ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ ГРАНУЛ

 

Лукаш А.А., Рудницкий В.Н., Семенов А.Н. (БИПКРО,  БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

It Is Brought advantages of using the wood granules as fuels, requirements to quality and source will grow dump.

 

Энергетические и экологические проблемы последних лет заставляют использовать возобновляемые источники энергии. Результатом этих проблем стал Киотский протокол принятый многими странами, который ограничивает выбросы вредных газов в атмосферу, в которые входит и углекислый газ.
Древесные гранулы - являются возобновляемым источником энергии. При горении гранул освобождаемый углекислый газ (СО₂) обозначается как «нейтральный». Это означает, что древесина освобождает столько углекислого газа, сколько приняла во время роста.

Кроме сохранения баланса СО₂, использование древесных гранул в качестве топлива имеет и ряд других преимуществ. Древесина практически не содержит серы в отличие от угля и жидкого топлива, что предотвращает выброс диоксида серы, который в атмосфере соединяется с водяным паром и превращается в серную кислоту. При сжигании гранул, по сравнению с углем и торфом, не образуется шлака, который необходимо утилизировать, а получаемая зола является хорошим удобрением. Транспортировка древесных гранул не грозит авариями и экологическими катастрофами в отличие от транспортировки жидкого и газообразного топлива.

Ситуация, которая сложилась на сегодняшний день, позволяет с уверенностью говорить о перспективности использования древесных гранул в качестве альтернативы жидким нефтепроизводным видам топлива в транспортном секторе.

На сегодняшний день из всех наиболее популярных видов топлива самым экологически чистым являются древесные топливные гранулы: в (10…50) раз ниже эмиссия углекислого газа в воздушное пространство, в (15…20) раз меньше образование золы, чем при сжигании угля. Гранулы выделяют больше тепла, чем опилки и щепа, увеличивая коэффициент полезного действия котельных, не требуют больших складских площадей и при хранении не самовоспламеняются. Для сжигания гранул применяется простое оборудование.

Пеллеты - конкурентоспособное топливо, обладающее более высокой теплотой сгорания по сравнению с обычными древесными отходами (щепа - 850 кВт ч/м³, пеллеты - 3150 кВт ч/м³). 2,1 тонны пеллет (около 3,2 м³) заменяют 1,0 м³ дизель­ного топлива. Затраты энергии на производство древесных гранул составляют примерно 3% от содержания энергии, что гораздо ниже затрат на получение природного газа или мазута.

Потребление древесных гранул как вида топлива растет колоссальными темпами. Из всего объема производства 53% потребляется крупными котельными и ТЭЦ, 12% - средними котельными, 35% - нужно для обогрева домов. Котельные на биотопливе пользуются в Европе большой популярностью. В Германии в течение 2002 года было установлено более 5000 котлов, работающих на гранулах. Ежегодный расход топливных гранул составляет 4 млн. тонн. В Швеции потребление топливных гранул ежегодно растет примерно на 30 %. Правительственной программой Швеции предусмотрено увеличить потребление пеллет до 7 млн. тонн в год к 2010 году.

Производство гранул в России непрерывно увеличивается -  общая мощность заводов составляет более 200000 тонн. Сконцентрированы они по большей части вблизи границы со странами Евросоюза - в Карелии, Санкт-Петербурге и его окрестностях. Также выпускают гранулы на заводах, расположенных в Москве, Муроме, Мурманске, Перми, Тюмени, Кулунде (Алтайский край), Казани, Вологде и Хабаровске.

 Запасы сырья для производства биотоплива огромны, исчисляются они миллиардами кубометров. Сейчас на каждом гектаре рубки остается (40…60) м³ отходов лесопиления. Внутренний рынок топливных гранул в России уже активно формируется и вскоре начнет расширяться. Используя биотопливо, получаемое из отходов лесной промышленности Россия могла бы экономить в год (15…20) %  традиционного топлива.

 В России существуют прекрасные возможности, как для развития биоэнергетики, так и для инвестирования в эту наукоемкую отрасль промышленности иностранными компаниями. Тем более, когда весь мир стоит перед проблемами глобального потепления и других климатических изменений, происходящих во всех странах. По мнению многих ученых, именно использование биотоплива приведет к развитию устойчивой, экологически благоприятной энергетики.

 Производство топливных гранул из отходов деревообработки – одна из самых перспективных технологий. Недостатком производства гранул является  довольно высокая стоимость установок для гранулирования. Однако этот недостаток быстро окупается, причем в прямом смысле слова: производство гранул становится прибыльным уже через (2…3,5) года после запуска.

Качество изготовления гранул характеризуется внешним видом поверхности, их диаметром и длиной, запахом, цветом и наличием пыли.  Внешние признаки хорошего качест­ва древесных гранул следующие:

- поверхность гранул должна быть гладкой, блестящей, не иметь трещин и вздутий;

- чаще всего встречается диаметр 6 и 8 мм;

- длина гранул ограничивается 50 мм для облегчения процесса транспортировки;

- легкий сладковатый запах клея – признак хорошего качест­ва, достигаемого текучестью и высокими температурами при гранулировании;

 - серый цвет указывает на долгое лежание сырья, появление грибка, плохое хранение, что для древесины является потерей энергии;

 - большое содержание древесной пыли – это признак хрупкости гранул, их быстрого истирания и плохого качества.

Перечисленные выше характеристики пеллет в скором времени будут закреплены общеевропейским стандартом на твердые виды топлива на основе биомассы. Это позволит создать дополнительные предпосылки для развития спроса и предложения на топливные гранулы. А это, в свою очередь, должно повысить их доступность для конечного потребителя в разных территориальных зонах.

Качество готовой продукции во многом зависит параметров исходного сырья. Исходным сырьем для гранул, соответствующих наиболее жестким европейским стандартам,  могут служить опилки, срезки, срезки, горбыль, щепа, полученные при переработке окоренной древесины, кусковые отходы без коры, не загрязненная пылью стружка, баланс.

Производство гранул, как и производство пьезотермопластиков основано на том, что под воздействием высоких температур и давлении в замкнутом пространстве происходит глубокая дестуктуризация компонентов древесины до мономеров  с последующим образованием продуктов, аналогичных синтетическим связующим, склеивающим пресс-материал. Физико-химические процессы, протекающие при прессовании пьезотермопластиков и при изготовлении гранул, имеют общие закономерности и одинаковый характер. Поэтому результаты исследований прессования лигноуглеводных древесных пластиков, проведенные уральским ученым В.И. Перти могут быть использованы для описания производства гранул. Компоненты клеточных стенок древесины связаны в единый лигноуглеводный комплекс. Получающиеся при термическом разложении древесины высокомолекулярные продукты, обладают высокой активностью и при определенных условиях способны образовывать новые лигноуглеводные связи как внутри отдельной частицы, так и между соседними древесными частицами [1].

Лигнин играет роль химически активного компонента, без которого невозможно образование структурных связей. Однако не все продукты деструкции древесины связываются с образованием клеящих  веществ, значительная их часть остается в свободном состоянии.

Содержание лигнина в древесине хвойных пород достигает (23…33)%, в древесине лиственных пород (16…26)%. А в древесине осины содержится наименьшее количество лигнина 19 %, что на 25% меньше, чем в древесине сосны или ели).  Производительность линий, используемых в гранулировании отходов де­ревообработки, резко снижается из-за волокнистости осинового сырья.

 Влага, находящаяся в древесине, при термической обработке ослабляет молекулярное взаимодействие и способствует разрушению лигноуглеводных связей. Древесные отходы с влажностью более 18% плохо поддаются прессованию. Если влажность сырья избыточна, гранулы будут неплотными и могут легко разрушаться. Если выходная влажность сырья слишком низкая, то увеличивается давление в процессе прессования и производительность гранулятора уменьшается. Наиболее прочной получается продукция при влажности исходного сырья (10…15)%.

Мелкие древесные частица имеют большую удельную поверхность и большую площадь соприкосновения, чем более крупные. Поэтому с уменьшением фракционного состава прочность прессованного материала возрастает. Размер частиц сырья должен составлять не более 90% диаметра отверстий мат­рицы.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

- древесину осины можно применять для производства гранул в качестве добавок (20…25%) из-за низкого содержания в ней лигнина;

- влажность древесных частиц для лучшего их спекания  должна находиться в пределах (10…15)%;

- измельчение частиц до фракции 1/0 способствует получению гранул максимальной прочности;

-  зольность и прочность – в равной степени зависят от исходного сырья и применяемого оборудования;

- прочность гранул зависит от стабильность работы сушилки;

- качество гранул оценивается   визуально (хорошие гранулы жестко и плотно спрессованы, гладкие и блестящие, мало пыли, ровные по массе).

 

Литература

1. Петри В.Н. Плитные  материалы и изделия из древесины и одревесневевших растительных остатков без добавления связующих / В.Н. Петри. -  М.: Лесн. пром-сть, 1976. - 360 с.