Спецвозможности
Аналитика

Использование биомассы: тепло из растительных остатков (ч. 2)

11.01.2017
4209
Использование биомассы: тепло из растительных остатков (ч. 2) фото, иллюстрация

Учитывая сложную политико-экономическую и энергетически экологическую ситуацию, Украина должна активно начать широкое внедрение биоэнергетических технологий. Использование биомассы, кроме энергетических вопросов, также может помочь и в решении экологических проблем.

 

Как известно, с поля, кроме продовольственного, можно собирать и энергетический урожай, биомассу. Каждое хозяйство, область или регион имеют свой потенциал биосырья, а изготовленные из него топливные гранулы, более пригодны для автоматизации процесса сжигания, - своей энергоемкостью. Последний показатель, как известно, у разных видов биотоплива неодинаков, поэтому в результате гранулирования отдельных видов биосырья, биомассы получаем различную энергоемкость. Для увеличения энергоотдачи от сжигания одного килограмма гранул некоторые предприятия изготавливают их многокомпонентными, что повышает их теплотворную способность. Это достигается за счет оптимизации компонентного состава гранул путем отбора лучшего сырья, биомассы для их изготовления.

В институте «Механизации и электрификации сельского хозяйства» (ИМЕСГ) проведены вычисления потенциала отходов сельскохозяйственного биосырья, биомассы из культур, выращиваемых в Украине, путем математически-статистического анализа. Затем с помощью калориметрической бомбы (специального прибора для определения теплоты взрыва взрывчатого вещества) путем проведения двухфакторного эксперимента был определен оптимальный состав гранул в зависимости от имеющегося в хозяйствах сырья и получения желаемой теплотворной способности.

Важной предпосылкой успешного использования биомассы для энергетических потребностей является правильная оценка его потенциала. Исходной точкой для такого определения служат статистические данные по валовому сбору сельхозкультур или отходов древесины,биомассы. Методика расчета потенциала основных видов биомассы основывается только на официальных статистических данных, что позволяет ежегодно их обновлять. Различают три основных вида потенциала биомассы: теоретически возможнный (теоретический), технически доступный (технический) и целесообразный (экономический).

Порівняльний графік с.-г. культур за коефіцієнтом виходу соломи як біосировини для одержання тепла

Пожнивные остатки в объеме 25% можно использовать на энергетические нужды (для отопления и горячего водоснабжения бытовых помещений и частных домов) в масштабах частных крестьянских и фермерских хозяйств. Так, по усредненным данным, в Украине на протяжении последних пяти лет собирают пшеницы по 32,5 ц/га. Коэффициент соотношения зерна и соломы составляет 1: 1, поэтому можно считать, что соломы мы собираем тоже 32,5 ц/га. С учетом технических потерь потребности соломы на корм скоту и восстановления плодородия почвы (путем оставления на поле пожнивных остатков) есть еще 650 кг, или 383,5 кг/га условного топлива (у. т.), которые можно использовать на энергетические нужды. Соотношение сухой массы наземных растительных остатков различных культур к массе собранного урожая с полевой влажностью показано на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что больше всего биоотходов,биомассы можно получить из подсолнечника, гречихи и рапса.

По разработанной методике определения теплового потенциала культур, биомассы на основе показателей собранного урожая можно определить их энергоемкость как в целом для Украины, так и для различных регионов, областей или конкретных хозяйств (табл. 1-2).

Текущая потребность Украины в энергоресурсах составляет 150 млн т у.т. Из таблицы 1 видно, что даже отходы сельскохозяйственного производства на уровне 10,4 млн т у.т. могут удовлетворить значительную часть потребности государства в энергоносителях.

Больше отходов сельскохозяйственной биомассы получено в хозяйствах Центральной Украины.

На основе исследования остатков от сжигания биомассы и твердых видов топлива провели сравнение их теплотворной способности по содержанию отдельных химических компонентов как продуктов сгорания тепломатериалов, данные которых приведены в табл. 3.

Следует помнить, что энергетическая ценность соломы,как биомассы зависит прежде всего от ее влажности, а также от химического состава, что связано как с типом соломы, так и с условиями вегетации растений. Диапазон влажности, допустимый для сжигания соломы на тепловых станциях, составляет 10-20%. Оптимальный ее показатель — 15%. Кроме того, солома содержит большое количество хлора и азота, то есть элементов, которые в процессе сжигания обуславливают повышенную эмиссию оксидов азота N0х. Кремний, хлор и калий, которые также содержатся в соломе, вызывают запекание нагара на колосниках топок котлов, что усложняет эксплуатацию установок. Но следует учитывать такой нюанс: содержание этих компонентов в химическом составе соломы (биомассы) зависит от срока пребывания на поле (осадки, выпадающие на солому, способствуют вымыванию хлора и калия). Поэтому при возможности солому,как биомассу, которую запланировали использовать для изготовления топливных гранул, нужно как можно дольше оставлять на поле.

Для упрощения расчета низшей теплоты сгорания твердого биотоплива, можно пользоваться ДСТУ 3581-97 «Методы измерения и расчета теплоты сгорания топлива». В этом документе приведены значения низшей теплоты сгорания топлива в зависимости от содержания в нем отдельных химических элементов и соединений.

Теплотворна здатність паливних гранул за різного відсоткового вмісту відходів кукурудзи та відвійок соняшнику з наповнювачем із соломи пшениціТеплотворна здатність паливних гранул за різного відсоткового вмісту відходів кукурудзи та соломи пшениці з наповнювачем із відвійок соняшникуИтак, приводим результаты исследований. Топливные гранулы — спрессованные частицы растительного происхождения,биомассы, имеющие форму цилиндров, максимальный размер которых составляет: длина — до 25 мм и диаметр — от 10 до 50 мм. Такие гранулы можно изготавливать из древесины, травы, лузги подсолнечника и многих других видов растительного сырья,биомассы, а также их смесей, из торфа, угольной пыли и тому подобное (биомассы). В нашем исследовании эта смесь состоит из соломы пшеницы, обрата подсолнечника и отходов кукурузы. Кроме того, что гранулы, изготовленные из биосырья, являются возобновляемым видом топлива, они также имеют еще ряд преимуществ перед традиционными видами топлива, и основной из них являются низкие энергозатраты на их изготовлении. На производство топливных гранул уходит около 3% энергии, тогда как для производства, например, нефтяных продуктов энергозатраты составляют около 10%, а при производстве электроэнергии — 60%.Теплотворна здатність паливних гранул за різного відсоткового вмісту відходів кукурудзи та соломи пшениці з наповнювачем із відвійок соняшнику

Результатом эксперимента являются эмпирические модели теплотворной способности гранул, изготовленных на основе отходов кукурузы и подсолнечника- биомассы, и с использованием наполнителя, которым служила солома пшеницы, в разных соотношениях составляющих. Анализируя пиковые поверхности исследований (рис. 2-4), можно утверждать, что наибольшей энергетической эффективности можно достичь путем смешивания компонентов подсолнечника и кукурузы (биомассы). В таком случае теплотворная способность гранул достигает 17-18 МДж/кг. При добавлении третьего компонента — соломы энергоэффективность уменьшается и может достигать максимума на уровне около 16 МДж/кг. При минимальном содержания компонентов кукурузы и подсолнечника (около 10%) получают наименьшую энергоэффективность, которая составляет не более 12-13 МДж/кг. 

Исходя из условий и возможностей хозяйства, можно подобрать приемлемый вариант использования биомассы для обеспечения части энергопотребностей хозяйства. Согласитесь, грех не воспользоваться «подарком природы» для уменьшения энергетических, а следовательно, и финансовых затрат и повышения эффективности хозяйствования. Биоресурсы, как источник дешевой энергоемкости, являются весомой составляющей рентабельности.
 

А. Бо­рис, канд. тех. на­ук, ст. на­уч. сотрудник, 
заведующий отделом,
Н. Ве­ре­мей­чик, на­уч. сотрудник,
ННЦ «ИМЕСХ» НА­АН Ук­раины

Информация для цитирования

Тепло из пожнивный остатков/ А. Борис, Н. Веремейчик // Пропозиция. — 2016. — № 12. — С. 174-176

 

Интервью
Demydov1
В уникальном сооружении на территории арктического архипелага Свальбард в Норвегии не так давно официально открыли Всемирное хранилище семян. Заботясь о будущем планеты, человечество стремится
    Новые «Правила использования воздушного пространства Украины» вызвали немало вопросов и нареканий со стороны пользователей дронов. Мы пообщались с руководителем компании Drone.ua Валерием Яковенко, чтобы узнать, какие же последствия... Подробнее

1
0