В России насущной необходимостью является, прежде всего, использование отходов ЛПК на небольших по мощности установках. В основном требуется перевести имеющиеся небольшие котлы, сжигающие дорогостоящее топливо (газ, мазут), на сжигание коры, стружек, щепы, опилок; а также создание новых котлов и энергетических установок, производящих тепло, пар и в некоторых случаях электроэнергию. Типичная тепловая мощность таких установок составляет 1-10 МВт. Для крупных предприятий, в особенности целлюлозно-бумажной промышленности, необходимо модернизация имеющихся и строительство новых котлов паропроизводительностью 50-100 т/ч.
В настоящее время серийно выпускаемые небольшие котлы, имеют невысокие технико-экономические показатели, невелика надежность топочного устройства (механическая решетка) особенно для крупных котлов, значительные трудности возникают при сжигании высоковлажной коры, а также при сжигании опилок, кустарно выполненные реконструкции котлов и самодельные агрегаты также не отвечают современному техническому уровню. Наиболее известные зарубежные фирмы, поставляющие небольшие котлы для сжигания отходов ЛПК (SERMET OY, Финляндия, S.A. COMPTE, Франция с совместным предприятием в Белоруссии) имеют хорошо отработанное оборудование и обеспечивают комплексную его поставку. Для малых котлов с мощностью "100 кВт хорошие решения предлагаются фирмой BNE (Словакия). Вместе с тем зарубежные котлы, поставляемые в Россию, не всегда адаптированы к нашим условиям, очень дороги и требуют затрат валюты на запасные части.
В конечном итоге, также как и для малых котлов, при техническом перевооружении крупных объектов и строительстве новых целесообразно ориентироваться на отечественных поставщиков. Наш богатый опыт в части разработки, исследования и наладки энергетического оборудования и знание современных тенденций развития этой техники способствуют успешному внедрению новых эффективных и экологически чистых технологий переработки отходов ЛПК.
Пути снижения затрат, которые решают сразу две серьезные проблемы, возникающие у предприятий лесохозяйственного и лесопромышленного комплексов страны:
• утилизации отходов заготовки или переработки древесины;
• обеспечения своего производства тепловой энергией и электричеством.
Возможности использования древесины для получения тепловой и электрической энергии, поскольку тема использования возобновляемых источников очень обширна. Возобновляемые энергоносители могут быть животного и растительного происхождения. К энергоносителям животного происхождения относятся отходы переработки рыбы, ракообразных, отходы выращивания птицы и животных. Объемы этих энергоносителей могут быть значительными.
Возможности использования порубочных остатков, то есть сучьев, веток, стволовой неликвидной древесины, отходов лесопиления и деревообработки, то есть горбылей, реек, обрезков пиломатериалов и бревен, карандашей, шпона-рванины, обрезков шпона, фанеры, обрезков древесно-стружечных плит, опилок, стружки, шлифовальной пыли и коры.
Определение теплоты сгорания - одна из самых важных задач при анализе топлива. Теплота сгорания отражает содержание энергии в топливе и зависит от содержания в нем горючих веществ и их состава. Теплота сгорания определяется обычно в лаборатории, но может быть рассчитана и с помощью химического анализа топлива. Различают два вида теплоты сгорания - калориметрическую теплоту сгорания и эффективную теплоту сгорания (или высшая и низшая теплота сгорания). Разница между этими значениями заключается в том, что при определении высшей теплоты сгорания учитывается все образующееся тепло, в том числе и тепло парообразования. На практике используется понятие низшей (эффективной) теплоты сгорания, поскольку в большинстве котельных отсутствуют конденсаторы дымовых газов, и весь водяной пар вместе с дымовыми газами уходит в дымоход. Низшая теплота сгорания может выражаться в МДж / кг сухой массы. Здесь надо быть внимательным, поскольку низшая теплота сгорания на килограмм сухой массы может быть рассчитана как для влажного, так и для сухого топлива.
Транспортировка и хранение топливной щепы. Эффективность использования древесного топлива в большей степени, чем ископаемого, зависит от методов организации его хранения и транспортировки. При хранении древесные отходы подвергаются разрушению микроорганизмами, что приводит к снижению древесины в их составе и соответственно теплоты сгорания. Риск потерь от разрушения микроорганизмами тем меньше, чем суше материал, сухой материал легче воспламеняется. Вследствие гниения древесные отходы (в част.ости опилки) могут терять в весе до 20 %. Опилки в отвалах при длительном хранении превращаются в плохо проницаемую для воздуха массу, причем влажность их из-за атмосферных осадков увеличивается. Длительное нахождение опилок и щепы в отвалах может привести к их самовозгоранию. Для уменьшения риска самовозгорания необходимо следовать следующим рекомендациям:
• хранить древесные отходы отдельно по каждой породе и виду отходов, они не должны соприкасаться между собой;
• не утрамбовывать кучи щепы или опилок, полученных непосредственно из коры или неокоренного пиловочника;
• хранить отходы в кучах, длина которых вдвое больше высоты (или более);
• время складирования и размер кучи рекомендуется минимизировать;
• первые признаки повышения температуры в куче - появление над ней пара и запах дыма; склад должен контролироваться с помощью зонда или тепловой камеры.
Лесосечные отходы могут поставляться на склад конечного потребителя либо с помощью лесной компании, либо отдельным поставщиком древесного топлива, либо организацией из сектора SME (SME - небольшие и средние по размеру предприятия). Если энергоустановка, использующая местное древесное топливо, находится в собственности лесной компании, целесообразно организовать заготовку сырья для дальнейшего изготовления древесного топлива таким же способом, что и заготовку ликвидной древесины.
Лесные организации играют важную роль в коммуникации и в обеспечении поддержки организованных поставок, даже если производство и сбыт находятся в руках других предпринимателей.
Основная причина, сдерживающая широкое использование биотоплива, до последнего времени было отсутствие оборудования для его эффективного использования. Однако даже после создания котлов с высоким КПД дело по-прежнему продвигается медленно, поскольку не была решена проблема механизации подачи топлива.
Склад биотоплива должен удовлетворять следующим основным требованиям:
• обеспечивать защиту топлива от влияния погодных условий, грунтовых и почвенных вод;
• склад должен быть механизирован, при больших мощностях - автоматизирован;
• у транспортных средств, доставляющих топливо на место, должна быть возможность выгрузки непосредственно на склад или на механизированное приемное устройство.
В конструкцию основного склада входят устройства по его разгрузке. Основные требования, предъявляемые к этим устройствам,
следующие:
• устройства должны обеспечивать заданную производительность и позволять ее регулировать;
• горловина, через которую происходит выгрузка топлива, не должна забиваться;
• пустой склад должен выдерживать динамический удар от падающего топлива;
• топливоподача должна моментально прекращаться при останове оборудования;
• обеспечение полной разгрузки склада;
• разгрузка и конструкция склада должны исключать образование свода;
• конструкция должна быть огнестойкой;
• должно быть исключено пыление;
• при выборе материалов необходимо учитывать их износ.
Экономика реконструкции котельной с угля или мазута на древесное топливо и ее эксплуатации на основе системного анализа перевода около 20 котельных три варианта расчета сроков окупаемости инвестиций:
• расчет срока окупаемости по установленному тарифу с учетом инфляции;
• расчет срока окупаемости при условии сопоставления себестоимости 1 Гкал отпускаемого тепла котельной при работе на исходном топливе и щепе;
• расчет тарифа на 1 Гкал отпускаемого тепла при установленном сроке окупаемости.
Экономический эффект от внедрения таких установок должен оцениваться применительно к конкретному региону, предприятию и т. д. с учетом местных тарифов, сложившегося уровня зарплат, условий заготовки и доставки топлива - дров и торфа.
Использование древесного топлива для получения тепловой и электрической энергии в Финляндии и Швеции. Так, в Финляндии эксплуатируется не менее 10 ТЭС на древесном топливе с электрической мощностью от 0,47 до 20 МВт с характеристиками пара до 510 °С и давлением до 93 баруб. В настоящее время одна из ведущих финских фирм заканчивает реализацию проекта ТЭС на биотопливе мощностью 125 МВт по электричеству и 385 МВт по тепловой энергии.
В Швеции эксплуатируется не менее 14 ТЭС на древесном топливе с электрической мощностью от 1,6 до 20 МВт с характеристиками пара до 510 °С и давлением до 92 бар. В городе Калмар, Швеция, финской фирмой установлена ТЭС на биотопливе общей мощностью 90 МВт.