CC BY
102
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТОПЛИВА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Чуваева А.И., Божко И.В.
(Лесосибирский филиал СибГТУ, г.Лесосибирск, РФ)
In the article we have considered the problem of the production and utilization of wooden pellets and Briquettes as the main alternative type of biofuel - fuel offuture.
Вопрос производства и использования биотоплива сегодня относится к наиболее важным не только для России, но и для многих других стран планеты. Это связано с «парниковым эффектом» и прогнозируемым в связи с этим кардинальным изменением климата на планете. Наблюдаемые изменения климата Земли происходят значительно быстрее, чем, если бы это происходило без участия человека. Очень важно, чтобы парниковый эффект и биоэнергетика воспринимались серьезно. От этого во многом зависит будущее современной цивилизации. К тому же традиционные виды топлива - нефть, газ, уголь - относятся к невосполнимым источникам энергии. Рано или поздно, но придется искать им замену.
Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Отходы на этапе заготовки леса могут достигать нескольких десятков процентов (пни, сучья, хвоя и т.д.). Типичная лесопилка превращает около 60 % древесины в доски, при этом 12 % уходит в опил, 6% - в концевые обрезки и 22% - в горбыль и в обрезки кромок. Объем опила и стружки на этапе деревообработки достигает 12% от исходного сырья.
В настоящее время активно внедряется технология сжигания опилок, щепы, старой древесины. Этот процесс прямого использования отходов лесопиления и деревообработки имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, требует решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа подвержены самовоспламенению. В-третьих, мелкофракционные древесные отходы ввиду их малой насыпной плотности экономически невыгодно перевозить на расстояния более 20-40 км.
Некоторой альтернативой прямого использования древесных отходов в виде топлива является изготовление и применение брикетов.
Брикетирование - процесс прессования мелко измельченных сухих отходов древесины (опилок, щепы, обрезков, коры, фанеры, реек, горбыля и пр.) под высоким давлением без использования вяжущих веществ. Влажность брикетируемого материала не должна превышать 15% на единицу массы, а размеры должны соответствовать по величине размерам опилок или стружке. При помощи высокого давления и тепла из сырья высвободится лигнин, который действует в качестве вяжущего вещества и удерживает гранулы в плотном состоянии.
Древесные гранулы имеют огромные преимущества по сравнению с традиционными видами топлива:
теплотворная способность их составляет 4,3 - 4,5 кВт/кг, что в 1,5 раза больше, чем у древесины и сравнима с углем;
конструктивные доработки печей позволяют автоматизировать процесс получения необходимого количества тепловой энергии;
экологическая чистота при хранении и сгорании; размеры, которые дают возможность использовать брикеты в большинстве типов котлов; экономия пространства при хранении благодаря уменьшению первоначального объема в 6-8 раз;
минимальное влияние на окружающую среду: при одинаковом с классическим топливом (уголь, газ) выделении тепла эмиссия углекислого газа в воздушное пространство в 10-50 раз ниже, золы образуется в 15-20 раз меньше, чем при сгорании угля;
размеры, которые дают возможность использовать брикеты в большинстве типов котлов; экономия пространства при хранении благодаря уменьшению первоначального объема в 6-8 раз;
при сжигании 1000 кг древесных гранул выделяется столько же энергии как при сжигании 1600 кг древесины, или 480 куб.м. газа, или 500 литров дизельного топлива, или 700 литров мазута;
горение гранул в топке котла происходит более эффективно: количество остатков (золы) не превышает 5-10% от общего объема использованных гранул;
гранулы не содержат скрытых спор, склонных к самовоспламенению при повышении температуры и вызывающих аллергическую реакцию у людей; при сгорании выделяется легкий приятный запах; топливные брикеты не воспламеняются.
Зола, образующаяся в процессе сгорания, может быть применена в качестве удобрения, либо просто удаляться как мусор. Насыпная плотность гранул составляет 650 кг/куб.м. Это достаточно много для древесных материалов, и вследствие своей энергетической плотности они требуют гораздо меньшего объема складов для хранения, чем древесные поленья или щепа. При сжигании древесных гранул процент выделения вредных веществ имеет рекордно низкий показатель, кроме того, затраты энергии на их производство составляют примерно 3 % от содержания энергии, что гораздо ниже затрат на получение природного газа или мазута. Древесные гранулы могут использоваться для отопления как в сочетании с другими возобновляемыми источниками энергии, как и без них. В таблице 1 приведена сравнительная характеристика уровня зольности видов топлива.
Большой выгодой брикетов является постоянство температуры при сгорании на протяжении 4 часов. Теплотворная способность хвойной древесины влажностью 37% при брикетировании составляет 2500 ккал/кг, влажностью 20-22%-3300 ккал/кг, опилок и стружки при 15%-ной влажности - 3600 ккал/кг, опилок при 12%-ной влажности - 3800 ккал/кг.
Таблица 1- Сравнительная характеристика уровня зольности видов топлива
Виды топлива Уровень зольности
Уголь 7-25%
Брикеты из бурого угля 4-10%
Брикеты из древесной коры 1-3%
Брикетирование опилок увеличивает производительность варочных котлов в гидролизном производстве при загрузке этих котлов не опилками, а опилочными брикетами. Брикетирование опилок целесообразно при их транспортировке, так как повышается емкость транспортных средств и облегчаются погрузочно-разгрузочные операции.
Брикеты транспортируются всеми видами транспорта в крытых емкостях (контейнерах, пакетах). Топливные брикеты весом 2,5 кг соответствуют тепловому эквиваленту 1 кг жидкого топлива. К недостаткам этого вида топлива можно отнести лишь сложность автоматизации процесса загрузки брикетов в топочное устройство.
Необходимо учесть, что на данный момент (в частности на деревообрабатывающих предприятиях г. Лесосибирска) остается не задействованным огромное количество опилок и щепы, которые просто сваливаются в кучи и гниют! Это не только не приносит никакой пользы, но и требует использования значительных производственных площадей, которые можно использовать в других, более значимых, целях. Начиная складированием на зиму сырья и оканчивая постройкой дополнительного завода по производству топливных брикетов (высота помещения должна быть не менее 4 метров, площадь - 70 - 100 кв.м. - для размещения оборудования и 100 - 150 кв.м. - для склада. Помещения могут быть не отапливаемыми.).
Наряду с брикетами, можно производить топливные гранулы гораздо меньшего размера, например пеллеты. Пеллеты - это нормированное цилиндрическое прессованное изделие из высушенной, оставленной в природе древесины. Сырьем для их изготовления могут быть опилки, стружка, щепа и другие отходы деревообработки, также в состав пеллет может входить торф и измельченная древесная кора. Гранулы производятся без химических закрепителей под высоким давлением.
На сегодняшний день производство топливных гранул из отходов деревообработки - одна из самых перспективных технологий. Можно с уверенностью сказать - плюсов не счесть, а существенный минус только один - довольно высокая стоимость установок для гранулирования.
Само по себе производство гранул не является открытием 20-го века. Эта технология использовалась еще в 19 веке для превращения в компактную форму органических и неорганических материалов. Однако гранулирование древесины для получения древесных гранул с целью их дальнейшего использования в отопительных устройствах начало широко использоваться относительно недавно.
Сочетание лесопильного производства и линии по производству гранул является идеальным вариантом использования лесных ресурсов. В этом случае себестоимость всего комплекса резко меняется. Элементарный расчет: мы продаем обрезные пиломатериалы по цене порядка 100 долл. за кубометр. В эту стоимость входит и цена материала, который не пошел в производство (подгорбыльная доска, горбыль, щепа, опилки). Единственное, что можно сделать с этими материалами - это использовать их для отопления. Однако, если эту «некоммерческую»
древесину пустить в производство топливных гранул, на выходе будем иметь чистую прибыль.
Важной положительной стороной применения древесных гранул является также их стабильная стоимость. На фоне скачков европейских цен на жидкое горючее удорожание древесных гранул за последние три года выглядит крайне незначительным. На сегодняшний день рынок растет колоссальными темпами, и цена за тонну возрастает прямопропорционально: в период с 2004-2006 год возросла с 65 до 95 евро. На сегодняшний день основными потребителями являются европейские страны. Как правило, в сырьевых странах такой рынок не развивается.
Российские предприниматели уже осознали тот факт, что в лесном секторе экономики основные прибыли приходятся на переработку древесины, а не на поставки кругляка за рубеж. Из этого можно предположить, что скоро весьма значительная часть мировых пиломатериалов будет производиться в России, в том числе и топливных гранул. В России запасы сырья для производства биотоплива огромны и исчисляются миллиардами кубометров. Сейчас на каждом гектаре рубки остается 40-60 куб.м. отходов лесопиления. Постепенный перевод котельных европейских стран на пеллеты ставит перед ними проблему гарантированной и бесперебойной поставки этого вида топлива, а это невозможно без импорта.
Древесные гранулы и топливные брикеты имеют широкое применение и могут использоваться для всех видов топок, котлов центрального отопления, котлов на деревообрабатывающих предприятиях и пр., отлично горят в каминах, печках и грилях. В ближайшие годы предполагается увеличение сбыта древесных гранул и брикетов, а также отопительных устройств, работающих на данных видах топлива, поэтому этот энергоноситель можно в буквальном смысле считать топливом будущего.
Используя биотопливо, получаемое из отходов лесной промышленности для теплоснабжения городов и поселков, Россия могла бы экономить 15-20% ископаемого топлива в год.
