Твердое топливо из биомассы: пути снижения энергозатрат

В последние годы во многих странах осуществляется быстрый переход к использованию биомассы как топлива. Например, ЕС декларирует до 2030 года замещения четвертой части потребляемого топлива для транспорта за счет жидких видов биотоплива. Это значительно снизит уровень зависимости стран ЕС от импорта ископаемых энергоресурсов. 

По заказу Национального агентства Украины по вопросам обеспечения эффективного использования энергетических ресурсов Институтом технической теплофизики НАН Украины в 2008 году был исследован и проанализирован потенциал нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и выполнена оценка сельскохозяйственных отходов, отходов деревообработки, энергетических культур, биодизеля, биоэтанола, биогаза с отходов животноводства, торфа. Как показали расчеты, экономический потенциал биомассы в Украине, доступной для получения энергии, составляет 27 млн. тонн условного топлива на год.

Альтернативой отходам деревообработки для прессования топливных гранул (пеллет) являются сельскохозяйственные отходы (солома, лузга зерновых культур, риса, кукурузы, подсолнечника). Эти виды сырья могут служить значительным источником твердого топлива для сельских регионов.

Например, теплотворная способность при сжигании соломы пшеницы составляет 17-18 МДж/кг (плотность энергии на единицу массы), рапсовой соломы 16-17 МДж/кг, отходов кукурузы 18 МДж/кг. Для сравнения скажем, что теплотворная способность древесины составляет 17,5-19 МДж/кг.

А наиболее экономически выгодным является использование твердого топлива из биомассы в виде брикетов или пеллет, т.к. это не требует замены котлов и экономит средства на транспортных расходах.

Технологические процессы получения пеллет состоят из четырех этапов: измельчение; сушка; гранулирование; охлаждение и упаковка.

Анализ работы показывает, что одним из путей снижения энергозатрат при производстве твердого топлива из биомассы является перераспределение мощности: снижение мощности прессового оборудования в 25 раз при одновременном увеличение мощности на измельчение в 2 раза (замена молотковой дробилки на дезинтегратор).

Уменьшение тонины помола биомассы перед прессованием с одновременной активацией биомассы также приводит к повышению качества получаемых пеллет.

В качестве устройства для измельчения биомассы может служить дезинтегратор. Научные основы применения дезинтегратора для измельчения строительных материалов разработаны Й.О. Хинтом, однако для измельчения биомассы, имеющей влажность до 20%, например соломы, используемый принцип удара – малоэффективен. Поэтому была разработана конструкция дезинтегратора, где используются два принципа измельчения: удар и истирание одновременно.

В начале процесса в большей степени используется удар, а на конечной стадии измельчения – используется истирание. Такая конструкция позволяет снизить энергозатраты на измельчение при одновременном повышении качества помола.

Рис. 1 – Вид общий дезинтегратора

Из представленной конструкции на рис. 1, следует, что устройство состоит из двух, вращающихся навстречу друг другу роторов 3. Загрузка биомассы производится через полый вал ротора с помощью шнека 7 внутрь помольной камеры 1. Удар и истирание происходит между рабочими колесами 2, конструкция которых представлена на рис. 2.

 Рис. 2 – Рабочие колеса дезинтегратора

1 – рабочие диски; 2 – рабочие кольца

При столкновении биомассы с отверстиями происходит измельчение за счет удара, а в зазоре между вращающимися навстречу друг другу колесами, происходит измельчение истиранием. (Внешний вид колеса представлен на рис. 3).

В результате применения для измельчения различных видов биомассы такого принципа помола средний размер тонины составляет 70 мкм (единица измерения длины) при производительности 3,6 т/ч. При этом дезинтегратор потребляет мощность 18 кВт.

Новый технологический процесс исключает из цепи измельчения молотковую дробилку, вместо которой применяется дезинтегратор.

Дезинтегратор может обеспечивать наноизмельчение до уровня 5…10 мкм. Кроме этого, он способен выполнять измельчение биомассы с уровнем влажности до 40 %, что исключает из технологического процесса сушку.

Измельчение до наноуровня вызывает разрушение клеток, что приводит к снижению энергозатрат при прессовании. Конечные продукт – пеллета или брикет, имеет физико-механические характеристики на уровне древесного угля, что соответствует международным стандартам.

В. Войтов, доктор технических наук,

профессор.

С.Дрыгуля, В.Бунецкий, аспиранты.

Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенко,

Украина

Материал подготовлен на основе доклада на международнойнаучно-технической конференции в г. Минске «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК».

Agrobelarus.by