1598005442-bd41ad96c45193b3fdd4d03a682e8790 (Биоэнергия. Технология, термодинамика, издержки. Под ред. Е.А. Бирюковой, 1987u), страница 9

[17] Рггеж ог' Лгк елсгяу Бгагигкг 1982, Лерг. о! епсгау, нмБО, !.опйоп. [18] Ршйу, 1., Бпауе совш ипйег гие писговсоре, растем весь!у,уипс 1, 1979, 83 — 87. [19]ужаль Г. Т., Магепа1в Ьапйппя !и апаегоЬгс гпаевгюп вувгепгв, рр. !40 — 142 ш Ргосссгппав о! гие Бушровшш 'В!оепегау 80', Арп1 21 — 24, А11апга, Оеогра. ]20] СЬегепияпорй Х. Р., ]уоод [ог.Елсгяу ргойисггьл, Апп АгЬог Бс!епсе, М!сЫаап, 1980.

ГЛАВА ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОТОПЛИВА 3:т. СЖИГАНИЕ Простейшим методом получения полезной энергии из сухой биомас.- сы является ее сжигание на воздухе. Хньическая реакция полного '"ислення материалов, содержащих в основном углерод, кислород и водород, описывается следующим уравнением: СхНуОг (биомасса) + ]х+у/4 — г/2] Ог -+х СОг +у/2 НгО. гце х, у, г — основные элементы, входящие в,соетвв биомассы. Теплота реакции составляет от 1б до 24 ГДж/т абсолютно сухой биомассы, в зависимости от ее типа. Если количество кислорода недостаточно для полного окисления горючего материала, тогда происходит образование углерода, оксида углерода, углеводородов и других газов, а теплота реакции снижается.

Азот и другие элементы, присутствующие в биомассе, превращаются в газообразные продукты и золу. Присутствие воды в биомассе не снижает термодинамического выхода тепла, однако практическая эффективность реакции снижается вследствие необходимости нагрева воды и ее испарения при температуре сжигания. Вода также снижает температуру пламени н скорость сжигания. Содержание воды более 30% не дает возможности прямого сжигания биомассы, поэтому материал должен быль высушен или же к нему следует добавить топливо.

Однако использование печей с псевдосжиженным слоем материала позволяет проводить сжигание при содержании воды до 55%. Выли предложены регенеративные печи, повторно использующие тепло испарившейся воды и газообразных продуктов сгорания; в этих условиях теоретически возможно сжигание материалов, насыщенных влагой. Сжигание в соответствующих камерах сгорания может явиться одним из наиболее эффективных методов использования энергетического потенциала биомассы. В печах прямого нагрева и паровых котлах использование тепла составляет 85%, однако многие установки на практике являются значительно менее эффективными.

Подготовка биомассы. Перед сжиганием тем или иным способом большинство типов биомасс необходимо определенным образом под- готовить. Типы биомасс могут варьировать от плотных, относительно сухих материалов, таких, как древесина, до очень влажных, обладающих низкой теплотворной способностью, таких, как канализационные стоки и морские водоросли. Другие материалы, такие, как солома, обладая низкой влажностью, имеют малую плотность, и поэтому работа с нижн является затруднительной. Наиболее важными этапами подготовки биомассы являются измельчение, сортировка по размерам частиц, сушка и хранение.

Необходимые размеры древесины получают путем распила, раскола и измельчения. Предварительная сушка навоздухе проводится не всегда, в зависимости от техники сжигания. Используют и другой метод подготовки древесины, называемый "уплотнением". В ходе этого процесса древесину сушат, измельчают, сортируют по размерам частиц и добавляют связующие агенты, Полученный материал брикетнруют или прессуют в более плотную массу с содержанием влаги около 7% [1].

В литературе поднимался вопрос относительно целесообразности такой технологии ]2], однако в целом эта технология способствует улучшению свойств биомассы как топлива, приближая их к свойствам угля. Этот процесс является дорогостоящим и может более чем вдвое повысить цену топлива, но он тем не менее обеспечивает получение материала, способного заменить обычные виды топлива; в некоторых районах потребители готовы оплачивать эти лишние издержки.

Для транспортировки к месту использования солому прессуют в кипы. Кипы имеют низкую плотность (б2 — 200 кг/мэ в зависимости от типа пресс-подборщика); они должны быть небольшими для облегчения погрузочно-разгрузочных работ вручную, что ведет к высоким транспортным расходам ]3]. Кроме того, кипы соломы неудобны для автоматической подачи в печи для сжигания. Делались предложения относительно измельчения соломы перед использованием, но это еще больше увели ивало издержки по подготовке биомассы 14]. Твердые отходы животноводства содержат обычно 70 — 85% воды.

Пепел сжиганием необходима предварительная сушка, которую также можно осуществить путем использования топочных газов ]5]. Аналогичные методы применимы к другим материалам с высокой влажностью. При этом количество получаемого тепла в значительной мере снижается вследствие использования его части лля высушивания топлива. Хранение биологического сырья представляет особую проблему вследствие его большого объема, зачастую сезонного его поступления, а также склонности к биологическому разложению. Обычные виды топлива не имеют подобного рода недостатков.

В некоторых случаях невозможно обеспе ить подачу топлива в соответствии с необходимым выделением тепла, поэтому необходима установка печей ~бойлеров); способ. ных работать как на обычном топливе, так н на биомассе. 45 Мелкомасштабные методы сжигаИия. Самый простой метод сжигания биомассы — зто сжигание на открытом огне. В этих случаях эффективность сжигания очень низка. При сжигании топлива.в традиционных печах отношение выделившейся энергии к энергии подведенной може~ быть менее 10% [61]. В последние годы были сконструированы эффек.

тивные дровяные печи и бойлеры [7], Эначнтельная потеря тепла в простых топках происходит из-за чрезмерной тяги в дымоходе; простое ограждение для огня и ограничение тяги повышают эффективность сгорания до 25%. В настоящее время имеются значительно более эффективные дровяные печи; комната, где установлена такая печь, получает до 70% энергии сгорания топлива или в результате излучения, или в результате конвекции. Однако средняя эффективность дровяных печей составляе~ все еще около 50%. Была разработана система центрального отопления с использованием дров в качестве топлива, дающая до 0,4 ГДж/ч.

Технология и эффективность нагрева, обеспечиваемая обычными и усовершенствованными системами, достаточно полно описаны в литературе [8]. Основным недостатком многих систем является трудность обеспечения автоматической подачи топлива и необходимость постоянного внимания со стороны пользователей. В целях частичного решения проблемы были созданы системы, предназначенные для использования многих видов топлива; при желании работа в автоматическом режиме достигается путем переключения на ископаемые виды топлива.

Основной проблемой небольших сне~ем сжигания биомассы является накопление агрессивных масел и смол в более холодных частях дымохода. Эти скопления необходимо периодически удалять; дымоход можно очищать также ну~ем пропускания через него горячих газов (однако наряду с удалением нежелательных соединений теряется и. полезное тепло). Промышленная технология сжигания. Биомасса обычно используется в промышленности в качестве топлива только в тех случаях, когда она представляет собой остатки от переработки биологических материалов в другие, более ценные, продукты."Это имеет частичное значение с точки зрения охраны окружающей среды, так как удаление остатков является часто затруднительным.

Два вида топлива биологического происхождения уже используются в промышленности, и методы сжигания их являются документально обоснованными: один вид топлива — солома, получаемая в сельском хозяйстве, другой — древесные отходы деревообрабатывающей промышленности. Ниже даются некоторые комментарии по используемой технологии.

Сжигание соломы на фермах практикуется в некоторых районах, а печи для сжигания соломы производятся в Дании в широком масштабе [9]. Однако, по крайней мере в Великобритании, после закупки в 70-х годах тысяч небольших бойлеров интерес к последним упал, и, по имеющимся данным, в настоящее время используется менее половины 46 закупленного оборудования [4]. Причина тому, по-видимому, неудобство работы с этим оборудованием, сгорание неустойчивое и неэффективное, а дым и сажа вызывают загрязнещ1е окружающей среды. Выход тепла был ниже, чем это было гарантировано производителем. Появились усовершенствованные варианты с непрерывным сжиганием и разделением печи и бойлера (для повышения полноты сгорания), однако эти устройства стали более дорогостоящими, и они вышли из употребления.

Отрасли деревообрабатывающей промышленное~и используют древесные остатки пля парообразования на месте производства. Пар используется для поддержания температурных условий процесса и для выработки электроэнергии [10] . Горячие продукты сгорания могут использоваться лля сушки. Общие о~ходы деревообрабатывающей промышленности могут составлять до 50% от массы сырья. Содержание влаги в отходах составляет 30 — 50%. Паровые установки, использующие эти отходы, сжигают до 250 000 кг/ч. Используются несколько типов бойлеров и печей — например датские печи, печи с механической загрузкой, печи с наклонной решеткой. Сжигаешься как влажная (до 30% влаги), так и сухая древесина. Эффективность может быть такой же высокой, как и при сжигании других видов твердого топлива. Однако оборудование для сжигания часто включает высокоэффективные газовые и масляные установки (на случай отсутствия отходов) . Сжигание широко используется в целях утилизации городских и промышленных отходов.