Снижает ли измельчение зараженной древесины ее теплотворную способность для топлива из биомассы?

Использование древесной биомассы для производства тепла и электроэнергии является краеугольным камнем перехода к возобновляемым источникам энергии. Однако значительная часть доступного сырья,-особенно из поврежденных ураганами деревьев, больных лесов или управляемых лесных массивов-заражена грибками, бактериями или насекомыми. Обычным этапом предварительной обработки этого материала является измельчение (или измельчение), которое уменьшает размер частиц для облегчения обработки и сжигания. Это поднимает критический вопрос. для операторов биомассы: Приводит ли измельчение зараженной древесины к дальнейшему снижению ее теплотворной способности?
Прямой ответ: -измельчение само по себе не приводит к химическому изменению древесины и не снижает ее внутреннюю энергетическую ценность. Однако инфекция часто разрушает древесину перед измельчением, и процесс измельчения может косвенно влиять на эффективность использования топлива более низкого-качества. В этой статье исследуются научные причины гниения древесины, механика измельчения и общее влияние на качество топлива из биомассы.
1. Настоящий виновник: биологический распад, а не механическое измельчение.
Чтобы понять теплотворную способность, мы должны сначала посмотреть, что горит. Энергия древесины поступает в основном из лигнина и целлюлозы. Когда древесина заражается-чаще всего гнилью-, вызывающей такие грибы, как Heterobasidion (корневая гниль) или Ganoderma (коричневая гниль)-, эти организмы выделяют ферменты, расщепляющие эти полимеры и употребляемые в пищу.
• Бурая гниль: Грибы разлагают целлюлозу, оставляя лигнин практически нетронутым. Древесина становится хрупкой и темной, но сохраняет некоторую структурную целостность.
• Белая гниль: Грибы разрушают лигнин и целлюлозу, превращая древесину в тягучую бледную массу.
• Мягкая гниль: часто встречается в очень влажных условиях, поражает целлюлозу вторичных клеточных стенок.
Во всех случаях микробный метаболизм превращает твердые горючие соединения углерода в CO₂, воду и грибковую биомассу. Именно биологическое разложение снижает теплотворную способность. Исследование, опубликованное в журнале Forest Products Journal, показало, что сильно разложившаяся древесина может потерять от 15 % до 50 % энергии от своего первоначального сухого-веса, в зависимости от тяжести и типа гнили.
Измельчение — это чисто механический процесс. Он разбивает большие куски на более мелкие за счет сил сдвига и удара. Он не сжигает углерод и не испаряет летучие соединения; следовательно, он не снижает напрямую высшую теплоту сгорания (GCV) на килограмм сухого вещества. Если у вас есть 1 кг сухой зараженной древесной щепы, она содержит одинаковое количество потенциальной энергии, независимо от того, находятся ли она в одном большом куске или измельчена в пыль.
2. Косвенные эффекты: как измельчение взаимодействует с зараженной древесиной.
Хотя измельчение не меняет химический состав, оно существенно меняет физические свойства зараженного материала, что влияет на эффективное восстановление энергии во время сгорания.
A. Повышенное содержание влаги
Зараженная древесина часто обладает более высокой способностью удерживать воду из-за разрушения клеточных стенок. Измельчение значительно увеличивает соотношение-площади-к-объему. Хотя это помогает при сушке при правильном хранении топлива, это также означает, что материал может реабсорбировать атмосферную влагу гораздо быстрее, чем твердые бревна. Высокое содержание влаги является основным врагом эффективности сгорания, поскольку энергия тратится впустую на выпаривание воды, а не на обогрев дома или выработку пара.
Б. Ускоренная деградация
При измельчении свежие поверхности подвергаются воздействию кислорода и микробной активности. Если зараженную древесину измельчить, а затем оставить в куче на несколько недель или месяцев, аэробные бактерии и грибы могут ускорить процесс разложения, начавшийся в лесу. Этот распад «после-измельчения» может со временем привести к заметному снижению теплотворной способности.
C.Зольность и шлакование
Рост грибков способствует увеличению содержания минеральной золы в древесине. Когда зараженная древесина измельчается, почва и песок, собранные во время заготовки, более тщательно перемешиваются с мелкими частицами. Более высокое содержание золы снижает низшую теплотворную способность (NCV), поскольку минералы не горят. Кроме того, некоторые грибы могут концентрировать щелочные металлы (например, калий), которые при измельчении в мелкую пыль могут способствовать шлакованию и загрязнению древесины. котлы-снижают эксплуатационную эффективность, даже если теоретическое содержание БТЕ в топливе остается неизменным.
3. Преимущества измельчения для эффективности сгорания
Важно отметить, что, несмотря на недостатки, связанные с уже существующим-инфицированием, измельчение, как правило, полезно для использования древесины низкого-сорта:
1. Улучшенная кинетика сгорания: более мелкие частицы воспламеняются быстрее и сгорают более полно. Это может помочь компенсировать более низкую плотность энергии гнилой древесины, обеспечивая меньшее количество несгоревшего углерода, выходящего через дымоход.
2.Гомогенность: при измельчении гнилая и здоровая древесина смешивается, что позволяет получить более однородный сорт топлива, чем сортировка бревен вручную.
3. Логистика: Уплотнение измельченного материала в гранулы или брикеты может фактически защитить его от дальнейшего поглощения влаги и биологического воздействия во время хранения.
4.Практические рекомендации для производителей биомассы
Если вы перерабатываете зараженную древесину для получения топлива из биомассы, рассмотрите следующие рекомендации:
• Оцените серьезность: Визуально осмотрите древесину. «Деревянная» древесина (легко крошится под давлением пальцев), вероятно, потеряла слишком много массы, чтобы быть жизнеспособной. Древесина, которая просто обесцвечена, но все еще структурно прочна, сохраняет большую часть своей энергии.
• Немедленно высушите: измельчайте только в том случае, если вы планируете быстро высушить материал (используя отходящее тепло завода). Не оставляйте измельченную зараженную древесину под дождем.
• Следите за влажностью: старайтесь поддерживать влажность ниже 20–25%. Это более критично для зараженной древесины, чем для здоровой.
• Смешайте сырье: смешайте измельченную зараженную древесину с высококачественными опилками-или чистой щепой, чтобы сбалансировать топливную смесь и предотвратить проблемы с котлом.
Измельчение зараженной древесины само по себе не снижает ее теплотворную способность. Потери энергии происходят во время процесса биологического заражения перед сбором урожая. Однако измельчение действует как катализатор дальнейшего разложения, если с материалом неправильно обращаться после-обработки. Увеличивая площадь поверхности, измельчение делает зараженную древесину более восприимчивой к поглощению влаги и ускоренному гниению, что косвенно снижает эффективную теплоотдачу.
Для производителей топлива из биомассы важно рассматривать измельчение не как причину потерь энергии, а как шаг, требующий тщательного расчета времени. Измельчая зараженную древесину непосредственно перед сушкой и сжиганием, операторы могут извлечь выгоду из улучшенных характеристик горения мелких частиц, сводя при этом к минимуму негативное воздействие нарушенного биологического состояния древесины.