Альтернативное топливо

Остроумное замечание великого ученого Д.И. Менделеева, что топить печь углем, нефтью, газом да и древесиной — все равно что топить ассигнациями, стало не только крылатым, но и провидческим. К сожалению, эта формула справедлива до сих пор: природное топливо по-прежнему сжигается для получения тепла и кардинальных изменений в существующих технологиях пока не предвидится. И все же надежда на улучшение положения есть.

Поиски нетрадиционных (альтернативных) источников возобновляемой энергии осуществлялись всегда, неоднократно предпринимались попытки расширить и использование различных видов биотоплива. Тем паче один из них в буквальном смысле слова лежал под ногами. Лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия многие десятки лет не знали, как освободиться от отходов производства, куда деть опилки, щепу и прочие древесные остатки, не находившие применения.

Неоднократные попытки по масштабному использованию опилок и щепы для получения тепла предпринимались достаточно давно, но без особых успехов. Этот вид топлива оказывался сравнительно эффективным лишь при сжигании в крупных тепловых установках мощностью более 2 МВт. Для увеличения выделяющегося при горении тепла свежие опилки и щепу перед употреблением необходимо предварительно просушить (при этом их влажность уменьшается до 10%). Кроме того, у людей, работающих с таким «живым» топливом, могут возникать аллергические реакции, известные как «болезнь древесной щепы». В связи с этим в последнее время древесные опилки и щепа чаще всего служат сырьем для изготовления топливных гранул и брикетов. Это уже полученный в результате глубокой переработки и гораздо более экологически совершенный вид топлива.

Топливные брикеты

В Европе и Северной Америке топливные брикеты в ходу уже давно. Правда, сначала их делали с добавлением парафина. У таких брикетов масса достоинств и всего один недостаток: они легко разжигаются, оставляют мало пепла и почти не дымят, но вот только тепла дают примерно в 4 раза меньше, чем обычные дрова. Именно поэтому сейчас вместо них производят топливные брикеты из прессованных измельченных древесных остатков без каких бы то ни было синтетических связующих, которые уже пригодны не только для сжигания в печах и каминах, но и в промышленных энергетических установках. Выпуск подобных топливных брикетов теперь освоен и российскими производителями.

Для автоматизированного производства топливных брикетов из древесных отходов необходимы пресс, сушилка (если влажность исходного сырья превышает 20%), оборудование для сортировки и измельчения древесины, а также бункеры и транспортные устройства. Полученные топливные брикеты различной формы (в виде цилиндров, брусков или кубиков с отверстием посередине) могут иметь разную плотность (750–1100 кг/м3) и массу. Общими показателями качества для них являются ровное и эффективное горение (достигается благодаря наличию центрального отверстия в брикете), высокая теплотворная способность в интервале 14,5–24,0 МДж/кг и практически полное сгорание (с образованием золы не более 0,5% от веса). Кроме того, для топливных брикетов характерно малое дымообразование. В отличие от обычных дров они не искрят, не «стреляют», да и горят примерно в 2 раза дольше. Так как топливные брикеты изготавливаются из перемолотых древесных отходов без каких-либо химических добавок и склеивающих веществ, то они оказываются экологически чистыми и никаких вредных веществ при горении не выделяют.

Может показаться странным, что теплотворная способность топливного брикета в 1,5–2 раза больше того же показателя обычной древесины. Однако никаких чудес здесь нет. Это различие связано с тем, что при сжигании дров большое количество тепла тратится на испарение содержащейся в них воды. Ведь обычно влажность дров составляет 18–20%, в то время как у топливных брикетов этот параметр не превышает 7–8%. Брикеты в первую очередь предназначены для сжигания в каминах и изразцовых печах частных домов. Могут они использоваться и в отопительных котлах, при этом топливные брикеты цилиндрической формы удобны при автоматизированной подаче их в топку транспортерами, бруски в основном приходятся кстати в небольших установках с ручной загрузкой. Специалисты считают, что топливные брикеты являются идеальным альтернативным топливом для старых угольных и дровяных котельных, способствуя повышению их КПД. Несомненную пользу приносит изготовление топливных брикетов и окружающей среде. Брикетирование снижает на нее нагрузку, экономит природные ресурсы, в 7–8 раз уменьшает объем перевозимых отходов, повышает эффективность транспортных операций.

Гранулированные опилки

Большой популярностью на Западе пользуется второй вид прессованного древесного топлива — гранулы или пеллеты. Впервые они появились в продаже около 30 лет назад в США, которые до сих пор занимают лидирующие позиции в выпуске пеллет. По объемам производства за ними следуют Швеция, Австрия, Финляндия. У нас тоже есть несколько предприятий, занимающихся изготовлением гранулированного биотоплива.

Идеальным сырьем для производства пеллет является или стружка, остающаяся на мебельных фабриках, или опилки с влажностью до 12%. Для индивидуального употребления наиболее привлекательны гранулы высокого качества, полученные из остатков древесины хвойных пород дерева, которые при необходимости измельчаются, а затем прессуются с уменьшением объема в 7 раз. Удельный вес материала гранул и насыпной фракции равен соответственно 1700 и 700–800 кг/м3. Гранулы этого типа относят к гранулам первого класса. Их цена достаточно высока.

Пеллеты более низкого качества нередко называют промышленными. В их состав может входить кора, хотя ее присутствие в гранулах нежелательно. Еще одна особенность таких пеллет — образование после сгорания некоторого количества шлаков, чего не происходит в случае пеллет первого класса. Стоимость промышленных гранул составляет примерно 75–100 евро за тонну, что намного дешевле гранул первого класса.

Прошедшие цикл термической обработки брикеты и пеллеты в отличие от свежих опилок и щепы уже неопасны для здоровья человека и поэтому могут храниться гораздо ближе к жилью. Отметим еще одно качество пеллет, которое сулит им большое будущее. Серьезнейшей проблемой эксплуатации твердотопливных котлов всегда являлась сложность автоматизации процесса загрузки в них топлива и необходимость присутствия при этом оператора. Однако в случае гранулированного топлива эта технологическая операция может быть легко выполнена шнековыми или пневматическими загрузчиками без всякого участия человека.

Альтернативное топливо

Кора хвойных деревьев, являющаяся одним из видов биотоплива, в нашей стране для получения тепловой энергии практически не используется. А вот в Финляндии еще в 2001 году на больших установках, работающих на древесном топливе, около 63% из 23 ГВт•ч произведенной энергии было выработано за счет сжигания коры, цена которой составляет примерно 4,2 евро за один насыпной кубометр.

По химической теории биотопливо включает в себя углерод, кислород и водород в примерной пропорции 50, 6 и 44% соответственно. С технологической точки зрения биотопливо состоит из сгораемой части, воды и золы (несгораемые минеральные примеси). Топливо биологического происхождения — это дрова, щепа, опилки, гранулы, брикеты, древесная пудра, торф, отходы сельского хозяйства и животноводства (солома, шелуха от зерен, навоз, помет, биогаз). То есть сжигаемая биомасса может представлять собой как сырье, так и облагороженную субстанцию, полученную переработкой исходных материалов.

Не находя широкого применения в качестве энергоносителя для отопительных установок, высушенная и расфасованная ольховая, дубовая и осиновая щепа оказывается хорошим топливом для мангалов, жаровен, коптилен, гриль-печей.

Для каминов, мангалов и жаровен более предпочтительны изготовленные по специальной технологии брикеты из древесного, чаще всего березового, угля, которые горят примерно в 3 раза дольше исходного материала.

Древесина лиственных пород в процессе роста впитывает в себя все вещества, поступающие из почвы. В результате она по сравнению с древесиной хвойных пород содержит существенно больше тяжелых металлов и иных элементов, оказывающих вредное воздействие как на отопительную установку, так и на окружающую среду. Поэтому древесина хвойных пород лучше подходит для сжигания в отопительных установках любой мощности. Но не стоит забывать, что и в ее состав входят вещества, способные образовывать при сгорании шлаки.

Торф, образующийся в процессе неполного разложения болотных растений в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа воздуха, имеет примерно такую же энергетическую ценность, как и топливо из древесной массы. В последнее время его применяют все активнее. В некоторых европейских странах торф даже стали сжигать в отопительных котлах систем централизованного теплоснабжения. Торфяные брикеты имеют меньшую влажность и более высокую теплоотдачу, чем исходное сырье. Определенные сложности в использовании торфа связаны с большим, чем у других видов биотоплива, содержанием золы и шлаков, а также его способностью к самовоспламенению. В этой связи для предотвращения возможного распространения огня требуется его хранить в контейнерах с огнеупорными стенками.

Топливные брикеты можно делать не только из древесных отходов, но также и угольной пыли. Спрессованные из нее брикеты сгорают полностью и при этом не дымят, как уголь. Их удельная теплота сгорания достигает 25 МДж/кг, а зольность не превышает 20%. При широкой практике сжигания в топках угольных брикетов могут быть утилизированы сотни тысяч тонн отходов, скопившихся за сто лет активной добычи угля в нашей стране.

Топливные брикеты по своей энергетической ценности превосходят дрова, торф и лишь немного уступают углю. Специалисты подсчитали, что при сжигании 1 кг брикета выделяется от 14,5 до 24,0 МДж тепла, в то время как такое же количество торфа дает примерно 10–15 МДж, дров — 8–11МДж, а каменного угля — 30–36 МДж.