Пеллеты. Производство в беларуси, есть ли смысл?

Борушко Николай Петрович,

Производство в Беларуси пеллет из материалов, которые могли бы быть потрачены впустую. Они включают в себя отходы лесопиления, опилки, стружки, больные и уничтоженные насекомыми деревья. Отходы лесозаготовок, отходы лесопилки всё идет в производство.

Как известно, основным, реальным и экономически целесообразным местным, возобновляемым и экологически безопасным энергетическим ресурсом в Республике Беларусь является древесное топливо. Технически реализуемый потенциал которого составляет 3,5-3,7 млн. т у.т. (тонн условного топлива в угольном эквиваленте 7000 ккал/кг) в год [1,2].

К достоинствам древесного топлива относятся (см. табл. 1, 2, 3):

— малая зольность (0,4-1,5%);

— незначительное содержание серы (менее 0,05%);

— углекислотная нейтральность [2], [4]), так как при его сжигании выделяется такое же количество диоксида углерода (СО2), как и при естественном гниении древесины, который вновь поглощается растениями.

Обезвоженная древесина отличается химической стабильностью органической массы (Со 51%, Но 6,1%, 42,5%, Nо 0,6% и т.д.), стабильной удельной теплотворной способностью ( 4460-4560 ккал/кг, т.е. 18,7-19,1 МДж/кг или 5,19-5,3 кВт·ч/кг) для разных пород дерева и высоким содержанием летучих веществ (80-85%).

Необходимо отметить, что горючими веществами в древесине, как и в других видах растительной биомассы, являются углерод (около 51%) и водород (около 6%), остальные вещества — это балласт. К тому же обезвоживание древесины требует значительных затрат энергии как при прямом сжигании, газификации и т.д., так и при предварительной сушке. Таким образом, энергетическое использование первичных видов древесного топлива (дров, щепы) с относительной влажностью = 45-60% в 1,8-3,5 раза снижает теплотворную способность древесины (см. рис.1).

Влагосодержание древесного топлива существенно влияет также на механизмы и эффективность процессов горения и теплообмена в энергогенерирующих установках (см. рис. 2,3, [5]).

Устойчивое, стабильное горение происходит при влажности, например, топливной щепы до = 40-45%.

Горение возможно также и при влажности щепы до 56-57% [8] с коэффициентом избытка воздуха от 2 до 4-5, но оно не устойчиво. В отдельных, дорогостоящих топочных устройствах можно сжигать щепу с предельно допустимой влажностью 60 и даже 65% или использовать дополнительные источники тепла, сжигая другое топливо (газовая, мазутная «подсветка» и т.д.). Понятно, что такие технологии разумно использовать для утилизации древесных отходов, а не с целью производства тепловой энергии.

Таблица 1. Основные характеристики натуральной топливной древесины.

Таблица 2. Содержание компонентов в золе натуральной древесины.

Таблица 3. Химический состав натуральной древесины.

Рис 1. Зависимость низшей теплоты сгорание древесного топлива от относительной влажности.

Рис 2. Зависимость расходы древесного топлива для котла КВ-Р-1 от относительной влажности.

Рис 3. Зависимость теплопроизводительности котлов КВ-Рм от относительной влажности топлива (при постоянном расходе древесного топлива) [5].

Вторым важнейшим фактором, существенно влияющим на эффективность топочных процессов, является неоднородность и непостоянство физико-механических характеристик и большая полидисперсность (0,5мм-50мм) первичных видов древесного топлива (см. табл. 4).

Необходимо также отметить, что технологии энергетического использования первичного древесного топлива требуют достаточно дорогостоящего, сложного и громоздкого оборудования для заготовки, измельчения, хранения и транспорта, включая межоперационный и технологический.

Существует еще целый ряд проблем, связанных с энергетическим использованием первичного древесного топлива. В ряде западных стран использование таких видов топлива ограничивается законодательными и нормативными актами[9].

Таким образом, для эффективного использования энергетического потенциала древесного топлива, количество которого в Республике Беларусь ограничено, необходимо исходную топливную древесину должным образом подготовить: высушить, гомогенизировать, т.е. придать ей стабильные физико-химические и механические параметры и свойства[10]. Это позволит существенно (в 2-3 раза) повысить удельную теплотворную способность, оптимизировать топочные процессы, увеличить КПД теплогенерирующего оборудования его эффективность (в 1,3-2,8 раза) и снизить стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию.

В прилагаемой таблице 4 приведены оценочные теплотехнические показатели древесных топливных гранул в сравнении с топливной щепой.

Теплотворная способность, Гкал/т

Энергетический эквивалент по отношению к условному топливу

энергогенерирующей установки, η, % х)

Теплопроизводительность, Q, Гкал/т

Удельный расход условного топлива на производство тепла,, В, т/Гкал

В соответствии с документом «Целевая программа обеспечения в республике не менее 25 процентов объемов производства электрической и тепловой энергией за счет использования местных видов топлива и альтернативных источников энергии на период до 2012 года». Минск, 2004, с.38. Утверждена Постановлением Совета Министров Республики Беларусь 30.12.2004 г. № 1680 «Планируемый средний уровень цен на дрова топливные и щепу топливную составит с налогом на добавленную стоимость соответственно 15,5 и 20,6 доллара США за 1 куб.метр, цена древесных топливных гранул, производимых в Беларуси, составляет 58-60 евро за тонну.

х) Тиайненен В.С. Преимущества прессованного биотоплива: топливные гранулы и брикеты. — Леспроминформ, №11, 2003, с.42-45. Среднегодовой «КПД» энергогенерирующей установки равен отношению произведения годового расхода топлива на нижнюю рабочую теплотворную способность топлива, деленного на количество теплоты, произведенной за год.

Таблица 5. Свойства первичных видов древесного топлива и топливной древесины (по данным FIN BIO и РУП «БЕЛТЭИ»)

Обобщая изложенное выше, очевидно, что теплоэнергетическая эффективность таким образом подготовленного (концентрированного по горючей массе, имеющего стабильные физико-химические и механические характеристики), т.е. рафинированного древесного топлива в несколько раз будет выше по сравнению с первичным древесным топливом[10].

Низкая влажность древесных топливных гранул, однородность и стабильность их физико-химических и механических характеристик способствуют увеличению теплотворной способности ( ), повышают эффективность процессов горения, упрощают конструкцию теплоэнергоустановок, процессы регулирования и управления ими, повышают КПД.

Гранулирование используется для:

повышения удельной теплотворной способности топлива;

увеличения эффективности работы и возможности полной автоматизации теплоэнергетических установок мощностью от 10-40 кВт до 10-20 МВт с реальным КПД 80-85% (для теплоэнергоустановок большей мощности гранулы измельчаются в тонкодисперсный порошок, который сжигается в камерных топках по аналогии с технологией сжигания угля, при этом КПД превышается до 90%);

повышения физической и насыпной плотности топлива;

упрощения оборудования для хранения топлива, включая технологический, межоперационный транспорт;

существенного снижения затрат на транспортировку и хранение топлива;

возможности длительного хранения топлива без ухудшения его качественных характеристик, отрицательного влияния его на окружающую среду, здоровье обслуживающего персонала и пожаровзрывобезопасность;

улучшения условий труда обслуживающего персонала.

Для обобщенной, корректной оценки эффективности энергетического использования того или иного вида древесного топлива необходимо руководствоваться требованиями методологии «Национальной стратегии устойчивого социально-экономического развития Республики Беларусь до 2020 года», т.е. одновременно учитывать технологические, технические, экологические, экономические, социальные и политические параметры и факторы в их диалектической взаимосвязи и развитии.

По оценкам скандинавских энергопроизводителей древесные топливные гранулы (ДТГ — pellets) эффективнее дров и щепы примерно в 5-6 раз при комплексной оценке их эффективности, но это в их условиях. Этим, по-видимому, можно объяснить «бум» производства и энергетического использования пеллет (ДТГ) в странах ЕС, США, Канаде, а последние три года и в России (рис.5). Понятно, что условия хозяйственной деятельности, управления и жизни в скандинавских странах отличаются от наших.

Рис 4. Размещение производства древесных топливных гранул (pellets) в Европе на 2004г.

В нашей Республике до последнего времени этой тематике не уделялось должного внимания. Системных, глубоких, корректных, в необходимом объеме исследований и работ не проводилось.

Тем не менее, определенные знания, опыт, а также практические заделы в создании технологий, оборудования и производства рафинированного древесного топлива (гранул и брикетов) мы уже имеем. ДТГ в сравнительно небольших объемах уже более двух лет на несовершенном, в основном б/у оборудовании, производятся в Республике Беларусь (СООО «ЭКОГРАН», СООО «ПРОФИТСИСТЕМ», УП «ИВА» и др.) и успешно экспортируются в страны ЕС.

Основными предпосылками по созданию производства и энергетического использования рафинированного древесного топлива в Республике Беларусь являются:

национальные государственные программы по обеспечению энергетической и экологической безопасности, повышения энергоэффективности народного хозяйства, включая утилизацию вторичного и низкопотенциального тепла действующих энергоустановок (ТЭЦ, котельных и др.);

проблемы размещения, переработки и утилизации древесных отходов и побочных продуктов промышленного производства.

Таким образом, наиболее оптимальным, сбалансированным решением задачи максимально эффективного использования энергетического потенциала древесного топлива в Республике Беларусь, поставленной Государственной комплексной программой 2006-2010 гг., утвержденной Указом Президента Республики Беларусь от 25 августа 2005 года, № 399, Целевой государственной программой использования МВТ до 2012 года, утвержденной Постановлением СМ РБ от 30 декабря 2004 года № 1680 является создание отечественного промышленного производства рафинированного древесного топлива (РДТ), прежде всего древесных топливных гранул, и высокоэффективного теплогенерирующего оборудования для разных потребителей. Использование рафинированных видов древесного топлива и эффективное теплопроизводящее оборудование позволит получить в 2-4 раза больше тепловой энергии из имеющегося потенциала топливной древесины по сравнению с технологиями сжигания, газификации и т.д. первичных видов древесного топлива, таких как дрова, щепа и другие.

Основным недостатком рафинированного древесного топлива является относительно высокая стоимость его. Это связано с достаточно сложной и энергоемкой технологией его производства, особенно процессов сушки, измельчения, прессования и аспирации. Другим фактором, существенно повышающим стоимость производства ДТГ в Беларуси, является высокая стоимость импортного оборудования, т.к. отечественное не разрабатывалось и не производилось.

Использование первичного древесного топлива в виде дров и топливной щепы в ряде случаев также является целесообразным. Например, на деревообрабатывающих предприятиях, где имеются достаточно сухие древесные отходы или когда используется вторичное и низкопотенциальное тепло для сушки измельченной древесины.

Целесообразность и эффективность использования того или иного вида древесного топлива определяется на стадии прединвестиционных исследований и предпроектной подготовки. Наиболее объективным, интегральным критерием оценки того или иного вида топлива и энергетической технологии является себестоимость произведенной энергии или стоимость энергии доставленной потребителю. Например, средняя себестоимость тепловой энергии, получаемой при сжигании древесной щепы на Осиповичской мини-ТЭЦ, составляет около 60000 руб. за Гкал, по данным энергетиков ЖКХ в зимнее время она доходит до 120000-170000 руб. за Гкал, а при сжигании древесных топливных гранул (по данным СООО «ЭКОГРАН») — 39000 руб. за Гкал.

Сегодня среди бизнесменов, руководителей лесопильных и деревообрабатывающих предприятий стало модным обсуждать и изучать эту тему. Появилось много фирм (в ЕС, России и др. странах), предлагающих установки и даже заводы «под ключ» для изготовления топливных гранул. Особенно много таких предложений в сети Интернет. Российские и западные продавцы оборудования и посредники прекрасно изучили наш менталитет с завышенными критериями оценки производства: минимальные инвестиции, минимальный срок окупаемости (3-6 месяцев), максимальная прибыль и никаких проблем с реализацией. Экспортерам продукции деревообработки известно, как и на каких условиях такие изделия принимаются на рынке Западной Европы. Можно продать только качественный товар, который стабильно производится и поставляется покупателю.

Производить топливные гранулы на б/у оборудовании или предназначенном для комбикормов и витаминной муки (прибалтийского, украинского, российского, восточно-европейского производства, а часто и западноевропейского) весьма проблематично. Такое вложение денег будет сопровождаться большими рисками или потерянными инвестициями.

Как правило, отечественные производители ДТГ стратегически рассматривают три основных пути построения своего бизнеса.

1. В основе технологии используется отечественное б/у оборудование, изначально предназначавшееся для производства комбикормов и травяной муки. После определенной модернизации и доработки данное оборудование может быть использовано для производства топливных гранул. Таким образом решается вопрос снижения первоначальных затрат на организацию производства. Несмотря на кажущуюся привлекательность данного подхода, он имеет ряд существенных недостатков: невысокое качество производимой продукции, нестабильность работы производства, малая производительность. В результате получается высокая себестоимость продукции и низкая рентабельность производства.

2. В основе технологии используется составной комплект оборудования, большая часть которого имеет прибалтийское или восточно-европейское происхождение. Часть оснастки (матрицы, роллеры) закупается у ведущих западных производителей. Такой подход несколько дороже и оптимальнее, хотя ему также присущи вышеописанные недостатки.

3. В основе технологии используется комбинация 1-го и 2-го подходов, но при этом некоторые важнейшие агрегаты закупаются у западных производителей. Такой подход позволяет заметно улучшить качество продукции, однако устойчивость и стабильность работы всей технологической линии также не высока. В результате из-за высоких цен на оборудование заметно повышается себестоимость готовой продукции и срок окупаемости проекта.

Все вышеописанные варианты создания производства ДТГ имеют много общего. Речь идет, как правило, о небольших объемах производства, размещенного в неприспособленных или переоборудованных помещениях. Ориентация делается как на собственные отходы деревообработки и лесопиления, так и на привозное сырье. Все это делает производство ДТГ зависимым от слишком большого числа факторов риска, влияющих как на стабильность, так и на рентабельность производства.

По этому пути шли также производители ДТГ (pellets) в Северной Америке, Западной Европе, а в настоящее время в странах Восточной Европы, Прибалтийских республиках и России.

В итоге все они переходят к технологиям и оборудованию ведущих мировых производителей, как, например, Латвия и Эстония, а с этого года и Россия или же пытаются разрабатывать и изготавливать свои технологии и оборудование, что является весьма непростым и дорогостоящим делом.

Мы изучали возможность закупки готовых технологий и производств у ведущих западных производителей для создания производства ДТГ в нашей республике. Наши расчеты и опыт изучения таких производств в России и других странах показывает, что закупка целиком таких производств в условиях нашей республики экономически нецелесообразна вследствие его высокой стоимости и длительного срока окупаемости. Наиболее совершенные технология и оборудование производит датская фирма «АNDRITZ SPROUT A/S», но минимальная производительность их технологических линий — 4 т/час, потребность в сырье — 24 м3/час и стоимость такого производства составляет порядка 2 млн. евро и более. Стоимость оборудования других западных производителей (MUNCH Edelsahl GmbH, SALMATEC GmbH, AMANDUS KAHL, NESTRO (ФРГ), СРМ (США-Голландия), SPC (Швеция), SOLLO-S LTD (Италия), BALFOR GRUPP OU (Эстония) и других не намного ниже, а качество и надежность требуют желать лучшего. При условиях поставки отдельных элементов линии (грануляторы, сушилки, измельчители и т.п.) эти фирмы отказываются давать гарантии за качество производимой продукции — ДТГ.

В настоящее время у нас имеется определенный задел в разработке технологии производства, наработан (с 1991 года, первые патенты 1995 года) практический опыт и на основе бывшего в употреблении оборудования начато промышленное производство гранул, которые по своим качествам соответствуют европейским стандартам. Производства эти небольшие (от 200 до 600 тонн в месяц), недостаточно совершенные, но на их основе можно разработать конструкторскую и технологическую документацию и наладить производство отечественного оборудования для этих целей. По нашим оценкам, стоимость комплекса технологического оборудования будет значительно ниже стоимости зарубежного аналога, а срок окупаемости составит около 3-4 лет.

Таким образом, становится понятно, что изготовление ДТГ (пеллет) дело новое и сложное не только для нас, но и для весьма известных западных производителей. Так как же быть? Где найти варианты с минимальными рисками? Вопросы непростые. Универсальных, однозначных ответов пока нет. Вместе с тем, какой бы вариант не рассматривался, необходимо создать надежную систему, которая сможет работать стабильно и устойчиво, производить качественную продукцию и приносить инвесторам прибыль. Любые ремонты, остановки, брак — это убытки, угроза стабильности поставок со всеми вытекающими последствиями.

Прежде всего, как показывает наш опыт и опыт наших коллег, предприниматели не уделяют серьезного внимания предпроектной подготовке и прединвестиционных исследованиям или же они проводятся недостаточно квалифицированно и профессионально, а иногда — просто недобросовестно. Суть предпроектной подготовки и прединвестиционных исследований заключается в предварительном изучении и анализе реальных возможностей заказчика для создания такого производства (сырьевые, энергетические, материальные и иные ресурсы), расчете материальных и энергетических балансов, выборе оптимальной технологии и видов оборудования для конкретных условий производства, определения логистики и т.д. Предпроектная подготовка должна заканчиваться бизнес-планом, который должен пройти соответствующую экспертизу. Далее, как правило, заказчик (инвестор) или приступает к детальной разработке проекта, или отказывается от своей идеи. В противном случае инвестор получает «набор умелые руки и головные боли на длительное время», т.е. инвестиции просто выбрасываются на ветер. Естественно, прединвестиционные исследования требуют некоторого времени и сравнительно небольших финансовых затрат. Однако, как известно, скупой платит дважды.

В заключение обращаем внимание еще на один аспект этой проблемы — это высокоэффективные котлы на рафинированном биотопливе (RBF). Если кто-то полагает, что широкомасштабное использование рафинированного биотоплива в Европе и Северной Америке продиктовано только экологическими мотивами, то он ошибается. Важнейшим фактором является экономика: использование рафинированного биотоплива экономически выгодно, но только для автоматизированных котлов с реальным, стабильным КПД 80-90%. Только в этом случае можно получить ожидаемый энергетический, экологический, экономический и другие эффекты от использования рафинированного древесного топлива, прежде всего, такого его вида, как древесные топливные гранулы (pellets).

Литература

1. «Целевая Программа обеспечения в Республике не менее 25 процентов объема производства электрической и тепловой энергии за счет использования местных видов топлива и альтернативных источников энергии на период до 2012 года».

Утверждена Постановлением Совета Министров Республики Беларусь 30.12.2004 г., №1680.

2. «Государственная комплексная программа модернизации основных производственных фондов Белорусской энергетической системы, энергосбережения и увеличения доли использования в Республике собственных топливно-энергетических ресурсов в 2006-2010 годах».

Утверждена Указом Президента Республики Беларусь от 25 августа 2005 года, №399.

3. Бородуля В.А., Пальчёнок Г.И., «Денсифицированное биотопливо-энергетическая альтернатива для Беларуси: потенциал, проблемы и перспективы.-Энергоэффективность. Мн., №11, №12, 2002 г.

4. Теория сжигания древесины. «Лес и бизнес», №6 (16) август 2005 г., с.9.

5. Рекламные материалы ОАО «БЕЛКОТЛОМАШ», 2006 г., с.32.

6. Тиайненен В.С., «Преимушества прессованного биотоплива: топливные гранулы и брикеты»:- Леспроминформ, №11, 2003 г., с. 42-45.

7. Цедик В.А., Ефремцев В.С., Кординов М.В., Кухарчук В.С. «Производство древесных топливных гранул: технологии, оборудование, экономика, перспективы».-WOODWORKING NEWS. №4 (40), 2004 г.

8. Борушко Н.П., Цедик В.А. «Рафинированное древесное топливо в Беларуси».-Лес и бизнес, №9 (19), 2005 г., с. 12-16.

9. Цедик В.А., Винокуров С.К. Дорогу осилит идущий: к вопросу создания производства древесных топливных гранул и брикетов.- WOODWORKING NEWS, №10 (46), ноябрь 2004 г., с.14.

10. Гребеньков А.Ж., Дроздов В.Н., Журавский Г.И., Цедик В.А. и др. Патент РФ №2046821 (07.10.1995г.) на изобретение «Способ изготовления топливных брикетов из древесных отходов».

Источник:http://journal.esco.co.ua/2008_4/art47.htm