ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ

ENERGY OF BIOMASS

Статья поступила в редакцию 19.05.11. Ред. рег. № 1005 The article has entered in publishing office 19.05.11. Ed. reg. No. 1005

УДК 662.76.032

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ

Г.Н. Забарный, С.В. Клюс, Д.С. Довженко

Институт возобновляемой энергетики, Национальная академия наук Украины 02094 Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс +38-044-537-26-57, e-mail: [email protected]

Заключение совета рецензентов: 08.06.11 Заключение совета экспертов: 18.06.11 Принято к публикации: 23.06.11

В статье рассмотрены вопросы использования растительных отходов для производства тепловой и электрической энергии на современном оборудовании. Дан анализ теплотехнических свойств различных растительных отходов. Представлен обзор производства брикетов и агропеллет из соломы в различных странах Европы.

Ключевые слова: растительные отходы, производство энергии, оборудование, обзор производства брикетов, солома, пеллеты.

UTILIZING PLANT RESIDUES FOR ENERGY GENERATION G.N. Zabarnyi, S.V. Klyus, D.S. Dovzhenko

Institute of renewable energy, National Ukrainian Academy of Science 20 А Krasnogvardejska, 02094, Kyev-94, Ukraine Phone/fax: +38-044-537-26-57, e-mail: [email protected]

Referred: 08.06.11 Expertise: 18.06.11 Accepted: 23.06.11

The article considers issues of using plants residues for electricity and heat production by modern equipment. Thermal and technical parameters for various plants wastes have been analyzed. The review of straw briquettes and pellets production in Europe has been presented.

Keywords: vegetable waste, energy production, equipment, review of the production of briquettes, straw, pellets.

Солома зерновых культур (пшеницы, ячменя, ржи) используется в качестве подстилки для животных, солома овса - в качестве корма. Некоторая часть соломы и стебли подсолнечника используются в качестве бытового топлива в сельской местности. Однако подавляющая часть соломы зерновых, а также рапса, сои, гречихи, проса, риса в лучшем случае припахивается на полях, а в худшем - просто сжигается.

Между тем во многих странах мира и особенно Европы уже несколько десятилетий используют этот альтернативный вид топлива для получения тепловой и электрической энергии в промышленных масштабах.

В настоящее время мировым лидером в использовании соломы в энергетических целях является Дания. В соответствии с требованиями, установленными парламентом Дании в «Соглашении от 14.06.1993 г. относительно 20% снижения выбросов СО2», энергосистемы Дании обязаны использовать 1,2 млн т соломы и 0,2 млн т древесной щепы ежегодно, начиная с 2000 г., что эквивалентно 6% годового потребления энергии [1].

Однако солома является достаточно трудным для использования топливом ввиду низкой температуры плавления золы и повышенного содержания хлора. В настоящей статье рассматриваются вопросы использования растительных отходов в качестве топлива.

Классификация растительных отходов

Растительные отходы исключительно разнообразны как по характеру своего естественного строения, так и по структуре технологических отходов, получаемых в результате переработки первичного сырья. В работе [2] растительные отходы предложено разбить на четыре класса:

I класс - отходы с цилиндрическим стеблем;

II класс - мелкозернистые отходы размером фракций до 10 мм;

III класс - крупнозернистые отходы размером фракций свыше 10 мм;

IV класс - пластинчатые отходы (листья).

Первый класс объединяет растительные отходы,

обладающие цилиндрическим стеблем, и состоит из

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8 (100) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011

трех групп. К первой группе отнесены отходы, имеющие цилиндрический стебель с толщиной стенки 5 до 1 мм. Основным представителем этой группы является солома зерновых культур. Вторая группа объединяет отходы, состоящие из деревянистых стеблей с толщиной стенки 5 до 10 мм. Сюда могут быть отнесены стебли кукурузы, подсолнечника и камыша. Для третьей группы характерны цилиндрические стебли, наполненные тканью. Основные представители этой группы - стебли хлопчатника, кустарника, полыни.

Второй класс охватывает растительные отходы в виде чешуек или зерен размером до 10 мм. Это полова гречихи, проса, лузга подсолнечника, шелуха крупяного производства, костра льна, отходы хмеля.

Третий класс представлен крупнозернистыми растительными отходами, к которым относятся отходы хлопка, корзинки подсолнечника, стержни початков кукурузы.

Четвертый класс объединяет все растительные отходы в виде пластинки, типичным представителем которых являются листья деревьев.

С энергетической точки зрения наиболее весомыми являются растительные отходы первого и второго классов. Кроме того, в предложенной классификации отсутствуют специальные энергетические растения, которые начали выращивать в последние годы.

Поэтому нами уточнена известная классификация, и на ее основе предлагается адаптированная к современному растительному миру классификация энергетических растительных отходов (рисунок).

Общая характеристика растительных отходов

Солома, как и древесина, относится к растительному топливу состава углерод - водород - кислород, а по химическому составу представляет комплекс из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы. Состав органической массы соломы можно считать примерно одинаковым для различных видов хлебных злаков. Более заметны различия в количестве минерального остатка. В табл. 1 приведен сравнительный элементарный состав сухой соломы урожая 1947 г.

В табл. 2 приведен химический состав соломы и древесной щепы Дании.

Таблица 1

Элементарный состав сухой соломы [2]

Table 1

The elementary composition of dry straw [2]

Наименование растений Основные компоненты, %

С0 H0 N0 А0

Пшеница озимая 46,l 5,6 0,42 4,l

Пшеница яровая 45,8 5,6 0,51 4,9

Рожь 45,8 5,7 0,52 3,5

Овес 44,38 5,l8 0,45 7,2

Ячмень 42,7 5,28 0,90 6,5

Химический состав соломы и Дании [1]

The chemical composition of chips, Denmark

Таблица 2

древесной щепы

Table 2

straw and wood [1]

Классификация энергетических растительных отходов Classification of power plant waste

Солома, % Древесная щепа, %

Химический состав е о не ьи н S « P ° S S S е о не ьи лн « P ° S S S

о ® I £ о ® E £

рн пз ин тз рн пз ин тз

Зола АС 2-7 4,5 0,3-6 l,0

Летучие 75-81 78 70-85 8l

Водород НС 5,4-6,4 5,9 5,2-6,l 5,8

Углерод СС 47-48 47,5 49-52 50

Азот N0 0,3-1,5 0,7 0,l-0,7 0,3

Сера S0 0,l-0,2 0,l5 < 0,l 0,05

Хлор 0l0 0,l-l,l 0,4 < 0,l 0,02

Кремний Si0 0,l-l,5 0,8 < l,l 0,l

Алюминий Al0 < 0,03 0,005 < 0,l 0,0l5

Железо Fe0 < 0,03 0,0l < 0,l 0,0l5

Кальций 0a0 0,2-0,5 0,4 0,l-0,9 0,2

Магний Mg0 0,04-0, l3 0,07 < 0,l 0,04

Натрий Na0 < 0,3 0,05 < 0,l 0,0l5

Калий K0 0,2-l,9 l,0 0,05-0,4 0,l

Фосфор P0 0,03-0,2 0,08 < 0,l 0,02

Как видно из табл. 2, содержание хлора и калия в соломе примерно на порядок выше, чем в древесной щепе. Максимальное содержание хлора в соломе наблюдается непосредственно после обмолота урожая. Высокое содержание щелочных металлов обуславливает низкую температуру плавления золы соломы. В табл. 3 приведена температура плавления золы соломы озимой пшеницы.

Таблица 3

Температура плавления золы соломы озимой пшеницы [2]

Table 3

The melting point of ash of straw of winter wheat [2]

Таблица 4

Низшая теплотворная способность рабочей массы соломы [1, 2]

Table 4

Lower calorific value of the working masses of straw [1, 2]

Топливо с высоким содержанием калия и хлора вызывает в энергетических установках целый ряд серьезных технических проблем, таких как интенсивная коррозия поверхностей нагрева, повышение степени шлакования и загрязнение проходных дымовых каналов..

Влажность соломы в большой степени зависит от времени года и влажности окружающего воздуха. В период жатвы хлеба относительная влажность стебля соломы доходит до 9-11%, а к осени повышается до

25-30%. Допустимый диапазон влажности соломы для сжигания составляет 10-23%, оптимальное значение - 15%.

Влага, заполняющая полость клеток и межклеточное пространство соломы, находится в капельножидком состоянии и при самом незначительном повышении температуры окружающего воздуха легко выделяется. Влага, находящаяся в стенках клеток, так называемая гигроскопическая, находится в коллоидально связанном с тканью соломы состоянии, и ее частичное удаление из клеток возможно лишь при нагревании до температуры свыше 100 °С.

Низшая теплотворная способность соломы зависит от ее влажности, содержания золы, а также места произрастания. В табл. 4 приведены данные по низшей теплотворной способности соломы.

В работе [1] для оценки энергетического потенциала растительных отходов рекомендуют применять низшую теплотворную способность рабочего топлива в среднем 2800 ккал/кг.

Стебли кукурузы, подсолнечника, камыша, мискантуса, топинамбура относятся ко второй группе первого класса растительных отходов. Толщина стенки стеблей - менее 10 мм, высота стеблей - до 4 метров. После обмолота кукурузы на зерно стебли не срезаются, а остаются зимовать в поле. После зимовки влажность стеблей уменьшается до 20-25%, и высохшие стебли убираются. Низшая теплотворная способность таких стеблей QFH составляет 3270 ккал/кг, зольность - 4-10%.

В период сбора урожая шляпки подсолнечника срезаются и обмолачиваются комбайнами, а стебли, как правило, остаются на поле. В дальнейшем эти стебли измельчаются дисковыми боронами и припахиваются в качестве удобрения, богатого калием. Зольность стеблей - 6-8%.

Камыш озерный. Низшая теплотворная способность QFH озерного камыша находится в пределах 2900-3300 ккал/кг при зольности 3-4%. Перезимовавший камыш имеет влажность 20-25%. Невысокая гигроскопичность камыша позволяет ему сохранить влажность в течение года примерно в одних и тех же пределах. Большие запасы озерного камыша позволяют рассматривать его как значительный ресурс в балансе местных растительных топлив.

Мискантус - многолетняя быстрорастущая энергетическая культура. Оптимальный период вегетации - 8-10 лет. Уборка производится в феврале-марте, влажность при уборке 15-23%, теплота сгорания - 17-19,5 МДж/кг. Средняя урожайность составляет 8-15 т/га сухой массы в год. Убирают мискан-тус косилками с рулонными прессами. Вес рулонов 300-400 кг, плотность 150-200 кг/м3. Плотность сечки мискантуса составляет 70-95 кг/м3. Плантации мискантуса можно высаживать на территориях, загрязненных тяжелыми металлами.

Хлопчатник является важнейшим прядильным растением и основным сырьем текстильной про-

Место произрастания (область) Температура, °С

Т\ - начало деформации Т2 - начало размягчения Т3 - жидко-плавкое состояние

Харьковская 640 720 900

Сумская 550 750 950-1000

Ленинградская 450 750 1000

Место Влага WP, Зола AC, QH,

произрастания % % ккал/кг

Харьковская обл. (солома озимой пшеницы) 8,8 5,7 4110

Харьковская обл. (солома озимой пшеницы) 7,1 5,7 3799

Сумская обл. (солома озимой пшеницы) 7,2 6,1 4280

Ленинградская обл. (солома ржи) 10,5 4,7 3690

Дания (солома озимой пшеницы) 14,0 4,5 3560

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8 (100) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011

мышленности. Основными отходами хлопчатника являются коробочка, открывающаяся тремя-пятью створками, и стебли.

Минеральный состав частей хлопчатника приведен в табл. 5.

Зола хлопчатника относится к золе тугоплавкой. В ней содержится в среднем 6% окиси кремния 8Ю2, а, например, в золе соломы - примерно 65%. Такое малое содержание 8Ю2 в золе хлопчатника существенно сказывается на точках состояния золы, а

именно: температура начала деформации Т1 ~ 750 °С, температура размягчения и жидкоплавкого состояния Т2 ~ Т3 ~ 1500 °С.

В период сбора хлопка стебли хлопчатника имеют относительную влажность 13-14%, в процессе хранения под навесом влажность повышается до 1820%. Низшая теплотворная способность стеблей QFH составляет примерно 3500 ккал/кг.

Минеральный состав частей хлопчатника, % [2] The mineral composition of parts of cotton, % [2]

Таблица 5 Table 5

Название элементов Коробочки Листья Стебли

на золу на сухой вес на золу на сухой вес на золу на сухой вес

Зола - 8,330 - 15,93 - 4,54

P2Ü5 3,84 0,320 3,14 0,50 4,55 0,207

K2O 41,15 3,428 8,03 1,279 28,83 1,309

Na2O 0,62 0,052 1,97 0,314 2,42 0,110

CaO 12,66 1,055 38,56 6,143 20,80 0,994

MgO 3,39 0,282 7,00 1,115 9,04 0,410

SO3 5,89 0,491 4,13 0,658 2,76 0,125

Нерастворимый осадок 3,85 0,321 7,85 1,251 3,33 0,151

Лоза энергетическая относится к специальным растениям, которые выращиваются в качестве топлива.

Благодаря быстрому росту лоза вбирает из грунта и испаряет большое количество воды. Поэтому плантации лозы высаживаются в поймах рек и на заболоченных участках. Период роста лозы - 25-30 лет, урожай собирают каждые 3-4 года.

Наибольшая урожайность лозы - на 4-5 год выращивания и составляет 16-20 т сухой массы с гектара. Лозу собирают кормоуборочными машинами в период с ноября по апрель при влажности около 50%. Теплота сгорания сухой массы - 19,8-21,0 МДж/кг. Лоза измельчается до размеров гранул с диаметром 10-15 мм и длиной 5-15 мм при влажности до 35%. Насыпной вес гранул составляет около 200 кг/м3.

Лузга подсолнечника образуется в процессе выделения семян на маслоэкстракционных заводах.

Насыпной вес подсолнечной лузги 130 кг/м3. Состав лузги, высушенной при 110 °С: углерод - 49%, водород - 5,75%, кислород и азот 43,11%, сера -0,10%, зола - 2%. Средняя влажность промышленной лузги около 10%, а низшая теплотворная способность QP составляет 3500-4000 ккал/кг. Зола лузги подсолнечника относится к золе средней плав-

кости: температура начала деформации Т = 1000 °С, температура размягчения Т2 = 1200 °С, температура жидкоплавкого состояния Т3 = 1320 °С.

Шелуха крупяного производства имеет мелкозернистое строение в виде чешуек, получаемых при пропускании зерна через крупообдирочные машины. Низшая теплотворная способность шелухи QFH колеблется от 3500 до 4000 ккал/кг, зольность - от 4 до 11%. Относительная влажность шелухи 8-13%, она сохраняется примерно постоянной при длительном хранении под навесом.

Костра льна составляет 65-70% веса стебля и в основном состоит из целлюлозы (45-48%), лигнина (21-29%) и пентозана (23-26%).

Заготовка, хранение и транспортировка соломы

Показатели, которые характеризуют качество твердого биотоплива из соломы: содержание азота, хлора, серы, кальция, магния, калия, цинка и кадмия. Наиболее лимитирующим фактором является концентрация хлора. Степень увядания соломы показывает, как долго солома после уборки урожая лежала на поле и какое количество осадков было в этот период [3]. В процессе увядания уменьшается концентрация щелочных металлов и хлора вследствие воздействия до-

ждя, солнца и ветра. Для вымывания хлора соломе необходимо пролежать на поле 5-7 дней, при этом цвет соломы изменяется от желтого до серого.

При использовании соломы как топлива следует иметь в виду, что, хотя солома является отходом, ее, тем не менее, приходится покупать. Покупать необходимо только ту солому, у которой содержание хлора меньше 0,3% (для уменьшения коррозии поверхностей нагрева). Поскольку солома имеет низкое содержание энергии в единице объема, то солому уплотняют и заготавливают в виде прямоугольных тюков и цилиндрических рулонов. Тюки для датских ТЭЦ имеют размеры от 1,2x1,25x2,25 м до 1,3x1,35x2,55 м и нормальный вес около 500 кг. Для котельных агрегатов мощностью до 1 МВт используются прямоугольные тюки и цилиндрические рулоны.

Хранение тюков соломы осуществляется в основном под открытым небом в виде больших стогов или под навесом с крышей на опорах. Способ хранения соломы влияет на ее влажность и качество. При хранении в стогах около 10% соломы становится непригодной для энергетического использования.

В Дании существует требование, согласно которому грузовики, доставляющие тюки соломы на ТЭЦ, привозят по 20 или 24 тюка. Существуют также стандарты на размещение тюков на грузовиках в зависимости от типа разгружающего крана, автоматизации процесса складирования и результатов замера влажности.

Влажность соломы определяют с помощью трех независимых измерений в двух тюках соломы. Обычно производится 36 измерений для всего количества соломы на полностью загруженном грузовике, при этом показания записываются автоматически при разгрузке грузовика. Измерения производятся с использованием калиброванного влагоизмерительно-го копья.

Результаты обсуждают с поставщиком на основе осредненных измерений. Допускается влажность партии не более 20%; однако допустимая влажность для одного тюка - до 23%. При превышении этого значения вся партия относится к браку.

Размер оплаты зависит от влажности. Если влажность меньше 15%, то вес увеличивается на 2% за каждый 1% снижения влажности. Если влажность больше 15%, то вес уменьшается на 2% за каждый 1% повышенной влажности.

Рыночные цены на биотопливо в Дании существенно выше цен на ископаемые виды топлива. Так, цена на древесную щепу составляет более 35 датских крон/ГДж, а цена на солому еще выше - более 42 датских крон/ГДж. Для сравнения - цена на уголь составляет около 10 датских крон/ГДж [1].

Производство брикетов и гранул

Брикеты из соломы обычно изготавливают сплошной цилиндрической формы диаметром 6-12 см и длиной 10-30 см. Выпускаются также брикеты с центральным отверстием 1-2 см.

В 15 странах Европы, включая Украину, быстрыми темпами развивается производство гранул из соломы, которые принято называть агропеллетами.

Агропеллеты имеют диаметр 6-16 мм и длину 10-30 мм. В настоящее время только во Франции имеется стандарт на агропеллеты, табл. 6. Необходимо отметить, что часть агропеллет используется как подстилка для животных, в основном для конюшен, а также как кормовая добавка.

Таблица 6

Стандарты Франции на агропеллеты [3]

Table 6

Agropellety standards of France [3]

Параметр AGRO + AGRO

Диаметр, мм 6-8 (±1) 6-16 (±1)

Длина, мм 10-30 10-30

Влажность, % < 11 < 15

Низшая теплота сгорания, МДж/кг > 15,5 > 14,7

Насыпная плотность, кг/м3 > 650 > 650

Содержание пыли, % < 2 < 3

Зольность, % < 5 < 7

Содержание С1 в сухой массе, % < 0,2 < 0,3

Содержание N в сухой массе, % < 1,5 < 2

Содержание Б в сухой массе, % < 0,2 < 0,2

Температура размягчения золы, °С > 1000 > 800

В Великобритании два завода производят агропеллеты из соломы. Основной рынок сбыта - местные электростанции, работающие по принципу совместного сжигания биомассы с углем (co-fired). Из мискантуса также производятся агропеллеты диаметром 10 мм и брикеты диаметром 25 мм. В Великобритании на агропеллеты распространяется стандарт CEN/TC 335.

Основные параметры этого стандарта для агро-пеллет: диаметр - 6 мм; содержание влаги - до 10%; содержание серы - до 0,15%; содержание азота - до 1%; содержание хлора - до 0,12%; содержание золы - до 7,4%; связующие добавки - до 2%; насыпная плотность - свыше 600 кг/м3; низшая теплота сгорания - свыше 16 МДж/кг.

Цена на агропеллеты - 115-120 британских фунтов за тонну насыпью.

Самая большая тепловая электростанция в Западной Европе DRAX POWER STATION мощностью 3960 МВт (7% электроэнергии Великобритании) с 2004 г. использует принцип совместного сжигания нефтяного кокса и биомассы (12,5%). Пеллеты - из древесины, соломы, лузги подсолнечника, скорлупы орехов, косточек оливок, мискантуса. Станция потребляет около 1,5 млн т пеллет в год, в основном

104 International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8 (100) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2G11

биотопливо на станцию импортируется. В Германии агропеллеты производят 10 небольших заводов, общий объем продукции - 20 тыс. т в год. Используются в основном как подстилка для лошадей в конюшнях. Оптовая цена за 1 т агропеллет - 150-180 Евро. Как топливо солома в Германии используется в тюках в фермерских хозяйствах для сушки зерна и отопления. Котлы на агропеллетах в бытовом секторе не используют из-за ограничений по выбросам вредных веществ, а также ввиду большей стоимости по сравнению с классическими, работающими на древесных пеллетах.

В Дании концерн УаИеиГа1 А/Т производит более 100 тыс. т агропеллет в год. Все они используются как топливо на электростанциях. Есть также около 10 небольших компаний, которые производят агро-пеллеты из соломы и 2 компании - из лузги подсолнечника.

В Польше годовой объем производства агропел-лет - более 60 тыс. т. Почти все крупные теплоэлектростанции сжигают совместно с углем древесные пеллеты, агропеллеты и брикеты.

Цена закупки агропеллет из соломы на ТЭЦ составляет 23-25 злотых за 1 МДж теплотворной способности, а гранул и брикетов из лузги подсолнечника - около 28 злотых за 1 МДж.

В Украине первые пробные партии агропеллет из соломы произвели в 2009 г. В настоящее время интерес к производству агропеллет проявляют многие сельхозпредприятия и коммерческие структуры в ее южных и центральных областях.

Например, в Черкасской области агропеллеты производят СТОВ «Урожай» и ООО «АВЕР-ТЕХ». Результаты анализа агропеллет ООО «АВЕР-ТЕХ»: влажность - 7,5%; зольность - 7,8%; содержание хлора - 0,09%; содержание серы - следы; низшая теплота сгорания - 15,47 МДж/кг; насыпная плотность - 538 кг/м3.

Существенным достоинством черкасских агро-пеллет является низкое содержание в них хлора (в 23 раза меньше, чем допускается стандартом Франции). По-видимому, содержание хлора в соломе уменьшилось в результате сокращения внесения минеральных удобрений под зерновые по экономическим причинам.

Цена закупки агропеллет и брикетов в Украине составляет в среднем 70 Евро за тонну.

В 2010 г. из Украины было экспортировано в Европу 406,8 тыс. т пеллет и 25,7 тыс. т брикетов из лузги подсолнечника, а также 3,1 тыс. тонн агропел-лет и 2,7 тыс. т брикетов из соломы.

В России реализуется пилотный проект по производству агропеллет из соломы в Ростовской обл. Производительность технологической линии 600700 кг/час. Было установлено, что хорошо гранулируется не только свежеубранная солома, но также и солома урожая двух-трехлетней давности при условии хорошей сохранности тюков.

В Казахстане планируется строительство пеллет-ного завода. В качестве сырья будет использоваться тростник дикорастущий на территории регрессии Каспийского моря.

Способы сжигания соломы

Солому достаточно сложно использовать для прямого сжигания ввиду низкой температуры плавления золы и повышенного содержания хлора.

Выход летучих веществ при сжигании соломы (около 70%) обуславливает необходимость специальных требований к распределению и смешиванию воздуха, поступающего в зону горения, а также к конструкции топки котла.

Наиболее простой, но самый неэффективный способ - сжигание рулонированной и тюкованной соломы в фермерских котлах периодического действия мощностью до 1 МВт. КПД работы котла - около 75%, содержание СО в продуктах сгорания - менее 0,5%. Практически все фермерские котлы оборудованы баком-аккумулятором для хранения горячей воды. Более эффективным является сжигание агро-пеллет из соломы в бытовых котлах небольшой мощности, 10-40 кВт. Однако такие котлы примерно в 1,2-1,5 раза дороже, чем котлы, предназначенные для сжигания древесных пеллет. Более высокая стоимость котлов обусловлена применением коррозионно-стойких сталей, а также сложностью конструкции горелки для агропеллет. Поэтому бытовые котлы на агропеллетах применяются пока редко, что также объясняется и отсутствием достаточного предложения агропеллет на рынках Европы.

Наиболее эффективным является сжигание измельченной соломы в слое на подвижной водоохла-ждаемой металлической решетке. Солома на решетку подается пневмотранспортом и шнеком. В каждую зону сквозь решетку подается первичный воздух. Для обеспечения сгорания летучих веществ подводится вторичный воздух, который подступает через форсунки, расположенные на стенке котла.

Котельные установки на измельченной соломе оборудованы паровыми котлами высокого давления, паровыми турбинами, электрогенераторами, теплообменниками и мультициклонами с рукавными фильтрами. Максимальная температура перегретого пара ограничивается 450 °С из-за опасности уноса размягченной золы соломы и отложения ее на трубах котла. Кроме того, при температуре поверхности труб больше 450 °С увеличивается опасность коррозии. Таким образом, максимальная температура пара определяется не только характеристикой прочности труб, но и свойствами соломы.

Кроме паровых котлов на измельченной соломе работают и водогрейные котлы. В табл. 7 приведены данные о котельном оборудовании, работающем на соломе и агропеллетах в разных странах Европы по состоянию на 1.1.2010 г.

Таблица 7

ТЭЦ и котельные на соломе и агропеллетах

Table 7

CHP and boilers for straw and agropellets

Тип станции Количество Общая мощность, МВт Страны (в скобках количество станций)

Теплоэлектроцентрали (2-30 МВт) 11 144 Дания (9) Англия (1) Испания (1)

Котельные (1-10 МВт) 78 180 Дания (58) Австрия (11) Швеция (4) Германия (2) Великобритания (2) Финляндия (1)

Фермерские котлы (0,1-1,0 МВт) Бытовые котлы (10-40 кВт) Около 13000 Дания (10000) Великобритания (2000 - 3000) Швеция (100) Австрия (10) Украина (25)

Основным производителем оборудования для сжигания соломы в Европе является Дания. В Украине по лицензии датской фирмы Passat Energi A/S налажено производство котлов на тюкованной соломе мощностью 150-860 кВт на предприятии АОА «Южтепло-энергомонтаж» (г. Кузнецовск Ровенской обл.).

Первый демонстрационный котел на тюкованной соломе в Украине был установлен в 2000 г. в агрофирме «ДиМ» Киевской обл. в рамках технической помощи Дании Украине. Его мощность составляет 980 кВт. В настоящее время в Украине работают на тюкованной соломе более 25 котлов украинского производства, которые отапливают объекты социальной сферы. Рассматриваются проекты строительства ТЭЦ на тюкованной соломе.

Выводы

1. Предложена классификация энергетических растительных отходов, которая включает как традиционные зерновые культуры, так и новые виды энергетических растений.

2. Выполнен общий анализ энергетических свойств растительных отходов.

3. Рассмотрены технологии заготовки соломы, а также производства агропеллет и брикетов, способы сжигания соломы в ведущих европейских странах.

Список литературы

1. Шмидт Э.Р. Биомасса как топливо // Новости ДСЦТ. 1999. С. 34-39.

2. Коллеров Л. К. Газификационные характеристики растительных отходов. М.-Л.: Машгиз, 1950.

3. Сайт www.eko-holz.de фирмы ЕКО Holz - und Pellethandel GmbH, Германия.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8 (100) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011