Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) Институт «Политехнический» Факультет «Энергетический» Кафедра «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» РЕФЕРАТ по дисциплине «Химическое и термическое энергопреобразование биомассы» на тему «Производство твердого топлива (пеллет) из различного сырья» Руководитель, к. т. н., доц. ______О.С. Пташкина-Гирина ________________2020 г. Автор работы студент группы П-288 ______________Е. Г. Морозов ________________2020 г. Работа защищена с оценкой _____________________ ________________2020 г. Челябинск 2020 СОДЕРЖАНИЕ Введение ………………………………………………………..……………3 1 ПРОИЗВОДСТВО ДРЕВЕСНЫХ ГРАНУЛ…………………….…..........4 2 КАЧЕСТВО И СТАНДАРТИЗАЦИЯ... ……………….……….…...........4 3 ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ…………………..................…5 4 ОЦЕНКА СТОИМОСТИ…………………..................…………………....6 5 ОПАСНОСТЬ ОТ ПЕЛЛЕТ…………………..................…........................7 Заключение…………………………………………………………….…….9 Библиографический список………………………………………………...10 Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 2 ВВЕДЕНИЕ Топливными гранулами из отходов древесины называются пеллеты в форме палочек с диаметром меньше чем 25 мм, которые производятся полностью или преимущественно из древесины или в качестве побочного продукта от распиловки древесины. Топливные пеллеты используются, прежде всего, как горючее, сравнимое с топливными пеллетами из отходов соломы или других стеблевых культур, торфяными пеллетами, пеллетами из оливкового ядра и остатков от выжимки оливкового масла, из кожуры кокосового ореха или пеллетами из других биогенных остаточных материалов. Пеллетирование предоставляет по сравнению с другим биогенным твердым топливом различные преимущества, как например, автоматизированное использование в качестве горючего для специального отопления пеллетами. Топливные гранулы из древесины диаметром от 25 мм обозначаются как топливные брикеты, которым предъявляются частично другие требования. При потреблении пеллет доминируют частные мелкие топливные устройства (топки), так как большие топки не пригодны для пеллет. Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 3 1. ПРОИЗВОДСТВО ДРЕВЕСНЫХ ГРАНУЛ Производство располагается в основном вблизи источника сырья. Таких как, например, лесопилки и строгальный цех, в которых в качестве комбинированных продуктов древесины образуются отходы. Также из стволов деревьев производятся древесные гранулы. Сырье сначала измельчают, например, с помощью молотковой дробилки. Подключенные к деревообрабатывающему цеху котельные или ТЭЦ могут поставлять тепло для сушки сырья. В установке для производства гранул (пресс-экструдер) формируются гранулы. Материал прессуется под высоким давлением через стальные матрицы (круглая или плоская матрица) с отверстиями нужного диаметра гранул (в зависимости от матрицы 6 до 10 мм). Нагрев происходит вследствие высокого давления, содержащийся в древесине лигнин нагревается и разжижается, так что он выступает в качестве связующего вещества. При определенных обстоятельствах необходимо дальнейшее добавление связующего вещества (крахмала или патоки) с долей от 0,2 до 2%. При выходе из матрицы зачистной нож режет жгут в гранулы нужной длины (от 10 до 30 мм). Затраты энергии при производстве топливных гранул составляют, как правило, при использовании сухой остаточной древесины около 2,7 % энергетической ценности. Если же для производства пеллет используются влажные промышленные отходы лесозаготовок, то энергозатраты могут составлять от 3 до 17 % (в сравнении: затраты на топливо составляют 12 %). 2. КАЧЕСТВО И СТАНДАРТИЗАЦИЯ Для древесных гранул ISO 17225-2 действует стандарт «Биогенное твердое топливо – топливо-технические характеристики и классы». Для применения используется часть 1 «Общие требования», для гранул не промышленного использования применяется часть 2 «Классификация древесных гранул». Часть 2 устанавливает более тесные спецификации, поскольку использованные здесь Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 4 мелкие отопительные системы оснащены, как правило, менее трудоемкими системами управления и системами очистки выхлопных газов, эксплуатируются не профессиональными пользователями и находятся вне жилой зоны. 3. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Древесные гранулы продаются в пяти размерных классах и двух классах содержания воды M10 и M15 с максимальным содержанием воды 10 или 15 %. Для содержания (доля) золы (A), механической прочности (DU), доли мелких частиц (F) и плотности засыпки (BD), а так же для серы (S), азота (N) и хлора (Cl) также указаны классы. Должны быть также указаны теплотворная способность Q и возможное содержание присадок, температура размягчения золы DT. Насыпная плотность должна быть не менее 600 кг/м3, для прочих вышеперечисленных характеристик предельные значения не установлены. Для не промышленного использования продаются только размеры D06 D08 с содержанием воды в классе M10. Насыпная плотность должна быть не менее 600 кг/м3, доля мелких частиц может превышать 1 %, содержание добавок составляет не более 2%. Установлены характеристики трех классов. Пеллеты из классов A1 и A2 изготавливаются из свежесрубленных деревьев или химически необработанных отходов лесоматериалов, в случае A1 из материала с незначительным содержанием золы и азота, при A2 с незначительно повышенной долей золы и азота (например, гранулы из цельного дерева, отходы лесозаготовок или коры). Пеллеты класса B могут состоять также из промышленных отходов древесины и химически необработанной древесины могут иметь более высокое содержание золы и азота. Кроме того, установлены минимальная теплотворная способность и минимальное значение прочности. Испытание прочности по стандарту EN 15210 включает десятиминутную обработку во вращающемся ящике с отбойным щитком. До и после этой обработки образец просеивается через перфорированный лист с отверстиями диаметром 3,15 мм, и только удержанный материал первого просеивания подвергается проверке. При втором просеивании Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 5 должна минимально удерживаться указанная массовая доля. Для содержания серы, хлора и тяжелых металлов установлены предельные значения. Для процесса плавления золы должна быть указана температура в начале усадки (SST), температура размягчения (DT) и температура текучести (FT). Знак качества «ENplus» и «ENB», марки Ассоциации European Biomass, действительны для производителей и предпринимателей европейских пеллет, которые изготовляют гранулы, продают и перевозят. Требования к гранулам с печатью ENplus-A1, ENplus-A2 и EN-B в основном соответствуют соответствующему стандарту качества ISO 17225-2, однако, должна быть указана также температура размягчения золы. Кроме того, учитывается вся цепочка до конечного потребителя и предписываются соответствующие условия хранения и транспортировки. Должны проводиться постоянные проверки и гарантироваться все поставки производителя. Кроме того, у производителей проводится ежегодная проверка авторизации сертифицированными органами, при торговле осуществляется проверка с интервалом в три года. 4. ОЦЕНКА СТОИМОСТИ Для оценки экономичности отопления пеллетами необходимо учитывать кроме расходов на топливо удельные расходы на хранение и сжигание. В частности, меньшая удельная теплота сгорания обуславливает более высокий объем склада. Обеспечение пеллетами в пересчете на удельное значение теплотворной способности, должно быть как минимум на 10% дешевле, чем хранение мазута или, по крайней мере на 20% дешевле, чем расходы на хранение газа для отопления. С 2000 года потребительские цены на мазут, газ и другую бытовую энергию увеличились в среднем более чем в два раза, они выросли на 112% – цена на древесные гранулы, напротив, увеличилась с начала статистического учета в 2002 году всего лишь на треть (31,9%). Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 6 До весны 2004 г. цена на пеллеты была приблизительно такой же высокой, как цена на мазут и около 30 % дешевле, чем на природный газ. После этого цена пеллет увеличивалась умеренно, цена на мазут и на природный газ, напротив, сильно возросла. На основе австрийской цены экономия расходов на отопление составила в конце 2005 года 40-50 % по сравнению с нефтью. Цена колебалась между более высокими ценами зимой и низкими летом. 5. ОПАСНОСТЬ ОТ ПЕЛЛЕТ Пеллеты это маленькие спрессованные древесные гранулы, внутренние структуры которых разрушаются частично из-за прессования. Благодаря этому продукты распада, такие как окись углерода и углеводород выступают из гранул и обогащают воздух, например, в силосохранилище. Уже известны смертные случаи из-за тяжелейшей интоксикации, так в январе 2010 г. в Ремшайде и в феврале 2011 г. в швейцарском Хорве умерли люди. Они находились в недостаточно проветриваемом складском помещении для пеллет и умерли от отравления невидимой и без запаха окисью углерода. При опрессовке используется до 2% вспомогательных прессовочных средств, в основном, ржаной муки и кукурузной муки. Поскольку используется специальная дрожжевая мука, то такая мука больше не используется для производства продуктов питания. Чтобы покрывать растущие потребности в древесных гранулах должна использоваться мертвая древесина ("отходы древесины от лесного хозяйства») для производства пеллет. Экологические организации видят в этом опасность для видового богатства в лесу, так как отмершие разлагающиеся организмы отсутствуют в пищевой цепи, а также отсутствуют минералы, содержащиеся в отходах древесины. Древесные гранулы производятся из древесины тропических пород („tropical wood pellet), из скорлупы кокосового ореха и ядра пальмы масличной и продаются на мировом рынке. Не исключено, что для этого вида не возобновляемых источников производства биомассы будет вырубаться дождевой тропический лес или сельскохозяйственные угодья, на которых могли бы возделываться сельскохозяйственные культуры, Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 7 будут использоваться для выращивания энергетических растений. Твердая биомасса не находится в ведении немецкого ведомства по производству бмомассы, импорт пеллет из древесины тропического леса для производства тока на электростанциях, работающих на биомассе и для прочих отопительных целей законно сертифицирован. Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ На рынке гранул в последние годы наблюдалось сильное увеличение спроса и предложения с переменным временным смещением. После изначально довольно высокой цены после выхода на рынок в конце 1990-х годов последовал период относительно низких цен - 3,50 цента/кВтч в Германии с 2002 по 2005 годы. Затем несколько месяцев последовали цены более чем 5 центов/кВтч в зимний период 2006/07. С 2007 года производители существенно расширили свои производственные мощности, так что торговые цены снизились до уровня между 3,50 и 4,50 центов/кВтч. Значение древесных гранул за последние 10 лет в Европе очень возросло. Так, в 1999 году в Германии было установлено до 800 отопительных котлов в жилых домах. До 2004 г. число возросло до 27.000, к 2008 году около 100.000, к 2013 году до 180.000. В Австрии в 2000 году эксплуатировались 7.000 котлов на пеллетах, в 2012 году уже более 100 000. Во всем мире производство пеллет в 2002 г. составило 5 млн. тонн, а в 2012 г. возросло до 23 млн тонн. Две трети гранул производятся в Европе, потребляется напротив 90 %. Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 9 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0% B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BD% D1%83%D0%BB%D1%8B (Дата обращения:07.04.2020) Изм. Лист № докум. Подпись Дата П-288.00.00.00.00 Лист 10
