Сравнительная характеристика видов топлива

Вид топлива Теплота сгорания, МДж/кг % серы % золы Углекислый газ, кг/ГДж
Каменный уголь 15 — 25 1—3 10 — 35
Двигательное топливо 42,5 0,2
Мазут 1,2 1,5
Щепа древесная
Гранулы древесные 17,5 0,1
Гранулы торфяные
Гранулы из соломы 14,5 0,2
Природный газ 35 – 38 Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru

В настоящее время в России пока не разработаны стандарты на древесные топливные гранулы, которые бы регламентировали физико-геометрические и химические характеристики готового продукта, однако в Германии такой стандарт уже существует: DIN 51731 “Требования к изделиям, получаемым в результате прессования из натуральной древесины”, подобия которого имеются и в некоторых других европейских странах (Табл.5) [46].

Таблица 5

Нормы качества для древесных топливных гранул

Параметр Германия DIN 51731 Австрия O-Norm 7135 Германия DIN plus Швеция SS 187120
Диаметр, мм 4—10 4—10    
Длина, мм < 50 < 5*d < 5*d < 5*d
Плотность, Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru >1,0—1,04 >1,12 >1,12 нет
Влажность, % < 12 < 10 < 10 < 10
Насыпная масса, Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru
Брикетная пыль, % нет < 2,3 < 2,3 нет
Зольность, % < 1,5 < 0,5 < 0,5 < 1,5
Теплота сгорания, мДж/кг 17,5—19,5
Содержание серы, % 0,08 0,04 0,04 0,08
Содержание азота, % 0,3 0,3 0,3 нет
Содержание хлора, % < 0,03 < 0,02 < 0,02 < 0,03
Мышьяк, мг/кг. < 0,08 нет < 0,08 нет
Свинец, мг/кг. < 10 нет < 10  
Кадмий мг/кг. < 0,5 нет < 0,5 нет
Хром, мг/кг. < 8 нет < 8 нет
Медь, мг/кг. < 5 нет < 5 нет
Ртуть, мг/кг. < 1,5 нет < 1,5 нет
Цинк, мг/кг. < 100 нет < 100 нет
Связующие материалы, % нет < 12 < 2 нет

Пеллетные котлы.Наиболее эффективное сжигание древесных топливных гранул обеспечивается путем использования специальных пеллетных котлов, характеризующихся большими значениями КПД – 85-95%. Несмотря на разные типы, все они имеют высокий уровень автоматизации и обеспечивают поддержание заданной температуры.

Мощность бытовых пеллетных котлов составляет от 15 до 100 кВт, а промышленных - до 1200 кВт. Затраты на приобретение и установку оборудования окупаются в первые 1-2 года [47].

Стоимость пеллет.Отпускная цена на древесные гранулы колеблется в районе €130-220 за тонну. Она зависит от региона, доступности и сезона, как и у других видов топлива, но так как упаковки с пеллетами легко складируются и хранятся, намного выгоднее пользоваться преимуществами сезонного снижения цен и закупать их заранее [48].

Биогаз

Биогаз представляет собой конечный продукт процесса разложения органических веществ в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях. Его образование можно разделить на четыре взаимосвязанных стадии:

1. Гидролизная фаза, во время протекания которой нерастворимые сложные органические вещества (протеины, жиры и углеводы) распадаются на более простые растворимые составляющие (например, аминокислоты, глюкоза, жировые кислоты);

2. Кислотообразующая фаза с выделением летучих жирных кислот (уксусной, пропионовой, масляной), спиртов, альдегидов, водорода, диоксид углерода, а также таких газов, как аммиак и сероводород;

3. Ацетогенная фаза превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов под воздействием ацетогенных бактерий в уксусную кислоту, диссоциирующую на анион ацетата и катион водорода;

4. Метаногенез – стадия образования метана из уксусной кислоты Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru , а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru [49].

Таким образом, в процессе анаэробного сбраживания субстрата выделяется горючая газовая смесь - биогаз, преимущественными компонентами которого являются метан и оксид углерода (IV): 65-70% Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru и 25-30% Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru по объему. Кроме того, в небольших количествах могут присутствовать и другие составляющие: оксид углерода (II), кислород, водород, аммиак, сероводород и различные углеводороды.

В связи с достаточно высоким содержанием метана, биогаз можно рассматривать в качестве топлива, применение 1 Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru которого при КПД 100% эквивалентно экономии 0,714 т.у.т., а полезная теплота сгорания, как правило, не ниже 20 Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru .

Метантенк.Процесс декомпозиции органических веществ с образованием биогаза осуществляется в специальных емкостных сооружениях – метантенках, представляющих собой цилиндрические, прямоугольные, шаро- и яйцеобразные герметические резервуары с подвижным (плавающим) и неподвижным перекрытием.

Наибольшее распространение в отечественной практике получили метантенки из железобетона с коническим днищем и неподвижным сферическим перекрытием (Рис.24).

Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru

Рис.24.Метантенк с неподвижным перекрытием: 1 – смотровой люк; 2 – газопровод; 3 – пропеллерная мешалка; 4 – переливная труба; 5 – трубопровод для загрузки субстрата; 6 – инжектор для подогрева метантенка; 7 – трубопровод для выгрузки сброженного субстрата.

Сверху в метантенк по трубопроводу поступает субстрат, который для ускорения процесса брожения подогревают и перемешивают. Подогрев производят обычно путем ввода в камеру перегретого пара или посредством змеевиков, по которым циркулирует горячая вода, а перемешивание – при помощи насосов, эжекторов, забирающих субстрат из нижней части камеры и подающих его в верхнюю гидроэлеваторами совместно с насосами, или специальных мешалок.

Получающийся в результате биогаз собирается в газовом колпаке, расположенном в верхней части газонепроницаемого перекрытия, откуда по газопроводу отводится для использования; сброженный субстрат удаляется из нижней части метантенка по трубе [50].

Процесс разложения биоматериала можно проводить в двух температурных режимах: мезофильном – при 30-35 Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru и термофильном – при 50-55 Сравнительная характеристика видов топлива - student2.ru .

Новые технологии.В настоящее время существенный прорыв в области биоэнергетики сделали американские исследователи, которым удалось объединить технологии производства биотоплива и очистки воды путем отбора пригодных для этого разновидностей простейших водорослей.

Водоросли, словно мини-заводы, способны вырабатывать липиды (жироподобные вещества), потребляя фосфаты и азотсодержащие вещества. Однако такое под силу не всем видам этих растений и бактерий, и не все производят липиды должного качества, которые пригодны для превращения в топливо. Эрик Лэннан, инженер из Рочестерского технологического института (RIT) совместно с коллегами выявил три рода наиболее подходящих для этих целей одноклеточных водорослей — Scenedesmus, Chlorella и Chlamydomonas. Эти уникальные организмы могут служить поставщиками биотоплива, используя в качестве питательной среды сточные воды.

Опыты, проводимые в лабораторных условиях, показали, что микроорганизмы уже в первые три дня поглотили из сточных вод 99% всего аммиака, 88% нитратов и 99% фосфатов с выделением основы для топлива. Проблема только в том, что для их работы необходим определённый температурный баланс, поскольку при сильной жаре водорослям приходится тратить силы на защиту от солнечных лучей [51].

Наши рекомендации