Существующие направления использования соломы

 

Сжигание в поле. Сжигание соломы в поле является наиболее простым и радикальным способом избавления от нее. Практическая польза от такого способа избавления низкая, при этом создается неблагоприятная экологическая обстановка в районе (задымленность).[14]

Использование для подстилки скоту. В результате такого направления получается прекрасный навоз, который с успехом используется в хозяйстве. Однако потребный объем соломы, который требуется на подстилку в два-три раза ниже объемов ее образования в хозяйстве, специализированном на выращивании зерновых.

Запахивание в почву. Этот способ утилизации соломы, с точки зрения поддержания в почве необходимого объема гумуса, является наиболее целесообразным. Для этой цели зерноуборочные комбайны снабжаются соломорезкой, в результате чего измельченная солома разбрасывается по полю, затем запахивается. Сбор соломы и ее использование в энергетических целях влияют на состояние почвы. Вместе с соломой из почвы удаляются питательные вещества и такие необходимые элементы, как Са, Mg, К, N. В результате этого замедляется рост следующих поколений растений, а во-вторых, усиливается опасность кислования почвы. Решаются указанные проблемы внесением удобрений, возвратом золы и известкованием почвы. На сегодняшний день проблема обеднения почв за счет энергетического использования соломы рассматривается как решаемая, однако требует дальнейшего всестороннего изучения.[15]

Использование соломы как топлива. Солому достаточно сложно использовать для сжигания в целях получения тепла. Это связано с неоднородностью соломы, малым объемным энергосодержанием, достаточно низкой температурой плавления золы. Объемы соломы и угля, равные по энергосодержанию, различаются примерно в 10-20 раз. В последнее время в Европе появились новые технические решения, которые позволяют использовать солому в качестве топлива. Применительно к соломе используется прямое сжигание (наиболее изучено и коммерчески развито), газификация (находится на демонстрационном уровне развития) и пиролиз (находится на исследовательском уровне развития). В настоящее время мировым лидером в использовании соломы в энергетических целях является Дания (8000 фермерских установок, 62 тепловые станции, 9 станций КТЭ) (рис.1.7.).[16]

Рис.1.7. Баланс использования соломы в Дании.

 

С целью получения тепловой энергии, солома используются в Австрии (несколько фермерских установок, 5 тепловых станций) и в Швеции (около 70 фермерских установок и 5 тепловых станций, применяющих солому в качестве дополнительного сырья). В Финляндии и Франции находятся по одной тепловой станции и несколько фермерских котлов, использующих солому, мощностью менее 1МВт. В Китае предполагается строительство первой ТЭЦ, работающей на соломе. Общие капиталовложения составят 34 млн. долл. Электростанция будет оборудована закупленным в Дании генератором, в качестве топлива использующим солому. Ее ввод в эксплуатацию обеспечит сжигание 200 тыс. тонн соломы в год, а годовая выработка электроэнергии составит 120 млн. кВт∙час, при этом ежегодно будет сэкономлено 160 тыс. тонн угля. В Польше эксплуатировалось 10 станций централизованного теплоснабжения, оснащенных соломосжигающими котлами мощностью 1-10 МВт, и 75 малых и средних соломосжигающих агрегатов мощностью от 30 до 500 кВт. Причем первый котел в Польше появился только в 1994 году, а сейчас на польском рынке работает около 10 производителей и поставщиков соломосжигающих установок. В Молдавии на соломенное отопление в порядке эксперимента, переводятся шесть сельских школ в различных районах республики. В одном из сельских лицеев при пользовании старого котла с КПД 40-50%, расходовали одну тонну угля в день, и он отапливался только в дневное время. Сейчас там расходуют так же одну тонну соломы в день и топят круглосуточно. В целом по миру солома является пока невостребованным топливным ресурсом и в отдельных странах начинается проявляться к ней практический интерес.[17]

1.4.3. Солома как сырье: форма, стоимость

 

Пока на текущий момент времени солома не является товарным продуктом, имеющим свою цену. Каждое хозяйство по своему усмотрению распоряжается образующейся на полях соломой. В Западной Европе солому хранят в тюках, сформированных пресс-подборщиками. Наибольшее распространение получили цилиндрические и прямоугольные типы тюков:

1) прямоугольные небольшие брикеты массой 10-15 кг; используются в небольших фермерских котлах;

2) цилиндрические брикеты диаметром 1,5 м, высотой 1,2 м, массой 200-300 кг; используются в фермерских котлах;

3) прямоугольные брикеты среднего размера 0,8х0,8х1,7 м, массой 150 кг; используются в крупных фермерских котлах;

4) прямоугольные крупные брикеты (брикеты "Хесстона") размером 1,2х1,3х2,4 м, массой 450 кг; используются на тепловых станциях.

Хранение соломы может осуществляться различными способами. По степени удешевления стоимости хранения они располагаются следующим образом: хранение соломы в амбарах, в «голландских» амбарах (представляют собой крышу и опоры), под брезентом, под пластиком, под открытым небом. Способ хранения влияет на качество соломы. При хранении в стогах под открытым небом около 10% соломы становится непригодной для энергетического использования. Хранение в «голландском» амбаре также может привести к ухудшению качества соломы, поскольку влажность наружного слоя толщиной 0,5 м при этом возрастает до 20‑25%.[18]

Когда солома начинает рассматриваться как энергоресурс, она получает собственную цену. На первом этапе в процессе уборки комбайн оставляет за собой полосу соломы. Для получения брикетов за ним должен идти трактор, оснащенный пресс-подборщиком. В расчетах цена тонны соломы принимается равной 160 рублям на поле (без учета затрат на транспортировку до котельной).

Гранулирование соломы позволяет значительно повысить эффективность ее транспортировки, хранения, а также использования в автоматических котельных установках.[19]

 

Древесные отходы

 

Древесные отходы – это экологически чистый вид топлива. К ним относятся: кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства: отходы кукурузы, отходы крупяного производства, лузга подсолнечника и т.д.[20]

В результате работы деревообрабатывающих предприятий в Российской Федерации ежегодно образуется порядка 70 млн. тонн отходов деревообработки, основная часть которых, как правило, остается невостребованной, усугубляя пожарную безопасность и экологическую обстановку в местах расположения предприятий. Между тем отходы можно и нужно рационально использовать.[21]

Наиболее эффективное использование древесных отходов в качестве топлива для отопительных и производственных котельных. При росте цен на ископаемые топлива, древесные отходы становятся альтернативным топливом, снижающим расходы на производство тепловой энергии. К тому же это возобновляемый источник энергии, при производстве которой происходит минимальное воздействие на атмосферу.

В большинстве европейских стран реализовываются программы по переводу энергетики на использование альтернативных видов топлив. Наиболее актуальным в данном аспекте видится использование биотоплив, и в частности древесины, как основного вида возобновляемых энергетических источников. Его использование позволяет снизить экологически вредные выбросы процесса сжигания, так как выделяющийся при сгорании древесного топлива углекислый газ повторно используется в процессе прироста биомассы. Одной из важнейших задач развития энергетики России также, является частичная замена ископаемого топлива на возобновляемые биотоплива, что в свете Киотского протокола и квот на выбросы углекислого газа выглядит весьма целесообразным.

Лесные отходы являются наиболее легкодоступным, не требующим больших затрат на добычу и на специальные технические разработки источником энергии. Известно, что от 20 до 50% леса, поступающего на лесопилки, теряется в виде опилок, обрезков и коры, которые могут быть использованы в качестве топлива. Сжигание их в котлах сможет обеспечить серьезную экономию средств для предприятий лесозаготовительной отрасли. Кроме того, древесные отходы могут быть получены при экологическом прореживании лесов для улучшения лесостоя. Существует большое разнообразие видов отходов древесины, соответственно различаются и свойства этих отходов (таблица 1.5.).[22]

 

Характеристика древесных отходов.

Таблица 1.5.

Вид древесных отходов	Теплота сгорания, МДж/кг
Опилки	15,5
Кора	8,8
Отходы распила	10,5
Отходы тары	10,5
Сучья	8,4
Малоценовая древесина (валежник, обломки)	8,4
Пни	9,6
Обрезки фанеры, шпона	11,7
Сумма	Q^ri ср = 10,55

 

Общие свойства древесины

 

Характеристики и свойства древесины, используемой как топливо, варьируются в широких пределах в зависимости от вида древесины и типа предварительной обработки. Например, влажность топлива, подаваемого в топку, может составлять от 25 до 55 вес.% (на рабочую массу) (кора, отходы лесопильного производства) или менее 10 вес.% (брикеты, отходы обработки сухой древесины).

Топливные свойства древесины определяются рядом характеристик. Среди них теплота сгорания, химический состав (например, содержание таких элементов, как хлор, углерод, азот, водород и сера), влажность, твердость, количество летучих веществ, количество твердого углерода, содержание и состав золы, характеристики плавления и ошлакования золы, количество загрязняющих веществ, пыли, спор грибов. Топливную древесную щепу часто производят из различных пород деревьев с разным соотношением стволовой древесины, коры, листвы, ветвей, почек и даже шишек, содержание которых изменяет свойства топлива.[23]

 

Состав древесины

 

Основными компонентами клеток древесины являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, которые составляют 99% массы древесного материала. Целлюлозу и гемицеллюлозу образуют длинные цепи углеводородов (таких, как глюкоза), лигнин же является осложненным компонентом полимерных фенольных смол. Лигнин тесно связан с гемицеллюлозой, поскольку он действует как склеивающий агент, склеивая пучки цепей целлюлозы и растительные ткани. Таким образом, лигнин придает растению механическую прочность. Он богат углеродом и водородом, которые являются основными элементами производства теплоты. Поэтому лигнин обладает более высокой теплотворной способностью по сравнению с углеводородами. Древесина и кора также содержат так называемые экстрактивные вещества, такие как терпены, жиры и фенолы. Многие из них растворимы в органических соединениях (гексане, ацетоне, этаноле) и горячей воде. Древесина содержит относительно малое количество экстрактивных веществ по сравнению с корой и листвой (рис.1.8.).[24]

Рис.1.8. Среднее содержание химических веществ в древесных видах топлива.