біопаливо
котли, печі
база компаній
замовити
як зробити?
статті
відео
картиЯк розширити сировинну базу для виробництва паливних гранул
Виробництво деревних пелет з додаванням інших видів біомаси знижує навантаження на лісову галузь, послаблює конкуренцію між пелетними і плитними виробництвами, покращує екологічний баланс. Cуміш різних видів рослинної біомаси часто підвищує якість паливних гранул.
В останні роки в Європі спостерігається стійкий попит на пелети. Величезну роль в цьому відіграє політика ЄС щодо клімату, зокрема, заходи щодо скорочення викидів парникових газів в атмосферу. Близько 85% світового ринку споживання пелет доводиться на Європу.
Згідно з дослідженням консалтингової компанії Future Metrics (США), річне споживання тільки так званих індустріальних гранул для великих ТЕС складе до 2023 року 21,5 млн т, що майже в два рази більше сьогоднішніх 12 млн т. Показник річного споживання гранул преміум-класу ENplus і DIN + тільки в ФРН перевищив 2 млн т, а в Італії - 3 млн т.
Такий різкий ріст споживання пелет в Європі привів як до негативних наслідків для лісового балансу, так і до загострення конкуренції між виробниками, які використовують деревину в енергетиці та виготовленні цілого ряду видів продукції, зокрема, всіляких плит (MDF, HDF, ДСП, ДВП, ЦСП та ін.), що включають тріску, деяких видів фарб, будівельних блоків та цегли, в технології виробництва яких передбачені добавки у вигляді деревної тирси.
Сценарій розширення використання поновлюваних джерел енергії (ВДЕ), і біомаси зокрема, в ЄС відповідно до Директиви по ВДЕ Євросоюзу і Енергоконцепта 2010 федерального уряду Німеччини передбачає зростаюче застосування раніше незатребуваних різних біовідходів (рослинної біомаси) і енергетичних рослин для генерації теплової та електричної енергії.
Розглядаються тільки ті види біомаси з високою енергетичною щільністю (див. Табл. 1), які не будуть потрібні виробникам продуктів харчування та іншої затребуваною на ринку продукції.
До них можна віднести траву, стручки бобових рослин, качани кукурудзи, рис, лушпиння соняшнику, солому, шкаралупу горіхів, порожні зерна, фруктові кісточки, кісточки оливок, посадковий матеріал соєвих бобів (стебла і стручки), багаття льону, цукровий очерет, очерет, пивну дробину, барду і безліч інших відходів АПК, харчові відходи (наприклад, кавову гущу), деревну біомасу (стовбури, гілки, листя, хвою, пні), отриману в результаті проведення ландшафтних робіт (санітарних рубок вздовж автомобільних і залізних доріг, в парках, житлових кварталах і т. п.), а також деревину швидкозростаючих плантацій рослин (міскантусу, верби, евкаліпта та ін.).
Всі перераховані види сировини можна застосовувати для виробництва пелет і брикетів як окремо, так і в комбінації з одним або декількома іншими компонентами.
Таблиця 1. Властивості різних видів біомасиВ принципі, кожен з перерахованих вище видів біомаси можна пелетирувати. Проблема в тому, що всі вони по фізичних і хімічних властивостях відрізняються від деревини і містять хлор, сірку, азотні сполуки, луги. До істотних недоліків цих видів біомаси, що розглядаються в якості сировини для виготовлення паливних пелет, безумовно, відноситься великий обсяг золи, що утворюється при спалюванні, і головне - низька температура її плавлення в порівнянні з деревною золою.
Все це призводить до зашлакування теплообмінних поверхонь котельного обладнання, його корозії, зниження ефективності роботи котла і навіть виходу його з ладу. Крім того, відзначається велика емісія різних дрібнодисперсних твердих частинок в атмосферу.
Знайти оптимальний склад суміші
Але при дотриманні певних пропорцій різних видів біомаси в суміші для пелет можна домогтися значного ослаблення дії наведених негативних факторів і підвищити якість пелет. Це було доведено вченими Євросоюзу в 2015 році на практиці при проведенні серії науково-дослідних робіт.
Наприклад, при змішуванні рослинної біомаси (відходів сільського господарства з низькою температурою плавлення золи) та деревних відходів (з високою температурою плавлення золи) можна підібрати оптимальний склад для виробництва пелет, які можна буде спалювати в котлах без зашлакування топки. Таким же чином можна створити сировину для пелет із загальним низьким вмістом сірки, лугу і інших шкідливих компонентів.
Пелети з вишні. ТуреччинаУ пелети з суміші різної рослинної біомаси для підвищення якості можна вводити мінеральні добавки. Один із прикладів: вчені з Авcтрійского НДІ лісу (Institut Holzforschung Austria - HFA) змішали подрібнені качани кукурудзи, рапс і солому з каоліном, бентонітом та вугільної золою.
При спалюванні пелет, виготовлених з такої суміші, спостерігалася досить висока температура плавлення золи, зниження ризиків агломерації (спікання) золи і значне скорочення викидів дрібних зважених часток (пилу) в атмосферу в порівнянні з результатами спалювання пелет без додавання мінеральних речовин. Відомі пелети, спресовані з деревної тирси (85-90%) і подрібнених в порошок голок хвойних порід дерев (10-15%) хвойних голок (патент Японії); пелети з суміші твердих і м'яких порід деревини (патент Великобританії).
Пелети з акації і тополі. Краснодарський крайОсновна проблема пелетування суміші різних видів біомаси, особливо з домішками, - це швидкий знос матриці. Його можна уповільнити за рахунок збільшення розмірів конуса, тобто збільшення їх робочої площі.
Для визначення перспектив ринку деревних пелет з додаванням інших видів рослинної біомаси і пелет без вмісту деревини (агропелет, як їх часто називають в Росії) в Євросоюзі, реалізується спеціальний проект - EU Projekt MixBioPells, який курирує Німецький науково-дослідний центр біомаси (Deutsche Biomasseforschungszentrum - DBFZ).
Спалювання подібних пелет в котлах середньої та великої потужності в семи регіонах ЄС показали позитивні результати. Що стосується котлів малої потужності, то вони зумовлюють високі вимоги до технології спалювання гранул з рослинної (недеревної) біомаси; такі котли, як правило, не обладнані спеціальними фільтрами, їх конструкція не розрахована на спалювання пелет за сучасними дорогими технологіями, так як вони призначені в першу чергу для використання в домашніх господарствах і їх вартість повинна бути прийнятною для споживача.
Найважливішою вимогою, яке пред'являє Центр DBFZ до спалювання альтернативних пелет - пелет з суміші деревних відходів і іншої біомаси (мікспелет і агропелет), є дотримання законодавства, що передбачає гранично допустимі норми викидів в атмосферу СО, сполук азоту та пилу. Враховується й те, що в 2017 році заплановані нові зміни і доповнення до Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft, в своб. Пер. З нім. - Технічне керівництво по підтримці чистоти повітря), в якому прописані всі гранично допустимі концентрації ( ГДК) забруднюючих атмосферу речовин.
Зміни торкнуться в першу чергу всіх котлів потужністю більше 1 МВт - вимоги по ГДК викидів будуть посилені, що може створити, по суті, нездоланний бар'єр для використання мікспелет і агропелет, оскільки доведеться використовувати додаткові дорогі фільтри або модернізувати камери згоряння котла, що далеко не завжди виявиться економічно доцільним.
Тому в середовищі виробників і споживачів мікспелетів і агропелетів зростає невдоволення, хоча ще є надія, що політики знайдуть компроміс для підтримки ринку подібних пелет у вигляді субсидій на придбання спеціалізованих котлів, фільтрів, модернізацію вже працюючих котлів або інших пільг.
Пелети з торфу. ЕНБІМА
Пелети із качанів і стебел з листям кукурудзи
Пелети із дубаДерев'яні пелети з додаванням вугілля і торфу
Одна з головних завдань, що стоять перед розробниками нових технологій виробництва пелет, - отримати шляхом утилізації найбільш об'ємних відходів біомаси пелети, які змогли б за теплотворною здатністю конкурувати не тільки з іншими видами деревного палива, але і з низькокалорійними вугіллям і торфом. Висококалорійні пелети виходять із спресованої суміші деревної тирси і подрібненого (фракція 0,3-1,5 мм) деревного вугілля з додаванням в якості сполучного водорозчинного кукурудзяного або рисового крохмалю (1-3% загальної маси суміші).
Частка деревної тирси в подібних гранулах коливається від 65 до 75%. Теплотворність подібних пелет 20-23 МДж / кг (патент РФ). Ці пелети вже можуть конкурувати з низькокалорійними вугіллям і торфом. При використанні тирси і деревного вугілля зазначених вище розмірів можна отримати пелети, міцність яких буде достатньою для збереження при тривалому транспортуванні будь-яким видом транспорту з перевалками і подачі в топку котла як механічним способом, так і вручну.
Для виготовлення подібних гранул можна використовувати тирсу будь-яких деревних порід, отримані в ході деревообробки і після подрібнення сухостою, повалених дерев і т. п. Дрібні частинки деревного вугілля можна отримати шляхом дроблення кускового деревного вугілля і використовувати деревне вугілля, зібране після лісових пожеж. При зазначеному вище процентному співвідношенні деревних і вугільних компонентів теплотворна здатність гранул буде завжди не нижче 20 МДж / кг.
Пропонований спосіб виготовлення пелет дозволить залучити в господарський оборот будь-які відходи лісової і деревообробної промисловості і тим самим позитивно вплинути на збереження екологічної системи. У ФРН експерти вважають, що в першу чергу для виробництва мікспелетів необхідно використовувати деревну біомасу листяних порід, на які поки що не доводиться відчутна частка в загальному обсязі сировинної бази, використовуваної на німецьких пелетних заводах (зараз в основному використовується деревина хвойних порід) .
Пелети із соломи. Китай
Пелети з лушпиння соняшникаПри гранулювання суміші в певній пропорції хвойних і листяних відходів лісопиляння і деревообробки можна отримувати пелети, які за властивостями будуть повністю відповідати вимогам сертифікації ENplus А1 або А2. У Німеччині, правда, є проблема збуту подібних гранул виключно через їх темно-коричневий колір.
Як автор вже не раз відзначав, німецькому споживачеві з якихось причин вселили, що якісна гранула повинна бути тільки світлого, мало не ідеально білого кольору, а темно-коричневий або сірий і навіть світло-кавовий колір нібито вказує на низьку якість гранул за рахунок високого вмісту в сировині кори, піску та інших домішок, нібито призводять до виходу з ладу пелетного котла.
Абсурдність такої усталеної думки можна легко зрозуміти, знаючи, що в тій же Німеччині деревні паливні брикети темно-коричневого кольору (з бука і дуба) або взагалі чорні розкуповуються як гарячі пиріжки. Сумно, але у багатьох виробників високоякісних пелет, повністю відповідають вимогам ENplus, є великі проблеми з їх збутом в Німеччині тільки через темний колір.
Правда, з'явилася надія, що ситуація зміниться, так як в останні роки на західноєвропейський ринок з України та країн Східної Європи стали надходити пелети темно-коричневого кольору з високими споживчими властивостями, виготовлені виключно з листяних порід, таких як бук і дуб. Треба відзначити, що німецькі розробники постійно шукають нові рецептури для пелетів: так, вони спресували суміш, що складається на 80% з хвойної тирси і на 20% - з тирси бука, отримавши на виході пелети, які відрізняються за кольором від пелет виключно з хвойної деревини.
У багатьох країнах, де немає таких жорстких, як в ФРН, вимог до ГДК у викидах при спалюванні палива, можна використовувати пелети, які виготовлені із суміші деревної тирси і частинок вугілля (кам'яного або бурого), отриманого з відходів при його помелі (вугільного штибу ); у таких пелетах досить висока теплотворна здатність, що забезпечує високу ефективність вироблення теплової та (або) електричної енергії при спалюванні. Подібні пелети, наприклад, запатентовані в США. Є пелети, виготовлені із суміші різних видів рослинної біомаси, часток вугілля і сполучного, в якості якого використовуються річкові або морські водорості або віск.
Фасовка пелет з кінського гноюЯк присадки (сполучного) можна додавати в пелетних суміш сироп, який використовується при виготовленні різних напоїв, таких як Coca Cola, з вичерпаним терміном придатності. Сироп забезпечує гарне зв'язування компонентів суміші при їх гранулюванні, особливо при низькому вмісті лігніну, а також підвищення енергетичної щільності кінцевого продукту - пелету.
Є цілий ряд інших речовин, які можуть з такою ж ефективністю використовуватися в якості сполучного матеріалу для виробництва мікспелетів: крохмаль, риб'ячий жир, сода, вапно, парафін, рослинні масла, тваринний жир, кавова гуща і навіть деякі пластмаси.
Таблиця 2. Порівняльні характеристики деревної тріски та пелет з різних видів рослинної біомасиБагато добавок поліпшують механічні та (або) експлуатаційні властивості пелетів, наприклад, крохмаль полегшує зв'язування окремих частинок сировини для формування міцних спресованих гранул. Волога у вигляді пари, що застосовується при гранулювання біомаси, також служить в якості сполучного. Багато видів біомаси, в першу чергу деревина, містять лігнін, який після термічної обробки в процесі пелетування стає сполучною.
Тому при пелетуванні деревної біомаси хвойних порід не потрібні додаткові сполучні, а, скажімо, при виробництві пелет з березової деревини або соломи, в яких вміст лігніну невисокий, в пелетну масу часто додають крохмаль. Додатковим джерелом біомаси для виробництва мікспелетів можуть слугувати різні міські відходи, такі як полімери високої і низької щільності, пластмаси.
З чого ще виготовляють пелети
Пелети виробляють з соломи різних злаків, в першу чергу з пшеничних. В якості палива солому давно використовують в Європі, як і в США, Канаді, Індії, Китаї та інших країнах. Данія - найбільший в Європі виробник теплової енергії та електрики на ТЕС шляхом спалювання тюків соломи, які пакуються прес-підбирачами, і гранул і (або) брикетів із соломи; щорічно в цій країні в енергетиці використовується більше 1,3 млн т. соломи.
Склад соломи і теплота її згоряння (13-16 МДж / кг) не надто відрізняються від показників деревини (до 18,4 МДж / кг), хоча теплота згоряння соломи нижче показника сухої деревини. З іншого боку, з урахуванням звичайної вологості соломи - нижче 20% - по теплоті згоряння солома перевершує деревну тріску.
Солома - відтворюваний ресурс, і її використання в якості палива дозволяє підтримувати баланс двоокису азоту в атмосфері: скільки СО2 виділиться при її спалюванні, стільки потім буде спожито протягом наступного літа в ході росту зернових. Пелети із соломи в Німеччині широко використовуються як підстилка в приміщеннях, де утримуються тварини, наприклад, в стайнях, а також для опалення та сушіння зерна в фермерських господарствах. Фермерські котли потужністю менше 1 МВт поділяються на установки з періодичною і автоматичним завантаженням сировини.
В даний час велика частина котлів з періодичним завантаженням призначена для спалювання середніх та великих тюків соломи. ККД котла з періодичним завантаженням 77-82%, вміст СО2 в продуктах згорання - менше 0,5%. Важлива перевага котлів, в яких спалюються тюки соломи, перед котлами з безперервною автоматичною подачею соломи - більш низькі капітальні витрати на установку і гарантована надійність при використанні соломи підвищеної вологості та забрудненості. До їх переваг також відноситься низьке споживання електроенергії (близько 0,5% теплової потужності).
Солома в Німеччині з енергетичного потенціалу посідає друге місце після деревини (40 млн т. соломи на рік), з яких 9 млн т. можна використовувати в енергетиці, що дозволяє виробити більш 36 млн кВт год електроенергії. Відмінною сировиною для виготовлення пелет виявилася солома ріпаку. У неї стебла цільні, а не порожні, як у багатьох інших зернових культур, до того ж вона вище за калорійністю. У Європі, наприклад, в Італії, часто гранулюють солому в суміші з сіном і рослинною біомасою, яка залишається після збирання і переробки кукурудзи (листя, стебла, качани).
Брикет з виведених з обігу грошових знаківВже багато років в промислових масштабах гранулюють лузгу соняшнику (відходи олійноекстракційних заводів). За теплотворення (теплота згоряння до 21 МДж / кг) гранули з лушпиння соняшнику можна порівняти з бурим вугіллям (менше 24 МДж / кг), а зольність гранул з лушпиння набагато нижче - в середньому 3% (бурого вугілля - до 40%). Екологічно чиста зола після спалювання гранул з лушпиння соняшнику з успіхом використовується як високоякісне добриво в землеробстві. Один з найбільших в РФ виробників гранул з лушпиння соняшнику - агропромислова компанія «Південь Русі», Ростов-на-Дону.
Гранули з очерету нічим не поступаються гранулам з соломи і наближаються за основними характеристиками до деревних (вища теплота згоряння - більше 19 МДж / кг, зольність в середньому 4%), а собівартість виробництва нижче, в першу чергу за рахунок досить дешевої сировини (очерету) , який можна збирати і одночасно подрібнювати кілька разів на рік за допомогою спеціальних болотоходних збиральних комбайнів-подрібнювачів. Масштабний проект гранулювання очерету реалізується в Республіці Казахстан на узбережжі Каспійського моря.
Поширені і пелети, сировиною для яких служить висушений до 14-16% фрезерний торф. Технологія гранулювання торфу і склад технологічного обладнання, за винятком ділянки попередньої підготовки сировини, ідентичні технології гранулювання деревної біомаси. В СРСР торф'яна промисловість була дуже добре розвинена.
Торф широко використовувався в якості палива, в основному у вигляді торф'яних брикетів. В країні працювало багато торфобрикетних заводів, але через різке збільшення видобутку природного газу на нових родовищах Західного Сибіру, в середньоазіатських радянських республіках і повсюдної газифікації регіонів торф'яна галузь стала приходити в занепад, а розвал Радянського Союзу в 1991 році її «добив».
В кінці ХХ століття почав відроджуватися інтерес до використання торфу, в тому числі і в енергетичних цілях. Росія має великі запаси торфу, який може служити в якості екологічно чистого палива у вигляді пелет і брикетів та забезпечити тепло- і електроенергією багато негазифікованих регіонів Росії. Виробництво торф'яних гранул і брикетів завдяки значній сировинній базі і відмінним споживчими властивостями кінцевого продукту (максимальна теплота згоряння - більше 21 МДж / кг) може стати високорентабельним і масштабним бізнесом в РФ.
Вперше торф'яні пелети почали виробляти в Європі в 40-х роках минулого століття, але в багатьох західноєвропейських країнах (Німеччині, Австрії, Нідерландах та низці інших), як не дивно, по не зовсім зрозумілих причин торф не рахується поновлюваним джерелом енергії і не потрапляє в тієї ж Німеччини в федеральні і регіональні програми субсидування ВДЕ. А в Скандинавських країнах, наприклад, в Фінляндії і Швеції, торф вважається частково поновлюваним джерелом і його використання в енергетиці підтримується державою у вигляді податкових пільг і інших форм заохочення.
Торф'яні пелети через високу зольність(до 5%) використовуються головним чином у топках великих комунальних та промислових котелень. Але, крім енергетики, їх широко використовують як добавку до мінеральних добрив, як сировину для виробництва активованого вугілля, як абсорбент для використання в фільтрах і збору нафтопродуктів, що розлилися і масел.
У Росії сьогодні провідним виробником торф'яних гранул є ЗАТ «ЕНБІМА Груп», яке вже понад 10 років успішно використовує торф'яні гранули власного виробництва в комунальній енергетиці Володимирській області, де було переобладнано або побудовано з нуля більш десяти котелень ЖКГ для спалювання торф'яних гранул, а з 2011 року - і в Смоленській області. Компанія також експортує свою продукцію в Скандинавію.
Екзотичними можна назвати пелети, виготовлені шляхом гранулювання подрібненого паперу і картону (макулатури), крім невисокої ціни вони характеризуються великим енергетичним потенціалом і забезпечують високу ефективність спалювання.
Макулатуру немає необхідності сушити, навпаки, в процесі виробництва гранул її треба зволожувати. Деяка частина суміші або вся суміш може складатися з вощеного паперу і картону (з додаванням воску - парафіну або бджолиного воску), який наноситься тонким шаром по обидва боки паперу або наскрізь просочує її. В такому випадку віск є хорошою сполучною добавкою. Відомі випадки гранулювання і брикетування подрібнених грошових купюр, виведених з обігу.
C метою утилізації відходів і отримання високопродуктивних добрив на багатьох птахофабриках гранулюють висушений курячий послід з підстилкою із соломи. У гранул з курячого посліду необмежений термін зберігання, вони не займаються і містять велику кількість поживних речовин, які сприяють зростанню рослин. Їх вносять у грунт механічним способом. Є технології спалювання подібних гранул в спеціалізованих котлах для вироблення тепла або когенерації. Закупівельні (оптові) ціни на пелети з курячого посліду в ЄС вище цін на деревні паливні гранули.
Пелети і брикети з кінського гною, які використовуються як добриво і користуються в ЄС великою популярністю, в роздріб продаються по 1,25 євро / кг або 1250 євро / т, тобто в 4-5 разів дорожче деревних гранул.
Набирають популярність пелети з швидкозростаючих плантацій рослин (міскантусу, верби, евкаліпта та ін.). У Німеччині плантації цих рослин, які прибираються кормозбиральних комбайнів (ідентично прибирання силосної кукурудзяної маси), забезпечують генерацію до 1 мВт електроенергії з 1 т. отриманої біомаси (тріски або гранул). Міскантус має сильну кореневу систему, яка забезпечує швидкий ріст рослин і можливість їх щорічного збору; його теплотворна здатність дуже висока.
Уже багато років цілий ряд НДІ в усьому світі займаються розробкою технологій утилізації гідролізного лігніну. У Росії запаси гідролизного лігніну досягають десятків мільйонів тонн і порівняти з відходами деревообробки. Примітно, що у лігніну в порівнянні з деревиною велика однорідність, до того ж сировинна база (відвали навколо гідролізних заводів) в транспортній доступності.
Відсутність утилізації лігніну веде до забруднення навколишнього середовища і створює величезні проблеми для екології. У Росії введено в експлуатацію перший в країні завод гранулювання лігніну «Біонет» в м. Онега Архангельської області. Компанія входить до групи Газпромбанку, що демонструє великий інтерес структур Газпрому до проектів в сфері ВДЕ. У гранули з лігніну теплота згоряння вище 21 МДж / кг, а зольність менше 3%.
Пелети із тирси всіляких фруктових дерев використовують для отримання аромату при приготуванні гриля і копченні м'яса і риби.
Наведено далеко не повний перелік пелет з біомаси, так як гранулювати можна багато матеріалів і речовини. Всі описані пелети можуть використовуватися як паливо для вироблення теплової енергії в системах опалення, для генерації пари в промисловості і когенерації на ТЕС і міні-ТЕС, для спільного спалювання з вугіллям на великих електростанціях і ТЕЦ, в агропромисловому секторі, як добриво, що абсорбує наповнювач котячих туалетів, підстилка в стайнях і приміщеннях для домашніх тварин, як абсорбент для очищення грунту і водних поверхонь від забруднення в результаті розливу рідких речовин (нафтопродуктів, масел і т. п.).
Виробництво і використання різних видів пелет дозволяє вирішити багато проблем народного господарства: утилізувати і переробляти широкий спектр відходів, виробляти поновлюване екологічно чисте біопаливо, отримувати золу як добриво. За рахунок заміни викопного палива біопаливом скорочуються викиди шкідливих речовин в атмосферу. І ще один важливий ефект: створюються нові виробництва, підвищується зайнятість населення і збільшуються податкові надходження в бюджет.
Сергій Передерій, Німеччина,
s.perederi@eko-pellethandel.de
