А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы

• Название: А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы
• Дата: 21.02.2022
• Размер: 2.39 Mb.
• Имя файла: 014.docx
• Тип: Документы; #369524
• страница: 29 из 72

Характеристика местных видов топлива

Древесное топливо имеет малую зольность (0,4…1,5 %), незна- чительное содержание серы (менее 0,05 %) и углекислотную ней- тральность, так как при его сжигании выделяется такое же коли- чество диоксида углерода СО₂, как и при естественном гниении древесины. Содержание компонентов в золе натуральной древеси- ны следующее (мг/кг сухого вещества, менее): СаО — 40; Р₂О₅ — 5; SiO₂ — 30; NaO — 10; K₂O — 1.

Обезвоженная древесина отличается химической стабильно- стью органической массы, постоянной удельной теплотворной способностью 18,7…19,1 МДж/кг для разных пород дерева), а так- же высоким содержанием летучих веществ (80…85 %) (табл. 2.27). Горючими веществами в древесине, как и в других видах рас- тительной биомассы, являются углерод (около 51 %) и водород (около 6 %) (табл. 2.28). Остальные вещества — это балласт. К тому же обезвоживание древесины требует значительных затрат энергии как при прямом сжигании, газификации и т.д., так и при

предварительной сушке.
Таблица2.27

Основные характеристики натуральной топливной древесины

Характеристика, параметр	Типичное значение	Изменение
Относительная влажность, %	45	20…60
Нижняя рабочая теплотворная
способность, МДж/кг (ккал/кг)	9,15 (2186)	5,97…17,97 (1427…3573)

Окончаниетабл.2.27

Характеристика, параметр	Типичное значение	Изменение
Теплотворная способность абсо-
лютно сухой беззольной древеси-
ны, МДж/кг (ккал/кг)	19,5 (4657)	18,8…20,5 (4419…4893)
Зольность, %	1,0	0,3…6
Летучие вещества, %	81	70…85

Таблица2.28

Основные характеристики натуральной топливной древесины

Вещество	Типичное значение, %	Изменение, %
Водород (Н)	5,8	5,2…6,1
Углерод (С)	50,5	49…52
Азот (N)	0,3	0,1…0,7
Сера (S)	0,05	0,01…0,1
Хлор (Cl)	0,02	Менее 0,1
Кремний (Si)	0,1	Менее 1,1
Алюминий (Al)	0,015	Менее 0,1
Железо (Fe)	0,015	Менее 0,1
Кальций (Са)	0,2	0,1…0,9
Магний (Mg)	0,04	Менее 0,1
Калий (K)	0,1	0,05…0,4
Фосфор (P)	0,02	Менее 0,1
Кислород (О)	42,3	41,5…43,4

Таким образом, энергетическое использование первичного вида древесного топлива (дров, щепы) с относительной влажно- стью 45…60 % в 1,8–3,5 раза снижает теплотворную способность древесины (рис. 2.6).

Биомасса может быть получена из лесных и сельскохозяйствен- ных ресурсов, из отходов. Лесохозяйственные и деревообрабатыва- ющие предприятия производят древесину, которая является круп- нейшим источником твердой биомассы, в том числе биотоплива: дров, опилок, пеллет и др., имеющих разные характеристики (табл. 2.29).



Рис. 2.6. Зависимость низшей теплоты сгорания древесного топлива от относительной влажности
Таблица2.29

Сравнение различных видов биотоплива и угля

Вид биотоплива	Влагосодержа- ние, %	Нижняя теплотворная способность, кВт · ч/кг сухого вещества	Содержание золы, % от сухого вещества
Древесина без
коры	50…60	5,1…5,6	0,4…0,5
Кора	45…65	5,1…6,4	2…3
Лесосечные
отходы (хвоя
с иголками)	50…60	5,1…5,6	1…3
Солома	10…25	4…4,2	3…5
Пеллеты	Менее 10	Более 4,7	Менее 0,7
Гречишные	16	2,82	1,1
Торф:
брикеты	16	4,4	–
фрезерный	40	12,5…3	–
кусковой	33	3,5	–
Уголь	6…10	7,2…7,9	8,5…10,9

Древесные гранулы, или пеллеты (pellets), представляют собой палочки диаметром 6…8 мм и длиной от 5 до 25 мм (наподобие об- ломков карандаша) желтого цвета удельной массой 1300…1400 кг/м³. Такие гранулы дают великолепную возможность для развития ми- рового рынка биоэнергетики в связи с их высокой энергоемкостью и стандартизированными характеристиками.

Оценочные теплотехнические показатели древесных топливных гранул по сравнению с топливной щепой приведены в табл. 2.30, из которой следует, что по теплоэнергетической эффективности под- готовленное (концентрированное по горючей массе, имеющее ста- бильные физико-химические и механические характеристики), т.е. рафинированное, древесное топливо — гранулы — в несколько раз превосходит первичное древесное топливо — щепу.

Таблица2.30

Оценочные теплотехнические показатели древесных топливных гранул в сравнении с топливной щепой

Параметр	Гранулы	Щепа топливная			Щепа сухая
		Влажная	Полусухая
Влажность, %	8	60	45	12
Теплотворная спо-
собность, Гкал/т	Не менее 4,2	1,279	2,052	3,8
Энергетический
эквивалент по от-
ношению к услов-
ному топливу	Не менее 0,6	0,18	0,29	0,54
Насыпная плот-
ность, т/м3	0,63…0,67	Не менее 0,35	Не менее 0,25	0,08…0,12
Среднегодовой
КПД энергогене-
рирующей уста-
новки, %	85	30	40	65
Теплопроизводи-
тельность, Гкал/т	Не менее 3,57	0,38	0,82	2,47
Удельный расход
условного топлива
на производство
тепла, т/Гкал	0,168	0,474	0,357	0,22

Низкая влажность древесных топливных гранул, однородность и стабильность их физико-химических и механических характери- стик повышают теплотворную способность, эффективность про- цессов горения, упрощают конструкцию теплоэнергоустановок, процессы регулирования и управления ими, увеличивают КПД.

Гранулирование используется:

• 
  для повышения удельной теплотворной способности топлива;
  
• 
  увеличения эффективности работы и полной автоматиза- ции теплоэнергетических установок мощностью от 10…40 кВт до 10…20 МВт с реальным КПД 80…85 % (для теплоэнергоустановок большей мощности гранулы измельчаются в тонкодисперсный по- рошок, который сжигается в камерных топках по аналогии с тех- нологией сжигания угля, при этом КПД повышается до 90 %);
  
• 
  повышения физической и насыпной плотности топлива;
  
• 
  упрощения оборудования для хранения топлива, включая технологический, межоперационный транспорт;
  
• 
  существенного снижения затрат на транспортировку и хра- нение топлива, так как гранулы плотные, не боятся атмосферной влажности, что важно при транспортировке (обычно насыпью);
  
• 
  возможности длительного хранения топлива без ухудшения его качественных характеристик, отрицательного влияния на окружающую среду, на здоровье обслуживающего персонала и по- жаровзрывобезопасность;
  
• 
  улучшения условий труда обслуживающего персонала.
  

По комплексной оценке скандинавских энергопроизводителей, древесные топливные гранулы (пеллеты) эффективнее дров и щепы в 5–6 раз. Этим, по-видимому, можно объяснить бум про- изводства и энергетического использования пеллет в странах ЕС, США, Канаде, а в последние три года — и в России.

Топливные гранулы производятся из древесных отходов: опи- лок, стружки, щепы древесины любых пород (хвойных, листвен- ных), а также из коры.

Технологическая цепочка производства гранул:

• 
  подготовка исходного сырья: щепы или опилок;
  
• 
  измельчение исходного сырья;
  
• 
  сушка до технологически установленной влажности;
  
• 
  дробление до мелкой фракции в молотковой дробилке (в древесную муку);
  
• 
  гранулирование и охлаждение;
  
• 
  отправление на склад.
  

Собственно гранулирование биомассы используется в мире бо- лее 30 лет. Гранулировать можно все: бумагу, солому, торф, хлопок, оливковые косточки и т.д.

Солома — сложный вид топлива. Она неоднородная, достаточ- но влажная и объемная. Для получения одинаковой энергии объем соломы должен примерно в 10–20 раз превышать объем угля.

Для удобного сбора, транспортировки, хранения и доставки в котельную используют прессование соломы в тюки. В энергети- ке применяют круглые и прямоугольные, среднего и большого размера тюки. Обычно высота круглых тюков составляет 1,2 м, диаметр — 1,5 м. Масса в зависимости от уровня влажности меня- ется в пределах от 200 до 300 кг.

Теплотворная способность соломы прямо пропорциональна со- держанию влажности. Как показывает практика, теплотворная способность соломы уменьшается на 1,5 % при увеличении влаж- ности на 1 %. Важно, чтобы солома для сжигания была достаточно сухой. В процессе сушки цвет соломы меняется с желтого на серый. Таким образом, уровень влажности соломы можно определить ви- зуально по цвету соломы. Максимально допустимая влажность соломы 20…22 %, оптимальная — 15 %.

Предусмотрены различные топки котлов для сжигания соломы, позволяющие сжигать солому как в тюках, так и в разрыхленном виде. Использование разрыхленной соломы позволяет полностью автоматизировать подачу топлива и процесс горения.

При сжигании соломы остается зола, которая составляет при- близительно 4 % от веса используемой соломы. Около 70 % про- дуктов сгорания — это летучие газы. Высокое содержание летучих газов выдвигает особые требования для конструкции топок и го- релок для сжигания соломы. В соломе много хлорсодержащих ве- ществ, что может вызвать коррозию, особенно при высоких темпе- ратурах. Из-за значительного содержания щелочных металлов температура размягчения и плавления золы соломы сравнительно низкая. При низких температурах могут образовываться шлаки. Твердые куски шлаков очень трудно отделить и удалить из котла. Чтобы предупредить образование шлаков, пользуются добавками к топливу. Золу, в которой содержатся питательные вещества, в основном натрий, можно использовать как удобрение.

Цикл интенсивного горения топлива зависит от его химиче- ского состава — соотношения летучих газообразных компонентов и твердого углерода. Солома сама по себе уже отчасти выполняет функции колосника. Тонна соломы горит 5 ч, а теплоемкость ее выше, чем у тонны древесины. С 1 га получается примерно 3 т со- ломы. Этим количеством в условиях средней полосы России и Бе- ларуси можно обогревать в течение года 10 м² помещений. Данное соотношение (1 га  10 м²) принято и для условий Алтая.

Торф — горючее полезное ископаемое растительного происхо- ждения, предшественник генетического ряда углей. Торф представ- ляет собой органическое вещество, образовавшееся в результате от- мирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенной влажности и затрудненного доступа воздуха. Ежегод- ный прирост растительной массы зависит от вида растений, клима- тических условий, типа болота. В среднем он колеблется от 10 до 25 мм в год.

Торф является практически единственным возобновляемым природным минерально-сырьевым ресурсом. Прирост слоя торфя- ной залежи составляет от 0,8 до 1,2 мм в год в зависимости от ре- жима питания торфяного болота и геоклиматических условий.

По данным Международного торфяного общества, ежегодно в мире образуется почти 3 млрд м³ торфа, что превышает объемы его использования примерно в 120 раз. Ежегодный прирост торфа на месторождениях России составляет 250 млн т, Беларуси — при- мерно 1 млн т. В России прирост торфа в 83 раза превышает его добычу. В Республике Беларусь наблюдается иная картина. Еже- годное уменьшение запасов торфа с учетом добычи, потерь от ми- нерализации органического вещества, ветровой, водной эрозии и пожаров составляет 13…14 млн т. Это свидетельствует об отри- цательном балансе возобновления торфяных ресурсов.