Таблица 2.2. Сравнительные энергетические характеристики различных видов биомассы
Вид биомассы
Влажность>*, %
Теплота сгорания, кВтч/кг
Объемная
плотность>*, кг/м>3
Энергетическая
плотность, кВтч/м>3
высшая>**
низшая>*
Древесные гранулы
10,0
5,5
4,6
600
2756
Древесная щепа твердых пород
50,0
5,5
2,2
450
1009
То же, просушенная>***
30,0
5,5
3,4
320
1094
Древесная щепа мягких пород
50,0
5,5
2,2
350
785
То же, просушенная>***
30,0
5,5
3,4
250
855
Трава>***
18,0
5,1
3,8
200
750
Кора
50,0
5,6
2,3
320
727
Хлебные злаки>***
15,0
5,2
4,0
175
703
Древесные опилки
50,0
5,5
2,2
240
538
Солома озимой пшеницы>****
15,0
5,2
4,0
120
482
Примечание: >* Расчет по массе влажного сырья. ** Расчет по массе сухого сырья*** В виде сильно спрессованных брикетов**** Сушка проводилась на воздухе в течение 9 мес.
Индивидуальные отличия тех или иных видов биотоплива заключается в различном процентном содержании влаги, в способе получения, продолжительности хранения, подверженности естественной или искусственной сушке.
Торф, как ископаемое, от остальных видов топлива (древесина, травянистые растения) существенно отличается повышенным содержанием сернистых веществ и высокой зольностью. Характеристики и качество древесины, используемой в качестве топлива, варьируются в широких пределах в зависимости от вида древесины и типа предварительной обработки. Например, влажность топлива, подаваемого в топку, может составлять от 25 до 55 весовых % (влажная основа) (кора, отходы лесопильного производства) или менее 10 весовых % (гранулированное топливо, брикеты, отходы обработки сухой древесины).
Топливные свойства древесины определяются рядом характеристик, таких как теплота сгорания, химический состав (например, содержание таких элементов, как хлор (Cl), углерод (С), водород (Н), азот (N), водород (Н) и сера (S), влажность, твердость, количество летучих веществ, количество твердого углерода, содержание и состав золы, характеристики плавления золы, характеристики ошлакования золы, количество загрязняющих веществ, пыли, спор грибов.
Таблица 2.3. Химический состав соломы и древесной щепы
Химический состав, весовой-% при влажности 20%
Солома
Древесная щепа
Зола
4,5
1,0
Летучие
75-81
81
Водород
Н
5,9
5,8
Углерод
С
47,5
50
Азот
N
0,3–1,5
0,3
Сера
S
0,15
0,05
Хлор
а
0,4
0,02
Кремний
Si
0,8
0
Алюминий
А1
0,005
0
Железо
Fe
0,01
0,015
Кальций
Са
0,4
0,2
Магний
Mg
0,07
0,04
Натрий
Na
0,05
0,015
Калий
К
1,0
0
Фосфор
Р
0,08
0,02
Влагосодержание, %
10 -25
50 – 60
Топливную древесную щепу часто производят из различных пород деревьев с различным соотношением стволовой древесины, коры, листвы, ветвей, почек и даже шишек, содержание которых изменяет свойства топлива.
Основными компонентами клеток древесины являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, которые составляют 99 % массы древесного материала. Целлюлозу и гемицеллюлозу образуют длинные цепи углеводородов (таких как глюкоза), лигнин же является осложненным компонентом полимерных фенольных смол. Лигнин тесно связан с гемицеллюлозой, так как он действует как склеивающий агент, склеивая пучки цепей целлюлозы и растительные ткани. Таким образом, лигнин придает растению механическую прочность. Он богат углеродом и водородом, которые являются основными элементами производства теплоты. Поэтому лигнин обладает более высокой теплотворной способностью по сравнению с углеводородами. Древесина и кора также содержат так называемые экстрактивные вещества, такие как терпены, жиры и фенолы. Многие из них растворимы в органических растворителях (гексане, ацетоне, этаноле) и горячей воде. Древесина содержит относительно малое количество экстрактивных веществ по сравнению с количеством экстрактивных веществ, содержащихся в коре и листве. Приблизительно половина массы свежесрубленного дерева состоит из воды. Вторая половина представляет собой сухое древесное вещество, содержащее 85 % летучих веществ, 14,5 % твердого углерода и 0,5 % золы. В безводной древесине общее содержание углеродного компонента составляет приблизительно 50 %. При сжигании древесины составляющие ее компоненты превращаются в водяной пар (H