Отримання твердого палива з використанням перспективних видів біомаси

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний авіаційний університет Кафедра біотехнології

Реферат з дисципліни: «Технічна біоенергетика»

на тему: «Отримання твердого палива з використанням перспективних видів біомаси»

Київ 2013

Зміст

1. Виробництво твердого біопалива з деревних відходів

2. Перспективи виробництва пеллет

2.1 Технологія виготовлення пиллет

3. Виробництво паливних брикетів із соломи

4. Вирощування біомаси для синтезу палива Висновки Література

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).

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 від-ходи всіх деревних порід та сільського господарства (качани кукурудзи, солома, лушпиння соняшнику, гречки, рису та ін.).

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 10 000 °C.

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 52 160?102 ккал/м3, а теплотворність деревини — 21 733?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.

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» .

2.Перспективи виробництва пеллет Наразі випуск екологічно чистого гранульованого палива — пеллет, виробництво і використання якого в Україні та світі зросло за останні роки в рази — може здійснюватись на обладнанні вітчизняного виробництва.

Підприємством з Сумської області у співпраці з Російськими та Західними партнерами налагоджений випуск ліній з виробництва екологічно чистого палива. Лінії призначені для переробки тирси та відходів АПК в гранульоване біопаливо — пеллети.

Обладнання для виробництва пеллет, виготовлене компанією Прокопенко Є.М. ФОП відповідає нормативам Євросоюзу і значно дешевше аналогів, що поставляються зарубіжними виробниками. Наприклад в Європі ціна ліній з виробництва пеллет становить від 450 тисяч до 1.2 млн. євро за комплект устаткування, залежно від потужностей виробництва, рівня автоматизації процесів і статусу фірми-виробника.

Ціна на обладнання для виробництва пелет українського підприємства Прокопенко Є.М. ФОП дозволяє придбати лінію для виробництва пеллет в рази вигідніше ніж замовляти аналогічне обладнання за кордоном. До того ж виробник крім поставки всіх вузлів і агрегатів здійснює монтаж та налагодження устаткування, консультує по всіх питаннях щодо виробництва пеллет і забезпечує комплексне обслуговування ліній з виробництва гранульованого палива, поставку запчастин і сировини для виробництва. Іншими словами здає бізнес з виробництва пеллет «під ключ» !

В Україні для виробництва пеллет найчастіше використовують лушпиння соняшника, яке раніше просто спалювалася у великих кількостях на підприємствах з виробництва соняшникової олії, а також солому, яку раніше також палили на підприємствах хлібної галузі.

Закупівля обладнання з виробництва пеллет хоча і не дешево обходиться, але ЄС і США вже давно визнали доцільність таких вкладень. Крім того наявність у нашій країні великої сировинної бази робить питання організації виробництва паливних пеллет ще більш привабливим, до того ж в Європі серйозно розраховують на збільшення поставок пеллет з України. До речі в 2010 році Україна своїм експортом паливних гранул забезпечила 10% від загального числа використаних в Європі пеллет. А до 2020 року в Євросоюзі очікується збільшення споживання гранульованого біопалива в 10 разів.

2.1 Технологія виготовлення пиллет Сучасне обладнання для виробництва пеллет має різну продуктивність і потужність, однак незалежно від використовуваних ліній технологічний процес виробництва паливних гранул можна представити у вигляді ряду послідовних етапів [4]:

1. Прийом сировини

2. Подрібнення сировини

3. Сушка подрібненої сировини

4. Гранулювання

5. Охолодження

6. Фасування.

Технологічний процес виробництва пеллет зображено на рис. 1.

Процес виробництва пеллет починають із поділу відходів на дві групи: на дрібні і кускові відходи. Тут слід виділити ще одну групу — відходи з корою, тому що вони використовуються для виробництва пеллет нижчої якості.

Ділянка прийому сировини призначена для розміщення на ній сировини таким чином, щоб забезпечити її своєчасну і безперешкодну подачу для подальшої переробки.

Дана ділянка може бути автоматизованою і механізованою. Автоматизована ділянка складається з приймального бункера і транспортерів для подачі сировини у дробарку.

Використання механізованої ділянки передбачає наявність оператора, який повинен переміщати подаючий пристрій до місця знаходження вихідної сировини.

Кускові відходи подрібнюють за допомогою дробильних установок до розмірів, які менші 25Ч25Ч2 мм. Це дає змогу швидко і якісно висушити сировину і підготувати її до подальшого подрібнення на частинки потрібних розмірів.

Використовуються молоткові подрібнювачі з решетами або без них. На дільницю гранулювання має надходити сировина потрібної вологості і фракції, тому після сушіння сировини розміром менше ніж 25Ч25Ч2 мм проводять другий етап — сировину подрібнюють на частинки, розмір яких менший 4 мм. Завдяки двом етапам можна отримати більш однорідну сировину і зменшити сумарні витрати електроенергії.

Для отримання пеллет високої якості потрібно використовувати сировину, вологість якої 8−12%. Відходи із вологістю більше 15% погано пресуються, особливо пресами з круглою матрицею.

Подрібнена деревинна тирса подається в сушильний барабан. Відбір зайвої вологи здійснюється гарячим повітрям, виробленим теплогенератором. Температура агента сушки на вході в сушильний барабан близько 400С°, на виході - близько 100С°.

Прес для гранулювання — серце усього виробництва пеллет, від роботи якого залежить усе виробництво. Обладнання має гранулятор, укомплектований змішувачами і дозатором.

У грануляторі подрібнена сировина продавлюється в радіальні отвори матриці, що призводить до формування гранул.

Гранули, що виходять з-під преса, мають високу температуру і неміцні, тому вони транспортуються норією в охолоджувальну колонку, в якій відбувається їх охолодження. У процесі охолодження вологість гранул зменшується, в них відбуваються фізико-хімічні зміни. У результаті гранули набувають необхідну твердість, вологість і температуру. Готові гранули подаються транспортером безпосередньо в бункер готової продукції.

Пеллети транспортують:

— насипом;

— в мішках по 10−20 кг;

— в мішках «биґ-беґ».

Насипом транспортують технологічні гранули рідше — гранули високої якості. Упаковка в мішки по 10−20 кг є доволі зручною і призначена для пересічних споживачів. Транспортують такі мішки на піддонах. Вміст одного піддона — 1 тонна. Мішки «биґ-беґ» призначені для промислового транспортування сипких речовин. Один такий мішок містить 1−1,5 тонни пеллет. Вони використовуються для спрощення перевезення і збереження вологості. Заповнені мішки транспортуються на склад готової продукції навантажувачем або гідравлічної візком.

Типова схема заводу для виробництва пеллет наведена на рис. 2

1 — склад сировини; 2 — сепаратор; 3 — молотковий млин; 4 — пневмотранспорт; 5 — бункер-накопичувач прес-гранулятору; 6 — прес-гранулятор; 7 — транспортер; 8 — колона-охолоджувач; 9 — вібросито; 10 — лінія пакування; 11 — мішки типу «біґ-беґ».

Котли для спалювання пеллет виготовляють різної потужності. За потужністю їх поділяють на:

* котли малої потужності;

* котли середньої потужності;

* котли великої потужності. Котли малої потужності (до 100 кВт) використовують для обігріву невеликих приміщень. Вони можуть працювати в автоматичному режимі, тільки потрібно регулярно поповнювати запаси пеллет у бункері. Зола з часом зашлаковує пальник котла, що призводить до зменшення потужності, а з часом і до припинення процесу горіння. Інтервал між зупинками котла для проведення чищення залежить від зольності пеллет. Чим більша зольність пеллет, тим менший інтервал між зупинками роботи котла.

У конструкції котлів середньої потужності передбачена система видалення золи і шлаку без їхньої зупинки. Потужність таких котлів може бути від декількох сотень кіловат до декількох мегават.

Котли великої потужності (десятки і сотні мегават) використовуються для промислових котелень. Останнім часом у Німеччині такі котли почали встановлювати на теплоелектростанціях. Але для отримання великої потужності пеллети перемішують із вугіллям. Вимоги до таких пеллет менші - в них допустимою є підвищена зольність і великий процент кори. Такі деревні гранули отримали назву «технологічних». Використання пеллет на таких потужних установках призводить до зменшення забруднення навколишнього середовища. В окрему групу слід виділити комбіновані котли. Вони можуть працювати як на пеллетах, так і на іншому виді палива, причому, перехід з одного виду на інший відбувається автоматично. Потужність таких котлів може досягати 50 МВт. Можливі такі варіанти комбінацій: пеллети-газ, пеллети-дизпаливо, пеллети-кускова деревина.

Прикладом котлів для опалення пеллетами є водогрійні котли камінного виду «DENAU» (табл.2). Їх використовують для опалення житла або автономних офісів площею від 70 до 300 м².

Застосування твердого палива забезпечить енергетичну стабільність України, низьку вартість паливної складової, вирішення проблеми утилізації відходів природного походження, автономністю та незалежністю від мережі. Вартість твердого палива, для прикладу пеллет, у перерахунку на одиницю енергії (ГДж) менше вартості природного газу в 2,3−2,6 рази. А при використанні обладнання українського виробництва, строки окупності становитимуть 10−12 років.

Таким чином, при проведені аналізу по енергетичній цінності, економії грошових коштів, мінімальним залишкам при спалюванні та утилізації відходів природного походження, можна зробити висновок, що використання деревних пеллет як паливного матеріалу є шляхом до енергозбереження в Україні.

Пеллети можуть зберігатися в безпосередній близькості від житлових приміщень (підвальні або підсобні приміщення), оскільки цей матеріал біологічно неактивний, так як пройшов термічну обробку. При спалюванні паливних брикетів забруднення навколишнього середовища мінімальне. Пеллети не схильні до самозаймання, а тому пожежобезпечні.

Поряд з екологічними перевагами застосування пеллет має і економічні. Одна з яких це стабільна ціна, яка не залежить від стрибків цін на викопні види палива і від зростання екологічних податків.

3. Виробництво паливних брикетів із соломи

біопаливо пиллети брикет паливний 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 обмолачіванія». Таким чином, говорячи про соломі, 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 зерновий соломі.

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 виникають 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, льнокостри, кукурудзяної качани і т. п. Із задоволенням можу сказати, що 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 1 мм.

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.

З усією відповідальністю заявляємо про можливість і необхідність широкого впровадження технології виробництва паливних брикетів з відходів рослинництва. Ця технологія дозволяє вирішувати проблеми утилізації незатребуваних відходів і виробляти високоефективне екологічно чисте паливо з відновлювальних джерел сировини.

4.Вирощування біомаси для синтезу палива Для створення плантацій енергетичних лісів в помірній кліматичній зоні найбільш перспективні різновиди швидкозростаючих сортів тополі (волосістоплодного і канадського) і верби (кошикові та козячої), а в південній частині країни — акації та евкаліпта. Посадка енергетичних плантацій ведеться живцями або саджанцями квадратно-гніздовим способом або в шаховому порядку з різною шириною міжрядь (від 0,8 до 2 метрів). Для тополі щільність посадок зазвичай становить 3 5 тисяч примірників на 1 гектар, однак загальних рекомендацій поки не вироблено. Період ротації складає 6 7 років. Догляд за плантацією полягає в боронуванні міжрядь, внесення добрив і зрошенні в посушливі періоди. Плантації можуть бути монокультурним і комбінованими. Останні заслуговують особливої ??уваги, оскільки сприяють диверсифікації посівів і посадок різних культур, що повинно підвищити стійкість до захворювань і шкідників, тим самим знижуючи потребу в отрутохімікатах. Крім того, подібні плантації раціональніше використовують надходить сонячну енергію для формування біомаси.

Принцип комбінованих посівів і посадок різних культур на одній ділянці добре відомий в тропіках, де так звані «городи» дають врожаї різних культур протягом кількох років поспіль без застосування добрив і отрутохімікатів. Різні варіанти комбінованих посівів і посадок різноманітних культур, включаючи енергетичні, вже випробувані в одному з графств Великобританії. У посадках використовують тополя і ячмінь в міжряддях, або тополя, ясен, вільху з соняшником і люпином в міжряддях, або з горохом польовим, ячменем, конюшиною, зеленими культурами і т.д. Приклад комбінованого використання енергетичних лісів відомий у Греції, де на плантаціях шовковиці вигодовують шовковичного хробака. Взимку річний приріст гілок обрізають і використовують як біомасу. На європейській території Росії, де до 80 відсотків електроенергії виробляється на ТЕЦ, багато з яких розташовані в лісових районах, безумовно, є можливості для створення плантацій енергетичних лісів або часткового використання місцевих лісових ресурсів (відходи заготівлі та переробки деревини).

Кількість енергії, яку можна отримати з енергетичною плантації при врожайності 15 тонн сухої біомаси з гектара на рік (теплотворна здатність 15 МДж / кг), становить 225 ГДж / га. При ККД газотурбінної електростанції 40 відсотків, один гектар енергетичної плантації може забезпечити екологічно чистим паливомвиробництво 252 МВт-год електроенергії на рік. В даний час розглядаються різні схеми використання енергетичних лісів з короткими сівозмінами (як правило, пропонуються сівозміни з шестирічним циклом). При цьому енерговіддача (відношення кількості енергії, яку отримують від системи, до енергетичних витрат на її створення та експлуатацію, включаючи всі непрямі витрати) таких енергетичних плантацій коливається між трьома і чотирма, що виявляється цілком прийнятною величиною, якщо врахувати, що енерговіддача для теплових станцій, що працюють на вугіллі, становить чотири-п'ять одиниць.

У багатьох країнах світу одним з основних відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) є біомаса. За оцінками експертів четверте місце у світі за значенням паливо — біомаса, яка дає понад 2 млрд. т у.п. енергії на рік, що складає близько 14% загального споживання первинних енергоносіїв у світі (у розвинутих країнах — більше 30%, іноді до 50−80%). Біоенергетика є однією з найперспективніших складових відновлювальної енергетики

України. Вона заснована на використанні енергії біомаси — вуглецевомістких органічних речовин рослинного та тваринного походження (деревина, солома, рослинні залишки сільськогосподарського виробництва, гній тощо). Також до біомаси відносять органічну частину твердих побутових відходів та іноді торф. Для виробництва енергії переважно застосовують тверду біомасу, а також отримані з неї рідкі газоподібні палива — біогаз, біодизель, біоетанол. Біомаса є відновлювальним, екологічно чистим паливом, використання якого не призводить до підсилення глобального парникового ефекту.

Біомаса, на відміну від інших відновлюваних джерел енергії, є універсальним джерелом енергії, яке може використовуватися як для виробництва електричної та теплової енергії, так і для отримання біопалива на транспортні потреби. На сьогодні, скорочення використання природного газу — одна з найактуальніших тем для економіки України, тому пошук альтернативних джерел енергії та впровадження енергозберігаючі технології є актуальною задачею. Використання відновлюваних джерел енергії, в першу чергу, біомаси, є актуальним для України, оскільки дозволяє зменшити її залежність від імпортованих енергоносіїв та підвищити енергетичну безпеку. Біомаса є недорогим та легкодоступним місцевим паливом, яке можна ефективно залучити до виробництва теплової та електричної енергії. Вартість біомаси як палива у перерахунку на одиницю енергії (ГДж) суттєво менше вартості природного газу

Оцінка потенціальних об'ємів біомаси України з погляду можливого її використання з енергетичною метою — проблема вирішення не тільки економічної стабільності держави сьогодні, а й пошуку альтернативних джерел енергії на далеку перспективу.

Екологічна стабілізація навколишнього природного середовища та енергетичне забезпечення життєдіяльності людини — дві різновекторні проблеми, що непокоять широку світову спільноту протягом останніх п’ятдесяти років. Аналіз ситуації в Україні показує наступних гострих проблем: залежність від імпорту нафти та газу, вартість якого прогнозується у розмірі до 600 доларів за 1000 м³ у найближчому майбутньому та проблема наслідків використання традиційних видів палива для навколишнього середовища і людини. Саме тому головною проблемою теперішнього стану теплової енергетики є забезпечення розвитку енергетичних потужностей України на основі місцевих сировинних ресурсів.

Частка відновлювальної енергетики в паливному балансі України сьогодні становить 0.8%. Енергія біомаси складає 60% відновлювальних джерел енергії. Згідно статистичних даних загальні річні обсяги відходів біомаси в Україні на сьогодні оцінюються в 120 млн. т, що еквівалентно 22 млн. т у.п. Технічно доступні для використання в енергетиці ресурси біомаси оцінюються в 14 млн. т у.п. на рік .

Проведені нами теоретичні дослідження регіонів України та прогноз українських вчених показали, що для України більш актуальним є використання біомаси як альтернативного виду палива. На сьогодні відомі наступні методи отримання енергії з біомаси: біологічний метод (анаеробне зброджування); термохімічний метод (газифікація, гідроліз); безпосереднє спалювання як індивідуального палива та у суміші з вугіллям.

Основним джерелом біомаси в Україні є відходи сільського господарства, насамперед, солома зернових культур. Енергетичний потенціал біомаси по регіонах України за 2008;2010 роки наведено в табл.1., де загальна кількість соломи відповідає валовому збору зерна.

Аналізуючи дані табл. 1 необхідно відзначити, найбільший потенціал біомаси мають Полтавська, Черкаська, Вінницька, Одеська, Кіровоградська та Запорізька області.

Середньорічний обсяг соломи зернових в Україні складає близько 45,0 млн. т/рік. Слід зазначити, що в країнах Центральної Європи щорічно на енергетичні потреби використовується від 5% до 20% соломи.

Таблиця 1.

Енергетичний потенціал окремих видів сільськогосподарських культур по регіонах України та його динаміка.

Енергетичний потенціал біомаси окремих видів сільськогосподарських культур в

Україні в 2009;2010рр наведено в табл.2. Загальна кількість біомаси визначалася як добуток врожайності культури на коефіцієнт відходів. Коефіцієнт відходів та частку біомаси, що не використовується іншими галузями і, отже, є доступною для виробництва енергії, визначено за експертними оцінками.

Як видно з наведених даних, найбільший енергетичний потенціал у 2009;2010 роках мала солома. У цілому частка біомаси, яку можна використовувати на енергетичні цілі, становила 18 106,3 тис.т. у 2009 році та 17 322,5 тис.т. у 2010 році При цьому сумарний енергетичний потенціал перелічених культур сягнув би 8,855 млн. т.у.п. у 2009 році та 8,452 млн. т.у.п. у 2010 році.

Значним джерелом поновлюваної енергії є деревина. Суттєву перевагу деревини становить її екологічна чистота — вона не містить сірки, хлору та інших шкідливих для атмосфери елементів. Рослини у процесі фотосинтезу засвоюють 1,2—1,8% сонячної енергії та для свого росту споживають вуглекислий газ із атмосфери. При спалюванні деревина виділяє таку саму кількість вуглекислого газу, яку спожили дерева за час зростання, тобто вона є нейтральним паливом — це відповідає вимогам Кіотського протоколу. Зазначимо, що спалювання двох тонн пересічної біомаси (солома, відходи харчової, лісової та лісопереробної промисловості) вологістю 8−10% еквівалентне за теплотворною здатністю одній тисячі м3 газу або 1,5 тонни високоякісного вугілля.

Загальний обсяг вирубаної деревини в Україні в 2008;2009рр. становив 33 564 млн. щільних кубометрів. Наслідком таких обсягів вирубки є велика кількість відходів.

Нормативний залишок деревини на лісосіках дорівнював 12%, а за статистичними даними за 2008;2009р. залишки деревини на лісосіках становили 1,7425 млн.щ. м3

Енергетичний потенціал деревини по регіонах України за 2008;2009 рр. наведено в табл.3. Аналізуючи дані табл. 3 необхідно відзначити, найбільшим потенціалом деревини володіє Житомирська, Чернігівська, Закарпатська та Київська області.

Що стосується ресурсних можливостей, то запас деревини в лісах України оцінюється в межах 1,8 млрд. куб. м. Щороку в Україні заготовляють близько 15,0 млн. куб. м. Крім того в процесі лісозаготівель утворюється близько 2,0 млн. м3 лісосічних залишків, які в даний час, зазвичай, не використовуються, а спалюються чи згнивають на зрубах. Саме ці лісосічні залишки є основним резервом енергетичної деревини в середньостроковій перспективі, які за сумарною теплотворною здатністю можуть замінити близько півмільярда кубометрів природного газу.

Приблизно 5,2 — 5,3 млн. м3 заготовлюваної в Україні деревини за своїми якісними характеристиками може бути направлена на розпилювання. Якщо всю цю деревину розпиляти в Україні не експортуючи кругляк і врахувати всі відходи, утворені в процесі її глибокої переробки у виробництві меблів, столярно-будівельних чи інших виробів, то ресурсний потенціал відходів деревини оцінюється приблизно в 2,8 -3,0 млн. м3 в рік Крім цього, до останнього часу не мали збуту в Україні близько 0,8 — 1,0 млн. м3 дров паливних. Сюди ж можна додати ще 1,0- 1,2 млн. м3 технологічної сировини, яка не задіяна у виробництві деревних плит і сьогодні експортується.

Таким чином потенційні ресурсні можливості енергетичної деревної біомаси в Україні за умови її повного використання можуть бути оцінені в обсягах 6,5 — 7,0 млн. куб. м.

При використанні біомаси для отримання теплової енергії кошти, що раніше сплачувалися за придбання природного газу і які поповнювали бюджети країн-експортерів, залишатимуться в регіонах України та використовуватися для сплати за поставку біомаси. Крім того, впровадження біоенергетичних технологій сприятиме створенню значної кількості нових робочих місць в Україні, переважно в сільській місцевості.

Висновки

У виборі та організації процесу утилізації деревних відходів шляхом перероблення їх на тверде біопаливо необхідно враховувати низку особливостей цього виробництва, а саме:

1. Організація виготовлення твердого біопалива доцільна на підприємстві, де є основне виробництво, а отже, виникає проблема утилізації деревних відходів. Треба врахувати й те, що на виробництво однієї тонни твердого біопалива потрібно приблизно 3 щл. м3 деревної сировини, при цьому середня щільність твердого біопалива становить: для брикетів, виготовлених у шнекових пресах, — 1000−1500 кг/м3; для брикетів, виготовлених у штемпельних пресах, — 650−900 кг/м3; для гранул — 650−1100 кг/м3.

2. Собівартість виготовлення твердого біопалива збільшується під час перероблення кускових і м’яких деревних відходів природної вологості порівно з переробленням сухих відходів.

3. Виробництво твердого біопалива — це технологічний процес, який потребує налагодження системи контролю режиму роботи устаткування. Процес енергомісткий, складний в обслуговуванні, експлуатації та ремонті (швидкозношувальні деталі виготовляються тільки за спецзамовленням). Виробництво є пожежонебезпечним, а це, своєю чергою, вимагає автоматичної системи контролю і пожежогасіння.

4. Сезонність споживання твердого біопалива, а також екологічні наслідки від інтенсивного використання рослинності (характерні для деяких країн). А також варто врахувати, що поняття «поновлювана сировина» не є закономірним. Існує негативний досвід вирубування рослинності, унаслідок чого площі перетворюються у пустинну місцевість.

Література

1. Гомонай М. В. Древесное биотопливо (брикеты и гранулы). — М., 2007. — 90 с.

2. Гомонай В. В. Методичні вказівки з організації проведення звалювання дерев бензи-номоторною пилкою із гідравлічним клином. — Львів, 1999. — 56 с.

3. Гомонай-Стрижко М.В. Реструктуризація територіально-виробничих утворень: ін-новаційні напрямки розвитку: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. екон. наук. — Львів. — 2008. — 20 с.

4. Гелетуха Г. Р., Железна Т. А. Обзор современных технологий сжигания древесины для выработки тепла и злектроэнергии // Оборудование и инструмент для профессионалов. — 2005.-№ 3.-С 64−68.