Простым способом получения полезной энергии из сухой биомас­сы является ее сжигание на воздухе. Хим реакция полного окис­ления материалов, содержащих в главном углерод, кислород и водо­род, описывается последующим уравнением:

СхЩ02 (биомасса) + [x+j>/4-z/2] 02 ->хС02 +^/2Н20,

Где x, y,z — главные элементы, входящие в, состав биомассы.

Теплота реакции составляет от 1 б до 24 ГДж/т полностью сухой био­массы, зависимо от ее типа. Если количество кислорода недостаточ­но для полного окисления горючего материала, тогда происходит образо­вание углерода, оксида углерода, углеводородов и других газов, а теп­лота реакции понижается. Азот и другие элементы, присутствующие в биомассе, преобразуются в газообразные продукты и золу.

Присутствие воды в биомассе не понижает термодинамического вы­хода тепла, но практическая эффективность реакции понижается вследствие необходимости нагрева воды и ее испарения при температуре сжигания. Вода также понижает температуру пламени и скорость сжига­ния. Содержание воды более 30 % не дает способности прямого сжига­ния биомассы, потому материал должен быть высушен либо же к нему следует добавить горючее. Но внедрение печей с псевдосжижен — ным слоем материала позволяет проводить сжигание при содержании воды до 55 %. Были предложены регенеративные печи, повторно ис­пользующие тепло испарившейся воды и газообразных товаров сго­рания; в этих критериях на теоретическом уровне может быть сжигание материалов, насыщенных влагой. Сжигание в соответственных камерах сгорания может явиться одним из более действенных способов использования энергетического потенциала биомассы. В печах прямого нагрева и паро­вых котлах внедрение тепла составляет 85 %, но многие уста­новки на практике являются существенно наименее действенными.

Подготовка биомассы. Перед сжиганием тем либо другим методом большая часть типов биомасс нужно спецефическим образом под­готовить. Типы биомасс могут разнообразить от плотных, относительно сухих материалов, таких, как древесная порода, до очень мокроватых, владеющих низкой теплотворной способностью, таких, как канализационные стоки и морские водные растения. Другие материалы, такие, как трава, владея низкой влажностью, имеют малую плотность, и потому работа с ними является затруднительной. Более необходимыми шагами подготовки био­массы являются измельчение, сортировка по размерам частиц, сушка и хранение.

Нужные размеры древесной породы получают методом распила, раскола и измельчения. Подготовительная сушка на воздухе проводится не всегда, зависимо от техники сжигания. Употребляют и другой способ подго­товки древесной породы, именуемый «уплотнением». В процессе этого процесса древесную породу сушат, размельчают, сортируют по размерам частиц и добавля­ют связующие агенты. Приобретенный материал брикетируют либо прессуют в более плотную массу с содержанием воды около 7% [1]. В литера­туре подымался вопрос относительно необходимости таковой техноло­гии [2], но в целом эта разработка содействует улучшению параметров биомассы как горючего, приближая их к свойствам угля. Этот процесс является дорогостоящим и может более чем в два раза повысить стоимость горючего, но он все же обеспечивает получение материала, способного поменять обыденные виды горючего; в неких районах потребители готовы оплачивать эти излишние издержки.

Для транспортировки к месту использования траву прессуют в кипы. Кипы имеют низкую плотность (62—200 кг/м3 зависимо от типа пресс-подборщика); они должны быть маленькими для облег­чения погрузочно-разгрузочных работ вручную, что ведет к высочайшим транспортным расходам [3]. Не считая того, кипы травы неудобны для автоматической подачи в печи для сжигания. Делались предложения относительно измельчения травы перед внедрением, но это еще более увеличивало издержки по подготовке биомассы [4].

Твердые отходы животноводства содержат обычно 70 — 85 % во­ды. Перед сжиганием нужна подготовительная сушка, которую также можно выполнить методом использования топочных газов [5]. Подобные способы применимы к другим материалам с высочайшей влаж­ностью. При всем этом количество получаемого тепла в значимой мере понижается вследствие использования его части для высушивания топ­лива.

Хранение био сырья представляет необыкновенную делему вследствие его огромного объема, часто сезонного его поступления, также склонности к био разложению. Обыденные виды топ­лива не имеют подобного рода недочетов. В неких случаях невоз­можно обеспечить подачу горючего в согласовании с нужным выде­лением тепла, потому нужна установка печей (бойлеров); способ­ных работать как на обыкновенном горючем, так и на биомассе.

Мелкомасштабные способы сжигагіия. Самый обычной способ сжига­ния биомассы — это сжигание на открытом огне. В этих случаях эффек­тивность сжигания очень мала. При сжигании горючего в обычных печах отношение выделившейся энергии к энергии подведенной может быть наименее 10% [61]. В последние годы были сконструированы эффек­тивные дровяные печи и бойлеры [7]. Значимая утрата тепла в про­стых топках происходит из-за лишней тяги в дымопроводе; обычное огораживание для огня и ограничение тяги увеличивают эффективность сгорания до 25 %. В текущее время имеются существенно более эф­фективные дровяные печи; комната, где установлена такая печь, полу­чает до 70 % энергии сгорания горючего либо в итоге излучения, либо в итоге конвекции. Но средняя эффективность дровяных пе­чей составляет все еще около 50 %.

Была разработана система центрального отопления с внедрением дров в качестве горючего, дающая до 0,4 ГДж/ч. Разработка и эффектив­ность нагрева, обеспечиваемая обыкновенными и улучшенными системами, довольно много описаны в литературе [8]. Главным не­достатком многих систем является трудность обеспечения автоматиче­ской подачи горючего и необходимость неизменного внимания со сторо­ны юзеров. В целях частичного решения трудности были созда­ны системы, созданные для использования многих видов горючего; при желании работа в автоматическом режиме достигается методом пере­ключения на ископаемые виды горючего.

Основной неувязкой маленьких систем сжигания биомассы яв­ляется скопление брутальных масел и смол в более прохладных частях дымопровода. Эти скопления нужно временами удалять; дымопровод можно очищать также методом пропускания через него жарких газов (но вместе с удалением ненужных соединений пропадает и. по­лезное тепло).

Промышленная разработка сжигания. Биомасса обычно использует­ся в индустрии в качестве горючего исключительно в тех случаях, когда она представляет собой остатки от переработки био мате­риалов в другие, более ценные, продукты. *Это имеет частичное зна­чение исходя из убеждений охраны среды, потому что удаление остатков является нередко затруднительным. Два вида горючего биологиче­ского происхождения уже употребляются в индустрии, и способы сжигания их являются документально обоснованными: один вид топли­ва — трава, получаемая в сельском хозяйстве, другой — древесные от­ходы деревообрабатывающей индустрии. Ниже даются некото­рые комменты по применяемой технологии.

Сжигание травы на фермах практикуе. тся в неких районах, а печи для сжигания травы выполняются в Дании в широком масшта­бе [9]. Но, по последней мере в Англии, после закупки в 70-х годах тыщ маленьких бойлеров энтузиазм к последним свалился, и, по имеющимся данным, в текущее время употребляется наименее половины закупленного оборудования [4]. Причина тому, по-видимому, неудоб­ство работы с этим оборудованием, сгорание неустойчивое и неэффек­тивное, а дым и сажа вызывают загрязнение среды. Выход тепла был ниже, чем это было гарантировано производителем. Появи­лись улучшенные варианты с непрерывным сжиганием и разде­лением печи и бойлера (для увеличения полноты сгорания), но эти устройства стали более дорогостоящими, и они вышли из потребления.

Отрасли деревообрабатывающей • индустрии употребляют дре­весные остатки для парообразования на месте производства. Пар исполь­зуется для поддержания температурных критерий процесса и для выра­ботки электроэнергии [10]. Жаркие продукты сгорания могут исполь­зоваться для сушки. Общие отходы деревообрабатывающей промыш­ленности могут составлять до 50 % от массы сырья. Содержание воды в отходах составляет 30—50%. Паровые установки, использующие эти отходы, сжигают до 250 000 кг/ч. Употребляются несколько типов бойле­ров и печей — к примеру датские печи, печи с механической загрузкой, печи с наклонной решеткой. Сжигается как мокроватая (до 30% воды), так и сухая древесная порода. Эффективность может быть таковой же высочайшей, как и при сжигании других видов твердого горючего. Но оборудова­ние для сжигания нередко включает высокоэффективные газовые и масля­ные установки (на случай отсутствия отходов).

Сжигание обширно употребляется в целях утилизации городских и промышленных отходов. Невзирая на существование огромного количества проек­тов по использованию приобретенного тепла для подогрева жилых домов, почти всегда это тепло не употребляется. Цена сжигания может быть внезапно высочайшей, но тут главное значение имеет борьба с загрязнением среды, а для неких от­ходов сжигание является единственно применимым методом их утили­зации. Сжигание сортированных городских отходов, и процессы регене­рации энергии описаны в литературе [11].