Използване на дървесна биомаса в индустриални предприятия

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 1, 2013

Дървесината е сред най-старите и широко използвани източници за производство на енергия. На фона на непрекъснатото повишаващите се цени на енергоносителите, свързано и с непрекъснато нарастване на енергийните разходи и задълбочаващи се екологични проблеми, използването на дървесната биомаса се явява възможна алтернатива за осигуряване на сравнително лесно достъпен, надежден и екологосъобразен източник на енергия. България е страна с добре развито горско стопанство, което дава възможност за устойчиво развитие на производството на дървесна биомаса и успешното и използване на производство на енергия в индустрията. Предимство на използването на дървесна биомаса е фактът, че голяма част от нея се получава от дървесни отпадъци, които са непригодни за използване за други цели. Например стволове на дървета, малки трупи, трици, талаш, кори от дървета и други. Една немалка част от тези отпадъци могат да се използват без допълнителна технологична обработка. Не по-маловажни са и някои екологични предимства на дървесната биомаса пред фосилните горива. Количеството въглероден диоксид (CO2), отделян в процеса на изгаряне на дървесината, обикновено е с около 90% по-малко, отколкото при изгарянето на изкопаеми горива. Дървесината като гориво съдържа минимални количества сяра и тежки метали, поради което не се явява източник на замърсявания, които могат да причинят киселинни дъждове, а емисиите от прахови частици са контролируеми. Дървесната биомаса също така се приема за възобновяем енергиен ресурс, но е добре да се отбележи, че това зависи и от доброто управление на горския фонд. Използването на дървесна биомаса дава и икономически предимства, тъй като в повечето случаи тя е с по-ниска себестойност в сравнение с изкопаемите горива.

Дървесната биомаса в индустрията

Голямо количество отпадна дървесна биомаса се получава от индустриални производства, свързани с обработка на дървесина, като целулозно-хартиена промишленост, мебелна индустрия и други. Дървесните отпадъци от тези производства, които обикновено са под формата на дървесни стърготини, трески, дървесен чипс и други, могат да се използват директно като енергиен източник или да бъдат използвани за производството на горива като пелети и екобрикати. Възможен източник на отпадна биомаса се явяват и някои отрасли на хранително-вкусовата промишленост.

Успешното въвеждане на технологии за обработка на биомасата и използването й като енергоносител дават реална възможност за постигане на по-висока енергийна ефективност и по-ниски капиталови разходи. Например, в целулозно-хартиената промишленост при производството на картон и хартия като отпаден продукт се получава черна луга, която съдържа неизвлечена при производството на хартия дървесина. При изгарянето на черната луга се получава голямо количество топлина, която често се използва за производството на пара, с която се покриват потребностите на преработвателното предприятие, например за производството на електроенергия с помощта на парна турбина. Отпадните продукти от производството на хартия включват още дървесни стърготини, кора, трески и други.

Значителните количества отпадна дървесна биомаса, генерирана от предприятията за преработка на дървесина, предполага успешното въвеждане и използване на технологии за преработка и оползотворяване на тази биомаса, което в същото време може да допринесе за значителното намаляване на енергийните разходи и за повишаване ефективността на производството. В същото време тези предприятия се явяват и основни доставчици на отпадна дървесна биомаса за предприятия, занимаващи се с преработка на дървесна биомаса. В случаите, когато в самото предприятие не се генерира отпадна биомаса, но има възможност тя да се набави от предприятие, намиращо се на сравнително близко разстояние, използването на отпадна биомаса също може да се окаже рентабилно.

Директно изгаряне на дървесината

Един от най-лесните начини за оползотворяване на дървесната биомаса е чрез нейното директно изгаряне в специално предназначени за тази цел котли. В практиката най-често се използва директното изгаряне на биомасата в котли и пещи. Обикновено за водогрейни котли и пещи с малки мощности, изгарянето протича в горивни камери с хоризонтални, конусни, наклонени или подвижни решетки. При автоматизиран процес на изгаряне на раздробени дървесни отпадъци се използват и тръбни горелки с шнеково подаване.

Използва се и изгаряне в кипящ/циркулиращ слой, при което се постига почти 100% изгаряне на горивото, поради което този процес се характеризира и с по-висока ефективност. В сравнение с директното изгаряне, в този случай се наблюдава по-ниска емисия на отпадни продукти от горенето. При използване на този метод раздробената дървесина гори в “кипящ” слой, създаден чрез продухване на въздух или газ през слой от инертен материал, например пясък. Процесът на горене протича стабилно и с висока ефективност, тъй като количеството инертен материал е значително повече от подаваното количество гориво.

Принципно котлите на биомаса могат да се разделят на три групи: котли, предназначени за изгаряне на пресована биомаса - брикети и пелети, котли, в които може да се изгаря биогориво с влажност до 30% и котли за влажни биогорива, т. е. горива с влажност до 55%. Отделно, в зависимост от вида на използваната биомаса, котлите могат да бъдат котли, специално предназначени за изгаряне на пресовано биогориво, за изгаряне на дървесни трески и стърготини, костилки, за изгаряне на торф и смес от торф и други.

Котли за изгаряне на пелети

През последните години котлите на пелети са сред решенията, придобиващи все по-голяма популярност. Сравнително нови като технология, те намират широко приложение, поради съчетанието на висок КПД, лесно обслужване и възможността да се използват за загряване на вода за отопление и за битово горещо водоснабдяване. Произвеждат се в голям диапазон от мощности, подходящи за отопление както на еднофамилни къщи, така и на по-големи жилищни и административни сгради, както и на производствени помещения.

Комфортът, който осигуряват котелните инсталации, работещи на пелети, обикновено се сравнява с комфорта, осигуряван от котлите на течно или твърдо гориво. Това се дължи на фактори като високия коефициент на полезно действие на пелетните котли, движещ се в границите 84 - 93% (някои производители посочват и значително по-висок КПД, достигащ 97%), автоматизираното подаване на гориво, доброто поддържане на необходимата температура на въздуха в отопляваните помещения, възможността за програмиране на работата на инсталацията за седмици напред и други. Котлите са снабдени и със система за защита от аварии, което гарантира сигурността на потребителя.

Добре е да се има предвид обаче, че достигането на висок коефициент на полезно действие при котлите на пелети е в пряка зависимост от начина на изгаряне на пелетите и технологията за гранулиране на дървесината.

Производство на пелети от отпадна дървесина

Пелетите се произвеждат под формата на гранули със стандартни размери, които се получават чрез пресоване под налягане на дървесни кори, трици и други дървесни отпадъци. В процеса на производство, към използваната биомаса не е необходимо допълнително добавяне на химически слепващи вещества. Необходимата суровина за производството на около един тон пелети обикновено е около 4 - 7 m3 дървесина, в зависимост от влажността и вида на използваните дървесни отпадъци.

Производственият процес протича през няколко основни етапа. Обикновено като първи етап се посочва осигуряването на подходяща суровина, включваща предимно дървесни отпадъци. Същинският процес на производство на пелети включва следните няколко етапа - едро смилане на дървесината, сушене, ситно смилане, пресоване, охлаждане и пакетиране или складиране, като при използването на суха дървесина може да се наложи към производствената схема да се добави и водоподготовка на дървесината.

Целта на едрото смилане на дървесината е да се осигури дървесна маса с подходящ за последващия етап на сушене размер на отделните частици. Сред най-често използваните съоръжения са мелници барабанен тип или чукови мелници. В случаите, когато използваната суровина е сравнително еднородна, се допуска тя да не са подлага на едро смилане, а само на пресяване през сито. След смилането, дървесината се подлага на сушене, тъй като един от факторите, определящи качеството на пелетите е осигуряване на суровина с подходящо влагосъдържание.

Препоръчителната влажност на суровината преди пресоване е в границите между 8 и 12%. За оптимална се приема влажност около 10% +/- 1%. В процеса на производство на пелети, за изсушаване на суровината се използват основно два вида сушилни - барабанни и лентови. Изборът се определя в зависимост от използваната изходна суровина (дървесен чипс, стърготини), изискванията към качеството на произведената продукция и наличния източник на топлина.

След изсушаването на суровината, тя се подава към мелница, където се раздробява до размер, подходящ за процеса на пресоване. За ситно смилане на дървесината обикновено се използват чукови мелници. Процесът на ситно смилане на дървесината спомага за уеднаквяването на частиците и раздробяването им до размери, по-малки от 4 mm. Препоръчителната едрина на дървесните частици за подаване към пресите е размерът им да не превишава 1,5 mm. Така обработената дървесина се подава към преса или гранулатор за оформяне на дървесните гранули. Процесът на пресоване протича при високо налягане и температура. Съдържащият се в дървесината лигнин играе ролята на лепило, което държи пелетите във формата, в която са пресовани, като не се изисква съответно добавянето на допълнителни слепващи вещества. В някои случаи при ниско съдържание на лигнин в дървесината не е изключено използването на добавки.

Гранулирането на дървесината без да се използва допълнително лепило изисква голяма пресоваща сила, с която да се намали обемът на суровината. Процесът протича в специални преси. Най-често използваните конструкции са две - с плоска и с цилиндрична матрица. Диаметърът на матрицата може да бъде повече от метър, а мощността на пресата до 500 kW, в зависимост от зададената производителност. В производството на пелети към момента, в световен мащаб се забелязва превес на пресите с цилиндрични матрици.

Температурата на изсушените гранули, получени след пресоването, варира в границите между 70 - 90 оС. Колкото по-голяма е пресоващата сила толкова по-висока е и температурата на гранулите, а съответно е по-високо й качеството им. Охлаждането на готовата продукция в охладител е необходимо за изсушаване и за окончателно втвърдяване на гранулите, което ги прави подходящи за съхраняване и транспортиране. В качеството на охладител обикновено се използват противотокови охладители.

Изсушаването на използваната дървесина е основен фактор за качеството на получените пелети. Но от друга страна, прекалено ниското съдържание на влага в суровината също се отразява негативно на процеса на пресоване. Използването на суровина с влажност по-ниска от 8% не се препоръчва, тъй като такава суровина трудно се уплътнява по време на пресоването. В случаите, в които изходната суровина е с ниска влажност, се препоръчва предварително овлажняване на дървесината. Като овлажнител може да се използва вода или пара. При пресоването на твърди сортове дървесина като дъб, бук или на залежала и некачествена суровина се препоръчва овлажняването с гореща пара. При използването на меки сортове дървесина за подходящо се счита овлажняването с вода.

Получената отпадна дървесина може да бъде преработена и чрез пиролиза или газификация до получаването на газ и други продукти.


Top