Русский Английский Немецкий Итальянский Финский Испанский Французский Польский Японский Китайский (упрощенный)

Партнеры журнала:

Биоэнергетика

Пеллеты – возобновляемый источник энергии будущего

Древесные топливные гранулы

В богатых лесами регионах мира древесина приобретает все большее значение в качестве топлива. Древесные топливные гранулы (пеллеты) считаются настоящей заменой ископаемых видов топлива. Как частные, так и государственные структуры все в большей степени переходят к использованию древесных топливных гранул (пеллет) для отопления в качестве замены нефтепродуктов, что поддерживается и поощряется правительствами ряда европейских стран.

Факторами, способствующими данной тенденции, являются рост цен на нефть и обязательства в рамках Киотского протокола. Приведем и другие аргументы в пользу древесных топливных гранул (пеллет) в качестве биоэнергии будущего:

  • Поскольку при сжигании древесных топливных гранул (пеллет) выделяется примерно такое же количество CO, как и то, которое забирается из земной атмосферы при росте биомассы, древесные топливные гранулы (пеллеты) являются практически нейтральными в плане выделения CO.
  • Биомасса имеется пока в достаточном количестве, так как ежегодный её прирост используется лишь частично.
  • Для многих стран это внутренний ресурс, обеспечивающий создание рабочих мест в промышленности, на ремесленных предприятиях и в сфере услуг.
  • В отличие от других возобновляемых видов энергии её можно накапливать и использовать в любое время.
  • Её использование позволяет сберечь невозобновляемые энергетические ресурсы.
  • Это экологически чистое и экономичное использование отходов и побочных продуктов природного сырья.
  • Высокая энергетическая плотность, простота обработки и компактность при складировании.

Немного истории топливных гранул

Технология изготовления гранул, в принципе, не является новшеством. Ещё в XIX столетии предпринимались попытки более эффективного использования измельченных продуктов. Таким образом, уже давно производятся различные корма для животных.

В противоположность этому изготовление древесных топливных гранул (пеллет) является сравнительно молодой технологией. Первый опыт промышленного изготовления древесных топливных гранул (пеллет) был получен в 1984 году. Но настоящий прорыв произошел затем, в середине 90-х годов, когда ископаемые источники энергии все чаще становились предметом дискуссий. Одновременно, заключив Киотское соглашение, большинство промышленных стран приняли на себя обязательство к 2012 году сократить выбросы вредных веществ до 5 % ниже уровня 1990 года.

Пеллеты – сырьевой продукт

Дерево дереву рознь: каждая древесина имеет свои особенности, которые могут по-разному сказаться на её переработке в древесные топливные гранулы (пеллеты). В принципе, для использования наиболее пригодны породы быстрорастущих деревьев с мягкой древесиной, таких как пихта, ель, сосна и т. д. Определяющими факторами являются упругость, прочность, твердость, плотность, способность к измельчению, получению древесных топливных гранул (пеллет) и т. д.

Сырьем служат необработанные древесные отходы без содержания посторонних примесей (стружка, опилки и пр.) деревообрабатывающей промышленности. При этом результаты изготовления древесных топливных гранул (пеллет) могут быть различными в зависимости от исходных материалов.

Основными характеристиками являются:

  • вид древесины (древесина лиственных/хвойных пород);
  • происхождение древесины;
  • сезон заготовления древесины;
  • гранулометрический состав;
  • насыпная плотность;
  • влажность;
  • способ переработки древесины (стружка, опилки и пр.).

Изготовление/технология древесных топливных гранул

Для изготовления древесных топливных гранул (пеллет), как правило, требуются следующие производственные процессы.

Первичная обработка древесных отходов. Для переработки древесных отходов в древесные топливные гранулы (пеллеты) необходимо соблюдение определенных требований. Например, продукт должен обладать определенным гранулометрическим составом и влажностью 11−14 %. Древесные отходы, не соответствующие этим требованиям, должны быть подверг­нуты первичной обработке. Например, крупные куски дерева должны быть измельчены, при недостаточной влажности подвергнуты дополнительной сушке. Затем стружка и опилки измельчаются в молотковой дробилке для получения однородной структуры.

Кондиционирование. При кондиционировании в древесные отходы, прошедшие первичную обработку, необходимо ввести пар и/или воду, в результате чего улучшаются связующие свойства содержащегося в древесине лигнина. Путем добавления связующих веществ во время измельчения в дробилке можно значительно повысить силы сцепления в древесной топливной грануле (пеллете), если в сырьевом материале уже произошло разложение лигнина вследствие длительного хранения. В соответствии со стандартом DIN в качестве связующих веществ допускается добавлять максимум 2% зернового крахмала или муки грубого помола.

Прессование. Процесс прессования древесных отходов происходит в так называемых матричных прессах. Матрицы могут иметь кольцевую или плоскую конструкцию. При этом стальные валки продавливают продукт через отверстия матрицы. Образующиеся при этом цилиндрические жгуты бесконечной длины обрезаются на выходе на необходимую длину.

Охлаждение. После прессования древесные топливные гранулы (пеллеты) являются мягкими, влажными и очень горячими (как правило, их температура составляет 90−120 °C). Для того чтобы можно было транспортировать и складировать древесные топливные гранулы (пеллеты), их необходимо охладить и высушить. При охлаждении из древесных топливных гранул (пеллет) уходят тепло и влага. При понижении температуры происходит стабилизация и затвердевание древесных топливных гранул (пеллет).

Просеивание. Отделение мелкой фракции производится с помощью просеивания охлажденных древесных топливных гранул (пеллет). Сход снова подается в установку для изготовления древесных топливных гранул (пеллет).

Свойства пеллет

В результате процесса изготовления древесных топливных гранул (пеллет) насыпная плотность увеличивается примерно со 100 до 650 кг/м. Благодаря этому сокращается потребность в площадях для складирования. Плотность древесных топливных гранул (пеллет) составляет >1120 кг/м. Максимальная влажность должна быть менее 10 %. Теплота сгорания 1 кг древесных топливных гранул (пеллет) составляет не менее 4,9 кВт/ч, что соответствует 0,5 л мазута. Для гранулирования сухих древесных опилок требуется всего около 3 % энергетического содержания древесных топливных гранул (пеллет). Однако это значение может возрасти до 20 %, если для сушки необходимо использовать тепловые системы.

Поскольку древесные древесные топливные гранулы (пеллеты) склонны к поглощению влаги, необходимо обратить внимание на то, чтобы исключить контакт с водой при их хранении. Влага ослабляет связующие свойства и становится причиной набухания. При содержании влаги более 30 % древесные топливные гранулы (пеллеты) распадаются на мелкую крошку.

Качество пеллет

Для обеспечения соответствующего качества в стандартах DIN 51731 и NORM M 7135 даны определенные требования к данному виду топлива. В качестве внешних показателей качества древесных топливных гранул (пеллет) можно назвать следующие:

1. Поверхность древесных топливных гранул (пеллет). Она должна быть гладкой, блестящей, без продольных трещин.

2. Прочность древесных топливных гранул (пеллет). Мерой прочности является так называемое истирание. Значение истирания определяется в лигнотестере и показывает степень образования мелкой фракции при воздействии определенной нагрузки на древесные топливные гранулы (пеллеты).

3. Диаметр древесных топливных гранул (пеллет).

4. Длина древесных топливных гранул (пеллет).

5. Цвет древесной топливной гранулы (пеллеты). Это не абсолютный признак качества, однако в сочетании с тестом на истирание он может указывать на некоторые недостатки хранения, например в случае разрушения лигнина и целлюлозы под воздействием грибка.

Прочие показатели качества:

1. Используемые вспомогательные средства для прессования/связующие вещества (в %).

2. Объемная плотность (в кг/м).

3. Влажность (в %).

4. Зольность (в %).

5. Теплота сгорания (в MДж/кг).

6. Содержание серы (S), азота (N) и хлора (Cl) (в %).

7. Содержание элементов: мышьяк (Ar), кадмий (Cd), медь (Cu), ртуть (Hg), свинец (Pb), цинк (Zn), а также EOX (в мг/кг).

Эти критерии качества можно определить только в лабораторных условиях. Однородное и стабильное качество древесных топливных гранул (пеллет) − предпосылки оптимального сгорания при максимально возможной эффективности получения энергии.

Чтобы добиться оптимального качества древесных топливных гранул (пеллет), древесина должна быть определенным образом обработана. В частности, необходимо произвести гомогенизацию гетерогенного сырья, включающего в себя смешивание различного сырья, сушку и измельчение, а также разрушить структуру древесины перед гранулированием.