Получение эколого-экономической выгоды за счет использования биотоплива

    Важным  недостатком свежей древесной щепы и опилок является то, что они  представляют собой т.н. "живой  материал", не прошедший "дезинфекцию" в процессе сушки. В этом материале споры функционируют, что может привести к следующим результатам:

• температура топлива возрастает и происходит самовоспламенение;
• может иметь место аллергическая реакция у рабочих; "болезнь древесной щепы" не очень приятная и стоит много рабочих дней для тех, кто работает слишком близко к "свежему топливу".

    Рассуждая о возможности применения опилок и щепы в качестве топлива, необходимо учитывать свойства лиственных и  хвойных пород древесины. Древесины  мягких (хвойных) пород лучше подходит для сжигания в котельных любой мощности, причем, чем ниже мощность установки, тем выше необходимость использовать именно хвойные опилки и щепу. Проблема заключается в том, что древесина лиственных пород содержит больше тяжелых металлов и иных элементов, губительных как для самой установки, так и для окружающей среды. В отличие от хвойных, лиственные деревья в процессе роста впитывают все вещества, содержащиеся в почве, что и приводит к концентрации пагубных элементов в лиственных опилках и щепе. Элементы, содержащиеся в древесине хвойных пород также приводят к упоминавшейся проблеме ошлакования.

    Дрова

     
Несколько слов о таком виде биотоплива, как дрова. В некоторых лесных регионах замену самортизированных  котлов на котлы, сжигающие дрова, возвели в ранг приоритета региональной политики в области теплоснабжения. На рынке появилось много новых котлов на дровах мощностью до 2 МВт и более и с заявленным КПД 70% - 80%. А цена? : Дешевле только даром! Фантастическое предложение: очень дешевые котлы, никаких затрат на переработку дров, высокий КПД и т.д. - это то, о чем последние 50 лет мечтает вся мировая энергетика. Надо срочно подавать заявки в Нобелевский Комитет. Почему? Потому что для того, чтобы получить 2 МВт тепловой энергии за 1 час, необходимо сжечь 1,5 куб.м. дров средней влажности (30%) при КПД 80%. Представьте, что такое 1,5 куб.м. древесины. Как нужно организовать горение, чтобы этот куб сгорел за 1 час с КПД 80%? А за 1 сутки необходимо перетаскать 36 куб.м. дров. Сколько нужно физически сильных кочегаров на такую котельную? Сколько надо дров для такой котельной на весь отопительный сезон? Тут необходимо создавать бригаду с лесозаготовительной техникой. Сколько будет стоить топливо и сколько будет стоить 1 Гкал тепла, произведенной в такой котельной, которую будет оплачивать потребитель?

    Но  ведь дрова у нас влажностью 50%. О проблемах горения материалов с такой влажностью мы поговорим  ниже. Реальный КПД таких котлов не может превышать 30%! К сожалению, в таких котельных нет теплосчетчиков и потребителям приходится оплачивать не полученное тепло, а то количество тепа, которое должно было получиться при КПД 80%. Интересно? Проверьте! И подсчитайте, какова же реальная стоимость 1 Гкал на такой котельной.

Облагороженное  прессованное биотопливо: гранулы и брикеты 

    Биотопливо  будущего должно перерабатываться тем  или иным способом для достижения приемлемой экономической отдачи посредством  автоматизации тепловых установок. Автоматика может быть выполнена  только в том случае, если топливо  достаточно гомогенно, чтобы могла быть произведена система подачи топлива с приемлемыми расходами и надежностью. Одна важная сторона в этом отношении заключается в том, чтобы снизить использование человеческого фактора насколько это возможно. Экономическими конкурентами биотоплива является в основном жидкое топливо и природный газ. Жидкое топливо и газ можно легко адаптировать к автоматике, поскольку транспортировка в трубах происходит легко. Для достижения такой же простоты в транспортировке, биотопливо должно перерабатываться в гранулы.

    Другая  важная причина переработки биомассы - это, конечно, повышение теплотворности (теплоты сгорания) и легкости управления процессом сгорания.

    Гранулы и брикеты - это  глубоко переработанный и экологически совершенный  вид топлива. Часто их называют "сухим топливом", так как влажность уменьшается до 10%. Гранулы и брикеты используются в более или менее одинаковых типах тепловых установок.

    Преимуществом использования прессованного  биотоплива является стоимость оборудования для котельных установок мощностью до 2 МВт, которые требуют меньше инвестиций для гранул/брикетов по сравнению с установками для древесной щепы. Объем склада для древесной щепы намного больше и поэтому строительство склада обойдется дороже, и поскольку гранулы/брикеты прессуются до меньшего объема при той же энергоемкости, то объем склада для них может быть уменьшен до 50%.

    Гранулы могут храниться ближе к жилым  районам, так как этот материал "мертвый" после прохождения термической  обработки. Он имеет преимущество по сравнению со свежей древесной щепой, которая содержит споры, склонные к самовоспламенению при возрастании внутренней температуры, и вызывающие при этом аллергическую реакцию у людей, соприкасающихся с ней. Древесная щепа может содержать паразитов, что , естественно, негигиенично по отношению к людям, проживающим рядом.

    Частные потребители гранул предпочитают самое  лучшее качество, и цена таких гранул самая высокая и наиболее привлекательная  для производителей. Этот тип гранул также называется "гранулами первого класса".

    Гранулы более низкого качества часто  называются "промышленными гранулами". Они могут содержать небольшое количество коры (иногда до 10% коры, хотя кора в гранулах вообще нежелательна). Стоимость "промышленных гранул" намного ниже, и производители гранул предпочитают стремиться к "гранулам первого класса".

    Промышленные  гранулы способствуют в какой-то степени выработке шлаков после  сгорания. Шлаки не приемлемы для гранул класса I, поскольку они неизбежно создают помехи при процессе сгорания. Все типы топлива оставляют "золу", которая представляет собой небольшое количество различных металлов и других веществ. Шлаки появляются тогда, когда некоторые типы металла расплавились и сформировали камни. В настоящее время в разных частях мира проводятся исследования и эксперименты о том, каким образом сырье более низкого качества (производящие шлак) может быть использовано в промышленных целях.

    Некоторые очевидные преимущества использования прессованного биотоплива:

 
Особенности и  дополнительные возможности  при использовании  гранул и брикетов

    Кроме всех вышеперечисленных достоинств использования прессованного биотоплива, можно отметить некоторые дополнительные особенности и преимущества гранул и брикетов. Что касается гранул, можно выделить следующее:

 
Брикеты, обладая высоким содержанием  энергии, являются идеальной альтернативой для старых угольных и дровяных котельных, способствуют повышению КПД котлоагрегатов и являются удобными в транспортировке и использовании.

    В настоящее время в Европе на базе Высших школ, научно-исследовательских  институтов и производственных предприятий активно ведутся поиски и разработки в области получения новых видов биотоплива. В сентябре 2002 года в Стокгольме состоялась Первая Всемирная Конференция по проблемам использования топливных гранул. На конференции прозвучало несколько десятков научных докладов, большинство из которых было посвящено проблеме производства прессованного биотоплива из новых видов сырья. В частности, упоминались такие альтернативные продукты как лингноцеллюлозные гранулы, обсуждались перспективы биокарбонизированного биотоплива, сравнивались "традиционные" древесные гранулы и гранулы, наполовину состоящие из древесного угля.

    Очевидно, что такие исследования будут  продолжаться дальше, причем нарастающими темпами. В России имеется хорошая  сырьевая база не только для внедрения на рынок ставших "традиционными" для Европы древесных гранул. На основе продукции целлюлозно-бумажной промышленности и отходов производства, которые по своему происхождению также являются биотопливом, можно попытаться разработать новые виды биотоплива, которые могли бы заменить традиционные ископаемые виды в первую очередь для внутренних нужд страны.

Сфера применения и возможности  производства прессованного  биотоплива

 
Для начала предлагаем вашему вниманию требования по качеству для пеллет и брикетов. В таблице 4 приведены основные показатели в соответствии со шведским стандартом SS.

Таблица: Физические свойства прессованного биотоплива.

 
Примечание: При производстве промышленных гранул допускается незначительное количество коры. Эти гранулы используются в больших или средних тепловых установках. При производстве гранул первого класса исключается применение связующих веществ, а также коры. Брикеты могут быть двух видов: цилиндрические или прямоугольные (прямоугольные брикеты обычно имеют размеры 150x70x90 мм). Форма брикетов зависит от технологии их производства. Свойства брикетов не зависят от их формы.

Можно выделить несколько  сфер применения гранул и брикетов:

    Гранулы первого класса используются в первую очередь в небольших и средних котлах, печах и каминах (до 1 МВт). Причем для использования гранул подходят как специализированные котлы, так и жидкотопливные котлы, оснащенные специализированным сжигателем для гранул (сжигатель для гранул может использоваться вместо исчерпавшей свой ресурс жидкотопливной форсунки/горелки или устанавливаться на новый котел - см. пункт 10). В Европе системы отопления на гранулах становятся все более популярными в частном секторе, количество таки систем растет в геометрической прогрессии.