють наступні види прес-підбирачів: поршневі – для формування малих, середніх і великих прямокутних тюків та рулонні – з постійною і змінною камерою пресування.

Класифікація прес-підбирачів

Переваги:

• висока продуктивність і, відповідно, менші затрати праці;

• висока щільність пресування;

• збереження високої якості сировини;

• краще використання вантажопідйомності транспортних засобів, місткості складських приміщень, підвищення продуктивності навантажувачів. Тюки повинні мати довжину, яка дозволить їх перевезення як в основному, так і в резервному транспорті. Також необхідно витримати дозволену висоту транспортного засобу 4,0 м. У разі погодження маршруту, відповідно до законодавства України, можна без дозволу перевозити вантажі заввишки від поверхні дороги до 4,35 метра включно.

Для завантаження середніх та великих тюків і рулонів використовують: трактор з фронтальним навантажувачем, телескопічний, вилковий або фронтальний навантажувачі. Вантажні операції з малими тюками виконують здебільшого вручну.

​

Найбільш широке застосування для завантаження/розвантаження тюків отримали телескопічні навантажувачі, які можуть піднімати декілька тюків (вантажопідйомність від 2,5 т) на висоту понад 6 м. Вони також характеризуються високою маневреністю, легкістю у керуванні, швидкістю пересування 40 км/год, а деякі моделі мають задню начіпку, що дозволяє використовувати їх для транспортування причепів. Крім цього, для швидкого збору та вивезення тюків і рулонів з полів можуть застосовуватися спеціальні самозавантажувальні причепи, що не потребує використання навантажувачів.

Завантаження тюків телескопічним навантажувачем у полі

Для перевезення тюкованої соломи широко використовуються вантажні автомобілі або трактори з причепами. Перевезення на далекі відстані доцільно проводити вантажними автомобілями із довгомірними напівпричепами, але при цьому потрібно враховувати їх технічні характеристики для пересування по полю. Для надійного закріплення тюків на транспортній платформі слід використовувати спеціальні стяжні ремені з крюками та храповим механізмом для натягування стрічки. Ширину стрічки підбирають за максимальним допустимим робочим навантаженням та номінальною силою натягу.

Солома та інша сільськогосподарська біомаса, призначена для спалювання, повинна зберігатися в умовах, що забезпечують її захист від замокання, гниття та займання. Найкраще зберігати тюковану солому у закритих приміщеннях або під навісами. Зберігання у закритих приміщеннях дозволяє підтримувати вологість соломи на одному рівні та запобігає гниттю. Великі склади соломи мають питоме навантаження на площу складу 1,5-2,5 т/м2. При використанні навісів вони повинні мати великий козирок, щоб дощова вода не попадала на біопаливо. Важливо забезпечити вільний доступ до соломи, для того щоби спростити процедуру зберігання та її завантаження і розвантаження. Крім того, у приміщенні має бути достатньо вільного місця для маневрів навантажувача.

Зберігання тюкованої соломи

Солому також можна зберігати на відкритому повітрі. Зберігання на відкритому повітрі є значно дешевшим, але у більшості випадків цей спосіб підходить лише для короткочасного зберігання. При зберіганні тюків без накриття існує ризик підвищення вологості соломи (особливо її верхнього шару) до рівня, що перевищує допустимий для спалювання в енергетичних установках – 20%.

Зберігання соломи на відкритому повітрі

Також солому можна зберігати під плівковим покриттям, але це не рекомендується за умов вітряного клімату. Як альтернатива, солому можна загорнути у плівку, що розтягується і є вітростійкою. Укривати потрібно суху солому вологістю до 20%, тому що при накритті плівкою більш волога біомаса при обмеженому доступі кисню починає розкладатися. Для вторинної сільськогосподарської біомаси ущільнення не проводять, а лише за необхідності здійснюють її транспортування на переробні підприємства. Для цього використовують наявні навантажувачі, вантажні автомобілі або трактори з причепами. Стосовно зберігання вторинної сільськогосподарської біомаси, яка буде перероблятись у тверді біопалива, використовують підходи, аналогічні до зберігання соломи.

Використання плівки для захисту тюків соломи

Технічні характеристики тюкованого палива з соломи, очеретяної канаркової трави і міскантусу (ДСТУ EN ISO 17225-1 2014. )

Концепція логістики соломи з проміжним складом між полем та

виробництвом

ГРАНУЛЮВАННЯ

Для збільшення ефективності логістичних операцій та розширення можливості енергетичного використання сільськогосподарську біомасу гранулюють для отримання пелет. При переробці пожнивних решток, лушпиння соняшнику, очерету і т.п. можна використовувати типову схему, розроблену для виробництва пелет із соломи Залежно від розміру вхідної сировини, використовують різні подрібнювачі. Крім цього, у разі використання сировини з вологістю, більшою за граничну, яку висуває виробник прес-грануляторів виробничої лінії, з’являється потреба у застосуванні сушарки.

Солома, що поступає на виробництво у вигляді тюків, подрібнюється в дві, а інколи і в три стадії. На першій стадії тюк розділяється на окремі частини і солома подрібнюється до фракції довжиною приблизно 5-25 мм за допомогою соломорізки-подрібнювача тюків. На наступних стадіях солома подрібнюється до фракції не більше 1-2 мм, для чого переважно використовуються молоткові дробарки.

Апаратно-технологічна схема виробництва гранул із тюкованої соломи

ГРАНУЛЮВАННЯ

Основною виробничою стадією є гранулювання подрібненої сировини. Цей процес реалізується у пресах-грануляторах, які за конструкцією бувають із плоскими або кільцевими матрицями.

Процес утворення пелети полягає у спресовуванні подрібненої біомаси, що попадає в канал пресування, в результаті взаємодії ролика та шару матеріалу між роликом і матрицею. Процес тертя викликає додаткове розігрівання матеріалу та активізацію

лігніну, який є природною зв’язуючою речовиною і міститься у складі біомаси, що зрештою приводить до утворення щільної однорідної пелети циліндричної форми. Загалом вважається, що аграрна біомаса містить менше лігніну, ніж деревина (14-17% порівняно з 25-30%), тому гірше гранулюється. Іноді у виробництві пелет виникає необхідність у застосуванні спеціальних зв’язуючих речовин.

Конструкції матриць грануляторів

ГРАНУЛЮВАННЯ

Для забезпечення механічної міцності пелети вологість сировини повинна знаходитись у заданому діапазоні. Так, оптимальне значення вологості соломи при гранулюванні не повинне перевищувати 14%. При збільшенні вологості знижується продуктивність виробничої лінії та зростають питомі витрати електроенергії на виробництво пелет. Пелети, отримані в пресі-грануляторі, мають високу температуру (іноді до 130°С) та м’яку консистенцію, тому далі вони за допомогою елеватора подаються в охолоджувач, де охолоджуються протитечійним потоком повітря, що проходить через їх шар, до температури 20-25°С.

Після охолодження пелети подаються на просіювач, де відділяються дрібні частки та некондиційні пелети. Відсіяні частки шнеком повертаються в бункер перед гранулятором.

Далі пелети елеватором подаються в бункер готової продукції, звідки поступають на пакування в бункер перед дозатором, або в силос для безтарного зберігання. Можливе пакування пелет у біг-беги (по 1 т) або в мішки меншої ваги. Можливе також відвантаження пелет насипом у машини.

Пелети, або паливні гранули, - це екологічно чистий вид палива (біопаливо). Виробляються з попередньо подрібненої і висушеної рослинної сировини без хімічних закріплювачів пресуванням під високим тиском.

Пелети являють собою пресовані циліндри діаметром до 25 мм, найбільшого поширення набули пелети діаметром 6...10 мм. Подібна форма забезпечує сипкість і дозволяє використовувати всі відомі способи автоматизації в подаючих пристроях котелень.

Багато в чому завдяки цьому, пелети стали основним видом пресованого палива в Європі. Пелети використовують в котельнях і ТЕЦ широкого діапазону потужності: від камінів і котлів в приватних будинках до ТЕЦ потужністю понад 500 МВт, які споживають 450 тис.тон пелет в рік.

При виробництві паливних гранул не використовуються хімічні сполучні домішки. В якості сполучного елемента використовується природний лігнін – полімер, що міститься в клітинах рослинної сировини. Лігнін вивільняється з них під високим тиском преса, і при охолодженні міцно пов’язує подрібнені елементи. Гранулятор преса надає пеллетам форму гранул. На виході виходить легке, недороге, зручне у зберіганні і абсолютно безпечне паливо, що є чудовою альтернативою традиційним видам палива (вугілля, торф, дрова, природний газ).

Переваги паливних гранул��1. Деревні гранули мають величезні переваги в порівнянні з традиційними видами палива:�- Теплотворна здатність їх складає 4,3 - 4,5 кВт/кг, що в 1,5 рази більше, ніж у деревини і її можна порівняти з вугіллям;�- Конструктивні особливості печей дозволяють автоматизувати процес отримання необхідної кількості теплової енергії;�- При спалюванні 2000 кг паливних гранул виділяється стільки ж теплової енергії, як і при спалюванні:�   - 3200 кг деревини;�   - 957 м3 газу;�   - 1000 л дизельного палива;�   - 1370 л мазуту;�- Горіння гранул в топці котла відбувається більш ефективно - кількість залишків (золи) не перевищує 0,5 - 1% (деревні гранули), 3% (солома), 7% (фрезерний торф) від загального обсягу використовуваних гранул, зола може використовуватись як добриво.

Різні види біомаси

2. Викиди продуктів згоряння в атмосферу мінімальні в порівнянні з викопними видами палива. При спалюванні гранул в атмосферу викидається рівно стільки СО2, скільки було поглинено рослиною під час зростання. Спалювання паливних гранул входить в природний кругообіг речовин у природі і не робить негативного впливу на навколишнє середовище.��3. Пелети можуть зберігатися в безпосередній близькості від житлових приміщень (підвальні або підсобні приміщення), оскільки цей матеріал біологічно неактивний, тому що пройшов термічну обробку. Гранули мало схильні до самозаймання, оскільки не містять пилу і прихованих пор;��4. Не виділяють неприємного запаху при зберіганні і в процесі згоряння.��5. Пелети з деревини являються відновлюваним паливом. Крім економічного ефекту, використання пеллет в якості паливного засубу сприяє зниженню шкідливих викидів в атмосферу. Застосування паливних гранул визнано і підтримується на державному і міждержавному рівнях (Кіотський протокол), а також міжнародними екологічними фондами (NEFCO, SIDA та ін) і громадськими організаціями.

ПЕЛЕТИ

Український

пелетний Союз

Класи ENplus - A1, ENplus-A2, та EN-B

три стандарти якості деревних пелет,

що базуються на специфікаціях Європейського

стандарту EN 14961-2.

​

Світовий стандарт якості пелет ISO 17225

© by Paradigma Deutschland GmbH PELLETTI TOUCH SAHARA 02/17

​

​

​

АВТОМАТИЧНІ ПЕЛЕТНІ КОТЛИ

БРИКЕТУВАННЯ

Паливні брикети в Україні виробляються у менших обсягах, ніж пелети, у тому числі з огляду на складності з організацією їх автоматичної подачі. При цьому в якості сировини в основному використовують деревину, лушпиння, солому та очерет. Паливні брикети характеризуються різноманітністю форм. Зв’язуючою речовиною виступає лігнін, що міститься у вхідній сировині. Загалом виділяють три типи паливних брикетів: NESTRO, RUF та Pini&Kay.

RUF – пресовані куби-цеглини, які виробляють на гідравлічних пресах за рахунок високого тиску.

NESTRO (NIELSEN) – довгі циліндричної форми або многокутного перерізу переважно без внутрішнього отвору, отримані за рахунок високого тиску. Брикети NESTRO виробляють на гідравлічних пресах, а NIELSEN – на ударно-механічних пресах.

Pini&Kay – мають циліндричну або багатогранну форму з отвором всередині. Таке біопаливо виробляють екструдерним способом на шнекових пресах при одночасному нагріві поверхні брикету.

Виробництво брикетів із біомаси простіше та потребує менше первинних інвестицій в обладнання порівняно з пелетами. Його також розміщують локально поблизу джерел, або ж місць концентрації сировини.

Перед брикетуванням сировину необхідно подрібнювати та за необхідності сушити до заданої вологості. Виділяють декілька типів прес- брикетувальників: гідравлічні та механічні (штемпельні та шнекові), які можуть використовувати різноманітні види біомаси.

Загальних вигляд паливних брикетів

Технологічна схема брикетування соломи

Інші переваги:

�При спалюванні брикетів досягається ККД до 94%, при цьому кількість золи не перевищує 1% від загального обсягу використовуваних брикетів. Утворені зольні залишки можуть використовуватися як відмінне добриво для ґрунту, що важливо, особливо для дачників.

•     При зберіганні паливні брикети не самозаймаються при підвищенні температури, тому що не містять прихованих пор. Не вибухонебезпечні, на відміну від газу, солярки і т.д.
•     Не мають запаху, на відміну від стандартних видів палива (газу, солярки і т.д.). Не вбирають вологу з повітря, тому їх висока теплотворність не знижується з часом. Отже, обладнання спеціальних сховищ для брикетів не потрібно.
•     Паливні брикети займають менше місця при транспортуванні і зберіганні, чим інші види деревного палива.
•     Брикети зручні для транспортування на великі відстані ..
•     Паливні брикети не містять пилу і спор, що викликають алергію у людей.
•     Всього 1 тонна паливних брикетів замінює п'ять кубометрів сухих березових дров. Евродрова дуже зручно зберігати і використовувати. Тільки уявіть, ціла стіс розміщується всього на 1 кв.м. площі. Замість безформної купи дров, вивантажених посеред двору і яку ще треба перенести і скласти в стіс, ви отримуєте акуратний штабель брикетів на піддоні.
•     Тривала тривалість горіння. Евродрова горять в три чотири рази більше звичайних дров! Тобто паливо в піч потрібно завантажувати значно рідше.
•     Брикети дають в два рази більше тепла, ніж звичайні дрова. Їх теплотворність майже дорівнює теплотворності кам'яного вугілля. Крім того, вони забезпечують безперервну температуру на всьому етапі горіння і горять з мінімальною кількістю диму, не стріляють, не іскрять.
•     Після спалювання евродров залишається тільки 1-2% золи, яку можна використовувати як відмінне добриво. Для порівняння, при спалюванні вугілля утворюється до 40% золи та шлаку, які ще потрібно утилізувати, так як вони нікуди не годяться.
•     При спалюванні евродров не утворюється ніяких шкідливих летючих речовин. Таким чином, евродрова є одним з найбільш екологічних видів палива.
•     При використанні брикетів витрати на чистку і обслуговування котлів, камінів і печей близько до нуля, а термін служби обладнання значно збільшується.
•     Витрати на опалення, як правило, набагато нижче, ніж при використанні звичайних дров чи вугілля.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!