3114

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

А.В. Киселева А.О. Сафонов

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ

Лабораторный практикум

Воронеж 2014

1

УДК 630*(075)+620.9

Киселева, А.В. Энергетическое использование древесной биомассы [Электронный ресурс]: лаб. практикум для студентов по направлению подготовки 250400.62 - Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств / А.В. Киселева, А. О. Сафонов; ВГЛТА. - 2014. - ЭБС ВГЛТА.

2

ВВЕДЕНИЕ

Мировая тенденция модернизации энергетики – увеличение доли альтернативных источников энергии и замещение ископаемых энергоносителей на ВИЭ.

Как правило, при переработке деловой древесины около 40-50% от исходного сырья превращается в первичные и вторичные отходы, которые могут использоваться только как источник энергии – непосредственно или в виде топлива с улучшенными потребительскими свойствами, такого как пеллеты или брикеты. Таким образом, 70-75% мирового объема заготовки древесины представляет собой потенциальный возобновляемый источник энергии. К этому можно добавить отходы лесозаготовок, которые некоторые страны используют как сырьё для производства древесного топлива.

В соответствии с программой курса «Энергетическое использование древесной биомассы» (по направлению подготовки 25040062) в настоящем лабораторном практикуме даются указания к выполнению следующих лабораторных работ:

1.Основные виды биотоплива. Классификация биотоплива по происхождению и источникам получения.

2 Изучение методов отбора проб твердого биотоплива и методов подготовки проб.

3.Определение технических характеристик древесных форм биотопли-

ва:

3.1. Определение содержание общей влаги в разных видах биотоплива

3.2.Определение гранулометрического состава биотоплива

3.3.Определение насыпной плотности биотоплива.

3.4. Определение зольности твердого биотоплива.

3.5Определение выхода летучих веществ.

4.Определение механической прочности гранул.

5.Влияние условий хранения на свойства твердого биотоплива.

9.Определение теплотворных характеристик твердого биотоплива.

3

С описаниями и правилами пользования приборами серийного производства студенты должны знакомиться по заводским техническим паспортам и инструкциям, часто используемые в лабораторных работах приборы подробно описаны в учебной литературе.

Общие методические указания к выполнению лабораторных работ

Студенты приступают к выполнению лабораторных работ после прослушивания лекций и проработки на практических занятиях соответствующих разделов курса.

Лабораторная работа должна быть организована так, чтобы на каждом рабочем месте работала бригада (3-4 человека), которая способна самостоятельно выполнить всю работу. Измерения проводятся не менее трех раз, каждый раз студенты последовательно иеняют свои обязанности. Для каждого лабораторного занятия старщий лаборант или учебный мастер подготавливает необходимые материалы, приборы, инструменты. Отчет по лабораторной работе составляется каждым студентом индивидуально по заданной форме. В отчет заносятся результаты измерений, схемы установок и приборов, все необходимые исходные данные и подсчеты. Оформленный отчет проверяется преподавателем и после теоретического ответа студента подписывается преподавателем.

Все отчеты по лабораторным работам сохраняются студентом и предъявляются на итоговом контроле изучаемого курса.

Студенты должны знать цель каждой работы, содержание, порядок выполнения, результатаы и выводы. Студенты, не выполнившие лабораторные работы, предусмотренные программой курса, к экзамену не допускаются.

При выполнении лабораторных работ должны строго соблюдаться правила техники безопасности. У пусковых устройств должны быть указания о порядке пуска и остановки. Преподаватель перед началом лабораторных занятий должен предупредить студентов о строгом выполнении правил техники безопасности, а также дополнительно проинструктировать о правилах работы на опасных рабочих местах.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Основные виды биотоплива. Классификация биотоплива по происхождению и источникам получения.

1. Цель работы

Изучить основные виды твердого биотоплива и его классификацию в зависимости от происхождения.

2. Общие положения

При проведении лабораторной работы используются следующие нормативные документы:

1.ГОСТ Р 54220-2010 Биотопливо твердое. Технические характеристики и классы топлива. Часть1. Общие требования.

2.ГОСТ Р 54219-2010 Биотопливо твердое. Термины и определения.

Согласно ГОСТ 54219-2010 используются специальные термины и определения в области производства, состава и свойств твердого биотоплива, произведенного из следующих источников:

-продукции сельского хозяйства и лесного хозяйства;

-растительных отходов сельского и лесного хозяйства;

-растительных отходов пищевой промышленности;

-древесных отходов, в том числе строительных отходов и строительного лома, за исключением древесных отходов, содержащих галогенизированные органические соединения или тяжелые металлы в результате обработки деревьев предохраняющими средствами (консервантами) или покрытием (грунтом, шпатлевкой);

-пробковых отходов;

-волокнистых растительных отходов от производства целлюлозы из исходного сырья и от производства бумаги из целлюлозной массы, если эти отходы

5

сжигаются на месте производства и выделяемая энергия возвращается обратно в производство.

Термины и определения распределены по категориям: общие понятия; виды биотоплива; состав свойства и анализ биотоплива.

Различают следующие виды биомассы и биотоплива по источникам получения:

-плодовая биомасса; -травяная биомасса;

-смешанное биотопливо и боитопливные смеси; -отходы биомассы; -древесная биомасса; -торговые формы биотоплива.

Характеристика состава, свойств и анализ включают в себя: -отбор проб; -состояние топлива; -влага;

-зольность, плавкость, текучесть, теплота сгорания; -размер, объем плотность; -содержание основных элементов.

Итак, рассмотрим основные термины и определения, приведенные в стандарте и имеющие отношение к изучаемой дисциплине.

2.1Общие понятия

2.1.1топливо-горючее вещество, предназначенное для получения энергии;

2.1.2биомасса-материал биологического происхождения, за исключением материалов, залегающих в геологических образованиях и преврвтившихся в ископаемые остатки;

2.1.3биотопливо - топливо, полученное непосредственно или через промежуточные ступени из биомассы;

6

2.1.4твердое биотопливо-твердое топливо, произведенное прямо или косвенно из биомассы;

2.1.5биоэнергия-энергия, полученная присжигании биотоплива;

2.1.6классификация топлива - разделение топлива на определенные классы (идентификация по типу частиц);

2.1.7спецификация топлива - описание свойств топлива.

1.2Виды биомассы и биотоплива

2.2.1плодовая биомасса-биомасса, полученная из растений в которых содержатся семена (орехи, оливки);

2.2.2травяная биомасса-биомасса, полученная из растений, у которых не древовидный ствол, а стебель и которые отмирают в конце вегетативного периода;

2.2.3травяное топливо-все виды биотоплива, полученные из травяной боимассы;

2.2.4смещанное биотопливо-биотопливо, полученное в результате непреднамеренного смешения в природе биотоплив различного происхождения;

2.2.5биотопливная смесь-биотопливо, полученное при преднамеренном или непреднамеренном смешивании различных видов биотоплив и/или изготовленное из различных видов биомасс;

2.2.6волокнистый шлам-шлам, образующийся в отстойных бассейнах при очистке сточных вод на целлюлозно-бумажных заводах и отделенный от воды путем отложения осадка (главный компонент щлама-куски древесного волокна);

2.2.7черный щелок-щелок, полученный из древесины во время производства целлюлозы. Горючесть щелока определяется содержанием лигнина;

2.2.8древесная биомасса-биомасса из деревьев и кустарников;

2.2.9энергетические лесные деревья- древесная биомасса из лесных де-

ревьев, выращенных специально из-за своей горючей ценности, в среднесрочном и долгосрочном лесоводстве;

7

2.2.10энергетические деревья, выращенные на плантациях- древесная биомасса из деревьев с коротким периодом роста, выращенных на плантациях специально из-за своей горючести;

2.2.11лесное топливо - древесное топливо, полученное непосредственноиз лесной древесины;

2.2.12топливная древесина- энергетическая древесина-древесное топливо, в котором сохранен исходный состав древесины;

2.2.13древесный уголь - твердый пористый углесодержащий материал, полученный путем пиролиза или углежжения твердого биотоплива;

2.2.14бревно-нарезанная топливная древесина ,в которой большая часть кусков имеет длину 200мм и более;

2.2.15мелкий круглый лес-древесное топливо, полученное с использованием острых режущих устройств. Большая часть материала состоит из частиц длиной от 50 до 500мм;

2.2.16древесные опилки-мелкие частицы, получаемые при распиловке древесины (большая часть материала имеет размер частиц от 1 до 5мм);

2.2.17древесная стружка-стружка из древесной биомассы, полученная при строгании древесины;

2.2.18щепа-колотая древесная биомасса в форме кусков определенного размера, произведенная путем механической обработки острым инструментом, таким как нож ( щепа имеет прямоугольную форму, длину от 5 до 50мм и толщину, меньшую чем другие размеры);

2.2.19резанная щепа - древесная щепа, полученная как побочный продукт лесоперерабатывающей промышленности, с корой деревьев или без неё;

2.2.20зеленая щепа-древесная щепа, полученная из свежих отжодов лесозаготовки и санитарной рубки;

2.2.21использованная древесина- древесина или предметы из дерева, которые были ранее использованы и выполнели свое предназначение;

2.2.22топливный порошок - пылевидное биотопливо с размером частиц от 1 до 5мм;

2.2.23топлиная пыль, топливная мука - пылевидное биотопливо с размером частиц менее 1мм;

8

2.2.24кипованное биотопливо, кипа - биотопливо которое было спрессовано и уплотнено для придания формы и компактности;

2.2.25уплотненное биотопливо-прессованное биотопливо-твердое биотопливо, полученное с помощью механического прессования биомассыдля повышения ее плотности и придания определенной в виде куба, прессованной древесины, биотопливных пеллет или брикетов;

2.2.26биотопливный брикет - уплотненное биотопливо в форме кубических или цилиндрических единиц, полученных прессованием пылевидной биомассы;

2.2.27биотопливный пеллет - уплотненное биотопливо, изготовленное из порошкообразной массы с применением или без примененияпресса, обычно цилиндрической формы, произвольной длины от 5мм до 30мм и обломленными концами.

2.3Состав, свойства и анализ

2.3.1партия - определенное количество биотоплива, для которого установлены показатели качества;

2.3.2проба-количество материала, представительно отобранное от большего количества этого материала, качество которого необходимо установить;

2.3.3рабочее состояние-состояние биотоплива с таким содержанием общей влаги и зольностью, с которым оно добывается, отгружается и используется;

2.3.4зеленое состояние- состояние свежего материала с определенным содержанием общей влаги;

2.3.5сухое состояние-состояние биотоплива, не содержащего влаги (кроме гидратной);

2.3.6сухое беззольное состояние- состояние биотоплива, не содержащего влаги (кроме гидратной) и золы;

2.3.7сухое вещество-материал после удаления влаги в стандартных услови-

ях;

2.3.8содержание сухого вещества - массовая доля сухого вещества во всем материале;

2.3.9неорганическое вещество - негорючая часть сухого вещества;

9

2.3.10органическое вещество - горючая часть сухого вещества;

2.3.11общая влага Wt –влага топлива, определяемая в устанавливаемых стандартом условиях;

2.3.12зола - минеральный остаток, полученный при сжигании топлива;

2.3.13зольность-масса неорганического остатка, образовавшегося после сжигания топлива в стандартных условиях, выраженного, как правило, в процентах по массе в пересчете на сухое вещество;

2.3.14внутренняя зола - общая зольность собственно биотоплива;

2.3.15внешняя зола - общая зольность биотоплива вместе с загрязнениями, полученными во время сбора урожая, лесозаготовки, транспортировки и т.д.;

2.3.16плавкость золы, поведение золы при плавлении - свойство золы при нагреваеии в стандартных условиях постепенно переходить из твердого состояния в жидко-плавкое через стадии спекания. Размягчения и плавления;

2.3.17температура деформации золы DT-температура, при которой появ-

ляются первые признаки округления кромок, углов или граней испытуемого образца вследствии его размягчения;

2.3.18текучесть-способность топлива течь в расплавленном состоянии;

2.3.19теплота сгорания q-количество энергии, полученной в результате полного сгорания биотоплива, отнесенное к единице его массы или объема;

2.3.20удельная энергоемкость-отношение низшей теплоты сгорания иотоплива к его общему объему;

2.3.21высшая теплота сгорания qp –количество тепла в джоулях, которое выделяется при полном сгорании единицы массы твердого биотоплива в калориметрической бомбе в среде кислорода в установленных стандартом условиях;

2.3.22нисшая теплота сгорания qnet-количество тепла, равное высшей теплоте сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся при сгорании угля (при 0,1МПа);

2.3.23гранулометрический состав-распределение твердого топлива по размеру частиц;

10