Эффективность различного вида биотоплива
В табл. 17 приведены типичные характеристики различных видов биомассы как топлива [Stockinger, H., 1998]. Основными химическими элементами, входящими в состав древесной щепы, являются, % (мае.) по сухому веществу: углерод — 50, кислород — около 40, водород — 5-7. Концентрация азота составляет менее 1 %, хлора и серы — менее 0,1, зольность — около 1 % [Jorgensen, U., 1996]. Низшая теплота сгорания 10,5 МДж/кг при влажности 40 % [Suadicani, K., 1993].
Древесную биомассу как топливо разделяют на несколько групп в соответствии с ее происхождением: специально заготавливаемая в лесу топливная древесина, отходы лесозаготовок, отходы деревообработки, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, городская древесина, специально выращиваемые быстрорастущие плантации. Древесная щепа может быть получена из деловой древесины, из деревьев, срубленных при прореживании молодых насаждений и рубках ухода в старых насаждениях, из отходов лесозаготовки (вершинки, сучья, ветви). В группу отходов деревообработки входят древесные отходы, образующиеся при промышленной обработке древесины (обрезки, кора, опилки, стружки и т. п.).
наиболее широко распространенным отходом целлюлозно-бумажной промышленности является черный щелок, который образуется в процессе щелочной и сернокислотной обработки древесины и содержит около 23 % твердых веществ. При выпаривании черного щелочного раствора содержание твердых веществ возрастает до 45-70 %. Состав твердых веществ раствора: углерод — 42,6 %, кислород — 31,7, натрий — 18,3, водород — 3,6, сера — 3,6, минеральные оксиды — 0,2 %. Теплота сгорания сухого веществ — 15,4 МДж/кг [Danfors, В., 1998].
Основная часть городской древесины (из парков и т. п.) в европейских странах используется для обогрева индивидуальных жилых домов. Остаток измельчается в щепу и продается как топливо. Качество щепы, полученной из парковой древесины, ниже качества лесной щепы. Кроме того, количество парковой древесины невелико, и она рассредоточена.
Для получения древесного топлива в последнее время начинают использоваться также специально выращиваемые быстрорастущие плантации (ива, тополь, эвкалипт). например, срезание ивовых деревьев производится через каждые 3-4 г. Через год после срезания наблюдается максимальный прирост растений — 10-11 т/га. Деревца измельчаются в щепу размером от 40 до 200 мм. ивняк как сырье для прямого сжигания отличается от лесной древесной щепы несколько меньшей теплотой сгорания (QB = 18,3 МДж/кг) и большим содержанием са, К и Р, вследствие чего зольность у ивняка немного больше — 1,4 % (мас.) по сухому веществу [Jorgensen, U., 1996; Danfors, В., 1998].
Таблица 17
Характеристики различных видов биомассы как топлива
Вид биомассы |
Влажность*, |
Теплота сгорания, кВт-ч/кг |
Объемная плотность*, |
Энергетическая |
|
% |
высшая** |
низшая* |
кг/м3 |
плотность, кВт-ч/мз |
|
Древесные гранулы |
10,0 |
5,5 |
4,6 |
600 |
2756 |
Древесная щепа твердых пород |
50,0 |
5,5 |
2,2 |
450 |
1009 |
То же, просушенная*** |
30,0 |
5,5 |
3,4 |
320 |
1094 |
Древесная щепа мягких пород |
50,0 |
5,5 |
2,2 |
350 |
785 |
То же, просушенная*** |
30,0 |
5,5 |
3,4 |
250 |
855 |
Трава**** |
18,0 |
5,1 |
3,8 |
200 |
750 |
Кора |
50,0 |
5,6 |
2,3 |
320 |
727 |
Хлебные злаки**** |
15,0 |
5,2 |
4,0 |
175 |
703 |
Древесные опилки |
50,0 |
5,5 |
2,2 |
240 |
538 |
Солома озимой пшеницы**** |
15,0 |
5,2 |
4,0 |
120 |
482 |
Примечание: * Расчет по массе влажного сырья.
** Расчет по массе сухого сырья.
*** В виде сильно спрессованных брикетов.
**** Сушка проводилась на воздухе в течение 9 мес.
содержание влаги в древесине и древесной коре колеблется в широких пределах — от 2 до 75 %. Это объясняется не только наличием связанной воды в пористой структуре, но и влиянием времени года, места произрастания, а также способом хранения и транспортировки древесины.
при увеличении влажности топлива значительно снижаются кпД, низшая теплота сгорания топлива, температура в топке котла и его
КПД, что замедляет процесс сжигания топлива и существенно увеличивает выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух (рис. 57-60) [Бородуля, В. А., 2009].
Рис. 57. Зависимость теплотворной способности биотоплива от его влажности
|
|
|
|
|
Рис. 59. Влияние влажности древесного биотоплива на КПД котла
рис. 60. зависимость выбросов загрязняющих веществ
от температуры горения топлива