Из приведенного выше обсуждения было обнаружено, что внедрение системы солнечного нагрева при пиролизе может быть многообещающим подходом.Соответствующая солнечная система снижает затраты на отопление в процессе пиролиза. Дальнейшие исследования проводятся с целью определения энергоэффективности и оптимизации затрат.

5. Заключение

Выходы пиролитических продуктов и состав жидких продуктов представленного исследования доказывают, что технология пиролиза солнечной биомассы является эффективным и действенным методом нагрева. Оптимальные условия выхода жидкости для реакторной системы: рабочая температура 500 ° C и размер 0.11–0,2 см ³ (четверть семени финика) при расходе газа 5 л / мин при времени работы 120 минут; Установлено, что добыча жидкости составляет максимум (50 мас.%) сухого сырья. Из этого исследования установлено, что масло по своей природе тяжелое, с умеренной вязкостью и теплотой сгорания. Актуальность солнечного отопления явно подтверждается текущими результатами. Также было обнаружено, что солнечная энергия будет способствовать сокращению выбросов CO ₂ и стоимости топлива на 32.4%. Таким образом, в целом кажется, что пиролиз солнечной биомассы является потенциальным кандидатом на использование возобновляемых источников энергии, которые могут сыграть решающую роль в сокращении проблем с занятостью, экологической опасности и топливного кризиса в Бангладеш. Вопрос правильного проектирования солнечной системы — перспективный вариант производства возобновляемой энергии. Поскольку эта концепция находится в зачаточном состоянии, остается огромный простор для дальнейших исследований.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Подогреватель каменной массы на пиролизе (форум дровяных печей в перми)

Спасибо за ваш длинный ответ, поэтому я постараюсь ответить на несколько ключевых моментов. Рад, что вам понравились ссылки. Я надеюсь, что их изучат и другие.

1. Biochar не является активированным углем. Однако пиролиз превращает основной органический углерод в элементарный углерод, который гораздо более устойчив к окислению, чем органический углерод. Таким образом, захоронение biochar имеет гораздо более длительную отдачу с точки зрения связывания углерода, чем просто захоронение биомассы.

2. Я не совсем понимаю, что вы имеете в виду под малой экономией. Однако мы НЕ сжигаем биомассу. Если бы мы это сделали, это не было бы пиролизом, и мы получили бы золу, а не древесный уголь. Я бы сказал, что полученный биоуголь имеет гораздо большую ценность, чем простая минеральная зола. Biochar сейчас продается по цене от 200 до 1200 долларов за тонну. Я не верю, что существует даже рынок минеральной золы от сжигания.

3. Вопрос: Насколько хорошо куриный помет работает в РМЗ? Мы можем пиролизовать его очень хорошо, хотя у биоугля действительно высокое содержание золы.

4. Я согласен с проблемой метангидратов. Действительно, очень серьезная проблема.

5. Я согласен. Серебряной пули нет. Ни RMH, ни Biochar. Нам нужна вся картечь, которую мы можем достать.

6. Поскольку мы можем использовать практически любое сырье в процессе пиролиза, нет необходимости использовать древесину. Спорить, как это часто делает Biofuels Watch, о том, что биочар представляет собой угрозу для лесов мира, — отвлекающий маневр. Наоборот. Пиролиз, не использующий древесное топливо, способствует лесонасаждению.

7. Все вышесказанное станет более понятным, когда вы поиграете с Biochar Kit. Вы найдете коллекцию ссылок как наиболее полезную. Если у вас есть какие-либо вопросы о наборе, спросите меня, и я смогу получить ответы от команды, которая его собрала. Я знаю, что Пауль Стамец прививает биочар мицелием и называет его микрочаром. Похоже, это замечательная комбинация. Он даже назвал это имя TM.

Как я иногда говорю, я играю с огнем и знакомлю людей с их внутренним поджигателем.Я действительно с нетерпением жду ваших результатов от шуток с пиролизом. Будьте осторожны. Даже маленькие iCans развивают температуру около 1000 градусов по Фаренгейту.

Большое спасибо за интересную беседу.

Ура,

Джок

Пиролиз биомассы | Pt 1 Проблемы и возможности

Johnson Matthey Technol. Ред. , 2018, 62 , (1), 118

1. Введение

1.1 Предпосылки

Пиролиз вызвал большой интерес благодаря гибкости в эксплуатации, универсальности технологии и возможности адаптации к широкому спектру сырье и продукты.Пиролиз работает в анаэробных условиях, когда компоненты биомассы термически расщепляются до газов и паров, которые обычно подвергаются вторичным реакциям, давая широкий спектр продуктов. Существует ряд условий и обстоятельств, которые имеют большое влияние на продукцию и производительность процесса. К ним относятся сырье, технология, температура реакции, добавки, катализаторы, время пребывания горячего пара, время пребывания твердых частиц и давление.

Пиролиз применялся на протяжении тысяч лет для производства древесного угля и химикатов, но только в последние 40 лет был разработан быстрый пиролиз для жидкостей.Он работает при умеренных температурах около 500 ° C и очень коротком времени пребывания горячего пара менее 2 секунд. Быстрый пиролиз представляет значительный интерес, поскольку он непосредственно дает высокие выходы жидкостей до 75 мас.%, Которые могут использоваться непосредственно в различных приложениях (1) или использоваться в качестве эффективного энергоносителя. Промежуточный и медленный пиролиз сосредоточены на производстве твердого полукокса в качестве основного продукта с жидкостями и газами, как правило, в качестве побочных продуктов, хотя все большее внимание уделяется максимальному увеличению ценности этих побочных продуктов.Пиролиз также используется в течение многих лет для уменьшения количества отходов, требующих утилизации, а также для уменьшения вреда для окружающей среды. В этих процессах в качестве основной технологии традиционно использовался медленный пиролиз.

1.2 Наука о пиролизе

Пиролиз — это термическое разложение, происходящее в отсутствие кислорода. Более низкие температуры процесса и более длительное время пребывания горячего пара способствуют производству древесного угля. Более высокие температуры и более длительное время пребывания горячего пара увеличивают превращение биомассы в газ, а умеренные температуры и короткое время пребывания горячего пара оптимальны для производства жидкостей.Всегда производятся три продукта, но пропорции могут варьироваться в широких пределах, регулируя параметры процесса. Таблица I показывает распределение продуктов, полученных при различных режимах пиролиза, показывая значительную гибкость, достижимую при изменении условий процесса. Быстрый пиролиз для производства жидкостей в настоящее время представляет особый коммерческий интерес, поскольку жидкость можно хранить и транспортировать, а также использовать для получения энергии, транспортного топлива, химикатов или в качестве энергоносителя.

Таблица I

Типичный выход массы продукта из древесины (на основе сухого сырья) при различных режимах пиролиза

2.Быстрый пиролиз

При быстром пиролизе биомасса очень быстро разлагается с образованием в основном паров и аэрозолей, а также некоторого количества древесного угля и газа. После охлаждения и конденсации образуется однородная подвижная жидкость темно-коричневого цвета, если используется древесина или малозольный корм. Жидкость имеет теплотворную способность около 40% от теплотворной способности обычного жидкого топлива по весу или 60% от теплотворной способности жидкого топлива по объему из-за высокой плотности. Эта жидкость называется биомаслом и является основой недавнего стандарта ASTM (2).Высокий выход жидкости достигается при использовании биомассы с минимальной зольностью до 75 мас.% При использовании сухой биомассы. Существенными особенностями процесса быстрого пиролиза для получения жидкостей являются:

• Содержание влаги в сырье менее 10 мас.%, Поскольку вся исходная вода переходит в жидкую фазу вместе с водой из реакций пиролиза. Высокое содержание воды в жидком продукте может привести к разделению фаз.

• Для очень высоких скоростей нагрева и очень высоких скоростей теплопередачи на границе реакции частиц биомассы обычно требуется тонко измельченная биомасса размером менее 3 мм, поскольку биомасса обычно имеет низкую теплопроводность.Поскольку быстрый пиролиз жидкостей происходит за несколько секунд или меньше, важную роль играют процессы тепломассопереноса и явления фазового перехода, а также кинетика химических реакций. Скорость нагрева частиц обычно является этапом, ограничивающим скорость в большинстве процессов быстрого пиролиза, кроме абляционного пиролиза, когда биомасса напрямую контактирует с горячей поверхностью реактора (3)

• Тщательно контролируемая температура реакции быстрого пиролиза около 500 ° C для большей части биомассы максимизирует выход жидкости.Зола, особенно щелочные металлы, катализирует вторичные реакции паров пиролиза с образованием диоксида углерода и воды, что приводит к более низким выходам жидкости при более высоком содержании воды. В крайних случаях (при уровне золы обычно выше примерно 2,5 мас.%) Образуется так много воды, что происходит фазовое разделение жидкости. Следовательно, требуется короткое время пребывания горячего пара, как правило, менее 2 секунд, чтобы минимизировать вторичные реакции.

• Быстрое удаление полукокса необходимо для минимизации каталитического крекинга горячих паров, поскольку вся зола биомассы удерживается полукоксом.Неспособность свести к минимуму контакт с полукоксом приводит к растрескиванию, как указано выше.

• Быстрое охлаждение паров пиролиза для минимизации термического крекинга с образованием бионефти по тем же причинам, что и для эффективного удаления полукокса. Это обычно достигается в системе резкого охлаждения, часто использующей несмешивающуюся жидкость, такую ​​как углеводород или био-масло охлажденного продукта.

Доступно несколько исчерпывающих обзоров быстрого пиролиза для производства жидкостей (4–10).

2.1 Сырье

Биомасса обычно состоит из трех основных компонентов — целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина с водой и золой. Целлюлоза — это полимер глюкозы, молекулы с шестью атомами углерода, который можно термически и каталитически крекировать до мономеров и продуктов разложения. Гемицеллюлоза — это полимер пятиуглеродных колец, который также можно расщепить до более мелких органических молекул. Лигнин представляет собой сложный полимер, состоящий из фенольных звеньев, который можно расщепить до широкого спектра фенольных продуктов.Другие компоненты биомассы включают воду в количестве до 60 мас.% В свежевыращенной биомассе; и зола, в основном щелочные металлы из питательных веществ, которая является каталитически активной и вызывает крекинг органических молекул. Это полезно при газификации, когда они способствуют растрескиванию смол, но не выгодно при пиролизе, когда они расщепляют органические вещества в паре, что приводит к более низким выходам жидкости, что отрицательно сказывается на ее свойствах. Щелочные металлы, образующие золу, которые необходимы для переноса питательных веществ и роста биомассы, играют важную роль в быстром пиролизе.Наиболее активен калий, за ним следуют натрий и кальций. Они действуют, вызывая вторичное растрескивание паров и снижая выход и качество жидкости. Подавляющее большинство этих щелочных металлов отдается полукоксу, что приводит к тому, что побочный продукт полукокса действует как катализатор крекинга, что требует быстрого и эффективного удаления полукокса в процессе быстрого пиролиза.

С золой можно до некоторой степени управлять путем выбора культур и времени сбора урожая, особенно с корневищными культурами, такими как Мискантус , который за зиму стареет с возвращением щелочных металлов в корневище, однако его нельзя исключить из растущей биомассы.Зольность может быть уменьшена путем промывки водой или разбавленной кислотой, и чем более жесткие условия по температуре или концентрации соответственно, тем более полное удаление золы. Недавняя работа показала, что ПАВ являются наиболее эффективными (11). Однако по мере того, как условия промывки становятся более экстремальными, сначала гемицеллюлоза, а затем целлюлоза теряется в результате гидролиза. Это снижает выход и качество жидкости. Кроме того, из промытой биомассы необходимо как можно полнее удалить кислоту и восстановить или утилизировать, а влажную биомассу необходимо высушить.

Таким образом, мытье часто не считается жизнеспособной возможностью, за исключением некоторых необычных обстоятельств, таких как удаление загрязнений. Другим следствием высокого удаления золы является повышенное производство левоглюкозана и левоглюкозенона, которые могут достигать уровней в бионефти, где извлечение становится интересным предложением.

2.2 Технология

Концептуальный процесс быстрого пиролиза изображен на Рис. 1 от подачи биомассы до сбора жидкого продукта.Каждый этап процесса имеет несколько альтернатив, таких как реактор и сбор жидкости, но основные принципы аналогичны.

Рис. 1.

Концептуальный процесс быстрого пиролиза

В основе процесса быстрого пиролиза лежит реактор. Хотя это, вероятно, составляет лишь около 10–15% общих капитальных затрат на интегрированную систему, большая часть исследований и разработок была сосредоточена на разработке и испытании различных конфигураций реакторов на разнообразном сырье, хотя в настоящее время все большее внимание уделяется усовершенствованию жидкого топлива. системы сбора и повышения качества жидкостей.Остальная часть процесса быстрого пиролиза состоит из приема, хранения и обработки биомассы, сушки и измельчения биомассы, сбора продуктов, хранения и, при необходимости, модернизации.

Обугленный побочный продукт обычно составляет около 15 мас.% Продуктов, но около 25% энергии сырья биомассы. В промышленных процессах он используется в процессе для обеспечения потребности в тепле путем сжигания или может быть отделен и экспортирован, и в этом случае требуется альтернативное топливо для обеспечения тепла для пиролиза.В зависимости от конфигурации реактора и скорости газа большая часть полукокса будет иметь размер и форму, сопоставимые с исходной биомассой. Свежий уголь является пирофорным, т. Е. Самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом, поэтому требуется осторожное обращение и хранение. Это свойство со временем ухудшается из-за окисления активных центров на поверхности полукокса.

2.2.1 Реакторы с барботажным псевдоожиженным слоем

Барботажные реакторы с псевдоожиженным слоем обладают преимуществами хорошо изученной технологии, которая проста в конструкции и эксплуатации, имеет хороший контроль температуры и очень эффективную передачу тепла частицам биомассы за счет высокой плотности твердых частиц.Обычной псевдоожижающей средой является песок, но все большее внимание уделяется катализаторам, действующим в качестве псевдоожижающей среды, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы управлять дезактивацией катализаторов. Нагревание может быть достигнуто различными способами, и масштабирование хорошо известно. Тем не менее, передача тепла в псевдоожиженный слой при больших масштабах эксплуатации должна быть тщательно рассмотрена из-за ограничений масштабирования различных методов теплопередачи. Пиролизеры с барботажным псевдоожиженным слоем обеспечивают хорошую и стабильную производительность с высоким выходом жидкости, обычно 70-75 мас.% Из древесины на основе сухого сырья, и по этой причине широко используются для небольших или лабораторных экспериментов, таких как новаторские работы. в Университете Ватерлоо (12).Для достижения высоких скоростей нагрева биомассы необходимы частицы биомассы небольшого размера, менее 2–3 мм, и скорость нагрева обычно является этапом, ограничивающим скорость. Эта технология идеальна для лабораторных установок из-за простоты эксплуатации и контроля, когда нагрев обычно достигается электрическими нагревателями. В промышленных масштабах Dynamotive построила две системы с псевдоожиженным слоем в Канаде, одна из которых проработала несколько лет и теперь демонтирована, а вторая более крупная установка, как полагают, не была введена в эксплуатацию до демонтажа.Предполагается, что передача тепла в реактор является поводом для беспокойства.

Время пребывания пара и твердого вещества регулируется скоростью потока псевдоожижающего газа и оно выше для полукокса, чем для паров. Поскольку уголь действует как эффективный катализатор парового крекинга при температурах быстрой реакции пиролиза, быстрое и эффективное отделение угля является важным. Обычно это достигается путем выброса и уноса с последующим разделением в одном или нескольких циклонах, поэтому важна тщательная разработка гидродинамики песка и биомассы / угля.Высокий уровень инертных газов, возникающий из-за высоких постоянных газовых потоков, необходимых для псевдоожижения, приводит к очень низкому парциальному давлению конденсируемых паров, и, следовательно, требуется осторожность при проектировании и эксплуатации эффективных систем теплообмена и сбора жидкости. Кроме того, большие расходы инертного газа приводят к относительно большому оборудованию, что увеличивает стоимость. Сбор жидкости осуществляется либо путем непрямого теплообмена, либо путем закалки в переработанном бионефти или несмешивающемся углеводороде, таком как Isopar — запатентованная смесь изопарафинов с высокой температурой кипения для минимизации испарения и получения высокой температуры вспышки.

Аэрозоли составляют значительную часть выхода жидкости и собираются либо электростатическим осаждением, либо коалесценцией на туманоуловителях. Это не полностью деполимеризованные фрагменты лигнина, которые, по-видимому, существуют в виде жидкости со значительной молекулярной массой. Доказательство их жидкой основы обнаруживается в накоплении жидкости в ESP, которая стекает по пластинам и накапливается в продукте бионефти. Используются демистеры для агломерации или коалесценции аэрозолей, но опубликованный опыт показывает, что это менее эффективно.

2.2.2. Реакторы с циркулирующим псевдоожиженным слоем и с транспортируемым слоем. почти такая же, как для паров и газа, а полукокс более истирается из-за более высоких скоростей газа. Это может привести к более высокому содержанию полукокса в собранном бионефти, если не будет включено более обширное удаление полукокса.Дополнительным преимуществом является то, что CFB потенциально подходят для большей производительности, даже несмотря на более сложную гидродинамику, поскольку эта технология широко используется при очень высокой производительности в нефтяной и нефтехимической промышленности.

Подача тепла обычно осуществляется за счет рециркуляции нагретого песка из вторичной камеры сгорания угля, которая может быть либо барботирующим, либо циркулирующим псевдоожиженным слоем. В этом отношении процесс аналогичен газификатору с двойным псевдоожиженным слоем, за исключением того, что температура реактора (пиролизера) намного ниже, а тесно интегрированное сжигание полукокса во втором реакторе требует тщательного контроля, чтобы гарантировать соответствие температуры, теплового потока и потока твердых частиц. требования к процессу и корму.Передача тепла представляет собой смесь теплопроводности и конвекции в стояке. Одна из непроверенных областей — масштабирование и теплопередача при высокой пропускной способности.

Весь полуглерод сжигается во вторичном реакторе для повторного нагрева циркулирующего песка, поэтому полуголь не доступен для экспорта, если не используется альтернативный источник тепла. Если отделить полукокс, он станет мелким порошком, который потребует осторожного обращения из-за его пирофорной природы.

2.2.3 Абляционный пиролиз

Абляционный пиролиз принципиально отличается от других методов быстрого пиролиза (13).Во всех других методах скорость реакции ограничена скоростью передачи тепла через частицы биомассы, поэтому требуются частицы небольшого размера. Режим реакции при абляционном пиролизе подобен плавлению масла на сковороде: скорость плавления можно значительно повысить, нажав на масло и перемещая его по нагретой поверхности сковороды. При абляционном пиролизе тепло передается от горячей стенки реактора к «расплавлению» древесины, которая находится в контакте с ней под давлением. Когда древесина удаляется, расплавленный слой испаряется, образуя продукт, очень похожий на продукт, получаемый в системах с псевдоожиженным слоем.Часть обширных фундаментальных работ была проведена в Нанси, Франция (14), и эта концепция была адаптирована к лабораторной обработке (15).

Таким образом, фронт пиролиза движется в одном направлении через частицу биомассы. При механическом удалении древесины остаточная масляная пленка не только обеспечивает смазку для следующих друг за другом частиц биомассы, но и быстро испаряется, давая пары пиролиза для сбора таким же образом, как и в других процессах. Есть элемент растрескивания на горячей поверхности от осажденного полукокса.На скорость реакции сильно влияет давление древесины на нагретую поверхность; относительная скорость древесины и поверхности теплообмена; и температура поверхности реактора. Таким образом, ключевые особенности абляционного пиролиза следующие:

• Высокое давление частицы на горячую стенку реактора, достигаемое за счет центробежной силы или механически

• Высокое относительное движение между частицей и стенкой реактора

• Температура стенки реактора меньше чем 600 ° C.

Поскольку скорость реакции не ограничивается теплопередачей через частицы биомассы, можно использовать более крупные частицы и, в принципе, нет верхнего предела размера, который может быть обработан. Фактически, процесс ограничен скоростью подачи тепла в реактор, а не скоростью поглощения тепла пиролизной биомассой, как в других реакторах. Инертный газ не требуется, поэтому технологическое оборудование меньше, а реакционная система, таким образом, более интенсивна.Кроме того, отсутствие псевдоожижающего газа существенно увеличивает парциальное давление конденсируемых паров, что приводит к более эффективному улавливанию и уменьшению размеров оборудования. Однако процесс контролируется площадью поверхности, поэтому масштабирование менее эффективно, а реактор приводится в действие механически, и, следовательно, является более сложным. Уголь представляет собой мелкодисперсный порошок, который можно отделить с помощью циклонов и фильтров горячего пара, как в реакционных системах с псевдоожиженным слоем.

2.2.4 Винтовые и шнековые реакторы с печью

Был разработан ряд разработок, в которых биомасса механически перемещается через горячий реактор вместо использования жидкостей, включая винтовые реакторы и шнековые реакторы.Нагревание может осуществляться с помощью переработанного горячего песка, как на заводе Bioliq в Технологическом институте Карлсруэ (KIT), Германия (Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) до 2009 г.) (16), или с помощью теплоносителей, таких как стальные или керамические шары, как в Haloclean, также на КИТ (17), или внешнее отопление. Природа реакторов с механическим приводом состоит в том, что очень короткое время пребывания, сравнимое с жидким и циркулирующим псевдоожиженными слоями, трудно достичь, а время пребывания горячего пара может составлять от 5 до 30 секунд в зависимости от конструкции и размера реактора.Примеры включают винтовые реакторы, а в последнее время реактор Lurgi LR в KIT (10, 11) и реакторы Bio-oil International, которые изучались в Государственном университете Миссисипи, США (18).

Винтовые реакторы особенно подходят для сырьевых материалов, которые трудно обрабатывать или подавать, или которые являются неоднородными. Выход жидкого продукта ниже, чем у псевдоожиженных слоев, и обычно происходит разделение фаз из-за более длительного времени пребывания и контакта с побочным продуктом. Кроме того, урожайность полукокса выше.KIT продвигал и тестировал концепцию производства суспензии полукокса с жидкостью для максимального увеличения выхода жидкости с точки зрения энергоэффективности (19), но для этого потребовался бы альтернативный источник энергии для обеспечения тепла для процесса.

2.2.5 Микроволновый пиролиз

Растет интерес к микроволновому пиролизу как более прямому способу быстрого нагрева биомассы (20, 21). Это дает преимущество, заключающееся в предотвращении или снижении низкой теплопроводности биомассы, характерной для обычного термического пиролиза, но требует дополнительной энергии для управления процессом и требует тщательного проектирования, чтобы преодолеть потенциально плохое проникновение микроволн через органический материал.Равномерное нагревание в результате использования микроволн, вероятно, уменьшит вторичные реакции, поскольку продукты реакции с меньшей вероятностью будут взаимодействовать с пиролизованной биомассой. Существует несколько интересных проблем при увеличении масштабов, и будет интересно сравнить продукты микроволнового и обычного быстрого пиролиза.

2.2.6 Теплопередача при быстром пиролизе

Существует ряд технических проблем, с которыми сталкивается развитие быстрого пиролиза, из которых наиболее важной является теплопередача в реактор.Пиролиз — это эндотермический процесс, требующий значительного количества тепла для повышения температуры биомассы до температуры реакции, хотя теплота реакции незначительна. Передача тепла в промышленных реакторах является важной конструктивной особенностью, и энергия древесного угля как побочного продукта обычно используется в промышленном процессе путем сжигания полукокса на воздухе. Обычно полукокс содержит около 25% энергии исходного материала, и около 75% этой энергии требуется для запуска процесса. Побочный газ содержит только около 5% энергии в сырье, и этого недостаточно для пиролиза.Основные методы обеспечения необходимого тепла перечислены ниже:

• Через поверхности теплопередачи, расположенные в и / или в подходящих местах в реакторе, такие как внутрислойные нагревательные трубы и / или концентрический кольцевой нагреватель вокруг слоя

• Путем нагрева псевдоожижающего газа в случае реактора с псевдоожиженным слоем или с циркулирующим псевдоожиженным слоем, хотя могут потребоваться чрезмерные температуры газа для ввода необходимого тепла, что может привести к локальному перегреву и снижению выхода жидкости, или, в качестве альтернативы, могут возникнуть очень высокие потоки газа. необходимо, что приводит к нестабильной гидродинамике.Частичный нагрев обычно является удовлетворительным и желательным для оптимизации энергоэффективности

• Путем удаления и повторного нагрева материала слоя в отдельном реакторе, как это используется в большинстве реакторов с CFB и с переносимым слоем

• Путем добавления некоторого количества воздуха, хотя это может создавать локальные горячие точки и увеличивать растрескивание жидкостей до смол

• С помощью микроволн (см. раздел 2.2.5).

Существует множество способов обеспечения технологическим теплом из побочного продукта полукокса, газа или свежей биомассы.Этот аспект проектирования и оптимизации реактора пиролиза является наиболее важным для коммерческих установок и будет привлекать все большее внимание по мере роста предприятий. Примеры вариантов включают:

• Сжигание побочного полукокса, полностью или частично

• Сжигание побочного газа, которое обычно требует дополнения, например, природным газом

• Сжигание свежей биомассы вместо полукокса, особенно там, где есть прибыльный рынок для полукокса

• Газификация побочного продукта полукокса и сжигание образовавшегося генераторного газа для обеспечения лучшего контроля температуры и предотвращения проблем с щелочными металлами, таких как шлакование в камере сгорания полукокса

• Использование побочного газа с аналогичными преимуществами как указано выше, хотя маловероятно, что в этом газе будет достаточно энергии без каких-либо добавок

• Использование бионефтяного продукта

• Использование ископаемого топлива там, где оно доступно по низкой цене, не влияет на какие-либо допустимые вмешательства на процессе или p продукт, а побочные продукты имеют достаточно высокую ценность.

2.3 Продукты

Жидкое бионефть образуется в результате быстрого охлаждения и, таким образом, «замораживания» промежуточных продуктов мгновенного разложения гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина. Таким образом, жидкость содержит много активных веществ, которые способствуют ее необычным свойствам. Бионефть можно рассматривать как микроэмульсию, в которой непрерывная фаза представляет собой водный раствор продуктов разложения холоцеллюлозы, который стабилизирует прерывную фазу макромолекул пиролитического лигнина посредством таких механизмов, как водородные связи.Одна из теорий заключается в том, что при быстром пиролизе образуется поверхностно-активное вещество, которое создает стабильную микроэмульсию с пиролитическим лигнином. Считается, что старение или нестабильность являются результатом разрушения этой эмульсии.

Бионефть обычно представляет собой текучую жидкость темно-коричневого цвета, которая по элементному составу приближается к биомассе. В зависимости от исходного сырья и режима быстрого пиролиза цвет может быть почти черным, от темно-красно-коричневого до темно-зеленого, что зависит от присутствия микроуглерода в жидкости и химического состава.Фильтрация горячего пара дает более прозрачный красно-коричневый вид благодаря отсутствию обугливания. Высокое содержание азота может придавать жидкости темно-зеленый оттенок.

Он состоит из очень сложной смеси кислородсодержащих углеводородов с заметной долей воды как из исходной влаги, так и из продукта реакции. Также может присутствовать твердый обугленный. Типичные выходы органических веществ из разного сырья и их изменение в зависимости от температуры показаны на рис. , рис. 2, и . На рис. 3 показана температурная зависимость четырех основных продуктов из типичного исходного сырья (22).Аналогичные результаты получены для большинства видов сырья биомассы, хотя максимальный выход может достигаться между 480 ° C и 525 ° C в зависимости от сырья. Травы, например, имеют тенденцию давать максимальный выход жидкости около 55–60 мас.% В пересчете на сухой корм в нижней части этого температурного диапазона, в зависимости от зольности травы. Выход жидкости зависит от типа биомассы, температуры, времени пребывания горячего пара, отделения полукокса и содержания золы биомассы, причем последние два фактора оказывают каталитическое воздействие на крекинг в паровой фазе.Важно отметить, что максимальный выход — это не то же самое, что максимальное качество, и качество требует тщательного определения, если оно должно быть оптимизировано. Также были рассмотрены качество и управление качеством биомасла и их улучшение (23).

Рис. 2.

Изменение выхода органических веществ в зависимости от исходного сырья (3)

Рис. 3.

Типичные выходы основных продуктов быстрого пиролиза биомассы (3)

Жидкость обычно содержит примерно 25 мас.% воды, которая образует стабильную однофазную смесь, но она может находиться в диапазоне от примерно 15 мас.% до верхнего предела примерно 30-50 мас.% воды, в зависимости от исходного материала, способа его производства и последующего сбора.При содержании воды выше 50 мас.% (А иногда и ниже) жидкая фаза отделяется. Типичная спецификация исходного материала — это максимум 10% влаги в высушенном исходном материале, поскольку и эта влажность исходного материала, и вода реакции пиролиза, обычно около 12% в расчете на сухое сырье, оба относятся к жидкому продукту. Пиролизные жидкости могут переносить добавление некоторого количества воды, но существует ограничение на количество воды, которое может быть добавлено к жидкости до того, как произойдет разделение фаз, другими словами, жидкость не может быть растворена в воде.Добавление воды снижает вязкость, что полезно; снижает теплотворную способность, что означает, что требуется больше жидкости для выполнения заданной нагрузки; и может улучшить стабильность. Таким образом, воздействие воды является сложным и важным. Биомасло смешивается с полярными растворителями, такими как метанол, ацетон, но полностью не смешивается с топливом, полученным из нефти. Это происходит из-за высокого содержания кислорода около 35-40 мас.%, Которое аналогично содержанию биомассы, и обеспечивает химическое объяснение многих из описанных характеристик.Удаление этого кислорода путем облагораживания требует сложных каталитических процессов, которые описаны в части II.

Плотность жидкости очень высока и составляет около 1200 кг т ^–1 , по сравнению с легким мазутом около 0,85 кг л ^–1 . Это означает, что жидкость содержит около 42% энергии мазута по весу, но 61% по объему. Это имеет значение для проектирования и спецификации оборудования, такого как насосы и распылители в котлах и двигателях.

Вязкость важна для многих видов топлива (24). Вязкость производимого бионефти может варьироваться от 25 м ² сек ^–1 до 1000 м ² сек ^–1 (измеренная при 40 ° C) или более в зависимости от сырье, содержание воды в бионефти, количество собранных легких фракций и степень старения масла.

Пиролизные жидкости не могут быть полностью испарены после того, как они были извлечены из паровой фазы.Если жидкость нагревается до 100 ° C или более, чтобы попытаться удалить воду или отогнать более легкие фракции, она быстро вступает в реакцию и в конечном итоге дает твердый остаток около 50 мас.% От исходной жидкости, причем некоторый дистиллят содержит летучие органические соединения, которые были трещины и вода. Хотя биомасло успешно хранилось в течение нескольких лет в нормальных условиях хранения в стальных и пластиковых бочках без какого-либо ухудшения, которое могло бы помешать его использованию в любых испытанных на сегодняшний день приложениях, оно медленно меняется со временем, наиболее заметно наблюдается постепенное изменение увеличение вязкости.Более свежие образцы, которые были распространены для тестирования, продемонстрировали существенное улучшение согласованности и стабильности, демонстрируя улучшение проектирования процессов и управления по мере развития технологии.

Старение — это хорошо известное явление, вызванное продолжающимися медленными вторичными реакциями в жидкости, которое проявляется в увеличении вязкости со временем. Его можно уменьшить или контролировать добавлением спиртов, таких как этанол или метанол. В крайних случаях может произойти разделение фаз.Это усугубляется или ускоряется наличием мелкого угля. Это было рассмотрено Diebold (25, 26).

Жидкость для быстрого пиролиза имеет более высокую теплотворную способность (HHV) около 17 МДж кг ^–1 , поскольку производится с использованием около 25 мас.% Воды, которую трудно отделить. Хотя жидкость широко называют «бионефть», она не смешивается с углеводородными жидкостями. Он состоит из сложной смеси кислородсодержащих соединений, которые создают как потенциал, так и проблемы для использования.Есть некоторые важные свойства этой жидкости, которые суммированы в Таблице II и Таблице III . Есть много конкретных характеристик биомасла, которые требуют рассмотрения для любого применения (6). Oasmaa и Peacocke рассмотрели характеристики и методы определения физических свойств (27, 28).

Таблица II

Типичные свойства древесного сырого био-масла

Таблица III

Характеристики масла Bio-Oil

2.4 Сборник жидкостей

Газообразные продукты быстрого пиролиза состоят из аэрозолей, настоящих паров и неконденсируемых газов. Они требуют быстрого охлаждения для минимизации вторичных реакций и конденсации настоящих паров, в то время как аэрозоли требуют дополнительной коалесценции или агломерации. Простой косвенный теплообмен может вызвать преимущественное осаждение компонентов, производных лигнина, что приводит к фракционированию жидкости и, в конечном итоге, к засорению трубопроводов и теплообменников. Закалка в бионефти продукта или в несмешивающемся углеводородном растворителе широко практикуется.

Традиционные устройства для улавливания аэрозолей, такие как туманоуловители и другие широко используемые устройства для защиты от столкновений, не обладают такой же эффективностью, как электростатическое осаждение, которое в настоящее время является предпочтительным методом как в лабораторных, так и в промышленных масштабах. Парообразный продукт из реакторов с псевдоожиженным слоем и с транспортируемым слоем имеет низкое парциальное давление конденсируемых продуктов из-за больших объемов псевдоожиженного газа, и это является важным соображением при проектировании сбора жидкости. Этот недостаток уменьшен во вращающемся конусе и абляционной реакционной системе, обе из которых исключают инертный газ, что приводит к более компактному оборудованию и меньшим затратам (29).

2.5 Побочные продукты

Полуг и газ — это побочные продукты, обычно содержащие около 25% и 5% энергии в исходном материале соответственно. Сам процесс пиролиза требует около 15% энергии в сырье, а из побочных продуктов только полукокс имеет достаточно энергии, чтобы обеспечить это тепло. Теплота может быть получена путем сжигания полукокса в традиционной конструкции реакционной системы, что делает энергию процесса самодостаточной. Более продвинутые конфигурации могут газифицировать полукокс до газа с более низкой теплотворной способностью (LHV), а затем более эффективно сжигать полученный газ для обеспечения технологического тепла с тем преимуществом, что щелочные металлы в полукоксе можно гораздо лучше контролировать.Отработанное тепло от сжигания полукокса и любое тепло от избыточного газа или побочного газа можно использовать для сушки сырья, а в крупных установках можно использовать для экспорта или выработки электроэнергии. Важным принципом быстрого пиролиза является то, что хорошо спроектированный и отлаженный процесс не должен производить никаких выбросов, кроме чистого дымового газа, то есть CO ₂ и воды, хотя они должны будут соответствовать местным стандартам и требованиям по выбросам.

2.5.1 Уголь

Уголь действует как катализатор парового крекинга, поэтому быстрое и эффективное отделение от паров продуктов пиролиза является важным, хотя неясно, в какой степени крекинг вызывается щелочными металлами, содержащимися в угле.Циклоны являются обычным методом удаления полукокса, однако некоторая мелочь всегда проходит через циклоны и накапливается в жидком продукте, где они ускоряют старение и усугубляют проблему нестабильности, которая описана ниже. Некоторых успехов удалось достичь с помощью фильтрации горячего пара, аналогичной очистке горячего газа в системах газификации (30–33). Проблемы возникают из-за липкости мелкозернистого угля и отделения фильтровальной корки от фильтра.

Фильтрация жидкости под давлением для значительного удаления твердых частиц (до

2.5.2 Газ

Газ содержит лишь небольшую часть (около 5%) начальной энергии подаваемой биомассы и недостаточен для обеспечения всего необходимого технологического тепла. Теплотворная способность зависит от технологии процесса и степени разбавления отходящего газа инертным и / или рециркулирующим газом.

2.6 Окружающая среда, здоровье и безопасность

По мере того, как биомасло становится все более доступным, все большее внимание будет уделяться аспектам окружающей среды, здоровья и безопасности.В 2005 году было завершено исследование по оценке экотоксичности и токсичности 21 биомасла от большинства коммерческих производителей биомасла по всему миру в рамках скринингового исследования с полной оценкой репрезентативного биомасла (34). Исследование включает всестороннюю оценку требований к транспортировке как обновление более раннего исследования (35) и оценку способности к биоразложению (36). Результаты сложны и требуют более всестороннего анализа, но общий вывод заключался в том, что биомасло не представляет значительных рисков для здоровья, окружающей среды или безопасности.

Подтверждение

Это исправленная и обновленная версия оригинального текста, опубликованного Тейлором и Фрэнсисом (37) Воспроизведено с разрешения Taylor and Francis Group LLC Books.

Биомасса для производства электроэнергии | WBDG

Введение

Внутри этой страницы

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

Биомасса используется для отопления помещений, производства электроэнергии и комбинированного производства тепла и электроэнергии.Термин «биомасса» охватывает большое количество разнообразных материалов, включая древесину из различных источников, сельскохозяйственные остатки, а также отходы животноводства и жизнедеятельности человека.

Биомассу можно преобразовать в электроэнергию несколькими способами. Наиболее распространенным является прямое сжигание биомассы, такой как сельскохозяйственные отходы или древесные материалы. Другие варианты включают газификацию, пиролиз и анаэробное сбраживание. Газификация производит синтез-газ с полезным содержанием энергии за счет нагрева биомассы меньшим количеством кислорода, чем необходимо для полного сгорания.Пиролиз дает бионефть за счет быстрого нагревания биомассы в отсутствие кислорода. Анаэробное сбраживание производит возобновляемый природный газ, когда органическое вещество разлагается бактериями в отсутствие кислорода.

Различные методы работают с разными типами биомассы. Обычно древесная биомасса, такая как древесная щепа, пеллеты и опилки, сжигается или газифицируется для выработки электроэнергии. Остатки кукурузной соломы и пшеничной соломы упаковываются в тюки для сжигания или превращаются в газ с помощью анаэробного варочного котла.Очень влажные отходы, такие как отходы животных и человека, превращаются в газ со средним содержанием энергии в анаэробном варочном котле. Кроме того, большинство других типов биомассы можно преобразовать в бионефть путем пиролиза, которое затем можно использовать в котлах и печах.

В Вудленде, штат Калифорния, электростанция использует древесину, полученную в сельском хозяйстве.
Источник: NREL

В этом обзоре основное внимание уделяется древесной биомассе, используемой для выработки электроэнергии на промышленных предприятиях, а не в проектах коммунальных предприятий.Тепло биомассы и биогаз, включая анаэробное сбраживание и свалочный газ, рассматриваются на других страницах технологических ресурсов в этом руководстве:

По сравнению со многими другими вариантами возобновляемой энергии, биомасса имеет преимущество диспетчеризации, что означает, что она управляема и доступна при необходимости, подобно системам выработки электроэнергии на ископаемом топливе. Однако недостатком биомассы для производства электроэнергии является то, что топливо необходимо закупать, доставлять, хранить и оплачивать. Кроме того, при сжигании биомассы образуются выбросы, которые необходимо тщательно контролировать и контролировать в соответствии с нормативными требованиями.

В этом обзоре представлены конкретные детали для тех, кто рассматривает системы производства электроэнергии на биомассе как часть крупного строительного проекта. Дополнительную общую информацию можно получить в Управлении энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США (DOE). Основы технологии биомассы. Подробную информацию об использовании биомассы для комбинированного производства тепла и электроэнергии можно получить в Партнерстве по комбинированному производству тепла и энергии Агентства по охране окружающей среды США (EPA).

Описание

На большинстве биоэлектростанций используются системы сжигания с прямым сжиганием топлива.Они сжигают биомассу напрямую, чтобы произвести пар высокого давления, который приводит в действие турбогенератор для производства электроэнергии. В некоторых отраслях промышленности, связанных с биомассой, отводимый или отработанный пар электростанции также используется для производственных процессов или для обогрева зданий. Эти системы комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) значительно повышают общую энергоэффективность примерно до 80% по сравнению со стандартными системами, работающими только на биомассе, с эффективностью примерно 20%. Сезонные потребности в отоплении повлияют на эффективность системы ТЭЦ.

Простая система выработки электроэнергии на биомассе состоит из нескольких ключевых компонентов. Для парового цикла это включает комбинацию следующих элементов:

• Оборудование для хранения и транспортировки топлива
• Камера сгорания / печь
• Котел
• Насосы
• Вентиляторы
• Паровая турбина
• Генератор
• Конденсатор
• Градирня
• Контроль выхлопа / выбросов
• Система управления (автоматизированная).

Системы прямого сжигания подают сырье биомассы в камеру сгорания или печь, где биомасса сжигается с избытком воздуха для нагрева воды в бойлере и образования пара. Вместо прямого сжигания некоторые развивающиеся технологии газифицируют биомассу для получения горючего газа, а другие производят пиролизные масла, которые можно использовать для замены жидкого топлива. Котельное топливо может включать древесную щепу, пеллеты, опилки или биомасло. Затем пар из котла расширяется через паровую турбину, которая вращается, чтобы запустить генератор и произвести электричество.

В целом, все системы, работающие на биомассе, требуют места для хранения топлива и некоторого типа оборудования для обращения с топливом и средств контроля. Система, использующая древесную щепу, опилки или гранулы, обычно использует бункер или силос для краткосрочного хранения и внешний склад для хранения топлива для более крупных хранилищ. Автоматизированная система управления транспортирует топливо из внешнего хранилища с использованием некоторой комбинации кранов, штабелеукладчиков, регенераторов, фронтальных погрузчиков, ремней, шнеков и пневмотранспорта. Ручное оборудование, такое как фронтальные погрузчики, можно использовать для переноса биомассы из штабелей в бункеры, но этот метод потребует значительных затрат на рабочую силу и эксплуатацию оборудования и техническое обслуживание (O&M).Менее трудоемким вариантом является использование автоматических штабелеукладчиков для создания штабелей и регенераторов для перемещения щепы из штабелей в бункер для щепы или бункер.

В электроэнергетических системах, работающих на древесной стружке, обычно используется одна сухая тонна на мегаватт-час производства электроэнергии. Это приближение типично для систем с влажной древесиной и полезно для первого приближения требований к потреблению и хранению топлива, но фактическое значение будет варьироваться в зависимости от эффективности системы. Для сравнения, это эквивалентно 20% эффективности HHV с 17 MMBtu / т древесины.

Большая часть древесной щепы, производимой из сырых пиломатериалов, будет иметь влажность от 40% до 55% на влажной основе, что означает, что тонна зеленого топлива будет содержать от 800 до 1100 фунтов воды. Эта вода снизит извлекаемую энергию материала и снизит эффективность котла, так как вода должна испаряться на первых этапах сгорания.

Самые большие проблемы с установками, работающими на биомассе, связаны с обработкой и предварительной обработкой топлива. Это относится как к небольшим установкам с колосниковым обогревом, так и к большим установкам с подвесным обогревом.Сушка биомассы перед сжиганием или газификацией повышает общую эффективность процесса, но во многих случаях может быть экономически невыгодной.

Выхлопные системы используются для вывода побочных продуктов сгорания в окружающую среду. Средства контроля выбросов могут включать в себя циклон или мультициклон, рукавный фильтр или электрофильтр. Основная функция всего перечисленного оборудования — это контроль твердых частиц, и она указана в порядке увеличения капитальных затрат и эффективности. Циклоны и мультициклоны могут использоваться в качестве предварительных коллекторов для удаления более крупных частиц перед рукавным фильтром (тканевым фильтром) или электростатическим фильтром.

Кроме того, может потребоваться контроль выбросов несгоревших углеводородов, оксидов азота и серы в зависимости от свойств топлива и местных, государственных и федеральных нормативных требований.

Как это работает?

В системе прямого сгорания биомасса сжигается в камере сгорания или печи для получения горячего газа, который подается в котел для выработки пара, который расширяется через паровую турбину или паровой двигатель для производства механической или электрической энергии.

В системе прямого сжигания переработанная биомасса является котельным топливом, который производит пар для работы паровой турбины и генератора для производства электроэнергии.

Типы и стоимость технологий

Есть множество компаний, в основном в Европе, которые продают маломасштабные двигатели и комбинированные теплоэнергетические системы, которые могут работать на биогазе, природном газе или пропане. Некоторые из этих систем доступны в Соединенных Штатах с мощностью от примерно 2 киловатт (кВт) и примерно 20 000 британских тепловых единиц (БТЕ) ​​в час тепла до нескольких мегаватт (МВт). Кроме того, в настоящее время в Европе доступны маломасштабные (от 100 до 1500 кВт) паровые двигатели / генераторные установки и паровые турбины (от 100 до 5000 кВт), работающие на твердой биомассе.

В Соединенных Штатах прямое сжигание является наиболее распространенным методом производства тепла из биомассы. Установленная стоимость малых электростанций, работающих на биомассе, составляет от 3000 до 4000 долларов за кВт, а приведенная стоимость энергии — от 0,8 до 0,15 доллара за киловатт-час (кВтч).

Двумя основными типами систем прямого сжигания щепы являются камеры сгорания со стационарной и подвижной решеткой, также известные как топки с неподвижным слоем и камеры сгорания с атмосферным псевдоожиженным слоем.

Стационарные системы

Существуют различные конфигурации систем с неподвижным слоем, но общей характеристикой является то, что топливо тем или иным образом доставляется на решетку, где оно вступает в реакцию с кислородом воздуха.Это экзотермическая реакция, при которой образуются очень горячие газы и пар в секции теплообменника котла.

Системы с псевдоожиженным слоем

В системе с циркулирующим псевдоожиженным слоем или с барботажным псевдоожиженным слоем биомасса сжигается в горячем слое взвешенных негорючих частиц, таких как песок. По сравнению с колосниковыми камерами сгорания системы с псевдоожиженным слоем обычно производят более полное преобразование углерода, что приводит к снижению выбросов и повышению эффективности системы.Кроме того, котлы с псевдоожиженным слоем могут использовать более широкий спектр исходного сырья. Кроме того, системы с псевдоожиженным слоем имеют более высокую паразитную электрическую нагрузку, чем системы с неподвижным слоем, из-за повышенных требований к мощности вентилятора.

Системы газификации биомассы

Небольшая модульная система биоэнергетики от Community Power Corporation

Хотя системы газификации биомассы встречаются реже, они аналогичны системам сжигания, за исключением того, что количество воздуха ограничено и, таким образом, вырабатывается чистый топливный газ с полезной теплотворной способностью в отличие от сжигания, при котором отходящий газ не имеет полезной теплотворной способности. теплотворная способность.Чистый топливный газ дает возможность приводить в действие множество различных видов газовых первичных двигателей, таких как двигатели внутреннего сгорания, двигатели Стирлинга, термоэлектрические генераторы, твердооксидные топливные элементы и микротурбины.

На эффективность системы прямого сжигания или газификации биомассы влияет ряд факторов, включая влажность биомассы, распределение и количество воздуха для горения (избыток воздуха), рабочую температуру и давление, а также температуру дымовых газов (выхлопных газов).

Приложение

Тип системы, наиболее подходящей для конкретного применения, зависит от многих факторов, включая доступность и стоимость каждого типа биомассы (например, щепа, пеллеты или бревна), стоимость конкурирующего топлива (например, мазут и природный газ), пиковые и годовые электрические нагрузки и затраты, размер и тип здания, доступность площадей, наличие рабочего и обслуживающего персонала, а также местные нормы выбросов.

Проекты, которые могут использовать как производство электроэнергии, так и тепловую энергию из энергетических систем, работающих на биомассе, часто являются наиболее рентабельными.Если место имеет предсказуемый доступ к круглогодичным доступным ресурсам биомассы, то некоторое сочетание производства тепла и электроэнергии из биомассы может быть хорошим вариантом. Транспортировка топлива составляет значительную часть его стоимости, поэтому в идеале ресурсы должны быть доступны из местных источников. Кроме того, на предприятии, как правило, необходимо хранить сырье биомассы на месте, поэтому доступ на площадку и хранение являются факторами, которые следует учитывать.

Как и в случае с любой другой технологией электроснабжения на месте, система производства электроэнергии должна быть подключена к коммунальной сети.Правила присоединения могут быть другими, если система является комбинированной теплоэнергетической системой, а не только для производства электроэнергии. Возможность использовать чистые измерения также может иметь решающее значение для экономики системы.

Руководство Федеральной программы энергоменеджмента (FEMP) по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о требованиях к межсетевым соединениям и чистому учету.

Экономика

Основные статьи капитальных затрат для энергосистемы, работающей на биомассе, включают хранение топлива и оборудование для обращения с топливом, камеру сгорания, котел, первичный двигатель (например.грамм. турбина или двигатель), генератор, элементы управления, дымовая труба и оборудование для контроля выбросов.

Стоимость системы имеет тенденцию к снижению по мере увеличения размера системы. Для паровой системы, работающей только на электроэнергии (не комбинированной), мощностью от 5 до 25 МВт, затраты обычно составляют от 3000 до 5000 долларов за киловатт электроэнергии. Нормированная стоимость энергии для этой системы будет составлять от 0,08 до 0,15 доллара за кВтч, но она может значительно увеличиться с расходами на топливо. Для больших систем требуется значительное количество материала, что приводит к увеличению расстояний транспортировки и затрат на материалы.Небольшие системы имеют более высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание на единицу произведенной энергии и более низкую эффективность, чем большие системы. Следовательно, определение оптимального размера системы для конкретного приложения — это итеративный процесс.

Существует множество стимулов для производства энергии из биомассы, но они различаются в зависимости от политики федерального законодательства и законодательства штата. База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности® перечисляет стимулы для биомассы. Сроки программ стимулирования часто позволяют меньше времени на строительство, чем необходимо для проектов, связанных с биомассой.Кроме того, федеральные агентства часто не могут напрямую воспользоваться финансовыми стимулами для возобновляемых источников энергии, если они не используют другую структуру собственности.

FEMP по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о финансировании проектов в области возобновляемых источников энергии.

Интересно, что штат Массачусетс недавно исключил электричество, работающее на биомассе, из своего Стандарта портфеля возобновляемых источников энергии, поскольку государственные чиновники не верили, что биомасса обеспечивает явное сокращение выбросов парниковых газов.Таким образом, проекты, связанные с использованием биомассы, больше не имеют права на получение сертификатов возобновляемой энергии, которые засчитываются для целей или финансирования возобновляемых источников энергии штата Массачусетс.

Оценка доступности ресурсов

Наиболее важными факторами при планировании энергетической системы на биомассе являются оценка ресурсов, планирование и закупки. В рамках процессов отбора и анализа осуществимости критически важно определить потенциальные источники биомассы и оценить необходимое количество топлива.

Если возможно, подробно определите способность потенциальных поставщиков производить и поставлять топливо, отвечающее требованиям оборудования, работающего на биомассе.Это может быть немного интенсивный процесс, поскольку он включает в себя определение нагрузки, которая будет обслуживаться, выявление возможных производителей или поставщиков оборудования, работу с этими поставщиками для определения спецификации топлива и контакт с поставщиками, чтобы узнать, могут ли они соответствовать спецификации — и какая цена. Также необходимо оценить ежемесячные и годовые потребности в топливе, а также пиковое потребление топлива, чтобы помочь с обращением с топливом и определением размеров оборудования для хранения топлива.

Поскольку на большей части территории Соединенных Штатов не существует установленной системы распределения древесной щепы, иногда бывает трудно найти поставщиков.Одно из предложений — связаться с региональной лесной службой США и государственной лесной службой. К другим ресурсам, с которыми можно связаться, относятся ландшафтные компании, лесопилки и другие переработчики древесины, свалки, лесоводы и производители деревянной мебели.

Оценки ресурсов биомассы на уровне округа также доступны в Интернете с помощью интерактивного инструмента картографии и анализа. Инструмент оценки биомассы был разработан Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) при финансовой поддержке EPA. Раньше оценка ресурсов обычно была статичной и не позволяла пользователям анализировать данные или манипулировать ими.Этот новый инструмент позволяет пользователям выбрать местоположение на карте, количественно оценить ресурсы биомассы, доступные в пределах определенного пользователем радиуса, и оценить общую тепловую энергию или мощность, которые могут быть произведены путем восстановления части этой биомассы. Инструмент действует как предварительный источник информации о сырье биомассы; однако он не может заменить оценку сырья на месте.

Доступные ресурсы биомассы в США.
Источник: NREL

Необходимо разработать процесс приема поставок биомассы и оценки свойств топлива.По состоянию на июль 2011 года национальные спецификации по древесной щепе отсутствуют, но разрабатываются региональные спецификации. Наличие спецификации помогает сообщать и обеспечивать соблюдение требований к микросхеме. Спецификация должна включать физические размеры, диапазон содержания влаги в топливе, энергосодержание, содержание золы и минералов, а также другие факторы, влияющие на обращение с топливом или его сгорание. Для обеспечения справедливой стоимости контракты на поставку топлива должны масштабировать закупочную цену обратно пропорционально содержанию влаги, поскольку более высокое содержание влаги значительно снижает эффективность сгорания и увеличивает вес транспортируемого материала.

Рекомендации по закупкам

Следующие ниже рекомендации имеют решающее значение для успеха любого проекта по производству энергии из биомассы.

• Полностью вовлекайте лиц, принимающих решения, и широкую общественность на этапах планирования и по мере достижения прогресса, особенно если система будет установлена ​​в общественном здании.
• Тесно сотрудничать с производителем или поставщиком оборудования, работающего на биомассе, для совместной работы над проектированием зданий и требованиями к оборудованию.
• Согласовать календарное планирование строительства с поставкой оборудования.Например, легче доставить и установить оборудование, если кран имеет доступ к месту установки.
• Определите маршрут доставки топлива, чтобы грузовики могли легко добраться до места хранения и при необходимости развернуться.

Эксплуатация и обслуживание

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание энергетических систем, работающих на биомассе, в основном состоят из затрат на топливо и рабочую силу. В остальном эти системы аналогичны другим системам производства электроэнергии на базе котлов. Эксплуатация является непрерывной, поэтому затраты на эксплуатацию, а также на покупку и хранение топлива необходимо оценивать вместе с общими затратами по проекту.

Особые соображения

Ниже приведены важные особенности электрических систем, работающих на биомассе.

Экологическая экспертиза / разрешение

Основной проблемой NEPA и выдачей разрешений для энергетической системы, работающей на биомассе, являются выбросы от сжигания. Следовательно, следует пересмотреть местные требования. Выбросы в атмосферу из системы биомассы зависят от конструкции системы и характеристик топлива. При необходимости можно использовать системы контроля выбросов для уменьшения выбросов твердых частиц и оксидов азота.Выбросы серы полностью зависят от содержания серы в биомассе, которое обычно очень низкое.

Хранение щепы требует внимательности, подготовки и внимательности. Когда стружка хранится в здании, существует вероятность того, что пыль от стружки скапливается на горизонтальных поверхностях и попадает внутрь оборудования. Беспокойство вызывает способность древесной щепы самовоспламеняться или самовоспламеняться при хранении в течение длительного времени, хотя встречается редко. Для получения дополнительной информации см. Информационный бюллетень OSHA по безопасности и охране здоровья «Горючая пыль в промышленности: предотвращение и смягчение последствий пожара и взрывов».

Это происходит из-за цепочки событий, которая начинается с биологического разложения органического вещества и может привести к тлею кучи. Критический диапазон влажности, поддерживающий самовозгорание, составляет примерно от 20% до 45%. Вероятность самовозгорания также увеличивается с увеличением размера кучи из-за увеличения глубины.

Чтобы помочь с этой проблемой, Управление пожарной охраны в Онтарио, Канада предоставляет следующие рекомендации:

• Место хранения должно быть хорошо дренированным и ровным, с твердым грунтом или вымощенным асфальтом, бетоном или другим твердым покрытием.На поверхности грунта между сваями не должно быть горючих материалов. Во дворе должны быть удалены сорняки, трава и подобная растительность. Переносные горелки с открытым пламенем для сорняков нельзя использовать на площадках для хранения щепы. Сваи не должны превышать 18 м (59 футов) в высоту, 90 м (295 футов) в ширину и 150 м (492 футов) в длину, если временные водопроводные трубы со шланговыми соединениями не проложены на верхней поверхности сваи.

• Между штабелями щепы и открытыми конструкциями, дворовым оборудованием или инвентарём должно поддерживаться пространство, равное (а) удвоенной высоте сваи для горючего материала или зданий или (b) высоте сваи для негорючих зданий и оборудования.

• В местах скопления щепок курение запрещено.

Пожары из древесной стружки могут быть вызваны другими факторами, такими как удары молнии, тепло от оборудования, искры от сварочных работ, лесные пожары и поджоги. Эти пожары иногда называют поверхностными пожарами, потому что они возникают и распространяются по внешней стороне сваи.

При хранении очень важно поддерживать чистоту щепы. Когда щепа хранится на земле или гравии, часть этого материала часто собирается вместе со щепой и попадает в камеру сгорания.

21 февраля 2011 года Агентство по охране окружающей среды установило стандарты выбросов в соответствии с Законом о чистом воздухе для больших и малых котельных и инсинераторов, сжигающих твердые отходы и осадок сточных вод. Эти стандарты охватывают более 200 000 котлов и мусоросжигательных заводов, которые выбрасывают опасные загрязнители воздуха (HAP), также известные как токсичные вещества. Новые стандарты EPA должны соблюдаться при планировании проекта любого котла для сжигания топлива.

EPA также приняло Закон о чистом воздухе, разрешающий выбросы парниковых газов 2 января 2011 года.Этот процесс, также называемый «правилом адаптации», требует разрешения на производство парниковых газов, но не распространяется на более мелкие предприятия. Ожидается, что окончательные правила будут разработаны в течение трехлетнего исследовательского периода, но федеральные предприятия, использующие производство электроэнергии из биомассы в рамках нового строительного проекта, могут захотеть убедиться, что размер объекта, работающего на биомассе, не вызывает эти требования.

В 2009 году штат Массачусетс выпустил документ под названием «Нормы безопасности и выбросы котлов и печей на биомассе в северо-восточных штатах ».