Определение засоренности льнокостры минеральными примесями и способы их выделения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение засоренности льнокостры минеральными примесями и способы их выделения

В.А. Шаршунов, В.Е. Кругленя, Н.С. Сентюров

Аннотация

В настоящей статье авторами раскрыты перспективы производства топливных гранул из различных видов топлива в Республике Беларусь. Представлено содержание целлюлозы и лигнина в льняном волокне, костре, хвойных и лиственных пород древесины. Раскрыты основные направления использования костры льна. Приведены основные характеристики топливных гранул из различных видов сырья. Определено наличие содержания минеральных примесей и способы очистки от них.

Annotation

The article shows the prospects of production of fuel granules from different types of fuel in the Republic of Belarus. We have examined the content of cellulose and lignin in flax fiber, and coniferous and deciduous types of timber. We have shown the main directions of the use of flax fiber and the main characteristics of fuel granules from different types of raw materials, and determined the content of mineral impurities and methods of their purification.

Постоянный рост цен на традиционные виды топлива способствует более активному внедрению альтернативных, экологически чистых видов топлива из возобновляемых источников энергии. Одним из таких источников являются непродуктивные отходы от переработки злаковых культур, льнокостры, семян рапса, трав. Эти материалы можно использовать для изготовления топливных гранул, одновременно решая проблему их утилизации [1, 2].

Директива Евросоюза предписывает входящим в него странам к 2020 г. увеличить долю возобновляемых источников энергии при выработке электроэнергии до 20 %. Поэтому на европейском пеллетном рынке ожидаются серьезные изменения в сторону его роста.

Эксперты прогнозируют, что к 2020 г. ежегодная потребность в топливных гранулах в Европе будет в пределах от 80 до 135 млн. тонн. Потребление пеллет в индустриальном секторе (выработка электроэнергии) будет составлять 60 %, в секторе промышленного и центрального отопления жилья - 25 % и в частном секторе - 15 %. Повышается спрос на пеллеты и в Азии [3].

Необходимость использования современных технологий при переработке льносодержащего материала связана также и с запланированным существенным ростом производства льноволокна до 60 тыс. тонн/год в Республике Беларусь, согласно государственной программе развития села на 2011-2015 гг. Стоит задача не просто в наращивании мощностей по переработке льна, а:

- в создании новых технологических стадий его переработки, позволяющих использовать большее количество ценных компонентов, накопленных льном в период его вегетации;

- в осуществлении безотходной технологии его переработки [4].

Поэтому переработка отходов льна, в частности костры, на топливные гранулы направлена на решение этих проблем.

Все топливные гранулы, независимо из какого сырья они произведены, имеют ровную, гладкую, глянцевую поверхность, без образования на ней видимых трещин и вздутий, что свидетельствует об их прочности (плотности) и минимальном истирании, стандартная длина составляет 10-50 мм, диаметр может быть 4, 6, 7, 8, 10, 12 мм и др. [5].

Анализ источников. Остро стоит проблема использования отходов при работе с древесиной, однако можно переработать в экологически чистое топливо различные виды растительных отходов, такие как кустарники, солому, мякину, костру льна и др., т. е. то, что содержит лигнин.

В табл. 1 представлено содержание целлюлозы и лигнина в льняном волокне, костре, хвойных и лиственных породах древесины.

Таблица 1. Содержание целлюлозы и лигнина в льняном волокне, костре, хвойных и лиственных породах древесины

Проанализировав данные табл. 1, можно отметить, что в льняном волокне и костре содержится больше целлюлозы и лигнина, чем в хвойных и лиственных породах древесины [6, 7].

В процессе первичной обработки лубяных культур образование костры от тресты составляет большой удельный вес - 60-65 %. Костра используется на льнозаводах как топливо для котельных установок, а также на хозяйственные нужды населения. Но такой высокий процент образования костры предполагает ее дальнейшее эффективное использование как экспортной продукции.

Выделим основные направления использования костры:

1. Утепление полов и чердачных помещений насыпной кострой. Продукт упаковывается в полиэтиленовые мешки. Является долговечным натуральным утеплителем и имеет очень низкую теплопроводность.

2. Производство прессованных плит из костры (костроплиты). По показателям прочности и жесткости они приближаются к аналогичным изделиям из древесины хвойных пород. По отдельным показателям физико-механических свойств - усушке и короблению - они значительно превосходят древесину. Плиты имеют высокую звукопоглощаемость. Они легко обрабатываются - пилятся, строгаются, фрезеруются, сверлятся. Костроплиты используют для мебельной промышленности и строительства.

3. Производство топливных брикетов из костры (костробрикеты). В последнее время их производство налажено только на отдельных предприятиях отрасли. Брикеты изготовляются из костры, пуха и пыли. Для их формирования используются брикетировочные прессы типа Б-9320.

4. Топливные пеллеты из костры (это гранулированная биомасса) применяются как источник топлива и занимают достаточно прочное положение среди сегментов топливного рынка. Пеллеты используются для отопления домов, ферм, теплиц, больших и малых производств, а также заводских котельных и ТЭЦ. Также применяются в качестве топлива на железнодорожном транспорте и в других местах, где имеются установки, работающие на твердом топливе. Как видно, спектр применения костропеллет довольно обширный.

Костра льна в виде топливных пеллет по своим теплотворным характеристикам превышает древесное топливо. У топливных пеллет в качестве связующего вещества выступает составляющий компонент растений - лигнин, пластифицирующийся в процессе грануляции под действием высокой температуры и давления. Процесс формирования пеллет происходит под давлением около 300 атм. без каких-либо добавок и клея. Топливные гранулы представляют собой экологически чистый вид топлива. При сжигании пеллет в атмосферу выбрасывается столько же углекислого газа, сколько образовалось при естественном разложении древесины. При этом процесс сжигания топливных пеллет полностью автоматизирован [7].

Теплотворная способность 1 кг пеллет равна 5 кВт час, что примерно в 1,5 раза больше, чем у дров. Содержание энергии в одном килограмме пеллет равняется энергии, содержащейся в 0,5 литра жидкого топлива. И они являются невзрывоопасными и более экономичными.

Топливные гранулы, произведенные из разных видов сырья, имеют различную зольность, влажность и теплотворность, которые представлены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристика топливных гранул из различных видов сырья

Как видно из табл. 2, топливные гранулы из льнокостры не уступают по своим характеристикам топливным гранулам из других видов сырья [5, 8].

Однако при производстве топливных гранул из льнокостры и растительных остатков льна масличного существует проблема наличия засоренности минеральными примесями, которые, как абразив, приводят к быстрому износу основных рабочих органов пресса (матрицы и роликов), одних из самых дорогостоящих узлов агрегата прессования.

Методы исследования. Костра льна получается в результате переработке льноволокна на льноперерабатывающих предприятиях. Для определения минеральных примесей в льнокостре брались пробы из разных мест отвала.

Образцы были переданы в химико-экологическую лабораторию УО БГСХА, где проводилась обработка данных для определения минеральных примесей по следующей методике. Из отобранных проб бралась навеска массой 10 г и насыпалась в предварительно взвешенную и доведенную до постоянной массы выпарительную чашку. Далее чашки с навеской взвешивались на прецизионных весах марки ПС 360С-2.

Отобранные пробы состоят из льнокостры, содержащей в себе минеральные примеси в виде песка, почвы и других веществ. Определение количества этих примесей проводилось следующим образом. Выпарительные чашки с пробами помещались в муфельную печь SNOL 8.2-1100 и пробы сжигались при температуре от 250 С с постепенным ее увеличением на 20 С до полного озоления льнокостры. После остывания печи брались чашки с остатком и взвешивались на прецизионных весах. Остатком являются минеральные примеси и зола.

Для выделения из минеральных примесей золы проводилось растворение ее в 20-процентной соляной кислоте. Далее растворенное вещество переносили в предварительно взвешенный и доведенный до постоянной массы выпарительный бюкс с фильтром. На фильтре растворенное вещество промывали азотной кислотой и оставшийся осадок сушили в сушильном шкафу марки SNOL 6-350 при температуре 105С. После высушивания бюкс с фильтром и осадком в виде минеральных примесей взвешивали на прецизионных весах.

Масса минеральных примесей в пробе определялась следующим образом:

(1)

где m_в - масса минеральных примесей в пробе, г; m₁ - масса бюкса с фильтром и осадком после сушки, г; m₂ - масса бюкса с фильтром, г.

Массовая доля минеральных примесей в льнокостре определяется соотношением массы минеральных примесей к общей массе льнокостры.

Авторами статьи были проанализированы способы очистки и результаты, полученные другими учеными, по очистке костры льна, растительных остатков льна масличного и других сельскохозяйственных культур.

Основная часть. В настоящее время рентабельность топливных гранул, произведенных из льнокостры, по оценке специалистов Министерства сельского хозяйства и продовольствия, достигает 25 %. Однако сдерживающим фактором является разработка устройств по доочистке льнокостры от песка и других примесей, что обеспечит больший срок эксплуатации линии гранулирования пеллет. В целом за счет углубленной переработки каждый льнозавод может получить в среднем до 15 млдр. рублей дополнительной выручки в год [9].

Для разработки устройств по доочистке льнокостры от минеральных примесей нами определена их массовая доля по вышеуказанной методике.

Результаты определения массовой доли минеральных примесей в льнокостре представлены в табл. 3.

топливный гранула минеральный примесь

Таблица 3. Массовая доля минеральных примесей в льнокостре

Проанализировав данные табл. 3, можно сделать вывод, что наибольшее количество минеральных примесей содержится в нижней части отвала и составляет 58,1 г/кг, так как тяжелые минеральные примеси оседают. Среднее значение массовой доли минеральных примесей в льнокостре составляет 43,2 г/кг.

При выделении из льнокостры минеральных примесей, таких как песок, почва и др., применяют различные способы очистки: воздушный, гидравлический, вибрационный, инерционный, комбинированный и др.

При использовании этих способов достигается различная степень очистки. Так, например, при воздушном способе очистки льнокостра поступает в воздушный циклон, где с помощью потока воздуха из нее выделяются минеральные примеси.

При гидравлическом способе льнокостра смачивается потоком воды путем разбрызгивания или погружения. Таким образом происходит вымывание минеральных примесей из льнокостры.

При использовании вибрационного способа сырье поступает на решетчатый вибростол, где происходит разделение льнокостры на фракции с дальнейшим сходом очищенной льнокостры с вибростола и просыпанием через отверстия решет минеральных примесей.

При очистке инерционным способом льнокостра поступает в центрифугу, где с помощью инерционных сил происходит выделение минеральных примесей, а очищенная льнокостра сходит по боковым стенкам центрифуги.

При очистке льнокостры комбинированным способом достигается наивысшая степень очистки. Комбинированный способ включает в себя различное сочетание способов. Например, использование гидравлического и воздушного способов и т.д.

С помощью приведенных выше способов нами были выделены минеральные примеси из льнокостры. Результаты этих исследований представлены на рисунке.

Рис. Выделение минеральных примесей из льнокостры различными способами

Таким образом, при использовании предварительной очистки сырья для производства топливных гранул наиболее эффективными способами являются гидравлический и комбинированный, но при использовании гидравлического способа возникает необходимость длительной сушки. Поэтому целесообразней использовать комбинированный способ, т. к. он на 5, 17, 19 и 27 п.п. эффективнее остальных.

Заключение

Необходимость использования современных технологий при переработке льносодержащего материала на топливные пеллеты связана с запланированным существенным ростом производства льноволокна до 60 тыс. тонн/год в Республике Беларусь, согласно Государственной программе развития села на 2011-2015 гг.

Топливные гранулы из льнокостры по своим характеристикам не уступают другим топливным гранулам по теплотворности. Теплотворная способность пеллет составляет около 5 кВт/ч (4300 ккал/ч), что сопоставимо с углем. 1 тонна гранул эквивалентна 485 м³ газа, 500 л. дизельного топлива или 775 л мазута. Килограмм костры при сжигании выделяет на 40-45 п. п. больше тепла, чем традиционные торфяные брикеты или древесная щепа, и совсем немного уступает по этому показателю каменному углю.

Проведенные лабораторные исследования показали, что перед производством топливных гранул необходимо производить предварительную очистку льнокостры и растительных остатков льна масличного от минеральных примесей, которые, как абразив, приводят к быстрому износу основных рабочих органов пресса (матрицы и роликов), одних из самых дорогостоящих узлов агрегата прессования, тем самым уменьшая их срок эксплуатации.

Наиболее эффективным способом предварительной очистки льнокостры от минеральных примесей является комбинированный способ, который по эффективности превосходит воздушный, гидравлический, вибрационный и инерционный соответственно на 19, 5, 17 и 27 п. п.

Литература

1. Пунько, А. И. Результаты предварительных испытаний линии приготовления гранулированного топлива из отходов растениеводства / А. И. Пунько, С. В.Гаврилович, Д. И. Романчук// Механизация и электрочикация сельского хозяйства: Межведомственный тематический сборник, в 2-х томах / Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства»; редкол.: П.П. Казакевич (гл. ред.) [и др.]. - Минск, 2010. - Т. 2. Выпуск 44 - С. 283-288.

2. Максимчук, Ю. В. Энергоэффективность использования местных ресурсов в качестве твердого топлива / Ю. В. Максимчук, З. А. Антонова, В. Н. Курсевич // Природные ресурсы. - 2007. - №4. - С. 89-94.

3. Передерий, С. Перспективы мирового рынка пеллет. / С. Передерий // Леспром Информ. - 2010. - №1. - С. 130-135.

4. Государственная комплексная программа модернизации энергетической системы в 2011-2015 гг.: Указ Президента Республика Беларусь, 31 дек. 2010 г., №1926 // Официальный Интернет-портал Президента Республики Беларусь [Электронный ресурс]. - 2010 .-Режим доступа: http://www.president.gov.by/press20032.html. - Дата доступа: 10.07.2012.

5. Пеллеты (Топливные гранулы). - [Электронный ресурс]. - 2010. - Режим доступа: http://steeltechnology.deal.by/a1702-pellety-toplivnye-granuly.html/. - Дата доступа: 18.02.2013.

6. Влияние материала на процесс экструдерного прессования. Или какие отходы можно прессовать. - [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа: http://prombriket.com/pererabotka-otchodov/pererabotka-rastitelnich-otchodov/. - Дата доступа: 16.07.2012.

7. Костра: Льнозавод. - [Электронный ресурс]. -2010. - Режим доступа: http://lnozavod.com.ua/Костра/. - Дата доступа: 18.02.2013.

8. Биотопливо - инновационная перспектива энергетики. - [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа: http:/ekoterm-krym.com.ua /. - Дата доступа: 10.03.2013.

9. Морозов, П. Лен выходит из крутого пике. / П. Морозов // Белорусское сельское хозяйство. - 2012. - №10. - С. 80-83.

Размещено на Allbest.ru