Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

В Нижегородской области действует государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности Нижегородской области на период до 2020 года» [1]. Её целью является снижение энергоемкости региональной экономики не ниже чем на 3 % в год за счет внедрения энергосберегающих технологий, что создаст условия для развития эффективной и сбалансированной экономики Нижегородской области.

На мой взгляд, максимальное использование теплоты продуктов сгорания является одним из перспективных направлений в энергосбережении. В частности, применение ВЭР для обогрева культивационных сооружений, позволяет повысить энергетическую и экономическую эффективность котельных агрегатов.

Для теплиц, располагаемых на территории промышленных предприятий, могут быть использованы отходящие газы от котельных агрегатов.

Довольно часто теплота продуктов сгорания после хвостовой поверхности котла не применяется из-за низкого потенциала и теряется, снижая общий коэффициент полезного действия котельной. В то же время затраты на отопление теплиц составляют до 60 % себестоимости выращиваемой в них продукции, поэтому освоение указанных ВЭР позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы.

Кроме того, большой интерес представляет использование углекислого газа, содержащегося в продуктах сгорания, для подкормки тепличных культур [3].

Низкое содержание углекислого газа сейчас является фактором, ограничивающим урожайность (в первую очередь при малообъёмной культуре). В воздухе теплицы площадью 1 га содержится около 20 кг СО2.

При максимальных же уровнях фотосинтетической активной радиации (ФАР) в весенние и летние месяцы потребление СО2 растениями огурца в процессе фотосинтеза может приближаться к 50 кг•ч/га (т.е. до 700 кг/га СО2 за световой день). Образующийся дефицит лишь частично покрывается за счёт притока атмосферного воздуха через фрамуги и неплотности ограждающих конструкций, а также за счёт ночного дыхания растений [4].

Наибольшее распространение получил способ подкормки углекислым газом, получаемым при пламенном горении газообразного топлива (при сгорании жидкого либо твердого топлива образуется много токсичных примесей).

Но согласно правительственной программе «Использование биотоплива на котельных 2015–2020 годы» [2] к 2020 году большая часть отопительных учреждений будет переведена на использование древесного топлива. Количество построенных, модернизированных и реконструированных котельных составит 278 шт. Повышение их энергетической и экономической эффективности является важной задачей.

Возникает вопрос, возможно ли эффективно использовать продукты сгорания древесины для обогрева и подкормки растений, и какой вид древесного топлива для этого лучше подходит?

При полном сгорании углерода без избытка воздуха содержание СО2 в продуктах сгорания составляет 21 % (объемн.).

.

Содержание кислорода в горючей массе древесины около 44 %, однако содержание СО2 в продуктах сгорания дров ниже 21 %. Указанное обстоятельство объясняется тем, что кислород содержится в твердом топливе в виде гидроксилов ОН, карбоксилов СООН и других соединений, содержащих водород, причем суммарное содержание водорода в топливе, как правило, превышает содержание кислорода, необходимое для полного окисления водорода.

Так, в горючей массе древесины содержится около 6 % водорода. Для окисления этого количества водорода необходимо 48 % кислорода, т.е. больше, чем его содержится в горючей массе. Поэтому содержание кислорода в горючей массе древесины повышает СО2, но не доводит эту величину до 21 %.

Если бы древесина содержала кислород, то по соотношению углерода и водорода в горючей массе она приближалась бы к мазуту и величина СО2 несколько превышала бы 16 %. Однако из-за высокого процента кислорода, достаточного для окисления около 90 % водорода древесины, СО2 древесины превышает 20 %, т е. приближается к СО2 продуктов сгорания углерода.

У природных, нефтепромысловых и других углеводородных газов СО2 возрастает с увеличением молекулярного веса углеводородов и уменьшением процентного содержания в них водорода.

СО2 сухих продуктов сгорания метана и большинства природных газов около 11,8 %, нефтепромысловых и нефтезаводских газов – 13 %, сжиженных газов с преобладающим содержанием пропана (С3Н8) – около 14 %, т.е. приближается к RO2 легкого жидкого топлива – бензина [5].

Сведем значения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании различных энергоносителей в таблицу [6].

Можно сделать вывод, что с точки зрения загрязнения атмосферы, древесные брикеты и пеллеты предпочтительнее чем другие виды древесного топлива.

Объем выбросов загрязняющих веществ при сжигании древесного топлива зависит не только от его вида и состава, но и от его влажности и коэффициента полезного действия котла. Таким образом, эффективное использование древесного топлива напрямую зависит от его подготовки.

Низкая коррозионная агрессивность дымовых газов, образующихся при сжигании гранул, дает возможность конденсировать влагу дымовых газов и высвободить скрытую теплоту парообразования, а также увеличить срок службы оборудования.

После сжигания древесных гранул образуется незначительное количество отходов (1–3 %), которые могут использоваться в качестве удобрения. В их составе практически нет серы.

Содержащаяся в дымовых газах двуокись серы губительно действует на растительность, проникая через устьица, нарушает процесс фотосинтеза и дыхания, вызывает острые и хронические повреждения листьев. Следовательно, очистка продуктов сгорания от оксидов серы должна обеспечивать достаточно полное их удаление из дымовых газов.

Этого можно добиться при использовании смеси аммиачной воды, содержащей сульфит аммония, в качестве абсорбирующей жидкости в промывной зоне газоочистителя [7]. Этот метод позволяет эффективно выделить SO2 при возможно меньшем образовании аэрозоля. При реализации данного способа возникает товарный побочный продукт в виде сульфата аммония, который может быть использован как удобрение.