Энергетические характеристики и состав биомассы древесных отходов - Энергетическое использование биомассы
В связи с тем, что Россия располагает свыше 25 % мировых запасов леса, занимается активной переработкой древесного материала, использование древесной биомассы становится достаточно актуальным. Она используется как возобновляемый источник при выработке энергии.
Лесами, из которых почти 80 % падает на долю хвойных, занято 2/5 территории страны. Основные запасы леса сосредоточены в Сибири и на Севере Европейской части страны. При рубке леса и обработке древесины весьма большую долю составляют его отходы (пни, ветви, горбыли, щепа, стружки, опилки и др.).
К категории древесного топлива относятся, кроме собственно деревьев, их растительные отходы (пни, сучья, ветви, вершинные части деревьев) и отпады (хвоя, листья, валежник, кора), также промышленные отходы (обрезки, щепа, стружка, опилки, деревянная тара и др.).
Органическая часть древесины и других растительных образований состоит в основном из углеводов и в меньшей степени из белков, жиров, восков и смол, входящих в состав растительных клеток или заполняющих межклеточное пространство растительной ткани. Основными компонентами углеводов являются целлюлоза (С6Н10О5)х, из которой построены стенки клеток, гемицеллюлоза, представляющая собой гидролизирующуюся часть целлюлозы, и лигнин - особое инкрустирующее вещество, заполняющее межклеточные промежутки (С9Н24О10). Содержание целлюлозы в органической части многоклеточных растений достигает 60 %, содержание лигнина 20...30 %(в зависимости от породы и возраста древесины). Растительная ткань пропитана водой, в которой растворены различные минеральные соли, образующие при сжигании древесины золу. Содержание солей в древесине обычно 1 %. Так, в сосновой древесине содержание минеральных солей составляет 0,21 %; в березовой - 0,29...0,38 %; в дубовой -0,37 %; в еловой - 0,22...0,37 %. Однако в коре, листьях (а также в стеблях однолетних растений) содержание минеральных примесей значительно больше и составляет: в еловой коре - 5,77 %, в буковой -8,84; ( в соломе - 3,3...7,2 %; в лузге - 2,31 %; в камыше - 7,4 %).
В табл. 9 приведены состав и некоторые характеристики древесной и растительной биомассы в сравнении с торфом.
Таблица 9
Состав и характеристики некоторых видов биомассы в сравнении с торфом
№ п/п |
Топливо |
Состав органической массы |
Wr, % |
Ar, % |
Vdaf, % |
Qri, кДж/кг | |||
Со,% |
Но, % |
Оо+Nо, % |
Ndaf, % | ||||||
1 |
Древесная биомасса |
0,3...0,5 | |||||||
1.1 |
Сосна |
50,2 |
6,0 |
43,8 |
-//- |
57,4 |
1,4 |
76...90 |
7120 |
1.2 |
Береза |
49,3 |
6,1 |
44,6 |
-//- |
50,4 |
2,1 |
-//- |
8140 |
1.3 |
Ольха |
49,0 |
6,3 |
44,8 |
-//- |
51,0 |
1,4 |
-//- |
7780 |
1.4 |
Осина |
48,8 |
6,1 |
45,1 |
-//- |
44,0 |
1,1 |
-//- |
9150 |
2 |
Растительная биомасса |
0,6...1,5 | |||||||
2.1 |
Солома |
44,9 |
5,4 |
49,7 |
0,67 |
8 |
5,0 |
78...86 (до 90 %) |
13120 |
2.2 |
Лузга подсолнечника |
51,7 |
6,3 |
42,0 |
0,7 |
15 |
2,0 |
-//- |
15500 |
2.3 |
Камыш |
- |
- |
- |
1,2 |
16 |
7,4 |
-//- |
14400 |
3 |
Торф |
2,5 |
70 | ||||||
3.1 |
Кусковой |
57,86 |
6,0 |
35,8 |
2,3 |
40,0 |
6,6 |
70 |
10170 |
3.2 |
Фрезерный |
57,75 |
6,1 |
35,9 |
2,1 |
50,0 |
5,5 |
70 |
8500 |
Структура сухой массы древесины, как подчеркивалось ранее, представляет собой совокупность ячеек, стенки которых образуются в основном из клетчатки, состоящей из целлюлозы (С6Н10О5)х, гемицеллюлозы и особого вещества-лигнина, являющихся сложными соединениями углерода, водорода и кислорода. В состав древесины, кроме того, входят в небольшом количестве смолы, жиры, воск, дубильные вещества и минеральные примеси. На состав минеральных примесей оказывает влияние также технология получения древесных отходов. Например, в отходах с мебельных фабрик, где в производстве используются разные клеи, имеется особенно повышенное содержание щелочей. При этом технология получения древесных отходов резко влияет не только на состав их минеральной части, но и на все их характеристики как энергетического топлива. Эти характеристики различны: для свежевырубленного леса; для опилок с лесопилок и для опилок с мебельного производства; для измельченной тары; для коры; для хвои и других видов древесной биомассы. Значительно отличаются характеристики древесной массы с годичным циклом, выращиваемой на специальных плантациях.
Сама природа древесины мало влияет на состав ее органической части. Состав органической массы древесины разных пород может характеризоваться следующими усредненными данными: Со = 50 %; Но = 6 %; Оо = 43 %, Nо = 0,43 %; Sо = 0 %; зольность сухой массы такой древесины Аd = 1...2 %; содержание влаги у растущего дерева W r = = 45...65 %, а при хранении на воздухе древесины в течение 1,5...2 лет ее влажность снижается до 18...20 %.
Так как состав органической массы древесины достаточно стабилен для разных пород (а величина зольности мала), на теплоту сгорания ее существенное влияние оказывает содержание влаги. При достаточно стабильной органической части ее теплота сгорания составляет 18,4 МДж/кг. Из этих соображений профессором К. В. Киршем предложена для определения теплоты сгорания рабочей массы формула
Qri = 18,4 - 0,209Wr, МДж/кг.
В целом, для древесной биомассы показательны следующие энергетические характеристики, оказывающие существенное влияние на ее поведение в технологическом цикле при производстве тепловой и электрической энергии.
- 1. Состав органической массы достаточно стабилен и составляет на сухую массу: содержание углерода Сd = 45...53 %, водорода Нd = = 5...6 %, кислорода Оd = 37...45 %, азота Nd = 0,3...1,2 %. 2. Теплота сгорания, в зависимости, главным образом, от влажности колеблется в пределах 7...15 МДж/кг. При среднем составе на горючую массу: Сdaf = 50 %; Нdaf = 6 %; Оdaf = 43 %; Ndaf = 1 % и при влажности W r = 42 % величина Qri = 2440 ккал/кг. 3. Высокая реакционная способность, определяемая величиной выхода летучих, составляет Vdaf = 80...90 % на горючую массу. 4. Высокая склонность к самовозгоранию, определяется величиной критерия взрываемости Кт 8. 5. Колебания влажности, в широком диапазоне, в зависимости от способа получения биомассы и условий ее хранения - от 8 до 60 % (в среднем 20...60 %) и в отдельных случаях до 80 %. 6. Высокая шлакуемость определяется спецификой минеральной части:
Џ высокое содержание щелочи, в основном в виде К2О (в среднем 8...10 %), в отдельных случаях до 25 %; при этом, хотя содержание Na2О в среднем составляет 0,3...2,2 %, для отдельных видов отходов мебельного производства Na2О может достигать 7...13 %;
Џ достаточно высокое содержание Fe2O3 (7...10 %), а для отдельных отходов мебельного производства величина Fe2O3 может достигать 22 %;
Џ хотя содержание оксида кальция умеренно ( в среднем СаО = 12...15 %), для отдельных отходов мебельного производства и деревянной тары содержание СаО + МgО может достигать 30...37 %;
Џ при низком, в среднем содержание хлора ( 0,04 %), для отдельных отходов мебельного производства достигает 1,2 %;
Џ низкие температуры плавкости золы как в восстановительной, так и окислительной среде (температура tс достигает 1180...1200 С);
Џ очень "короткие" шлаки (разность между температурами ta и tc достигает всего 30...40 С: ta = 1150 С величина tc = 1180 С).
- 7. Плотность древесной массы в 3...5 раз ниже плотности угля -(300...500 кг/м3) по сравнению с 1400 кг/м3 для угля. 8. Волокнистая структура материала, что вызывает определенные трудности при движении его по тракту (бункера, течки, питатели-дозаторы и др.). 9. Широкий диапазон изменения гранулометрического состава исходной древесной биомассы (опилки - до 8 мм; щепа - до 100 мм; кругляк, после расщепления, 5...35 мм и др.). 10. Весьма благоприятные экологические характеристики:
- - низкая зольность (на сухую массу - в среднем 2 %) - от 1,6 до 5,0 % (отдельные значения достигают 6 %); - низкое содержание серы (от полного отсутствия до 0,1 в среднем), достигая максимум 0,18 % на сухую массу; - ограниченное содержание азота - в среднем 0,25...1,0 %, достигая для отдельных видов отходов до 2...3 % на сухую массу; - способность не увеличивать в атмосфере содержание парникового углекислого газа от сжигания древесной биомассы.
Рассматривая возможные варианты энергетического использования древесной массы, следует иметь в виду, что по своим энергетическим характеристикам (несмотря на имеющиеся специфические особенности, которые необходимо учитывать при выборе технических решений по энергетическому использованию) наиболее близкими энергетическими топливами, уже освоенными для эффективного использования, являются лигниты, торф (фрезерный), землистые бурые (окисленные) угли и бурые угли марки Б1 (W r 40 %) 27...30.
Особенно это относится к фрезерному торфу. у которого основная масса имеет размер менее 3 мм (85 % всей массы). Содержание летучих в нем V daf = 70 %, влажность колеблется в пределах 48...52 % (достигает 60 %); зольность на сухую массу Ad = 7...14 %; среднее содержание элементов (на горючую массу: Сdaf = 57,8 %; Нdaf = 6 %; Sdaf = 0,3 %; Ndaf = 2,5 % Оdaf = 33,4; невысокую величину составляют температуры плавкости золы в полувосстановительной среде - температура начала деформации tА = 1070 С; температура размягчения tв = 1150 С; температура низкоплавкого состояния tс = 1200 С. Достаточно велика засоренность фрезерного торфа корнями, малоразложившимся торфом, кусками пней и дров (10 и более %) с размерами от 25 до 70 мм. Рабочая, теплотворная способность торфа зависит в основном от влажности (как и древесной биомассы) и может подсчитываться из выражения Qri 4800 - 54Wr, ккал/кг.
Похожие статьи
-
Общие энергетические характеристики биомассы Как показано, биомасса состоит из разных видов и групп в пределах каждого вида. В соответствии с природой...
-
Ресурсы биомассы в России, как энергетического топлива - Энергетическое использование биомассы
Основными ресурсными источниками растительной биомассы являются: древесина, отходы от ее заготовки и переработки, сельскохозяйственные отходы...
-
Основные источники биоэнергетического топлива - Энергетическое использование биомассы
Основные источники биоэнергетических энергоресурсов включают в себя: - отходы сельскохозяйственного производства; - органические отходы промышленности, в...
-
Отходы производства -- это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов химических соединений, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении...
-
В г. Кокшетау ежедневно происходит загрязнение твердыми бытовыми отходами, которые образуются в жилых зданиях, учебных заведениях, а также в других...
-
Введение - Энергетическое использование биомассы
В последние годы в мире возникла большая заинтересованность в использовании биомассы для выработки тепловой и электрической энергии, ее вовлечение в...
-
Состав, свойства и объем твердых бытовых отходов - Бытовые и производственные отходы
Морфологический состав. В состав ТБО входят следующие компоненты: бумага, картон 20--30%, пищевые отходы 28--45%, дерево 1,5--4%, металл черный...
-
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек....
-
Работа проведена на высокогорном стационаре "Малая Хатипара" в Тебердинском заповеднике. Реакцию растений на дефолиацию исследовали в условиях природных...
-
Ключевым классифицирующим признаком отходов является "происхождение отходов". В Законе Республики Беларусь "Об обращении с отходами" в статье 15...
-
Получение электроэнергии. Энергосодержащие отходы можно использовать сразу без какой-либо переработки в качестве топлива для двигателей или, переработав...
-
Характеристика отходов - Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности
По происхождению мусорные отходы подразделяются на: - промышленные отходы. Это различного рода твердые отходы, которые образуются а результате...
-
Принципиально возможно использование промышленных отходов в следующих основных направлениях: 1. Рекультивация ландшафтов, планировка территорий, отсыпка...
-
"Токсичные твердые промышленные отходы обезврежива-ют на специальных полигонах и сооружениях. Для предотвра-щения загрязнения почв и подземных вод отходы...
-
20-е столетие характеризовалось интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн....
-
Сброс отходов в море с целю захоронения - Глобальные проблемы человечества
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
Вермикуляция как способ утилизации органических отходов
В начале третьего тысячелетия как никогда ранее проявилось главное противоречие нашей эпохи: противоречие между потребностямиобщества в жизнеобеспечении...
-
Определение характеристик режима испытания ДВС - Экологическая экспертиза энергетических средств
До проведения испытания необходимо определить кривую крутящего момента при максимальной нагрузке для определения значений крут Ящего момента исследуемых...
-
Классификация отходов . Отходы различаются: По происхождению : отходы производства (промышленные отходы); отходы потребления (коммунально-бытовые); По...
-
Учреждение специального фонда, направленного на финансирование существующих проектов реконструкции и строительство новых водоочистных сооружений....
-
Образование отходов - одна из наиболее масштабных и сложных экологических проблем. Отходы являются побочным продуктом практически любой деятельности....
-
Характеристика твердых промышленных отходов - Бытовые и производственные отходы
С развитием горнодобывающей, металлургической и других отраслей промышленности на территории многих городов Украины стали размещаться отвалы вскрышных и...
-
Аннотация Утилизация биологический животноводство скотомогильник Рассмотрены способы утилизации биологических отходов животноводства. Выявлено, что...
-
22.06.2015 г. мы посетили Кузьминское водохранилище. Водохранилище располагается между Петербургским шоссе у въезда в г. Пушкин и поселком...
-
Образование и накопление твердых отходов - Амиак. Свойства, производство, сфера использования
Образование, накопление и переработка твердых опасных отходов - одна из острейших проблем российской химической отрасли. В 1995 году предприятия отрасли...
-
Среди серосодержащих техногенных эмиссий наиболее фитотоксична двуокись серы. Установлено, что SO2 является сильнодействующим ассимиляционным ядом. В...
-
Энергия биомассы - Возможности использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии
Понятие "биомасса" относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В...
-
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
Понятие отходов и обращения с отходами Все то, что добывается, производится и потребляется, рано или поздно превращается в отходы. Отходами называются...
-
Общая характеристика структуры и состава атмосферы Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует атмосфера ? газовая оболочка, защищающая живые...
-
Основные направления безотходной и малоотходной технологии - Переработка и использование отходов
"По мере развития современного производства с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало...
-
Вид отходов - сточные воды - Переработка и использование отходов
Как утверждает А. П. Акимова "суммарное годовое количество осадков сточных вод составляет 30--35 млн. м3 или в пересчете на су-хое вещество -- 3--3,5...
-
Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и...
-
Методы обезвреживания и переработки ТБО по конечной цели (направленности) делятся на ликвидационные (решают в основном санитарно-гигиенические задачи) и...
-
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное...
-
Методы утилизации и захоронения отходов - Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности
Методы и средства утилизации и ликвидации отходов зависят от их токсичности, физического и химического состава и объемов. Наиболее значительная по объему...
-
Перед началом расчета тонкослойных отстойников, которые работают по противоточной схеме (рис. 4.1), принимают: высоту яруса по вертикали hв, угол наклона...
-
Согласно ст. 14 Федерального закона "Об отходах производства и потребления", индивидуальные предприниматели и юридические лица, в процессе деятельности...
-
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
Основу нормативно-правовой базы обращения с отходами на федеральном уровне в России составляют: - Федеральный закон РФ № 7-ФЗ от 10.01.2003 г. "Об охране...
Энергетические характеристики и состав биомассы древесных отходов - Энергетическое использование биомассы