Дослідження впливу вмісту кори на експлуатаційні властивості паливних гранул з сосни
На цей час вугілля, нафта та газ, тобто не відновлювальні корисні копалини забезпечують біля 80% від енергетичних потреб людства. Проте доступність цих ресурсів зменшується, при цьому їх використання негативно впливає на оточуюче середовище а саме кислотні дощі, викиди CO2тощо. В Україні окрім цих факторів на пошук альтернативних джерел енергії таких як сонце, вітер, використання біомаси [1,2,3] додатково вплинули економічні та політичні проблеми із поставками енергоносіїв.
Різке зростання вартості та зміна умов поставки газу протягом останніх років привели до впровадження в Україні, відпрацьовані в країнах ЄС, технологій опалення з використанням паливних гранул та брикетів, які традиційно виготовлялись з тирси. В сучасному виробництві тирса використовується при створенні ДСП, тобто є цінним ресурсом, використання якого для створення паливних гранул може бути економічно недоцільним. Перспективною сировиною для створення брикетів є кора деревини, об’ємний вміст якої для сосни складає 10-11% від загального об’єму деревини [4]. Така кількість вказаного ресурсу, який мало використовується, сприяло дослідженням щодо його використання в якості палива [4,5,6,7]. В [8] досліджено хімічний склад кори, і встановлено, що відсоток елементів, що визначають теплотворність а саме C, H, O, NPмайже відповідає до деревини, відповідно показники кори як палива подібні до основної деревини. Головною перешкодою в використанні кори в якості сировини для паливних брикетів та гранул вважається їх мала механічна міцність [4,6], що приводить до руйнації їх при зберіганні. З огляду на перспективу використання кори слід відзначити, що в [4] для створення гранул використовувались застарілі технології і вологість продукції досягала 20%, що не відповідає сучасним вимогам а в [6] дослідження проводились виключно для одного типу зразків із кількістю кори в 10%, що можна вважати недостатнім для визначення залежності.
Мета роботи – дослідити залежність між вмістом кори в складі пілети з сосни та її механічними властивостями.
Матеріали та методика досліджень. Для проведення досліджень в травні 2014 року при заготівлі соснової ділової деревини було окремо отримані зразки кори та тирси із стовбуру. Тирсу отримували під час розрізання стовбуру сосни поперек при заготівлі лісу, кора з місця розрізу була попередньо видалена сокирою. Зразки соснової кори отримувались при обробці колод на лісопилці, видалення кори проводилось з допомогою сокири. Протягом 4 місяців зразки просушувались на відкритому повітрі в приміщенні ангару без випливу прямого сонячного світла при температурі 20±8 ºС. Товщина шару складала не більш ніж 2 см, протягом сушки зразки періодично перемішувались для запобігання загнивання. В жовтні 2014 року з зразків, згідно стандарту DIN 51731, на промисловому обладнанні було отримано гранули діаметром 8 мм. Довжина гранул, що використовувались при дослідженнях складала 35-40 мм. Було виготовлено наступні зразки гранул:
· С – зразки виключно з тирси (стандартний зразок);
· СК10 – 90% тирса, 10% кора (співвідношення характерне для соснового гілля);
· СК30 – 70% тирса, 30% кора;
· К – зразки виключно з кори (відходи пре первинній переробці кругляку).
При виготовленні зразків, що містили в своєму складі тирсу і кору відсоток складових визначали виходячи з їх маси. При приготуванні складові попередньо було подрібнено, таким чином, щоб забезпечити максимальну фракцію в 5 мм.
Оскільки вологість та кількість мінеральних речовин в складі кори та тирси суттєво відрізняються [4] було визначено загальну вологість зразків, та відсоток маси, що припадає на зольні речовини.
Випробування проводились за методикою створеною на базі «ГОСТ 16483.3-84 Деревина. Метод визначення межі міцності при статичному вигині». Оскільки методика згідно ГОСТ вказує на необхідність дотримування вологості в 12%; і відповідному перерахунку результатів в разі іншої вологості в залежності від щільності зразків, було вирішено проводити порівнювальну характеристику, де за 100% міцність приймали зразок С (виключно тирса).
При дослідженнях зразки розміщали на підставці з двох монолітних мідних дротів, діаметр яких складав 3 мм, розміщених паралельно один одному відстані між ними складала 30 мм. Навантаження на дослідний зразок здійснювали з допомогою важеля, виготовленого з мідного дроту діаметром 3 мм розміщеного по середині між підставками. Величину навантаження змінювали шляхом підвісу вантажу на кінець важелю, другий кінець якого було зафіксовано на шарнірі. Перед проведенням випробування зразки візуально перевіряли на відсутність тріщин та сколів.
Результати досліджень.При виробництві паливних гранул з вмістом кори було відмічено велику кількість пилу, що свідчить про втрату матеріалу, забрудненість повітря і доцільність використання замкненої системи. Відповідно при зміні складу гранул бажано підбирати технологічний режим роботи устаткування.
При визначені параметрів зразків С, СК30 та К були отримані наступні результати для вологості 6.9, 9.0 та 9.5 відсотків відповідно і для зольності 0.38, 2.5 та 3.5 відсотку відповідно. З отриманих результатів видно, що пілети з вмістом кори мають істотно вищу зольність, проте утворені продукти можуть бути вдало використані в якості добрив. Тобто при їх використанні в сільській місцевості проблеми із утилізацією отриманих продуктів не суттєві, на відміну від золи після спалення вугілля.
При оцінці міцності гранул дослідження проводились для 5 зразків кожного типу. На рис.1 представлено отримані результати для середнього значення та межі розбіжностей результатів.
Рис. 1 Залежність міцності при статичному вигині від складу гранул
З приведених даних видно, що при виготовленні гранул виключно з кори міцність може бути навіть вищою ніж в еталонного зразку. При частковому внесенні кори в склад гранул міцність зменшилась не суттєво. Ймовірним поясненням цього результату може бути те, що в складі гранул суто з кори було менше складових дрібних фракцій, які були втрачені під час фрезерування (подрібнення) сировини. Саме дрібні фракції в складі гранул призводять до їх руйнації при механічних зусиллях.
Висновки. Кора є перспективною сировиною для створення паливних гранул, і не потребує обов’язкового внесення додаткових компонентів в склад гранули. Використання кори для створення гранул вимагатиме розробки окремих режимів обробки а саме швидкості подачі сировини, температури пару при екструзії тощо.
Список літератури:
1. Шеліманова О.В., Гур¢єва А.О. Експериментальний стенд для дослідження кінетики сушіння гранульованого матеріалу //