Почитать

​Готовы ли черные пеллеты конкурировать с белыми гранулами? (ч.1)

Политика интенсивного развития использования возобновляемых источников энергии и сокращения выбросов СО2 в Японии, Корее, Канаде, государствах ЕС и других странах поддерживает использование древесных гранул в качестве замены угля на электростанциях. На сегодняшний день инвестиции в этот вид топлива сосредоточены, в основном, на производстве обычных промышленных пеллет, иногда называемых «белыми».

Две технологии – два подхода

Усовершенствованные (или «представители второго поколения») топливные гранулы, часто называемые «черными пеллетами» из-за своего внешнего вида, приобретаемого в ходе термической обработки, уже давно рассматривают как достойную альтернативу традиционному биотопливу. По мнению специалистов, они должны решать проблемы возможной его нехватки и компенсировать некоторые из проблем, связанных с использованием белых пеллет в качестве заменителя угля на электростанциях.

Основные преимущества черных пеллет, отработанные годами научно-технических исследований, заключаются в отсутствии необходимости в их сухом хранении, лучшей измельчаемости, меньшему пылеобразованию во время транспортировки и более высокой удельной энергетической плотности.

С изготовлением черных пеллет связаны два различных технологических подхода: торрефикация и паровой взрыв (SE – steam explosion).

Торрефикация – это форма пиролиза, в ходе которого происходит частичное термическое разложение обрабатываемого материала без доступа кислорода. Как правило, торрефикация проводится при температуре 200-300°С, с целью удалить из древесины летучие вещества, а полученный в результате такой обработки материал, впоследствии спрессовывают в гранулы.

Специалисты аналитического агентства FutureMetrics, на основании информации которых и написана эта статья, не проводили анализ метода торрефикации, но тщательно проанализировали технологию компании Arbaflame по производству топливных гранул с использованием парового взрыва (SE pellets).

Что такое паровой взрыв?

Метод предварительной обработки древесного волокна паровым взрывом предполагает воздействие на исходный материал насыщенного водяного пара. Заданные температура и давление, а также время нахождения сырья в реакторе определяют, сколько распадется гемицеллюлозы и какая часть исходного сырья превратится в летучие вещества и биохимические соединения.

Последующий паровой взрыв – это быстрый сброс давления, вызывающий стремительное распространение влаги по стенкам клеток древесноволокнистого сырья, что приводит к разрыву древесных волокон на очень мелкие частицы. Уровень паровой обработки рассчитывается таким образом, что целлюлоза и лигнин подвергаются минимальному воздействию, тогда как гемицеллюлоза частично разрушается.

По сравнению с белыми пеллетами, материал, получаемый в результате парового взрыва, после уплотнения под прессом имеет очень твердую консистенцию, отличается более высоким удельным энергосодержанием (в ГДж/м3), показывает лучшую измельчаемость, а его реакция на воздействие воды переходит с гигроскопического на гидрофобный уровень.

Процесс парового взрыва вызывает появление на поверхности тонких волокон древесины лигнина в виде небольших шариков. Когда волокна спрессовывают, эти шарики образуют на их поверхности пленкообразное покрытие, в результате чего пеллеты становятся более твердыми, водостойкими и практически не выделяют частицы пыли.

Три основных преимущества черных пеллет

Пеллеты, созданные методом парового взрыва (пеллеты-ПВ), имеют три важных преимущества:

  • в отличие от белых гранул, они – водостойкие и не разлагаются под воздействием влаги;
  • имеют более высокие объемную и гравиметрическую (массовую) удельную плотность энергии, чем белые (~ на 31% больше, в ГДж/м3). Это означает, что при равных метрических показателях, в пеллетах-ПВ можно хранить и транспортировать больше энергии на единицу объема;
  • расход электроэнергии, необходимый для размола пеллет-ПВ на ТЭС, работающих на угольной пыли, значительно ниже, чем затраты энергии на измельчение белых топливных гранул.

Об этих преимуществах говорят уже несколько лет. Однако технологические ограничения и высокая стоимость производства препятствовали широкомасштабному применению черных пеллет. При ранних попытках их производства затраты энергии, потери массы и энергосодержания, а также проблемы, связанные с характеристиками газов, высвобождаемых в ходе парового взрыва, нивелировали многие преимущества продукта. Сложности в обеспечении стабильной работы предприятия по производству пеллет-ПВ также составляли проблему для развития конкурентоспособного сектора твердого биотоплива.

Уильям Штраус и Лоренц Шмидт

Подготовлено по материалам BiomassMagazine

Продолжение «Готовы ли черные пеллеты конкурировать с белыми гранулами?» (ч.2) – см. по ссылке