CC BY
103УДК 622.331:620.9
Гусева А .М.
Гусева Анна Михайловна, старший преподаватель кафедры ТМО Тверского государственного технического университета (ТвГТУ). guseva_ann@mail.ru
Заливина Е.А.
Заливина Елена Александровна, инженер 1-й категории АО «ВНИИСВ», магистрант 3-го года обучения кафедры ТМО ТвГТУ ele1023@yandex.ru
Guseva A.M.
Guseva Anna M., Senior Lecturer of the Department of TMO Tver State Technical University.
Zalivina E.A.
Zalivina Elena A., 1st category engineer JSC «VNIISV», undergraduate 3 years of training at the Department of TMO Tver State Technical University.
ПРОИЗВОДСТВО ТОРРЕФИЦИРОВАННЫХ ПЕЛЛЕТ НА ОСНОВЕ ТОРФА: ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА
Аннотация. В данной статье даны определения понятиям «биомасса» и «торрефикация». Подробно рассмотрено биотопливо на основе торфа, основные сдерживающие факторы при его использовании и способы устранения этих недостатков. Рассмотрены преимущества использования пеллет по сравнению с необработанной биомассой. Описаны основные проблемы при производстве, хранении и транспортировке пеллет и предложены варианты решения этих проблем. Кратко изложен процесс торрефикации. Рассмотрены перспективы использования торрефицированного биотоплива на основе торфа в энергетике и сельском хозяйстве.
Ключевые слова: биотопливо, торрефикация, биомасса, торф, пеллеты.
PRODUCTION OF TORREFIED PEAT-BASED PELLETS: FEATURES AND BENEFITS
Annotation. The article deals with definitions of the concepts "biomass" and "torrefication". The article describes biofuels based on peat, the main constraints in its use and ways to eliminate these factors. The paper discusses the advantages of using pellets compared to untreated biomass, the increasing of their consumer qualities. The article describes the main problems in the production, storage and transportation of pellets, offers solutions to these problems The process of the torrefication is briefly described in this paper. The prospects of using torrefied biofuel based on peat in energy and agriculture are considered.
Key words: biofuel, torrefication, biomass, peat, pellets.
Повышение уровня цен на традиционные энергетические носители и ужесточение экологических требований к энергоустановкам обуславливают значительный интерес использования биотоплива. Биотопливо - это возобновляемый энергоресурс, в основе которого - биомасса животного и растительного происхождения. Ежегодный общемировой прирост биомассы в качестве отходов составляет около 220 млрд тонн, а ее энергетический потенциал выше потенциала ископаемого топлива. Кроме того, на сегодняшний день обеспечивается около 14% общемирового энергопотребления за счет биомассы [1].
В понятие «биомасса» входят все виды естественной растительной органики (древесина, торф, листья, водоросли); растительные отходы сельскохозяйственной деятельности (солома, шелуха подсолнечника, ботва, скорлупа орехов); отходы промышленных производств, а именно деревообрабатывающей и лесозаготовительной промышленности, целлюлозно-бумажных комбинатов; специально выращенные на энергетических плантациях быстрорастущие растения (тополь, сорго, репс, ива, осина); органическая часть бытовых отходов. Около 50% территории страны покрыто лесами, это приблизительно 24% лесов всей нашей планеты. Россия занимает первое место в мире по объемам торфяных месторождений [2].
Торф - это медленно возобновляемый природный материал растительного происхождения. В отличие от небольших стран, где добывать торф вряд ли целесообразно с точки зрения сохранения экосистемы, добыча торфа в России может быть экологичной, а запасы торфа дают убедительный ответ на вопрос о перспективности этого вида сырья для комплексного развития биоэнергетики.
Главный сдерживающий фактор при использовании торфа в виде топлива - это небольшая теплотворная способность, сезонность добычи и сложность транспортировки даже на маленькие расстояния: у торфа низкая насыпная плотность, он слеживается, крошится и смерзается при низкой температуре воздуха. По этой причине транспортировка торфа на расстояние более 25-30 км экономически невыгодна [3]. Поэтому необходимо повышать калорийность и транспортабельность торфа.
Часть недостатков устраняется за счет гранулирования торфа, в результате чего получаются твердые топливные гранулы (пеллеты).
Преимущества пеллет по сравнению с необработанной биомассой:
• сокращение в 2 раза объемов складов благодаря большому насыпному весу;
• горение в топках котлов более эффективное;
• сокращение затрат на транспортировку;
• автоматизация процесса сжигания.
Основной проблемой при хранении и транспортировке пеллет является их гигроскопичность, что требует особых условий хранения и транспортировки [4].
Один из вариантов повышения потребительских свойств пеллет - торрефикация (низкотемпературный пиролиз). Процесс торрефи-кации заключается в нагреве исходного сырья в инертной газовой (бескислородной) среде до температуры, называемой температурой тор-рефикации (200-300 °С), и выдержке при этой температуре в течение заданного времени, в результате чего она приобретает необходимые гидрофобные свойства, кроме того увеличивается удельная теплота сгорания.
При нагреве биомассы происходит ее термическое разложение, в результате которого образуются летучие продукты и твердый остаток с повышенным содержанием углерода. Данную технологию считают экологически чистой, поскольку в результате пиролиза получается биогаз для энергетического сжигания, а органическая часть превращается в куски биоугля.
Процесс торрефикации используют как перед гранулированием на стадии подготовки исходного сырья, так и для обработки твердого брикетированного или пеллетированного топлива из биомассы. При торрефикации гранулированного биотоплива необходимо учитывать хрупкость и использовать в качестве реактора устройство с наименьшим количеством подвижных деталей. При торрефикации неграну-лированного сырья (опилок, щепы, с/х отходов) возникают сложности в процессе гранулирования (необходимо добавлять связующее вещество на стадии прессования торрефицирован-ного биотоплива и в результате происходит значительный износ матриц гранулятора). Поскольку одно из направлений использования торрефицированного биотоплива - совместное сжигание с углем, то в данном случае необязательно последующее гранулирование (для пылеугольных горелок). Поэтому организация процесса торрефикации решается, исходя из конечной цели. Также, выбирая схему про-
цесса, необходимо учитывать производственные мощности и существующее оборудование. Например, если на предприятии существует котел или другой источник тепла, который частично можно использовать для организации процесса торрефикации, то вполне логично выбрать схему с использованием продуктов сгорания в виде инертного теплоносителя (или масла / воды в случае, когда нагрев производится через стенку).
При прямом нагреве сырья теплоносителем могут быть вторичные энергоресурсы, такие как продукты сгорания, которые образуются при сжигании в специальных горелках органического топлива. В настоящее время предложены несколько когенерационных схем, в которых совместно с торрефицированным биотопливом производится тепло и электроэнергия. Эксплуатационная эффективность этих установок значительно возрастает благодаря использованию части избыточного тепла в производстве новой товарной продукции -торрефицированных пеллет.
Торрефицированные пеллеты имеют высокую энергопроизводительность (около 6 мВт-час/т), им не требуется особое обращение и их можно хранить прямо на улице. Значительно меньше затраты на транспортировку и перевалку, чем с другими видами биотоплива, при этом производство биоугля становится рентабельным на значительном расстоянии от конечных потребителей.
Благодаря внедрению технологии торре-фикации можно получать топливные пеллеты из биомассы с улучшенными теплотехническими характеристиками, а их использование в энергетических целях будет способствовать сокращению потребления традиционных ископаемых топлив.
Еще одним направлением использования торрефицированного биотоплива является сельское хозяйство, в качестве средства улучшения качества почвы. Биоуголь способствует накоплению питательных веществ в почве, что очень важно в условиях истощения земель, а также благоприятно влияет на состав, активность и численность микроорганизмов в почве,
которые отвечают за плодородие и урожайность. Он способен удерживать углерод в почве, что способствует снижению содержания углекислого газа в атмосфере, и, соответственно, ведет к уменьшению на планете парникового эффекта. Также биоуголь способствует сохранению в почвах влаги в условиях засухи. Он не только имеет потенциал для открытия новых прибыльных рынков в сфере промышленности и сельского хозяйства, но и предоставляет широкие возможности для сохранения почв и климата планеты [5].
Библиографический список
1. Гусева А.М., Заливина Е.А., Амбарцумян А.С. Мини-ТЭЦ на торфяном биотопливе // В сб.: Опыт прошлого - взгляд в будущее. 5-я Межд. научно-практ. конф. молодых ученых и студентов: материалы конференции / Под общ. ред. Р.А. Ковалева. - 2015. -С. 477-479.
2. Гусева А.М., Заливина Е.А. Энергосбережение и энергоэффективность // 12-я Межд. конф. по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». - 2016. - С. 187190.
3. Зюзин Б.Ф., Жигульская А.И., Гусева А.М. и др. Экологический потенциал торфяной промышленности // Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и экологии. Сб. научных трудов II Межд. научно-практ. конф. с научной школой для молодежи. Тверской гос. техн. ун-т. - 2016. -С. 138-139.
4. Зюзин Б.Ф., Разаев Д.Д., Жигульская А.И., Яконовская Т.Б. Оборудование и технологии для производства биотоплива на основе сырьевых ресурсов торфяных месторождений (биоэнергетический кластер). - 2015. -Ч. 2. - 245 с.
5. Разумов Е.Ю., Назипова Ф.В. Биоуголь: современное представление // Деревообрабатывающая промышленность. - 2014. -№ 4. - С. 56-58.
