Характеристики биотоплива

(по материалам Справочника «Котельные на биотопливе. Технологии и оборудование для сжигания древесных отходов и других видов экологически чистого топлива», 2006[15])

В связи с постоянным увеличением цен на органическое топливо (нефть и газ) становится актуальной задача использования местных видов топлива, в частности, древесины и отходов сельского хозяйства (биотоплива) и перевода ряда котельных на сжигание этих видов топлива.

К биотопливу можно отнести древесину и отходы ее переработ­ки - кору, щепу, опилки, стружки, древесную пыль, ветви, некондиционную древесину, древесные топливные гранулы (пеллеты и брикеты); отходы сельскохозяйственного производства: подсолнечную лузгу, солому, отходы сахарного тростника (багассо), шелуху риса, проса, земляных орехов и др.; специальные плантации «энергетического» леса, кустарника и т.д.; жидкое и газообразное топливо, получаемое из биотоплива тем или иным спосо­бом.

В некоторых случаях к биотопливу относят также и торф. Это то­пливо занимает промежуточное положение между возобновляемыми и невозобновляемыми источниками энергии. Ежегодный прирост торфа в Рос­сии превышает его потребление, что позволяет рассматривать его как возобновляемый источник, хотя время восстановления торфа на месте добычи превышает 200 лет. Кроме этого, при его сжигании нарушается кислородный баланс атмосферы Земли.

Биотопливо разделяют на группы по различным признакам. В табл. 3.9 представлены характеристики различных видов биотоплива, разделенных на группы.

Чаще всего биотопливо - это отходы лесной, деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, а также сельско­хозяйственная продукция и сельскохозяйственные отходы (солома, сено, лузга, навоз, отходы животноводства).

Значительный энергетический потенциал содержится в отходах жи­вотноводства, твердых бытовых отходах (ТБО) и отходах различных от­раслей промышленности. Твердые бытовые отходы сжигаются или газифицируются на мусороперерабатывающих предприятиях. Отходы жи­вотноводства и отходы различных от­раслей промышленности (навоз, жидкие бытовые стоки) перерабатываются в биогаз.

Биоэнергетика – это производство электрической и (или) тепло­вой энергии за счет использования энергетического потенциала биотоплива.

Таблица 3.9

Характеристика видов биотоплива

Увеличение использования биотоплива способствует уменьшению потребности в ископаемых энергоносителях, к тому же, поскольку биотопливо производится на ме­сте, цена его в меньшей степени зависит от изменений политической и экономической ситуации за рубежом или в других регионах.

В дальнейшем в случае роста цены на газ, мазут и уголь экономическая эффективность от перевода ко­тельных на местные виды топлива будет расти, а объем потребления биотоплива будет увеличиваться.

Пример Приозерского района Ленинградской области показывает, что себестоимость производства тепла из биотоплива может быть в два раза ниже себестоимости производства тепла из традиционных видов топлива. Так, себестоимость Гкал теплоты, произведенной при сжигании биотоплива в 2006 году, составляла 450-610 рублей, а себестоимость Гкал при сжигании угля - 800 рублей, при сжигании мазута - 900 рублей.

Виды биотоплива

Твердое биотопливо

Твердое биотопливо — один из самых распространенных видов био­топлива. Твердое биотопливо делится на виды в зависимости от происхожде­ния, источника сырья, степени переработки.

В зависимости от происхождения биотопливо делится на:

- древесное;

- торфяное;

- сельскохозяйственное, получаемое из сельскохозяйственных культур или отходов, образующаяся при производстве подсолнечного масла, греч­ки, риса, прочих круп (шелуха, лузга, солома) и др.;

- бытовое, получаемое из бытовых отходов;

-прочие виды биотоплива, получаемые в целлюлозно-бумажном и других производствах.

Древесное биотопливо

Традиционно, древесное биотопливо наиболее популярно. К достоинствам древесного биотоплива относятся:

- малая зольность(0,4-1,5 %);

- незначительное содержание серы (менее 0,05 %);

- углекислотная нейтральность;

- высокое содержание летучих веществ (80-85 %).

Влагосодержание древесного топлива существенно влияет на меха­низмы и эффективность процессов горения и теплообмена в энергогенерирующих установках. В табл. 3.10 приведены значения теплоты сгорания древесных отходов в зависимости от их влажности.

Таблица 3.10

Теплота сгорания древесных отходов в зависимости от их влажности

Влажность,	Высшая теплота сгорания,	Низшая теплота сгорания,
%	ккал/кг	ккал/кг	MДж/кг
			18,67
			16,55
			15,49
			12,32
			10,20
			8,08
			7,02
			5,96
			4,90
			3,85

Источниками сырья для получения древесного топлива являются:

-отходы, получаемые от деятельности лесопромышленного комплекса;

-традиционные отходы лесозаготовок, образующиеся на лесосеке (лесо­сечные отходы);

-первичные ресурсы от специально выращенных быстрорастущих посадок деревьев и кустарников.

Древесные топливные гранулы и брикеты

Древесные топливные гранулы (пеллеты, ДТГ) - это небольшие цилиндрические прессованные изделия из древесины диаметром 4-12 мм, длиной 20-50 мм, переработанные из высушенных остатков деревообрабатывающего и лесопильного производства: опилок, стружки, древесной муки, щепы, древесной пыли и т.д.

Гранулы могут быть также сделаны из торфа, соломы, сены, куриного помета и других видов биотоплива.

Гранулы сжигаются в котлах для получения тепловой и электрической энергии. Преимуществом использования древесных гранул перед другими видами топлива является:

· снижение вредных выбросов в атмосферу: древесное биотопливо признано СО₂ - нейтральным, т.е. при его сжигании количество выделяемого углекислого газа в атмосферу не превышает объем выбросов, который бы образовался путем естественного разложения древесины;

· большая теплотворная способность по сравнению со щепой и кусковыми отходами древесины. Теплотворная способность одного килограмма древесных гранул соответствует 0,5 литра жидкого дизельного топлива;

· низкая стоимость по сравнению с дизельным топливом и электроотоплением;

· возможность автоматизации котельных.

Качество и вид древесных гранул зависят от сырья. Корьевые (с корой или из коры) гранулы обычно бывают темного цвета, гранулы из опилок и чистых отходов ели или березы имеют белый цвет. Чаще все древесные гранулы делят на два вида, хотя в разных странах применяются различные классификации:

-высококачественные (экстра) гранулы - используют для отопления жилых домов, в небольших котлах, печах и каминах. Они, как правило, бывают белого цвета и поэтому называются «белыми», длина менее50 мм;

-промышленные гранулы - используются на больших ТЭЦ, как правило, для производства тепло-электроэнергии для населенных пунктов и/или предприятий. Промышленные пеллеты бывают обычно большего диаметра и могут содержать кору, что делает их темнее.

Древесные брикеты- это как и гранулы, прессованные изделия, но большие по размеру. Их недостаток связан со сложностью автоматиза­ции подачи в топку. Преимущества сравнимы с древесными гранулами.

Торфяное топливо

Торф состоит, в основном, из частично разложившихся раститель­ных остатков и гумуса. Залежи торфа возникают из остатков растений при их частичном разложении в среде с избытком воды и недостатком кислорода.

Виды торфа:

- фрезерный торф, имеет размеры менее 10 мм;

- кусковой торф, цилиндрические частицы этого торфа имеют размер более 50 мм, что зависит от типа применяемого при добыче оборудова­ния;

- торфобрикеты, имеют такие же размеры, как и древесные брикеты;

- гранулы из торфа, по размерам не отличаются от древесных гранул.

Торфобрикеты и гранулы из торфа относятся к улучшенному топливу из торфа. В основном брикеты и гранулы из торфа производятся из фрезер­ного торфа.

Агрогранулы

Сельскохозяйственные гранулы или агрогранулы производят из со­ломы, сена, лузги подсолнечника, шелухи риса и гречихи, специально выращенной травы. Лидер по производству и использованию агрогранул - Италия.

Энергетические посадки травы для производства гранул существуют в различных странах. Траву или солому собирают с помощью специальных машин, прессующих ее в рулоны различного размера.

Кроме энергетической травы, выращивают также энергетический лес (или древесину). Энергетический лес - специально выращиваемые деревья (в основном, различные типы ивняка). Каждые четыре года деревья вырубают. Годовой урожай так же, как и у энергетической травы может составлять 7 тонн на гектар.

Получает популярность и сжигание подсолнечной лузги. По сравнению с древесиной, лузга подсолнечника имеет сравнительно высокую теплоту сгорания, относительно небольшое содержание влаги и значительную зольность.

При сжигании различного биотоплива выделяется определенный процент серы, золы и углекислого газа. Показатели для разных видов биотоплива представлены в табл. 3.11. Как видно из таблицы, гранулы из соломы и торфа имеют более высокую зольность, чем древесные гранулы или щепа.

Таблица 3.11

Сравнительные характеристики видов топлива

Жидкое топливо

Жидкое биотопливо можно получать практически из любых растений: пшеницы, сахарной свеклы, рапса, древесины, отходов деревобработки и др. При переработке этого сырья получают углеводородное топливо (бензин, дизельное топливо, спирты: этанол, метанол и др. и масла) и химические побочные продукты. Чаще всего жидкое биотопливо используется в качестве моторного топлива или добавки к дизельному топливу.

Биогаз

Биогаз используют для получения тепла, электричества, а также при­меняют в виде моторного топлива.

Биогаз, получаемый в результате биохимической перера­ботки из отходов животноводства, птицеводства и отчасти деревообра­ботки и других видов отходов, обычно образуется в результате анаэробного сбражи­вании биомассы в биогазовых энергетических установках. В результате этого процесса органическая масса отходов определенными штаммами бактерий превращается в биогаз. Обычный состав биогаза: до 70 % метана и 30 % диоксида углерода. Кроме производства энергии, такие установки выполняют роль очистных сооружений.

В России ежегодно образуется около 60 млн.т твердых бытовых отходов; около 130 млн. т в год - отходов животноводства и птицеводства и 10 млн. т в год - осадков сточных вод. Их энергетический потенциал - 190 млн т.у.т.

Установки по газификации биомассы к настоящему времени не нашли широкого распространения ввиду высокой их стоимости.