АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VI, брой 2, 2018

Производство на енергия от дървесна и селскостопанска биомаса

Производство на енергия от дървесна и селскостопанска биомаса

Биомасата е сред основните източници на възобновяема енергия. Дървесната и селскостопанската биомаса представляват непреработена дървесина, растителни култури, селскостопански остатъци, дървесни отпадъци. С приложението на биомасата в производството на енергия, се увеличават възможностите за енергийна независимост и намаляване емисиите на парниковите газове. Осигурява се на фермерите, предприемачите и селското население устойчив потенциал на развитие.
В рамките на две статии ще разкажем повече по темата. В този брой ще имате възможност да прочетете за видовете дървесна и селскостопанска биомаса, за производството на пелети и екобрикети, за технологиите за производството на електроенергия от биомаса като директно изгаряне, изгаряне след смесване с твърди горива, а в следващ ще намерите продължението, посветено на пиролизата, газификацията и анаеробното разлагане.


Източници на дървесна и селскопстопанска биомаса са градските и селските райони - остатъците от целулозно-хартиената промишленост, горското стопанство, селското стопанство, дървесните отпадъци от градовете и енергийните култури. Високото съдържание на влага в биомасата и ронливата є структура затрудняват нейното директно приложение в производството на енергия. Това налага предприемането на определени мерки - раздробяване и изсушаване, брикетиране, необходими за подобряване на енергийните характеристики на биомасата при проектирането и реализирането на проекти за производство на енергия. Вземат се под внимание стойностни показатели като съдържание на влага, летливост, пепел, плътност, здравина, добив, сезонност, близостта на източника на биомаса до производствената площадка на енергия, бъдещия потенциал и други.

Приоритет за производството на енергия представляват сухата дървесна и селскостопанска отпадъчна биомаса, характеризираща се с ниска влажност и висока достъпност в горските и селските райони.

Пиролиза
При пиролизата дървесната биомасата се нагрява до висока температура - 450-500°С, в безкислородна среда. Отделят се летливи газове, течни и пастообразни смоли, въглени.

Процесът протича в пиролизни котли. Тяхната пещ е разделена на две камери - захранваща и горивна. В захранващата камера при недостатъчен достъп на въздух и температура 200-800°С се извършва бавно горене и пиролизиране (разлагане) на биомасата - дърва или друго гориво, с отделяне на газове. В горивната камера отделените летливи газове доизгарят при смесването си с подаван вторичен въздух от вентилатор. Една част от получената топлина се връща в захранващата камера за поддържане на пиролизата. Другата част се използва за подгряване на топлоносители - вода и въздух, с цел производство на топлинна енергия и електричество.

Газификация
При газификацията биомасата се изгаря в газификатори при температури 800-1300°C с прибавяне на кислород - въздух от вентилатор. В отделните зони на газификатора едновременно се извършват процеси като изсушаване и преобразуване на горивото в газ, пиролиза, окисление, редукция. При изсушаването от биомасата в газификатора се извършва отделяне на влагата. Препоръчително е използването на биомаса за газификация със съдържание на влага 5-35%. Щом температурата достигне над 100°C влагата се изпарява от биомасата.

В етапа на пиролизата при ограничено подаване на въздух и температури 500-800°С биомасата - дървесни отпадъци, се разлага на смес от твърди, течни и газови компоненти. Съотношението им в получената смес зависи от химичния състав на биомасата и експлоатационния режим на газификатора. При тази висока температура се извършва изгаряне на биомасата и се получава горим дървесен или синтетичен газ. Този газ съдържа въглероден оксид, водород и метан, оксидирани въглеродни съединения и примеси - пепелни частици и други. Калоричността на получения газ е 3,5-8,9MJ/m3. В процеса на окислението при температура над 1000°С се получава пълно изгаряне на биомасата след контролирано подаване на кислород - въздух или пара. В резултат на протичане на химичните реакции при горенето се получават основно въглероден оксид, въглероден диоксид, водрод и други видове - азот, метан, водни пари. С протичането на последваща реакция между въглеродния оксид и водата се получават въглероден диоксид и допълнително количество чист водород. Отделя се и малко количество топлина.

С газификацията на биомасата значителна част от въглеродните съединения в нея се редуцират до въглероден оксид, като от процеса се отделят пепел и въглени. След предварително очистване синтезният газ може да се използва като газообразно гориво за захранване на котли, газови турбини и други.

Газификацията на дървесна биомаса е подходяща за производство на енергия в отдалечени райони. Добро технологично решение е приложението є в местни централи за производството на електро- и топлоенергия, за нуждите на средните предприятия.

Предимството на газификацията в сравнение с директното изгаряне на биомаса е, че получените газове могат да се използват в различни типове централи, имащи ниски нива на замърсяване на атмосферата.

Анаеробно разлагане
Анаеробното разлагане е биохимичен процес за производство на енергия от селскостопански и горски отпадъци под формата на биогаз. В безкислородна среда при наличие на различни видове бактерии органичната биомаса като оборски тор и специализирани енергийни растителни култури - царевица, сорго, трева и други, може да бъде разградена с получаване на биогаз.

Ко-ферментацията е най-често използваният процес за получаване на биогаз. Когато съдържанието на сухо вещество е около 35% в субстратите, протича типичната за енергийните култури и силажи, твърдофазова ферментация. Субстратите с високо съдържание на лигнин, целулоза и хемицелулоза предварително се преработват. Устойчивите високомолекулни органични субстанции се хидролизират до по-ниско молекулни. Така те стават по-достъпни за протичането на ко-ферментацията - получаване на биогаз в биореактор. В биореактора под действието на специфични групи микроорганизми протичат процеси като хидролиза, образуване на киселини - ацидогенеза, образуване на ацетат, водород, и въглероден диоксид от летливи мастни киселини (ацетогенеза и същинска метаногенеза), получаване на метан и въглероден диоксид от междинните продукти.

Потенциалният добив на метан се явява важен критерий за оценяване на енергийната стойност на различните суровини. Решаващо значение за максимален добив на метан е осигуряването на подходящи условия за поддържане на активността на анаеробните микроорганизми. Тяхното развитие и активност значително се влияят от параметри като отсъствие на кислород, температура, стойност на рН, добавянето на свежа биомаса, скорост на разбъркване, наличие и количество на инхибиторите.

Биогазът съдържа основно метан 40–75%, въглероден диоксид 25-45%, азот 7%, а в по-малки количества непревишаващи процент - кислород, амоняк, водород и сероводород. Енергийната стойност на биогаза е 4,5-7,5kWh/m3. След пречистване и преработка биогазът може да се използва като гориво за топлоцентрали, стационарни двигатели, да се подава към мрежата за природен газ или да се използва като гориво в транспорта. С изгаряне на пречистения биогаз в когенерационен двигател се получава комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия. Преди използването на биогаза за комбинирано производство той се дренира и изсушава. В инструкциите за нормална работа на когенерационните двигатели производителите са посочили максимални гранични концентрации на сероводорода, халогенните въглеводороди и ксилоксана в биогаза за изгаряне. Базовите когенерационни енергийни инсталации имат ефективност до 90%. Съотношението на произведената енергия е 35% електричество и 65% топлина.

Приложението на горивните процеси в производството на електроенергия от биомаса, прави възможно генерирането на електричество по всяко време. За сравнение вятърните и слънчевите възобновяеми енергийни източници произвеждат енергия само при наличието на вятър и слънчево греене.