Параметры оценки агломерированного твёрдого биотоплива согласно европейским стандартам

УДК 662.767.2+636.085.6

ПАРАМЕТРЫ ОЦЕНКИ АГЛОМЕРИРОВАННОГО ТВЁРДОГО БИОТОПЛИВА СОГЛАСНО ЕВРОПЕЙСКИМ СТАНДАРТАМ

М. Рынкевич

В работе описаны качественные параметры твёрдого биотоплива согласно действующим европейским нормам. Также представлена методика измерений некоторых механических и физических свойств пеллет и брикетов. Ключевые слова: биомасса, пеллеты, брикеты.

Биотопливо становится всё более ценимым экологически чистым источником энергии. Причина, по которой Европейский союз принял решение содействовать использованию возобновляемых источников энергии в Европе, это в основном неопределенность количества традиционных источников энергии и желание сокращения выбросов парниковых газов. Во многих странах можно отметить эффект увеличения производства биотоплива и рост числа постоянных покупателей этого топлива в качестве альтернативного источника энергии.

Целью данного исследования является анализ физических и механических свойств твердого биотоплива на основе текущих европейских стандартов.

Биомасса - это источник экологически чистых видов топлива, который в будущем может стать существенным источником энергии, и таким образом влиять на экономику мирового рынка энергетических систем [Pюtrowski и др. 2004]. Grzybek [2005] считает, что биомасса является и будет являться наиболее важным возобновляемым источником энергии.

В целях унификации терминологии, определений и исследовательских методов связанных с твердым биотопливом Европейский Комитет по Стандартизации (CEN) разработал набор стандартов, по которым в едином порядке, предусмотрены требования к качеству твердого биотоплива, а также методы его исследования. Европейский Комитет по Стандартизации является европейской организацией, работа которой направлена на разработку общих стандартов, действующих в европейских странах. Эти стандарты обязательно необходимо соблюдать в процессах производства с момента закупки сырья для производственных мощностей и до получения готового продукта. Применение этих стандартов на практике позволяет сравнивать физические характеристики, механические и химические свойства твердого биотоплива между различными мировыми производителями и их клиентами. Агломерированное твердое биотопливо может иметь вид пеллет и брикетов.

Классы качества древесных пеллет для непромышленного использования определяет норма EN 14961-2:2011, которая касается пеллет древесного происхождения.

|оигпа1 оГ УШ1М7И №3(11)-2013

105

Некоторые параметры качественных классов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Некоторые параметры качества древесных пеллет [ЕК 14961-2:2011]

Параметр качества Единица Значение

Диаметр - Б мм 6±1

8±1

Длина -Ь мм 3,15 < L<40

Влажность - М % < 10

Насыпная плотность - ВБ кг/м3 > 600

Механическая прочность - БИ % > 97,5

В случае растительных пеллет класс качества определяет норма ЕК 14961-6:2012. Норма касается пеллет производимых из травянистой биомассы (солома, зерно, семена), фруктовой биомассы (отходы от переработки плодов) и различного рода смесей (табл. 2).

Таблица 2. Некоторые параметры качества растительных пеллет [ЕК 14961-6:2012]

Параметр качества Единица Значение

Диаметр - Б мм 6-25±1

Длина -Ь

D=6-10 мм 3,15 < L<40

D=12-25 3,15 < L<50

Влажность - М % < 10 < 12 < 15

Насыпная плотность - ВБ кг/м3 > 550 > 580 > 600

Механическая прочность - БИ % > 96,0

(в зависимости от состава) > 97,5

Европейская норма ЕК 14961-2:2011 обязует в процессе производства контролировать следующие качественные характеристики пеллет: механическую прочность, влажность, плотность и длину, а в процессе производства брикетов должны быть исследованы такие параметры, как длина, диаметр, влажность и плотность [ЕК 15234-3:2012]. Измерение механической прочности гранул должно осуществляться механическим тестером. Его конструкция и принцип действия описаны в европейской норме ЕК 15210-1:2009 (рис. 1).

Из общей выборки пеллет около 2,5 кг на сите с диаметром отверстий 3,15 мм отсеивается труха. Из оставшихся на сите гранул берутся две выборки по 500г. Каждый образец помещают в камеру, которая вращается в течение 10 мин. со скоростью 50 об/ мин. После остановки прибора образец просеивают на сите с сеткой 3,15 мм.

Рис. 1. Тестер для измерения механической прочности пеллет ^ 15210-1:2009): 1 - крышка тестера, 2 - неподвижная перегородка, 3 - привод

Механическая прочность рассчитывается по следующей формуле:

(D

где Du - механическая прочность [%], mA - масса гранул, оставшихся на сите после процесса исследования его прочности [г], mE - масса лабораторной выборки исследуемых пеллет, составляющая 500 г.

Разница между механической прочностью двух образцов не должна быть больше, чем 0,4% при Du > 97,5% или 2% при Du <97,5%. При проведении проб в двух лабораториях, эти различия не должны быть больше, чем 0,8% при Du > 97,5% или 3% при Du <97,5%.

На американском рынке определение прочности осуществляется в соответствии со стандартом ASAE S269.4 (American Society of Agricultural and Biological Engineers). Конструкция и размеры прибора для измерения механической прочности описаны нормой EN 15210-2009, а его стандартизация позволяет сравнивать получаемые результаты в разных научно-исследовательских центрах Европы и США.

Определение длины и диаметра гранул показывает норма EN 16127:2012. Для их измерения применяется штангенциркуль с точностью до 0,1 мм.

Рис. 2. Характерные размеры пеллет: D - диаметр, L- длина

Измерение длины и диаметра (рис. 2) производится на 10 случайно выбранных гранулах из образца массой в соответствии с таб. 3.

Таблица 3. Масса образца, из которого случайно берется 10 гранул для измерения их диаметра и длины

Диаметр гранулы [мм] Масса выборки [г]

< 6 60 - 80

6 - 8 80 - 100

8 - 10 100 - 150

10 - 12 150 - 200

12 - 25 200 - 600

Плотность агломерированного твердого биотоплива определяет норма ЕК 15150:2011. В случае регулярных и цилиндрических форм измеряется длина, диаметр и вес для 5 выборок брикета или 10 пеллет, при чем измерение диаметра необходимо сделать шесть раз, согласно рисунку 3.

Рис. 3. Пункты 6 замеров диаметра брикета или пеллет [EN 15150:2011]

Плотность определяется по формуле:

m

Р

V,

где р - плотность брикета или пеллет

[г/см3]; m - масса выборки [г]; Vp -

3

объем брикета или пеллет

[см3].

^ 4 ,

где L - длина [см]; Dem - среднее значение для 6 замеров диаметра [см]. Для производства пеллет или брикетов используется сырье, насыпная плотность которого определяется в соответствии с нормой EN 15103:2012. Процесс определения насыпной плотности состоит в засыпке образца исследуемого материала в цилиндрический сосуд диаметром 167 мм и высотой 228 мм и измерения его веса до и после. Тест должен проводиться при температуре 10-20oC. Полученные данные подставляются в формулу:

(mmm

где BDar - насыпная плотность [кг/м ]; m2 - масса сосуда с материалом

3

[кг]; mi - масса пустого сосуда [кг]; V - объем сосуда [м ].

Норма 14961-3:2011 определяет класс качества древесных топливных брикетов. Среди физических характеристик норма не содержит размеры брикетов. Влажность воздуха в зависимости от состава должна составлять менее 12 или 15%. Норма не предъявляет требования к брикетам, изготовленным из сырья иного происхождения, чем древесного. Выводы

1.2.1. Стандарты для твердого биотоплива включают информацию о сырье, из которого они могут быть получены.

1.2.2. Техническая характеристика твердого биотоплива согласно нормам, разработанным Европейским Комитетом по Стандартизации, подробно определяет физические, механические и химические параметры.

1.2.3. Производители агломерированного твердого биотоплива должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов производства, учитывать важные качественные параметры твердого биотоплива и следовать стандартизированным научным методам.

1.2.4. Использование европейскими странами определенных норм для твердого биотоплива устраняет барьеры в торговле и позволяет получателям приобретать стандартизированный, а следовательно, качественный продукт.

Литература:

1. ASAE S269.4.DEC 1991 (R2007). Cubes, pellets and crumbles - definition and methods for determining density, durability and moisture content.

2. EN 15210-1:2009.Solid blofuels - Determination of mechanical of pellets and briquettes. Pellets.

3. EN 14961-2:2011. Solid biofuels - Fuel specifications and classes.Wood pellets for non - industrial use.

4. EN 15150:2011. Solid biofuels-Determination of particle density.

5. EN 14961- 6:2012. Solid biofuels-Fuel specifications and classes - Part 6: Non-wood pellets for non-industrial use.

6. EN 15234-2:2012. Solid blofuels-Fuel quality assurance. Wood pellets for non-industrial use.

7. EN 15234-3:2012. Solid biofuels-Fuel quality assurance. Wood briquettes for non-industrial use.

8. EN 16127:2012 Solid biofuels - Determination of length and diameter of pellets.

9. Grzybek Wykorzystanie pelet jako paliwa // Czysta Energia. 2005. №6(46). S.31-33.

10. Piotrowski K., Wiltowski T., Mondal K. Biomasa - klopotliwe pozostalosci czy strategiczne rezerwy czystej energii? // Czysta energia. 2004. №10. S.16-19.

Марэк Рынкевич, кандидат технических наук

Западнопоморский Технологический Университет в г. Щецине, Польша E-mail: marek.rynkiewicz@zut.edu.pl

This paper describes the qualitative parameters of solid biofuels according to current European standards. Also presents a methodology for the measurement of some mechanical and physical properties ofpellets and briquettes. Keywords: biomass, pellets, briquettes.