В статье рассмотрено сравнение перспектив использования традиционного котельного топлива с альтернативными местными видами топлива — древесно-топливными гранулами и торфом.
Авторы приводят результаты экспериментов по определению свойств альтернативного топлива, а также результаты снижения зольности в зависимости от количества биомассы в общем балансе твердого топлива при их совместном сжигании. На основании экспериментальных исследований рассчитаны экономия топлива и предотвращенный экологический ущерб атмосфере и почве при сжигании местного топлива взамен каменного угля.
Ключевые слова:древесно-топливные гранулы, каменный уголь, экологический ущерб, пеллетные котлы
Вопросы использования дешевой и экологически чистой энергии поднимаются в последнее время все чаще. Одним из основных приоритетов «Энергетической стратегии России» является полное и надежное обеспечение населения и экономики страны энергоресурсами по доступным ценам, и недопущение развития кризисных ситуаций в энергообеспечении страны. При проведении региональной энергетической политики особое значение имеет оптимальное использование местных видов топлива, такими как торф, древесина, в том числе отходы предприятий по ее добыче и переработке [1].
Так называемое биотопливо является частью биомассы, которая распространена на нашей планете. Огромное преимущества, как источника энергии заключается в том, что биомасса постоянно восполняется, в отличие от тех же полезных ископаемых. И соответственно, если экономно использовать биотопливо, то у нас остается практически неиссякаемый источник тепла и энергии.
В нашей стране из-за географической специфики возможности по превращению биомассы в топливо и энергию практически не имеют аналогов в мире. Причина на поверхности — общий годовой лесной прирост на порядок опережает лесозаготовки. К тому же эффективность самих лесозаготовок оставляет желать лучшего — после обработки остается много отходов, которые могут послужить просто идеальным сырьем для топливных гранул. Кроме того, большинство побочных продуктов и отходов производства, образующихся после переработки сельскохозяйственного сырья, характеризуется ценным химическим составом и также может быть использовано для изготовления топливных гранул.
В настоящее время наблюдается тенденция к организации безотходных производств и различных предприятий по переработке промышленных и бытовых отходов и вторичному их использованию. Не была обойдена стороной и лесопромышленность. Как известно, лесопилки, предприятия по производству и переработке древесины, мебельные и многие другие фирмы являются источником такого ценного вторичного сырья, как стружка, опилки, древесная кора и т. п., из которых в дальнейшем могут быть получены топливные гранулы (пеллеты)
В лаборатории кафедры «Технология воды и топлива» Казанского государственного энергетического университета были проведены в соответствии с действующими ГОСТами экспериментальные исследования по определению теплоты сгорания, влажность, выход летучих веществ и зольность древесных отходов. Результаты приведены в таблице 1 [2].
Таблица 1
Характеристики топлива
|
Вид топлива |
Низшая теплота сгорания |
Эквивалент кусловному топливу |
Зольность, % |
Выход летучих веществ,% |
|
|
ккал/кг |
МДж/кг |
||||
|
Условное топливо |
7000 |
29,33 |
1,0 |
– |
– |
|
Древесные отходы, W=9,95 % |
4685 |
19,63 |
0,67 |
0,7 |
89,09 |
|
Каменный уголь, W=30,0 % |
6363 |
26,66 |
0,91 |
9,0 |
45,0 |
Полученные результаты позволяют в дальнейшем произвести расчеты по экономии топлива при сжигании отходов деревообработки взамен традиционному каменному углю.
Существуют два основных принципа использования топливных гранул, для генерации энергии. Или ТЭС полностью переходит на топливные гранулы как топливо — в этом случае говорится о моносжигании, или топливные гранулы примешиваются как дополнительное топливо к основному.
Малые и средние ТЭС работают чаще всего исключительно с топливными гранулами или с другой биомассой. На крупных ТЭС топливные гранулы сжигаются совместно с углем и другими видами топлива — это называется совместным сжиганием (Co-Firing) [3].
Для оценки снижения зольности в зависимости от количества отходов деревообработки в общем балансе твердого топлива при их совместном сжигании с каменным углем были проведены экспериментальные исследования. Результаты приведены на рисунке 1.
Рис. 1. Снижение зольности при совместном сжигании отходов деревообработки с каменным углем
По полученным экспериментальным данным можно сделать вывод, что большой выход летучих при низкой зольности делают отходы деревообработки перспективным топливом для котельных средней мощности в районах с низкой газификацией. Причем отходы деревообработки могут использоваться как дополнительное топливо к основному, так и основным при моносжигании. Кроме того, перевод котельных с угля на отходы деревообработки не всегда требуют реконструкции и существенных инвестиций, размеры которых могут быть оценены для каждой конкретной котельной, а в некоторых случаях такой перевод может быть вообще безинвестиционным. Поэтому отходы деревообработки можно рассматривать как равнозначный стратегический ресурс при решении проблемы поиска доступного энергетического сырья.
Использование местных топливных ресурсов в регионах позволит обеспечить рост ВНП, сократить бюджетные расходы, и, в конечном счете, повысить энергобезопасность страны.
Проведенные исследования делают шаг к разработке комплексной технологии использования местных ресурсов: от производства топлива до получения тепловой энергии.
В Республике Татарстан крупное предприятие по производству пеллет находится в Сабинском районе п. Лесхоз «Сабинский лесхоз».
Особого внимания заслуживают эти виды топлива для систем индивидуального теплоснабжения. В г. Казань РТ компанией Biokaitra производятся автоматизированные пеллетные котлы с универсальной горелкой, использующие в качестве основного вида топлива — гранулы из древесины, лузги подсолнечника, костры льна, торфа и других растительных отходов, а также мелкофракционный уголь. Конструкция котлов Biokaitra позволяет использовать гранулы с зольностью до 10 %, что является несомненным преимуществом перед пеллетными котлами других производителей, у которых максимально допустимая зольность гранул составляет 1,5 %. Котлы могут отапливать различные объекты: производственные предприятия, теплицы, социальные объекты, автосервисы, магазины, а также жилые дома [4]. Они уже стали популярны у населения за счет экономичности, высокого КПД (не менее 90 %), простоты и надежности эксплуатации. Этот рынок сбыта, безусловно, перспективен для топлива на основе торфа, гранулы из древесины и растительных отходов как при моносжигании, так и при совместном сжигании с мелкофракционным каменным углем.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 16–08–00731-а «Улучшение эксплуатационных и экологических характеристик жидких органических котельных топлив добавками, включающими углеродные нанотрубки».
Литература:
- Панцхава Е. В., Шипилов М. М., Ковалев Н. Д. Биоэнергетика России: настоящее и будущее (биоэнергетика и политика) // Академия Энергетики, 2008. № 3 [23] июнь. — С. 40–45.
- Дремичева Е. С., Лаптедульче Н. К., Шагиев А. В. Перспективы использования отходов деревообработки и торфа в малой энергетике // Промышленная энергетика, 2015, № 1. — С. 60–62.
- Holz — und Pellethandel GmbH: Совместное сжигание угля и биомассы [Электронный ресурс] URL: http://www.eko-pellethandel.de/index.php?id=6 (Дата обращения 26.03.2016).
- Пеллетные котлы BIOKAITRA [Электронный ресурс] URL:http://kotly-kazan.tiu.ru/g11668000-pelletnye-kotly-pelletop (Дата обращения 10.06.2016).
