Производство гранул из соломы

 

1. Аналіз технології і технічних засобів виробництва енергії з                 відходів с/г діяльності.  

 

Альтернативними способами утилізації пожнивних  решток (соломи) є їх тюкування, брикетування, гранулювання та подальше використання в якості твердих біопалив. Ці альтернативи стали економічно доцільними у зв’язку з постійним зростанням вартості енергетичних ресурсів.

Тверде біопаливо  від традиційного відрізняється тим, що воно за своєю сутністю практично нейтральне щодо зростання парникового ефекту. Адже рослини, які вирощуються для його виробництва, забирають вуглець з атмосфери і виділяють кисень. Тобто, споживаючи біопаливо, можна призупинити глобальні зміни клімату. Тому з енергетичної, економічної й екологічної точок зору виробництво енергії з біомаси є актуальним напрямком розвитку аграрної сфери. солома – цінний агропромисловий ресурс, хоча до 20% біомаси доцільно цивілізовано використовувати на енергетичні потреби, без істотних наслідків для родючості ґрунтів

Біомаса – четверте за значенням паливо у світі, дає близько 2 млрд. т умовного палива на рік, що становить близько 14% загального споживання первинних енергоносіїв у світі. При цьому понад 70% поновлюваних джерел енергії походить з неї. Відбувається швидкий перехід до раціонального використання біомаси й, зокрема, соломи. Сьогодні до 20% соломи можна використати на енергетичні потреби без будь-яких істотних наслідків для родючості ґрунтів. Біоенергетика – це об‘єктивна реальність й нагальна потреба сьогодення!

Лідерами використання на енергетичні потреби соломи є Данія і Швеція,

 

 

 

активного розвитку цей  напрямок набуває у більшості  країн Центральної Європи. Як енергоресурси, біомасу широко використовують й  наші сусіди –

Польща, Угорщина, Словаччина, Чехія, Білорусь та країни Прибалтики. Щорічно в цих країнах утилізують від 5 до 20% виробленої соломи. Цей аграрний ресурс твердого біопалива може істотно поліпшити регіональні енергетичні потреби й на Україні. З кожного енергетичного гектара можна використати близько 2-3 тони соломи, що є еквівалентом 1 тони кам’яного вугілля. Навіть при використанні 10% посівних площ на енергетичні потреби в нашій країні можна одержати щорічно 6-9 млн. тонн соломи для локального енергетичного використання.

Визначальна особливість  біомаси, при розвитку нової енергетичної галузі в АПК, полягає в тому, що її недоцільно транспортувати на відстань понад 50 км. Тому переробку біомаси (соломи зернових культур, стебел кукурудзи та соняшнику, гілок плодових дерев і лози винограду, відходів переробки очерету) слід вести недалеко від полів й інших угідь, на яких її виростили.     

Енергетичний гектар без власної переробної галузі виявляється  неможливим. При цьому важливими елементами технічного забезпечення відповідних технологій є:

• комплекси машин для вирощування й збирання біомаси,
• сховища і обладнання для зберігання біомаси;
• теплотехнічне обладнання для спалювання біомаси;

• системи контролю і керування технологічними процесами на всіх етапах виробництва і застосування біопалива.

Сільськогосподарська  біомаса, що використовується як паливо, має ряд  особливостей, які відрізняють її від традиційних енергоресурсів, що застосовуються для опалення. Найбільш важливою паливно-технологічною характеристикою біомаси, що використовують як тверде біопаливо, є її теплотворна здатність, яка залежить від багатьох чинників: генетичних особливостей енергетичних рослин, впливу навколишнього середовища, умов зберігання, вологості тощо. У таблиці 1 наведено середню теплотворну здатність сільськогосподарської енергетичної сировини (що раніше відносили до відходів агропромислового виробництва) при абсолютній її вологості на рівні 20%.

 

Таблиця 1.1 – Середня теплотворна здатність енергетичної сировини

Назва енергетичної сировини	Теплотворна здатність, МДж/кг
Солома зернових культур	10,5
Стебла кукурудзи	12,5
Гілки плодових дерев	10,5
Стебла соняшника	12,5
Виноградна лоза	14,2

 

Спалюванню соломи в  печах передує збирання, при необхідності, висушування та зберігання сировини. Важливою характеристикою даної  біомаси є її щільність. Звичайно, сухі біологічні матеріали мають щільність у 3–4 рази нижчу, ніж вугілля. Важливим чинником якості твердого біопалива є технологія приготування біомаси до спалювання. (табл. 2).

 

Таблиця 1.2 - Характеристика енергомісткості соломи в залежності від технологій її приготування до спалювання

Солома як біопаливо	Об’ємна маса, кг/м3	Питомий об’єм, м3/ т	Питома енергомісткість, MВт/м3
Солома: насипна подрібнена (січка) прямокутні тюки круглі тюки в’язанки  брикети, гранули	20-50 40-60 70-130 60-90 50-110 300-450	20-50 16-25 7,7-14 11-16 9-20 2,2-3,3	0,7-0,16 0,13-0,19 0,23-0,43 0,19-0,29 0,16-0,36 0,99-1,48

 

Солому спалюють у вигляді брикетів, пресованих рулонів  круглого чи тюків прямокутного перерізу, в подрібненому, брикетованому чи гранульованому вигляді. Водночас, заготівля соломи найбільш ефективно здійснюється зі застосуванням пресування в рулони або тюки (рис. 1). Застосування фіксації форми рулонів сіткою полегшує їх енергетичне  використання.

 

 

Рис. 1.1 – Рулонний прес-підбирач (а) та  рулон соломи (б) , що зафіксований сіткою

 

У звязку з тим, що рулони та  великогабаритні  тюки соломи важать 200 до 420 кг, їх вантажать  та транспортують із застосуванням  спеціальних механізмів. Навантажувачі  є важливим елементом технології заготівлі та зберігання біомаси для енергетичного застосування.

Особливу увагу слід звертати на вибір технологій й обладнання для  енергетичного використання твердої  біомаси, які визначають величину капітальних  витрат. Для виготовлення і використання різних видів твердого біопалива з соломи в Національному аграрному університеті спільно з профільними проектно-конструкторськими організаціями і заводами-виготовлювачами розроблені промислові технології брикетування й гранулювання соломи без додаткових в’яжучих матеріалів.

Гранульоване біопаливо з біомаси (рис. 2а) – одне з найбільш придатних до автоматизованого процесу спалювання. Його зберігають у спеціальних бункерах, з яких транспортують безпосередньо до енергетичної установки. Весь процес переміщення гранул можна здійснювати без застосування ручної праці.

Солому спалюють у  вигляді брикетів (рис. 2г), пресованих рулонів круглого чи тюків прямокутного перерізу або в подрібненому вигляді.

В Україні розроблено технології збирання й переробки біомаси. В яких використовуються спеціалізовані установки з гранулювання (рис. 2б) й брикетування (рис. 2д) біомаси, зокрема соломи.

 

а) паливні гранули	б) лінія для виробництва  паливних гранул	в) котел водогрійний  автоматичний
г) паливні брикети	д) лінія для виробництва  паливних брикетів	е) котел водогрійний  піролізний

 

Рис.1.2 – Виробництво та використання твердого біопалива

Для фермерських господарств в НАУ пропонують лінію гранулювання біомаси ЕСО-ВІО-100, яка призначена для виробництва: паливних гранул з деревної тирси, подрібненої соломи, сіна та іншої біомаси для енергетичного використання; гранульованих комбікормів; а також гранул з хмелю, лікарських рослин тощо. Її технічну характеристику наведено в таблиці 3.

 

 

Таблиця 1.3 – Характеристика лінії гранулювання біомаси

Діаметр гранули, мм	6 або 8
Довжина гранули, мм	8-15
Насипна щільність гранул, кг/м3	600 - 750
Діаметр матриці, мм	200
Продуктивність  роботи при гранулюванні, кг/год: • деревної тирси • рослинної  біомаси (соломи, сіна тощо)	до 100 до 150
Потужність  електричних двигунів загальна, кВт	8,85
Висота, мм	2230
Вага, кг	310

Вимоги до сировини при гранулюванні наступні: розмір подрібненої маси - 3,0-3,5 мм; вологість деревної тирси-до 12%, а тирси з соломи, сіна і  т.п. - до 14%. Паливні гранули - це „зелене  вугілля”, яке за теплотою згорання відповідає кам'яному. Лінія ЕСО-ВІО-100 дозволяє виробити (рис.2)  від 2 до 5 тонн „зеленого вугілля” з одного гектару зернових або олійних культур (наприклад, з соломи ріпаку).

Рис. 1.3 – Технологічна схема лінії гранулювання біомаси ЕСО-ВІО-100 

Вартість одержаних з 1-го гектару  орних земель України паливних гранул співмірна з вартістю зібраного  на ньому продовольчого зерна.

 

Також для фермерів в НАУ пропонують лінію брикетування біомаси BIOMASSER, яка призначена для виробництва паливних брикетів з соломи та іншої енергетичної сировини (рис. 4).

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.4 – Технологічна схема лінії брикетування біомаси

 

Таблиця 1.4 - Технічна характеристика лінії брикетування соломи

Діаметр брикетів, мм	70
Довжина брикетів, мм	До 150
Насипна щільність гранул, кг/м3	400-500
Продуктивність роботи при брикетуванні, кг/год:	40-85
Потужність електричних  двигунів загальна, кВт	4,2
Висота, мм	1450
Вага, кг	240

Перед брикетуванням  солому (іншу біомасу) подрібнюють. З подрібнювача січку подають до бункеру брикетувальника. В результаті отримуємо дешеве тверде біопаливо, яке має теплоту згорання 16,5-17,5 МДж/кг. Паливні брикети з соломи і гранули з біомаси ефективно заміняють дрова, кам’яне вугілля і, навіть, природний газ в побутових водогрійних котлах (таблиця 5).

 

 

 

 

 

Таблиця 1.5 – Порівняльна характеристика загальних витрат на опалення приміщення площею 360 м³

Вид палива	Теплотворна здатність, МДж/кг	Вартість палива	Тип котла	ККД котла, %	Річна витрата палива при споживанні 120 ГДж	Загальні витрати за сезон, грн
Дрова	15 МДж/кг	300 грн/м3	Класичний котел	65	12,3 т	8123
Брикети із соломи	16,5–17,5 МДж/кг	400 грн/т	Піролізний котел	85	8 т	3227
Гранули із деревної тирси	18-21 МДж/кг	600 грн/т	Котел-автомат	85	7,85 т	4705
Вугілля	21–28 МДж/кг	700 грн/т	Класичний котел	65	7,69 т	5384
Природний газ	36 МДж/м3	1000 грн/тис.м3	Класичний газовий котел	90	3703 тис. м3	3703