Файл: Виготовлення.pdf

58
брикети не просто запалити. Для розпалювання використовують дрібні тріски, обрізки кори або папір.
Спалювання брикетів в топках котлів, призначених для цього різновиду палива, дає змогу отримати в 2–4 рази більше теплової енергії, ніж під час спалювання дров і тріски, оскільки зневоднена деревина потребує значних витрат енергії як під час спалювання й газифікації, так і в разі попереднього просушування. Спалювання дров, відносна вологість яких становить 45–60 % в 1,8–3,5 разів зменшує теплотворну здатність деревини. Підвищена вологість паливної деревини істотно впливає і на ефективність процесів горіння та теплообміну [5].
Паливні брикети можна розподілити на споживчі та індустріальні.
Споживчі призначені для приватних споживачів. Їх використовують для опалення будинків, саун, для спалювання в камінах і грилях та розфасовують в дрібне упакування. Наприклад, брикети Піні-кей для роздрібних продажів упаковують у плівку по 12 шт у пачці. Вага однієї пачки – 10 кг. Пачки укладають на піддення розмірами 800х1200 мм. На одному піддені – 920 кг. Покладені на піддення брикети кріплять пакувальною стрічкою і скретч-плівкою. У партії – 23 підденяя, вага партії без упаковки – 21,16 т.
Індустріальні брикети випускають у формі шайб або циліндрів, невеликих за висотою, різних за діаметром і зазвичай упаковують у мішки.
Виготовляють такі брикети в промислових обсягах здебільшого на пресах ударно-механічного типу. Потрібно зазначити, що на одному й тому самому пресі можна виготовляти як індустріальні, так і споживчі брикети.
У комунальній енергетиці такий різновид палива, як брикети, використовують для скорочення держзакупівель привізного вугілля, застосовуючи місцеві різновидів палива, тобто деревні паливні брикети.
Завод паливних брикетів з річною продуктивністю 12 тис. т може забезпечити паливом котельню або кілька котелень, сумарна потужність яких становить 5–7 МВт на рік. Пеплотворна здатність і фракційний склад
індустріальних брикетів аналогічні до камʼяного вугілля, тому в котельнях паливними брикетами можна замінювати вугілля, не змінюючи устаткування.
Брикети в Європі.Зі зростанням цін на енергоносії попит на брикети, як і на пелети, збільшився. Основними споживачами брикетів є: Данія,
Німеччина, Австрія, Швеція, Польща, країни Балтії. Попит на паливні брикети перевищує пропозицію. Велике значення мають якість сировини і

59
ступінь її підготовленості, якість поверхні, чіткість зрізу брикета. У Європі здебільшого споживають брикети з деревної тирси твердих порід деревини
(бука, дуба, граба), які коштують досить дорого, але вже є з’явиться запити
ї на брикети з лузги соняшника та соломи. У весняно-літній період ціна на паливні брикети дещо знижується. З серпня ціни починають збільшуватися
і остаточно формуються ринком до жовтня. Завбачливі оптовики закуповують брикети у великих кількостях навесні й влітку й продають у сезон уроздріб за максимальною ціною.
У Європі в будинках, де встановлені котли, що працюють на газі або так званому пічному паливі (дизельне або соляр), недоцільно купувати дорогий пелетний котел і обладнувати спеціальний паливний склад для пелет. Тому багато домовласників купують брикетні котли або каміни, які використовують у міжсезоння та в теплі дні взимку, і, таким чином, економлять на паливі для основного котла. На ринку зараз пропонують брикетні каміни (потужністю від 6 до 18 кВт) з водяним контуром для гарячого водопостачання. Придбавши такий камін, в будинку основний котел можна мінімально використовувати.
У країнах-членах Євросоюзу деревні паливні брикети сертифікують за стандартом DIN 51731, але не сертифікують усе виробництво, як це роблять стосовно пелетів (стандарт ENplus).

60
змінюватися, що негативно впливає на процес її подрібнення. Відходи, вологість яких більше ніж 15 %, погано пресуються, особливо пресами з круглими матрицями. Крім того, паливні гранули, вологість яких підвищена не відповідають параметром якості. Отже, перед пресуванням вологість сировини повинна становити від 8 до 12 %.
Для доведення вологості сировини до нормативних показників використовують сушарки барабанного або стрічкового типу. Вибір типу сушарки обумовлюється різновидом сировини, вимогами щодо якості продукції і джерелом одержуваної теплової енергії. У технологічному процесі виробництва твердого біопалива сушіння є найбільш енергоємним процесом, але сонячне сушіння здешевлює цей процес [39].
Згідно з технологічними вимогами для пресування сировина повинна находи фракціями, а розміри частинок повинні становити не більше ніж до
4 мм. Використовуючи дробарки, досягають подрібнення сировини до необхідних розмірів. Для якісного продукту насипна вага після подрібнення повинна становити 150 кг/м
3
±5 %, а основний розмір часток не повинен перевищувати 1,5 мм.
Для подрібнення сировини переважно використовують молоткові дробарки, оскільки вони найбільше відповідають вимогам процесу доподрібнення рослинних відходів
Сировина, вологість якої менше 8 % погано «склеюється» під час пресування, а готова продукція (паливні гранули) в процесі подальшого механічного впливу (фасування, навантаження, транспортування тощо) втрачає початкові габаритні розміри й подрібнюється. Як наслідок утворюються пилоподібні частинки, що негативно впливає на якість сировини. Саме тому занадто суха сировина має бути зволожена до нормативних значень вологості, необхідної для пресування. Для зволоження сировини використовують установку дозування води – шнекові змішувачі, у які вбудовані входи для подачі води або пари.
Процес пресування (гранулювання) здійснюють на пресах, різних за конструкцією
Речовиною, що зв’язує подрібнений матеріал у паливних виробах, є лігнін – аморфний полімер, який виділяється під дією тиску і температури і міститься у клітинах біомаси [36, 37].
Важливо витримувати пресовану сировину у формувальній порожнині під тиском протягом певного часу, щоб відбулася релаксація напруження, а також утворилася міцна плівка на поверхні паливних гранул. Найбільшої міцності набуває біомаса, яку пресують при температурі понад 150 °C.

61
Верхньою температурною межею пресування
є
250
°C, коли розпочинається реакція піролізу, тобто відбувається часткове розкладання біомаси. За даними компанії Каліфорнія Пелет Міл (California Pellet Mill), оптимальна температура гранулювання має становити 88–102 °C, тому що плавлення лігніну відбувається при температурі 90 °C і відсутнє утворення водяної пари, унаслідок чого паливні гранули розриваються [36, 37].
Під час охолодження готової продукції утворюється якісний кінцевий продукт, а паливні гранули, нагріті внаслідок пресування до 70–90 °C, втрачають зайву вологу. Після охолодження паливних гранул, з метою видалення пилоподібних частинок сировини їх просіюють, а утворений пил повторно гранулюють [36, 37].
Після охолодження паливні гранули зберігають у бункерах і транспортують насипом. Однак для унеможливлення втрати якісних характеристик рекомендується їх фасувати у великі мішки, місткість яких становить 1000 кг. Для приватного споживання паливні гранули фасують у поліетиленові мішки, місткість яких 15–35 кг.
Потрібно зазначити що залежно від стану вхідної сировини, її технологічних параметрів фізико-механічних властивостей кількість технологічних операцій та послідовність їхнього виконання може бути змінена [36, 37].
Для отримання максимальної економічної ефективності використовуваної рослинної біомаси на енергетичні цілі необхідно збільшити питому теплоту згорання (теплотворну здатність) твердого біопалива та забезпечити зручність його транспортування (подачі) до теплових установок (котлів), а також досягти керованості процесу горіння.
Для цього необхідно дотримуватися вимог технології виробництва продукції та використовувати якісну сировину, яка має відповідати вимогам щодо якості.
Паливні гранули є стандартизованим різновидом біопалива, проте у різних країнах стандарти виробництва паливних гранул різняться.
Оскільки на сьогодні в Україні не існує стандартів щодо твердого біопалива, більшість виробників орієнтуються на західноєвропейські стандарти. Із огляду на це для створення конкурентоспроможної енергетичної продукції вітчизняного виробництва та виходу на
Європейський ринок тверде біопаливо потрібно виготовляти відповідно до вимог тих країн, де буде реалізовано цю продукцію.
На підставі результатів аналітичних досліджень визначено основні

62
технологічні операції щодо виробництва твердого біопалива (паливних гранул) з рослинної біомаси сільськогосподарських культур. Установлено, що залежно від стану вхідної сировини, її технологічних параметрів та фізико-механічних властивостей, кількість технологічних операцій та послідовність їхнього виконання можна змінювати. Процес виробництва твердого біопалива, зокрема паливних гранул, потребує постійного та своєчасного контролю параметрів вихідної продукції. Водночас на якість паливних гранул істотно впливають вологість, ступінь подрібнення і фізико-хімічні властивості сировини. Однак їхні вартість і спосіб використання обумовлюється встановленими критеріями щодо якості продукції [36, 37].
4.3 Методи одержання енергії з рослинних відходів
Оскільки енергетична щільність рослинних відходів незначна, транспортувати їх на великі відстані недоцільно. У зв’язку із цим останнім часом багато уваги приділялося пошуку оптимальних методів використання цих відходів [5].
Поширення набули такі технології обробки біоматеріалу:
• пряме спалювання біомаси;
• піроліз (суха перегонка біогазу без кисню і повітря);
• газифікація (отримання біогазу шляхом термічного розкладання сировини за наявності кисню);
• анаеробна ферментація з утворенням метану під впливом бактерій;
• виробництво з біомаси спиртів і масел для отримання моторного палива.
Спалювання.Технологія прямого спалювання являє собою найбільш очевидний спосіб витягування енергії з біомаси. Вона проста, добре вивчена й комерційно доступна. Існує безліч типів і розмірів систем прямого спалювання, у яких можна спалювати різні види палива: пташиний послід, солом'яні тюки, дрова. Тепло, що одержується при спалюванні біомаси, може використатися для опалення й гарячого водопостачання, для виробництва електроенергії та в промислових процесах. Однією з проблем, пов'язаних з безпосереднім спалюванням, є його низька ефективність. У випадку використання відкритого полум'я більша частина тепла губиться.
Виділення газової (летучої) складової. Дуже важливо, щоб ці гази

63
згорали, а не «вилітали в трубу». Гази,що виділяються, змішуються з атмосферним повітрям і згоряють під впливом високої температури. При належному спалюванні енергія використовується повністю. Єдиним залишком є невелика кількість золи.
Для ефективного спалювання необхідні три умови: досить висока температура, достатня кількість повітря, достатній час для повного згорання. Якщо кількість повітря недостатня, згорання відбувається не повністю. При цьому утворюється чорний дим, що складається з незгорілого вуглецю. У результаті з'являються відкладання сажі в димоході, що підвищують небезпеку загорання. Якщо кількість повітря занадто велика, то температура в зоні горіння знижується й гази залишаються незгорілими, несучи тепло. Відповідна кількість повітря приводить до оптимального використання палива. При цьому не утворюються запах і дим, зменшується небезпека загорання в димоході.
Регулювання кількості повітря залежить від конструкції димоходу й тяги, яку він може забезпечити. Пряме спалювання є найпростішим і найпоширенішим методом одержання енергії, що утримується в біомасі.
Ефективність перетворення не перевищує 2%. Розробка печей або котлів, здатних ефективно використовувати енергію палива, вимагає розуміння процесів горіння твердого палива. Першим процесом, що споживає енергію, є випар води, що утримується в біомасі. Для відносно сухого палива на випар використовується лише кілька відсотків від загальної кількості виділеної енергії. У самому процесі згоряння завжди є дві стадії, тому що будь-яке тверде паливо містить дві складові. Летучі компоненти виділяються з палива при підвищенні температури у вигляді суміші пару і випаровуваних смол і масел. При спалюванні цих продуктів утворюються невеликі піролізні струмені. Сучасні пристрої для спалювання звичайно виробляють тепло, пару, що використовується в промислових процесах, або електроенергію. Будова систем прямого спалювання варіюється залежно від варіанта використання. Вибір палива також впливає на дизайн й ефективність систем спалювання. Системи прямого спалювання біомаси подібні до аналогічних пристроїв, що спалюють вугілля. На практиці біомаса може спалюватися разом з вугіллям у невеликій пропорції в
існуючих вугільних котлах. Біомаса, що спалюється разом з вугіллям, являє собою дешеву сировину, наприклад, побічну продукцію лісового або сільського господарства. Це допомагає зменшити шкідливі викиди в атмосферу, звичайно пов'язані з використанням спалювання самого

64
вугілля. Вугілля - це скам'яніла протягом мільйонів років біомаса. У процесі нагрівання й стиску в глибинах земної кори вугілля накопичує такі хімічні елементи, як фосфор і ртуть. У процесі спалювання вугілля для виробництва теплової або електричної енергії ці елементи вивільняються й потрапляють в атмосферу. В «сирій» біомасі ці елементи відсутні.
Піроліз. Піроліз являє собою найпростіший й, очевидно, самий старий спосіб перетворення одного виду палива в інший з кращими показниками.
Різні види високоенергетичного палива можуть бути отримані за допомогою нагрівання біомаси. Процес використовувався протягом сторіч для одержання деревного вугілля. Традиційний піроліз полягає в нагріванні вихідного матеріалу (який часто перетворюється в порошок або подрібнюється перед переміщенням у реактор) в умовах майже повної відсутності повітря, звичайно до температури 300-500 °С до повного видалення летучої фракції [29, 30].
Піроліз може проводитися в присутності малої кількості кисню
(газифікація), води (парова газифікація) і водню (гідрогенізація). Одним з найбільш корисних продуктів у цьому випадку є метан, що представляє собою паливо для виробництва електроенергії за допомогою високоефективних газових турбін. Більш складна техніка піролізу дозволяє зібрати летучі речовини. Крім того, контроль за температурою дозволяє визначати їхні сполуки. Рідкі продукти можуть використовуватися як рідке паливо [29, 30]. Однак вони містять кислоти й повинні очищатися перед використанням. Швидкий піроліз рослинних матеріалів, наприклад соломи або шкарлупи горіхів, при температурах 800-900 градусів Цельсія приводить до утворення 10% твердого деревного вугілля й перетворює
60% вихідної сировини в газ, що містить велику кількість водню й монооксиду вуглецю. Цей метод може скласти конкуренцію традиційному піролізу. У цей час традиційний піроліз вважається найбільш привабливим видом технології. Використання щодо низьких температур означає, що в атмосферу попадає мала кількість забруднювачів, якщо порівнювати з прямим спалюванням.
Газифікація.Базові принципи газифікації вивчаються й розвиваються з початку дев'ятнадцятого століття [16]. Під час Другої світової війни біля мільйона автомобілів приводилися в рух за допомогою газифікаторів на біомасі. Інтерес до газифікації знову зріс під час енергетичної кризи 1970-х років, а потім упав разом зі зниженням цін на нафту в 80-х роках. По оцінках Світового Банку, в 1989 році у світі всього установлено близько