Система отопления на биомассе
Системы отопления на биомассе генерируют тепло из биомассы . Системы могут использовать прямое сжигание , газификацию , комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), анаэробное или аэробное сбраживание для производства тепла. Отопление биомассой может быть полностью автоматизированным или полуавтоматическим, может работать на пеллетах или представлять собой комбинированные теплоэнергетические системы.
Типы
[ редактировать ]
Существует четыре основных типа систем отопления, в которых для нагрева котла используется биомасса. Типы отопления биомассой: полностью автоматизированные, полуавтоматические, пеллетные и комбинированные.
Полностью автоматизированный
[ редактировать ]В полностью автоматизированных системах измельченная или измельченная биомасса подается в котел по конвейерам с регулируемой скоростью. Эта скорость контролируется компьютерным управлением для поддержания давления и температуры внутри котла. Полностью автоматизированные системы значительно упрощают работу, поскольку от оператора системы требуется только управление компьютером. [1] [2]
Полуавтоматический или «ограничительный бункер»
[ редактировать ]Полуавтоматические системы или системы «Surge Bin» очень похожи на полностью автоматизированные системы, за исключением того, что для поддержания их работы требуется больше рабочей силы. У них меньшие по размеру резервуары для хранения и гораздо более простые конвейерные системы, для поддержания работы которых потребуется персонал. Причиной перехода от полностью автоматизированной системы является эффективность системы. Тепло, создаваемое камерой сгорания, можно использовать для непосредственного нагрева воздуха или для нагрева воды в котельной системе, которая действует как среда, с помощью которой передается тепло. [3] Котлы, работающие на дровах, наиболее эффективны, когда они работают на максимальной мощности, и тепло, необходимое в большинство дней в году, не будет соответствовать пиковой потребности в тепле в течение года. Учитывая, что системе нужно будет работать с высокой производительностью только несколько дней в году, она создана для удовлетворения требований в течение большей части года для поддержания ее высокой эффективности. [2]
Пеллетный
[ редактировать ]Третьим основным типом систем отопления на биомассе являются системы, работающие на пеллетах . Пеллеты представляют собой переработанную древесину, что делает их более дорогими. Хотя они и дороже, но гораздо более уплотнены и однородны, а значит, более эффективны. Кроме того, относительно легко автоматически подавать пеллеты в котлы. В этих системах пеллеты хранятся в бункере зернового типа, а для их перемещения в котел используется сила тяжести. Требования к хранению гораздо меньше для систем, работающих на пеллетах, из-за их конденсированной природы, что также помогает сократить расходы. эти системы используются на самых разных объектах, но они наиболее эффективны и экономически выгодны для мест, где пространство для хранения и конвейерных систем ограничено и где пеллеты производятся достаточно близко к объекту. [2]
Системы сельскохозяйственных гранул
[ редактировать ]Одной из подкатегорий пеллетных систем являются котлы или горелки, способные сжигать пеллеты с более высокой зольностью (бумажные пеллеты, пеллеты из сена, пеллеты из соломы). Одной из таких является пеллетная горелка PETROJET с вращающейся цилиндрической камерой сгорания. [4] С точки зрения эффективности современные котлы на пеллетах могут превосходить другие виды биомассы из-за более стабильных характеристик топлива. Усовершенствованные пеллетные котлы могут работать даже в конденсационном режиме и охлаждать дымовые газы до 30-40°C вместо 120°C перед отправкой в дымоход. [5]
Комбинированное тепло и электроэнергия
[ редактировать ]Комбинированные системы производства тепла и электроэнергии являются очень полезными системами, в которых древесные отходы, такие как древесная щепа , используются для производства электроэнергии, а тепло создается как побочный продукт системы производства электроэнергии. Они имеют очень высокую стоимость из-за работы под высоким давлением. Из-за работы под высоким давлением необходимость в высококвалифицированном операторе является обязательной, что приведет к увеличению стоимости эксплуатации. Еще одним недостатком является то, что, производя электроэнергию, они будут производить и тепло, а если производство тепла нежелательно в определенные периоды года, необходимо добавить градирню, что также повысит стоимость.
Есть определенные ситуации, когда ТЭЦ является хорошим вариантом. Производители изделий из древесины будут использовать комбинированную систему производства тепла и электроэнергии, поскольку у них есть большие запасы древесных отходов и потребность как в тепле, так и в электроэнергии. Другими местами, где эти системы будут оптимальными, являются больницы и тюрьмы, которым нужна энергия и тепло для горячей воды. Размеры этих систем рассчитаны таким образом, чтобы они производили достаточно тепла, чтобы соответствовать средней тепловой нагрузке, поэтому дополнительное тепло не требуется и градирня не требуется. [2]
Преимущества
[ редактировать ]Использование биомассы в системах отопления выгодно, поскольку при ней используются сельскохозяйственные, лесные, городские и промышленные отходы и отходы для производства тепла и/или электроэнергии с меньшим воздействием на окружающую среду, чем ископаемое топливо. [6] Этот тип производства энергии оказывает ограниченное долгосрочное воздействие на окружающую среду, поскольку углерод в биомассе является частью естественного углеродного цикла ; в то время как углерод в ископаемом топливе отсутствует и постоянно добавляет углерод в окружающую среду при сжигании в качестве топлива ( углеродный след ). [7] Исторически сложилось так, что до использования ископаемого топлива в значительных количествах биомасса в виде древесного топлива обеспечивала большую часть отопления человечества.
Поскольку лесная биомасса обычно получается из древесины, имеющей более низкую коммерческую ценность, лесная биомасса обычно заготавливается как побочный продукт других операций по заготовке древесины. Отопление биомассой обеспечивает рынки для более дешевой древесины, что обеспечивает здоровое и прибыльное управление лесами. [ нужна ссылка ]
Недостатки
[ редактировать ]В больших масштабах использование сельскохозяйственной биомассы лишает сельскохозяйственные земли производства продуктов питания , снижает улавливать углерод способность лесов , которые не управляются устойчивым образом, и извлекает питательные вещества из почвы. Сжигание биомассы создает загрязнители воздуха и добавляет в атмосферу значительное количество углерода, который не может быть возвращен в почву в течение многих десятилетий. [8] Временная задержка между сжиганием биомассы и моментом, когда углерод извлекается из атмосферы по мере роста растения или дерева, чтобы заменить его, известна как углеродный долг. Концепция углеродного долга является предметом дискуссий. Фактические воздействия углерода могут зависеть от философии, масштаба сбора урожая, типа земли, типа биомассы (например, трава, кукуруза, новая древесина, древесные отходы, водоросли), типа почвы и других факторов. [9]
Использование биомассы в качестве топлива приводит к загрязнению воздуха в виде угарного газа , NOx (оксидов азота), ЛОС ( летучих органических соединений ), твердых частиц и других загрязняющих веществ, в некоторых случаях в количествах, превышающих уровни традиционных источников топлива, таких как уголь или природный газ. . [10] [11] Черный углерод – загрязнитель, образующийся в результате неполного сгорания ископаемого топлива, биотоплива и биомассы – возможно, является вторым по величине фактором, способствующим глобальному потеплению. [12] В 2009 году шведское исследование гигантского коричневого тумана, который периодически покрывает большие территории в Южной Азии, показало, что он образовался в основном в результате сжигания биомассы и, в меньшей степени, в результате сжигания ископаемого топлива. [13] Исследователи зафиксировали значительную концентрацию 14 C , который связан с современной растительной жизнью, а не с ископаемым топливом. [14] Современные устройства для сжигания биомассы значительно сокращают вредные выбросы благодаря передовым технологиям, таким как системы регулировки кислорода. [15]
При сгорании углерод биомассы выбрасывается в атмосферу в виде углекислого газа (CO 2 ) . Количество углерода, хранящегося в сухой древесине, составляет примерно 50% по весу. [16] При получении из сельскохозяйственных источников растительные вещества, используемые в качестве топлива, могут быть заменены посадками новых побегов. Когда биомасса поступает из лесов, время для повторного улавливания накопленного углерода, как правило, больше, а способность леса хранить углерод в целом может снизиться, если используются разрушительные методы лесного хозяйства. [17] [18] [19] [20]
Предложение о том, что лесная биомасса является углеродно-нейтральной, выдвинутое в начале 1990-х годов, было заменено более поздней наукой, которая признает, что зрелые, нетронутые леса улавливают углерод более эффективно, чем вырубленные территории. Когда углерод дерева выбрасывается в атмосферу одним импульсом, он способствует изменению климата гораздо больше, чем медленное гниение лесной древесины на протяжении десятилетий. [21] Некоторые исследования показывают, что «даже через 50 лет лес не восстановился до своего первоначального уровня хранения углерода» и «оптимальной стратегией, вероятно, будет защита постоянного леса». [22] Другие исследования показывают, что накопление углерода зависит от леса и использования собранной биомассы. Леса часто используются для разновозрастных деревьев с более частыми и меньшими урожаями взрослых деревьев. Эти леса взаимодействуют с углеродом иначе, чем зрелые, вырубленные леса. Кроме того, чем эффективнее преобразование древесины в энергию, тем меньше древесины будет использоваться и короче будет углеродный цикл. [23]
Шкала
[ редактировать ]
Рост цен на нефть с 2003 года и последующий рост цен на природный газ и уголь увеличили ценность биомассы для производства тепла. Лесные отходы, сельскохозяйственные отходы и культуры, выращенные специально для производства энергии, становятся конкурентоспособными по мере роста цен на энергоемкое ископаемое топливо. Усилия по развитию этого потенциала могут привести к восстановлению плохо управляемых пахотных земель и стать винтиком в колесе децентрализованной, многомерной отрасли возобновляемых источников энергии . Усилия по продвижению и продвижению этих методов стали обычным явлением во всем Европейском Союзе на протяжении 2000-х годов. В других регионах мира неэффективные и загрязняющие методы производства тепла из биомассы в сочетании с плохими лесными практиками значительно усугубили деградацию окружающей среды .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Автоматизация: системы контроля горения и управления горелками» . Сигма Термал . Проверено 18 октября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Типы систем отопления на биомассе» . Херст Котел .
- ^ «Проектирование системы биомассы – избранная экологическая энергия» . Избранное Эко Энергия . Проверено 18 октября 2016 г.
- ^ «Отличные результаты шведской испытательной лаборатории | Petrojet Trade sro» . Петроджет . Архивировано из оригинала 19 октября 2012 года.
- ^ «Конденсационный пеллетный котел Окофен» .
- ^ Валлиос, Иоаннис; Цуцос, Теохарис; Пападакис, Джордж (апрель 2009 г.). «Проектирование централизованного теплоснабжения на биомассе» . Биомасса и биоэнергетика . 33 (4): 659–678. doi : 10.1016/j.biombioe.2008.10.009 – через Elsevier Science Direct.
{{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ «Отопление дровами» . Архивировано из оригинала 16 июля 2011 года.
- ^ «Мнение Научного комитета ЕАОС по учету парниковых газов в отношении биоэнергетики» (PDF) .
- ^ Мальмшаймер, Роберт (октябрь 2016 г.). «Котлы на биомассе, парниковые газы и изменение климата: все, что вы когда-либо хотели знать о выбросах углерода от вашего котла, работающего на биомассе, но боялись спросить!» (PDF) .
- ^ «Джордж Лопес посещает театр Фокс» . Мичиганский мессенджер. 22 февраля 1999 г. Архивировано из оригинала 5 февраля 2010 г.
- ^ Чжан, Цзюньфэн (Джим); Смит, Кирк Р. (июнь 2007 г.). «Бытовое загрязнение воздуха углем и топливом из биомассы в Китае: измерения, воздействие на здоровье и меры вмешательства» . Окружающая среда. Перспектива здоровья . 115 (6): 848–55. дои : 10.1289/ehp.9479 . ПМК 1892127 . ПМИД 17589590 .
- ^ Состояние мира, 2009 г., В мир потепления , Worldwatch Institute , 56–57, ISBN 978-0-393-33418-0
- ^ Густафссон, Орьян; Круся, Мартин; Зенчак, Зденек; Шизли, Ребекка Дж.; Гранат, Леннарт; Энгстрем, Эрик; Правин, PS; Рао, PSP; Лек, Кэролайн; Роде, Хеннинг (23 января 2009 г.). «Коричневые облака над Южной Азией: сжигание биомассы или ископаемого топлива?» . Наука . 323 (5913): 495–498. Бибкод : 2009Sci...323..495G . дои : 10.1126/science.1164857 . ПМИД 19164746 . S2CID 44712883 .
- ^ Сжигание биомассы приводит к азиатскому коричневому облаку , Новости химии и техники , 87 , 4, 31
- ^ Нуссбаумер, Томас (апрель 2008 г.). «Обзор технологий и правил сжигания биомассы в Европе» (PDF) .
- ^ Смит, Джеймс Э.; Хит, Линда С.; Дженкинс, Дженнифер С. (январь 2003 г.). Модели соотношения объема леса к биомассе и оценки массы живых и стоящих мертвых деревьев в лесах США (PDF) (Отчет). Лесная служба Министерства сельского хозяйства США . Архивировано из оригинала (PDF) 11 июля 2007 года . Проверено 12 декабря 2010 г.
- ^ Прасад, Рам. «УСТОЙЧИВОЕ ЛЕСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СУХИМИ ЛЕСАМИ ЮЖНОЙ АЗИИ» . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Проверено 11 августа 2010 г.
- ^ «Treetrouble: Свидетельства о негативном влиянии крупных лесопосадок, подготовленные к шестой Конференции сторон Рамочной конвенции об изменении климата» . Друзья Земли Интернешнл. Архивировано из оригинала 26 июля 2011 года . Проверено 11 августа 2010 г.
- ^ Лайхо, Райя; Санчес, Фелипе; Тиаркс, Аллан; Догерти, Филип М.; Треттин, Карл К. «Влияние интенсивного лесного хозяйства на тенденции ранней ротации в пулах углерода на юго-востоке США» . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 11 августа 2010 г.
- ^ «ФИНАНСОВАЯ И ИНСТИТУЦИОНАЛЬНАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ УСТОЙЧИВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕСАМИ» . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Проверено 11 августа 2010 г.
- ^ Мэри С. Бут. «Брифинг по биомассе, октябрь 2009 г.» (PDF) . www.massenvironmentalenergy.org . Массачусетский экологический энергетический альянс. Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2010 года . Проверено 12 декабря 2010 г.
- ^ Эдмундс, Джо; Ричард Ричетс; Маршалл Уайз, «Будущие выбросы углерода от ископаемого топлива без политического вмешательства: обзор». В TML Wigley, Дэвид Стивен Шимел, Углеродный цикл . Издательство Кембриджского университета, 2000, стр. 171–189.
- ^ «Прошлый проект: Энергия древесной биомассы» . Маномет . Проверено 15 мая 2019 г.
