Энергоносители будущего

Технология гранулирования (пеллетирования) биотоплива достаточно широко применяется в настоящее время в отопительных целях. Это обусловлено тем, что пеллеты имеют ряд преимуществ перед другим биотопливом: удобство хранения, не боятся самовоспламенения и транспортабельны. Кроме того, в связи с истощением запасов углеводородного топлива возобновляемые виды начинают играть значимую роль в топливном балансе большинства стран, при этом биотопливо является одним из наиболее перспективных. Российская Федерация в этом плане не является исключением.

ПЛОТНИКОВ Дмитрий Анатольевич,  доцент кафедры «ТГУиГ», к.т.н. ДИДЕНКО Валерий Николаевич, профессор, член-корреспондент РАРАН, заслуженный деятель науки УР, засл. работник ВШ РФ, д.т.н.

Историческая справка
Процесс брикетирования топлива предложен в 30-х гг. XIX века русским инженером А. П. Вешняковым, который разработал метод получения прочных брикетов из отходов древесного и каменного угля, назвав этот вид топлива карболеином. В 1858 в Германии пущена первая буроугольная брикетная фабрика, а в 1860 - каменноугольная с вальцевыми прессами. Наиболее ранние методы изготовления и применения собственно пеллет (гранул) появились в 20-х годах XX века в США, разработчиком которых являлся Р. Гуннерман. Однако массовое использование пеллет в качестве топлива так и не было достигнуто. Методы производств и сжигания пеллет были недостаточно эффективны, далее их прервала II мировая война, а после войны дешевая нефть и приближающийся атомный век, казалось бы, поставили крест на использовании биомассы в качестве топлива. Однако нефтяной кризис 70-х годов показал, что это не так.
Были выделены значительные суммы на разработку топливных технологий, альтернативных традиционным нефти и газу, что вызвало всплеск творчества исследователей и конструкторов. Это привело к созданию и внедрению в производство технологии производства и сжигания пеллет для энергетических целей. Между 1977 и 1983 годом было построено более чем 20 крупных пеллетных производств в США, в основном для обеспечения топливом ТЭС. В 1984 году Витфилд предлагает конструкцию отпительного котла-камина для частного дома, работающего на пеллетах. Данное изобретение позволило пеллетам прорваться на рынок топлива для частных домов, что не замедлило сказаться на технологии их изготовления. Так появились технологии, позволяющие производить  «пеллеты 1 класса». Они отличаются меньшими размерами, а также более высокими требования к составу и качеству, при их сжигании количество вредных веществ в дымовых газах минимально. Одновременно с этим, технологии производства и применения пеллет развиваются в Европе. Советские и российские разработки по сжиганию биотоплива были нап-равлены на утилизацию отходов лесной промышленности и предусматривали в основном сжигание непереработаного биотоплива.
Малая распространенность пеллет объясняется их достаточно высокой стоимостью. Это связано с рядом недостатков традиционной технологии пеллетирования. Во-первых, стационарное производство пеллет имеет высокие транспортные расходы на перевозку сырья. Во-вторых, после выработки всего сырья в пределах экономически обоснованного радиуса действия завод нужно демонтировать либо перевозить на другое место. В-третьих, технология пеллетирования требует потребления сторонней электроэнергии или природного газа, что составляет от 30 до 50% себестоимости пеллет.
В результате поиска путей снижения стоимости производства пеллет можно сделать вывод, что установка по производству пеллет должна быть мобильной и иметь автономное энергообеспечение.

Новая технология
В ИжГТУ была разработана концепция установки, реализующей данные принципы. Мобильность обеспечивается размещением агрегатов установки на транспортных носителях, в качестве которых, как наиболее оптимальные, приняты автомобильные шасси. Для автономного энергообеспечения установки выбран слоевой газогенератор обращенного типа. Проведено исследование современного состояния вопроса проектирования и производства газогенераторов.
Общая структура установки по производству пеллет включает в себя: газогенератор, фильтр, теплогенератор, охладитель газа, молотковую дробилку, барабанную сушилку, газовый двигатель, электрогенератор, дозатор воды, смеситель, пресс-экструдер, охладитель, сепаратор, выход конечной продукции (весы и контроль). Данная структура соответствует патенту №55774 «Установка переработки биотоплива» от 28.03.06, (патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»,  авторы В. Н. Диденко, Д. А. Плотников).
В установке применены такие энергосберегающие решения, как:
а) газ, выходящий с газогенератора, имеет высокую температуру, порядка 400°С. Для стабильной работы газового двигателя он охлаждается в теплообменнике до 30°C. При этом воздух, забравший теплоту, является одним из компонентов сушильного агента;
б) охлаждение камеры сгорания теплогенератора осуществляется воздухом, проходящим через кольцевой канал вокруг камеры сгорания. При этом подогретый воздух используется как один из компонентов сушильного агента;
в) выхлоп, образующийся в газовом двигателе, имеет высокую температуру и поэтому применяется как один из компонентов сушильного агента.
Установка производительностью 1000 кг/ч пеллет была рассчитана и конструктивно проработана до стадии эскизного проекта. Как вариант разработано размещение энергоблока на шасси автомобиля «Урал» (рис.4).
На основании полученных характеристик установки производительностью 1000 кг/ч пеллет  был произведен технико-экономический анализ использования установки, а также составлен бизнес-план. При этом затраты на производство пеллет ориентировочно составят 690 руб./тонна, а при традиционной технологии порядка 1500-1700 руб./тонна.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что предполагаемая установка является конкурентоспособной уже сегодня. Также в связи с прогнозируемым повышением цен на природный газ, очевидно, что пеллеты будут широко применяться в РФ, и это  позволяет надеяться на массовое внедрение данной технологии.