Био. Контрольная работа по дисциплине Энергетическое использование древесной биомассы Вариант 4 Направление подготовки 35. 03. 02 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств

• Название: Контрольная работа по дисциплине Энергетическое использование древесной биомассы Вариант 4 Направление подготовки 35. 03. 02 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств
• Дата: 25.04.2021
• Размер: 30.2 Kb.
• Имя файла: Био.docx
• Тип: Контрольная работа; #198436

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Факультет агрономии и лесного хозяйства

Кафедра лесного хозяйства

Контрольная работа

по дисциплине: «Энергетическое использование древесной биомассы»

Вариант 4

Направление подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств

Профиль подготовки – Лесоинженерное дело

Выполнил студент

ЛесД-433-у группы

заочного отделения

шифр 1856004 Тушнолобов Ю.М.
Проверил

преподаватель Евдокимов И.В.

Вологда – Молочное

2021 г.

Содержание

Введение	3
1 Химический состав биомассы древесных растений	4
2 Влияние сжигания биотоплива на окружающую среду	9
Заключение	11
Список литературы	12

Введение

Древесина – универсальный материал. Древесина становится все привлекательней в качестве топлива: Она очень экологична и демонстрирует почти постоянную динамику цен. Кроме того, древесина – это местное возобновляемое топливо с короткими маршрутами перевозок.

Ее использование приводит к появлению новых рабочих мест и созданию новой добавленной стоимости. Не случайно почти 20 % домовладений отапливаются древесиной, из них одна пятая часть – системами центрального отопления, работающими на древесине и служащими также для горячего водоснабжения. Автоматизированные системы отопления обеспечивают комфорт не меньший, чем системы, работающие на жидком топливе или газе.

Древесину можно считать неубывающим источником сырья и энергии, при условии, что количество используемых деревьев не превосходит количества подрастающих. Будучи возобновляемым сырьем, древесина CO2-нейтральна, так как при ее сгорании освобождается только то количество углекислого газа, которое дерево поглотило в процессе своего роста. Таким образом, экосистема развивается естественным путем.[1]

1.Химический состав биомассы древесных растений

Органическая часть древесины и других растительных образований состоит в основном из углеводов и в меньшей степени из белков, жиров, восков и смол, входящих в состав растительных клеток или заполняющих межклеточное пространство растительной ткани. Основными компонентами углеводов являются целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_х, из которой построены стенки клеток, гемицеллюлоза, представляющая собой гидролизирующуюся часть целлюлозы, и лигнин – особое инкрустирующее вещество, заполняющее межклеточные промежутки (С₉Н₂₄О₁₀). Содержание целлюлозы в органической части многоклеточных растений достигает 60 %, содержание лигнина 20…30 % (в зависимости от породы и возраста древесины). Растительная ткань пропитана водой, в которой растворены различные минеральные соли, образующие при сжигании древесины золу. Содержание солей в древесине обычно 1 %. Так, в сосновой древесине содержание минеральных солей составляет 0,21 %; в березовой – 0,29…0,38 %; в дубовой –0,37 %; в еловой – 0,22…0,37 %. Однако в коре, листьях (а также в стеблях однолетних растений) содержание минеральных примесей значительно больше и составляет: в еловой коре – 5,77 %, в буковой –8,84; ( в соломе – 3,3…7,2 %; в лузге – 2,31 %; в камыше – 7,4 % ).

Структура сухой массы древесины, как подчеркивалось ранее, представляет собой совокупность ячеек, стенки которых образуются в основном из клетчатки, состоящей из целлюлозы (С₆Н₁₀О₅)_х, гемицеллюлозы и особого вещества-лигнина, являющихся сложными соединениями углерода, водорода и кислорода. В состав древесины, кроме того, входят в небольшом количестве смолы, жиры, воск, дубильные вещества и минеральные примеси. На состав минеральных примесей оказывает влияние также технология получения древесных отходов. Например, в отходах с мебельных фабрик, где в производстве используются разные клеи, имеется особенно повышенное содержание щелочей. При этом технология получения древесных отходов резко влияет не только на состав их минеральной части, но и на все их характеристики как энергетического топлива. Эти характеристики различны: для свежевырубленного леса; для опилок с лесопилок и для опилок с мебельного производства; для измельченной тары; для коры; для хвои и других видов древесной биомассы. Значительно отличаются характеристики древесной массы с годичным циклом, выращиваемой на специальных плантациях.

Сама природа древесины мало влияет на состав ее органической части. Состав органической массы древесины разных пород может характеризоваться следующими усредненными данными: С^о = 50 %; Н^о = 6 %; О^о = 43 %, N^о = 0,43 %; S^о = 0 %; зольность сухой массы такой древесины А^d = 1…2 %; содержание влаги у растущего дерева W ^r = 45…65 %, а при хранении на воздухе древесины в течение 1,5…2 лет ее влажность снижается до 18…20 %.

Так как состав органической массы древесины достаточно стабилен для разных пород (а величина зольности мала), на теплоту сгорания ее существенное влияние оказывает содержание влаги. При достаточно стабильной органической части ее теплота сгорания составляет 18,4 МДж/кг. Из этих соображений профессором К.В. Киршем предложена для определения теплоты сгорания рабочей массы формула:

Q^r_i = 18,4 – 0,209W^r, МДж/кг.
В целом, для древесной биомассы показательны следующие энергетические характеристики, оказывающие существенное влияние на ее поведение в технологическом цикле при производстве тепловой и электрической энергии.

1. Состав органической массы достаточно стабилен и составляет на сухую массу: содержание углерода С^d = 45…53 %, водорода Н^d = 5…6 %, кислорода О^d = 37…45 %, азота N^d = 0,3…1,2 %.

2. Теплота сгорания, в зависимости, главным образом, от влажности колеблется в пределах 7…15 МДж/кг. При среднем составе на горючую массу: С^daf = 50 %; Н^daf = 6 %; О^daf = 43 %; N^daf = 1 % и при влажности W ^r = 42 % величина Q^r_i = 2440 ккал/кг.

3. Высокая реакционная способность, определяемая величиной выхода летучих, составляет V^daf = 80…90 % на горючую массу.

4. Высокая склонность к самовозгоранию, определяется величиной критерия взрываемости К_т ≥ 8.

5. Колебания влажности, в широком диапазоне, в зависимости от способа получения биомассы и условий ее хранения – от 8 до 60 % (в среднем 20…60 % ) и в отдельных случаях до 80 %.

6. Высокая шлакуемость определяется спецификой минеральной части:

– высокое содержание щелочи, в основном в виде К₂О (в среднем 8…10 % ), в отдельных случаях до 25 %; при этом, хотя содержание Na₂О в среднем составляет 0,3…2,2 %, для отдельных видов отходов мебельного производства Na₂О может достигать 7…13 %;

– достаточно высокое содержание Fe₂O₃ (7…10 % ), а для отдельных отходов мебельного производства величина Fe₂O₃ может достигать 22 %;

– хотя содержание оксида кальция умеренно ( в среднем СаО = 12…15 % ), для отдельных отходов мебельного производства и деревянной тары содержание СаО + МgО может достигать 30…37 %;

– при низком, в среднем содержание хлора (< 0,04 % ), для отдельных отходов мебельного производства достигает 1,2 %;

– низкие температуры плавкости золы как в восстановительной, так и окислительной среде (температура t_сдостигает 1180…1200 °С);

– очень «короткие» шлаки (разность между температурами t_a и t_c достигает всего 30…40 °С: t_a = 1150 °С величина t_c = 1180 °С).

7. Плотность древесной массы в 3…5 раз ниже плотности угля –(300…500 кг/м³) по сравнению с 1400 кг/м³ для угля.

8. Волокнистая структура материала, что вызывает определенные трудности при движении его по тракту (бункера, течки, питатели-дозаторы и др.).

9. Широкий диапазон изменения гранулометрического состава исходной древесной биомассы (опилки –до 8 мм; щепа- до 100 мм; кругляк, после расщепления, 5…35 мм и др.).

10. Весьма благоприятные экологические характеристики:

– низкая зольность (на сухую массу- в среднем 2 % ) – от 1,6 до 5,0 % (отдельные значения достигают 6 % );

– низкое содержание серы (от полного отсутствия до 0,1 в среднем), достигая максимум 0,18 % на сухую массу;

– ограниченное содержание азота – в среднем 0,25…1,0 %, достигая для отдельных видов отходов до 2…3 % на сухую массу;

– способность не увеличивать в атмосфере содержание парникового углекислого газа от сжигания древесной биомассы.

Рассматривая возможные варианты энергетического использования древесной массы, следует иметь в виду, что по своим энергетическим характеристикам (несмотря на имеющиеся специфические особенности, которые необходимо учитывать при выборе технических решений по энергетическому использованию) наиболее близкими энергетическими топливами, уже освоенными для эффективного использования, являются лигниты, торф (фрезерный), землистые бурые (окисленные) угли и бурые угли марки Б1 (W ^r ≥ 40 % ).

Особенно это относится к фрезерному торфу. у которого основная масса имеет размер менее 3 мм (85 % всей массы). Содержание летучих в нем V ^daf = 70 %, влажность колеблется в пределах 48…52 % (достигает 60 % ); зольность на сухую массу A^d = 7…14 %; среднее содержание элементов (на горючую массу: С^daf = 57,8 %; Н^daf = 6 %; S^daf = 0,3 %; N^daf = 2,5 % О^daf = 33,4; невысокую величину составляют температуры плавкости золы в полувосстановительной среде – температура начала деформации t_А = 1070 °С; температура размягчения t_в = 1150 °С; температура низкоплавкого состояния t_с = 1200 °С. Достаточно велика засоренность фрезерного торфа корнями, малоразложившимся торфом, кусками пней и дров (10 и более % ) с размерами от 25 до 70 мм. Рабочая, теплотворная способность торфа зависит в основном от влажности (как и древесной биомассы) и может подсчитываться из выражения Q^r_i ≈ 4800 – 54W^r, ккал/кг.[2]

2. Влияние сжигания биотоплива на окружающую среду.

До последнего времени все климатические модели априори рассматривали биотопливо как источник энергии, не приводящий к росту содержания СО₂ в атмосфере.

«Анализ, который провели, показывает, что прямое и косвенное вовлечение новых земель в хозяйственный оборот, связанное с агрессивным продвижением биотоплива как альтернативы ископаемым углеводородам, может только увеличить количество парниковых газов в атмосфере», — сказал один из авторов этой публикации Джерри Мелилло из Морской биологической лаборатории США. Он и его коллеги утверждают, что активное использование азотных удобрений для разрастающейся биотопливной промышленности к концу столетия может сделать выбросы NO₂ в атмосферу куда более серьезной проблемой, чем выбросы СО₂.

В своих исследованиях ученые использовали глобальную климато-экономическую модель, с помощью которой изучили эффекты влияния прямого и косвенного использования земель на выброс парниковых газов по мере роста масштабов индустрии биотоплива. Под прямым использованием земли для биоэнергетики ученые понимают эксплуатацию новых земель только для производства биотоплива, тогда как косвенное использование предполагает эксплуатацию для выращивания «биотопливных» культур сельскохозяйственных угодий, на которых в настоящее время выращиваются продукты питания или осуществляется выпас скота, что подразумевает вырубку лесов для высвобождения новых продовольственных сельскохозяйственных территорий.

Ученые рассмотрели два возможных сценария. Первый предусматривает, что потребности биотопливной индустрии будут удовлетворяться за счет вырубки лесов и высвобождения новых земель для выращивания биотопливных культур. Второй вариант предполагает сохранение невозделанных земель и более активное использование существующих сельхозугодий. Экономическим стимулом развития обоих сценариев, по мнению г-на Мелилло, должны стать общемировые экономические меры по контролю за выбросами в атмосферу СО2 в результате сжигания ископаемых углеводородов. Эти меры призваны стабилизировать атмосферное содержание углекислого газа на уровне 550 миллионных долей (в настоящее время эта концентрация составляет примерно 380 миллионных долей). Использование ископаемых углеводородов, согласно этой модели, должно со временем становиться все дороже, что приведет к вытеснению их топливом, произведенным из растений. Это, в свою очередь, окажет эффект на способы использования земель, их стоимость, а также производство и цены на продовольствие и древесину. Обе модели показывают, что к концу XXI века площадь земли, необходимой для выращивания биотоплива, должна будет превысить площадь всех существующих на сегодняшний момент сельскохозяйственных земель. При этом непрямое использование земель, предполагающее вырубку лесов, приведет к значительному выбросу СО2 в атмосферу, что только усугубит глобальное изменение климата, особенно в случае развития второго сценария.

«Значительные выбросы парниковых газов в результате вырубки лесов до сих пор были неучтенными последствиями широкого развертывания программы по переходу на биотопливо, и эти последствия только усугубят проблему, а не решат её», — считает Джерри Мелилло. Ученые также показали, что к середине века активное использование азотных удобрений приведет к тому, что выбросы NO2 из-за ведения сельского хозяйства превысят промышленные выбросы этого газа в атмосферу и станут оказывать большее влияние на климат, чем выбросы углекислого газа.[3]

Заключение

Согласно исследованию рынка Global Market Insights Inc., использование топливных гранул в мире будет расти ежегодно на 10%. Такая динамика будет сохраняться до 2025 года. Главная причина устойчивого интереса к пеллетам -
в их безопасности, в отсутствии вреда для окружающей среды. Потенциал для развития отечественного лесопромышленного сектора огромный: ежегодно в России, по разным оценкам, образуется от 25 до 100 млн кубометров отходов деревообработки. В 2020 году в России ожидается запуск новых производственных мощностей, которые в основном будут ориентированы на Европейский рынок. Кроме того, продукцией российских производителей активно интересуются азиатские компании. Это значит, что у российских предприятий есть реальная возможность активно наращивать объемы выпуска пеллет и догнать по объемам производства и экспорта США и Канаду.[4]

Список литературы

1. Головков С. И., Коперин И. Ф., Найденов В. И. Энергетическое использование древесных отходов.— М.: Лесн. пром-сть, 1987.— 224 с

2. Карпов, С.А. Применение алифатических спиртов в качестве экологически чистых добавок в автомобильные бензины / С.А. Карпов, Л.Х. Кунашев, А.В. Царев, В.М. Капустин // Нефтегазовое дело. – 2006. – 15 августа (http://www.ogbus.ru/authors/KarpovSA/KarpovSA_2.pdf).

3. Капустин, В.М. Проблемы повышения качества российских бензинов / В.М. Капустин // Химия и технология топлив и масел. – 2005. - № 2. – С.13–15.

4. Терентьев, Г.А. Моторные топлива альтернативных сырьевых ресурсов / Г.А. Терентьев, В.М. Тюнов, Ф.В, Смаль. – М.: Химия, 1989. – 270 с.