3.4.6 Использование биотоплива на основе древесных отходов

Как известно, традиционные источники энергии на Земле постепенно истощаются. Подсчитано, что при современных темпах потребления энергии запасов газа и нефти хватит еще на 60…80 лет, а угля - еще меньше. При этом разработка новых месторождений становится всё более трудоёмкой и дорогостоящей. Проблема обостряется из-за бурного роста населения Земли и его потребностей в энергии, поэтому исключительную важность приобретает исследование возможностей по замене ископаемого топлива. Одним из реальных и экономически доступных ресурсов в этом плане является использование для выработки энергии древесного сырья. Наряду с задачей замены топлива будет решена не менее актуальная проблема утилизации промышленных отходов. Особенно много отходов образуется при переработке древесины на всех технологических этапах: начиная с заготовки и кончая изготовлением готовых изделий. Переработка отходов и их использование в качестве вторичного сырья – предмет забот во всех отраслях промышленности. Следует отметить, что состояние окружающей среды существенно зависит от видов используемого в теплоэнергетике топлива. Так, древесина при сжигании выделяет в окружающую среду значительно меньше вредных веществ, чем каменный уголь и мазут. Следовательно использование биомассы, к которой относятся растительные и древесные отходы, является одним из весьма выгодных источников энергии.

В настоящее время применяются отдельные виды отходов, такие как опилки и древесная щепа. Опилки и древесная щепа могут рассматриваться как биотопливо, прошедшее меньшую степень переработки. Содержание влажности в нем может быть достаточно большим, до 60 %, что позволяет считать опилки и щепу "влажным" топливом. Опилки и щепа могут быть достаточно сухими, если их получают в процессе производства мебели или сухих пиломатериалов. Учитывая возможности применения опилок и щепы в качестве топлива, необходимо учитывать свойства лиственных и хвойных пород древесины. Древесина 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. 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.

В настоящее время древесную щепу и опилки перерабатывают в топливные брикеты и гранулы. 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.

Гранула – это цилиндр из размолотой спрессованной древесины или другого биосырья. Она имеет от 10 до 30 мм в длину и от 6 до 10 мм в диаметре. Одному кубическому метру нефтепродуктов (10000 кВт/час) соответствует около двух тонн или трех кубических метров гранул. Гранулирование делает удобным обращение с пылеобразным веществом, а потому оно применяется и для производства, например, кормов. Гранулы можно грузить погрузчиками или пневмотранспортом. Их можно изготавливать как из чистой древесины, так и из древесины в смеси с корой. И те, и другие имеют свою стоимость и востребованы на рынке. Гранулы с низким содержанием коры имеют самый низкий процент зольности, считаются продуктом высокого качества, пригодным для использования и в домашних котельных.

Топливные брикеты и гранулы предназначены для сжигания в печах, каминах, теплицах, ж/д транспорте, заводских котельных и ТЭЦ, на промпредприятиях, где имеются установки, работающие на твердом топливе. Древесные брикеты и гранулы также используются качестве технологического сырья на гидролизных и биохимических предприятиях, для производства таннидов на дубильно-экстракционных заводах. Актуальность применения топливных гранул показывает увеличение использования древесных и сельскохозяйственных отходов в индустриальном производстве тепловой энергии в Европе, Скандинавских странах и Северной Америке на 15 % ежегодно. Пеллеты являются реальной альтернативой каменному углю и нефти, так как по своим теплотворным характеристикам уступают углю, а их экологические параметры вообще вне конкуренции.

Создание гранульного производства имеет смысл, если постоянно имеется достаточное количество отходов. Поэтому линия по выпуску древесных гранул окупится на производстве, которое использует не менее 4 т/час сырой древесины и на выходе имеет, соответственно, 2 т/час отходов. Идеальным вариантом является сочетание лесопильного производства и линии по производству гранул. Процесс гранулирования-пеллетизации происходит в специальных кольцевых штампах (пресс-формах) вращающимися роторными вальцами, которые впрессовывают в многочисленные отверстия – фильеры пресс-формы, активизированное паром измельченное древесное сырье, после чего, срезанные с наружной стороны штампа специальным ножом пеллеты, должны быть охлаждены и отделены от мелких частиц. Если производить гранулы высокого качества из сырого материала, имеющего непостоянную влажность и различные размеры, содержащего примеси, например, песок, тогда нужен завод, состоящий из следующих участков и оборудования: склада сырого сырья, рубительной машины, молоткового измельчителя, сушильной камеры, гранулятора, системы для охлаждения гранул, склада для хранения готовой продукции, оборудования для удаления пылеобразного вещества с гранул, участка упаковки продукции. Особое внимание следует уделить участку подготовки сырья. Наибольший размер частиц дробленой высушенной древесины не должен превышать половины диаметра готовой гранулы. Вся древесная масса должна быть одинаковой влажности по всему объему. Чем более равномерна влажность и однородней древесная масса, тем плотнее будет гранула. Сушка сырья происходит в сушильных камерах барабанного типа, специально разработанных для биомасс. Для такого оборудования особенно высоки требования по пожарной безопасности. Пресс для гранулирования – это основной механизм всего производства топливных гранул. От его работы зависит качество продукции. В грануляторе осуществляется процесс формирования гранул. В смесителе гранулятора сырье увлажняется и в необходимом количестве подается в гранулятор. Подвижные катки продавливают древесную массу через отверстия специальной формы в матрице. Пройдя сквозь отверстия, материал сжимается, его плотность может достигать 650 кг/м³. Гранулирование древесины, в отличие от других биомасс, требует особой силы прессования, большой силы проталкивания в прессовальные каналы. Поэтому и матрица и катки должны быть изготовлены из специальных износоустойчивых сталей. Потребление энергии лежит в пределах от 30 до 60 кВт в час на тонну. Нагревание сырья в прессах достигает 90°С, что делает сырье особенно текучим, а гранулы хорошо спрессованными.

Таким образом, древесные гранулы обладают доступностью, экологической чистотой, эстетической ценностью, высокой теплотворной способностью, очень низкой зольностью, естественным запахом дерева, а также безопасны в использовании и транспортировке и требуют только помещений для хранения. Следовательно, древесные гранулы являются наиболее приемлемым видом топлива.

Следует отметить, что спрос на пеллеты растет колоссальными темпами. Цены растут постоянно и если будет подписан Киотский протокол, спрос на гранулы увеличится. На сегодняшний день основными потребителями являются европейские страны. Как правило, в сырьевых странах такой рынок не развивается. В России этот рынок уже формируется и вскоре начнет активно расширяться.