Визначення характеристик експериментальних паливних гранул виготовлених з гілля яблуні

• Олексій Олександрович Опришко
• Енергетика
• Теплотехніка
• 03.11.15

Паливні гранули, яблуня, дослідження характеристик.

Використання біомаси в якості джерела енергії в Україні, як альтернатива для природного газу та вугілля, набуло необхідність як з економічних так і організаційних причин [1-3]. Для опалення приватних будинків, адміністративних та виробничих приміщень все частіше використовують паливні брикети та гранули. Сировиною для їх виготовлення є відходи дерево оброблювальних виробництв а саме соснова та дубова тирса, лузга соняшнику, солома тощо. Незважаючи на широкий асортимент традиційної сировини для виготовлення паливних гранул пошук нових джерел є вкрай актуальним оскільки тирса з деревини є сировиною для виготовлення меблів, а вирощування соняшнику обмежується заходами по збереженню ґрунтів. Перспективним джерелом целюлози для виготовлення паливних гранул є гілля фруктових дерев, що масово утворюються під час обрізки садів в весняно-осінній період. Станом на 2013 рік загальна площа садів України складала 259,4 тис. з них до 100 тис. га належала с.г. підприємствам [4]. Згідно статистики в ФРН [5], на плантаціях фруктових дерев із інтенсивною експлуатацією можна отримувати до 10 тонн свіжої маси у вигляді біомаси з деревини за рахунок обрізки насаджень. Тобто обсяги сировини є достатніми для організації промислової переробки.

Метою роботиє визначення характеристик паливних гранул виготовлених з гілля яблуні отриманих при обрізці промислового саду.

Матеріали та методика дослідження. Зразки сировини для виготовлення гранул були отримані в листопаді 2014 року на плантації яблуні сорту «Ранет» в селищі Макіївка Носовського району Черніговського області. При обрізці саду відбирали гілля до 15 мм в перетині, при цьому зразки вражені гниллю відкидалися. Гілля було позбавлено залишків плодів та листя. При заготівлі зразки було подрібнено з допомогою подрібнювача для гілок IKRA Mogatec EG 2500. Додатково до 5-10% в складі сировини становила кора яблуні. Внесення кори було обумовлено тим, що кора може містити шкідників тому при обробці саду стару кору видаляють і разом із гіллям вивозиться з саду. Слід відзначити, що відсоток кори серед біомаси від яблуневого саду може змінюватись, оскільки тріска фруктових деревини використовується при копченні м’яса та риби, при цьому, згідно технології, кора має вилучатись.

В якості дослідного устаткування при дослідженні процесу горіння використовували піч Нормаль 2 Турбо компанії Термофор [6]. Для примусового відбору тепла від печі крізь її штатні конвекційні труби пропускали повітря із початковою температурою в 11 ºС із допомогою вентилятору Домовент 100 С із потужністю 14 Вт, заявлений тиск повітря 34 Па. Температуру вимірювали неконтактним шляхом з ділянки розташованої посередині між центральними конвекційними трубами з допомогою цифрового інфрачервоного термометру AXIOmetVA6520. Контроль позиціонування дослідної ділянки здійснювали із допомогою штатної лазерної указки. Відстань між інфрачервоним термометром та дослідною ділянкою складала біля 1 м.

Дослідні гранули з яблуні порівнювали із стандартними сосновими гранулами побутового призначення.Кількість гранул, що завантажували до печі при дослідах процесу горіння складала 2,55±0,05 кг. В усіх випадках гранули були запаковані в пакет з поліетилену. Пакет з гранулами розміщали максимально близько до конвекційних труб, що знаходились навпроти люку для завантаження палива. В нижній частині печі розташовано ящик для золи. Перед початком досліду усю золу з нього вилучали і розміщали ящик таким чином, щоб відстань між кришкою ящика та корпусом печі складала 5 мм. Після завантаження палива протягом від 30 -40 секунд перекривали заслонку у димарі переводячи піч в режим тліючого горіння. Для дослідних зразків з гілля яблуні було проведено 4 серії дослідів.

Результати досліджень.

В таблиці 1 приведено результати досліджень для експериментальних зразків гранул з яблуні та сосни.

Таблиця 1

Отримані результати свідчать, що експериментальні гранули з яблуні мають аналогічні показники по відношенню до стандартних гранул з сосни, за винятком зольності. Такий очікуваний результат пояснюється наявністю кори в складі експериментальних гранул з яблуні. Різна величина різниці між вищою та нижчою теплотворною здатністю для яблуневих зразків ніж в соснових можливо пояснюється меншим вмістом смоли в зразках, хоча ці результати доцільно дослідити додатково. Дослідні зразки, хоч і були виготовлені на стандартному обладнання проте малі дещо меншу довжину і відповідно меншу механічну міцність. При виготовленні експериментальних, виходячи з їх незначної кількості, не проводились експерименти щодо зміни технологічних параметрів обладнання. Можливо підбір режиму обладнання зможе покращити параметри гранул з яблуні.

На рис. 1 представлено результати паливних випробувань. При калібрувальних дослідах було встановлено, що початок інтенсивного горіння відбувається при наявності певної температури (яскраво червоний колір коксу). Температура контрольної ділянки на передній частині печі від ≈90 ºС. При недостатній температурі процес відбувається менш інтенсивно ( Сосна 1).

Рис. 1 Залежність температури печі від палива та тривалості горіння

При оцінці максимальних температур, що були досягнені в печі слід враховувати, що при внесені палива при температурі в ≈90 ºС в топі був кокс, який також горів і додавав свою частку в максимальну температуру. Проте залежність дає можливість обрахувати кількість палива необхідного для опалення та видобутку енергії. Використання паливних гранул в промислових масштабах, дозволяє окрім позбавлення залежності від поставок енергоносіїв, збирати і переробляти зольні речовини, які є дуже цінним добривом.

Слід відзначити порівняно приємний запах диму в порівнянні з димом від соснових гранул чи брикетів із соняшникової лузги. Такий суб’єктивний чинник може бути вагомим при виборі палива для будинків із щільною забудовою, наприклад селищ чи котеджних містечок.  

Висновки.

1.  Паливні гранули виготовлені з гілля яблуні за величинами теплотворної здатності та насипної щільності показали значення на рівні стандартних гранул із сосни. Паливні характеристики гранул із яблуні і сосни приблизно співпадають.

2.  Виходячи з значення вологості і механічної міцності гранул з яблуні можна стверджувати про доцільність розробки особливих технологічних режимів для цієї сировини.

3.   Велична зольності зразків із гілля яблуні в 2.5% значно перевищує значення стандартних зразків в 0.4-0.6%, що пояснюється вмістом кори. Проте зола від плодових дерев є цінним добривом і може реалізовуватись для потреб сільського господарства.

Список літератури            

4.  Сады Украины: где и сколько. (28.10.2013, 12.33) http://infoindustria.com.ua/sadyi-ukrainyi-gde-i-skolko/;

5.  Energie aus Heu und Heckenholz. Top agrar, 2011; N 1. - S. 134-136;

6.  Компания Термофор. Печь Нормаль 2 Турбо http://www.termofor.ru/catalog/model/pechi_otopitelnie/drovyanye/normal_2_turbo/.

Аннотация.

Изучено характеристики экспериментальных топливных гранул произведенных из веток яблони и произведено их сравнение с стандартными сосновыми гранулами. Показано, что биомасса, полученная при обслуживании яблоневых садов, является перспективным источником сырья для топливных гранул.

Топливные гранулы, яблоня, исследование характеристик.

Abstract.

The characteristics of the experimental fuel pellets made from the branches of an apple-tree and made their comparison with standard pine pellets. It is shown that the biomass produced during maintenance of apple orchards, is a promising source of raw material for pellets.

Pellets, apple, investigation of characteristics.