Раздробяването на заразена дървесина намалява ли нейната калорична стойност за гориво от биомаса?

Използването на дървесна биомаса за производство на топлина и електроенергия е крайъгълен камък на прехода към възобновяема енергия. Въпреки това, значителна част от наличната суровина-особено от-повредени от буря-дървета, болни гори или управлявани гори-е заразена от гъбички, бактерии или насекоми. Обичайна стъпка на предварителна обработка за този материал е раздробяване(или кълцане), което намалява размера на частиците за по-лесно боравене и изгаряне. Това повдига критичен въпрос за операторите на биомаса: актът на раздробяване на заразена дървесина влошава ли допълнително нейната калорична стойност?
Директният отговор е, че самото-раздробяване не променя химически дървесината или намалява нейното присъщо енергийно съдържание. Въпреки това инфекцията често разгражда дървесината преди нарязване и процесът на нарязване може индиректно да повлияе на ефективността на това по-ниско{2}}качествено гориво. Тази статия изследва науката зад гниенето на дървесината, механиката на раздробяването и нетния ефект върху качеството на горивото от биомаса.
1. Истинският виновник: Биологично разпадане, а не механично раздробяване
За да разберем калоричната стойност, първо трябва да разгледаме какво гори. Енергията в дървото идва основно от лигнин и целулоза. Когато дървото е заразено-най-често от гниене-причиняващи гъби като Heterobasidion (кореново гниене) или Ganoderma (кафяво гниене)-тези организми отделят ензими, които разграждат тези полимери за храна.
• Кафяво гниене: Гъбите разграждат целулозата, като оставят лигнина до голяма степен непокътнат. Дървесината става крехка и тъмна, но запазва известна структурна цялост.
• Бяло гниене: Гъбите разграждат лигнина и целулозата, превръщайки дървото в жилава, бледа маса.
• Меко гниене: Често срещано при много влажни условия, това атакува целулозата във вторичните клетъчни стени.
Във всички случаи микробният метаболизъм превръща твърдите горими въглеродни съединения в CO₂, вода и гъбична биомаса. Това биологично разграждане е това, което намалява калоричността. Проучване, публикувано в Forest Products Journal, установи, че силно разложената дървесина може да загуби между 15% до 50% от първоначалното си сухо -тегло енергийно съдържание в зависимост от тежестта и вида на гниене.
Раздробяването е чисто механичен процес. Той раздробява големите парчета на по-малки чрез сила на срязване и удар. Не изгаря въглерод или изпарява летливи съединения; следователно не понижава директно брутната калорична стойност (GCV) на килограм сухо вещество. Ако имате 1 kg сух, заразен дървен чипс, той съдържа същото количество потенциална енергия, независимо дали е в едно голямо парче или стрити на прах.
2. Косвени ефекти: Как раздробяването взаимодейства със заразената дървесина
Въпреки че раздробяването не променя химията, то значително променя физическите свойства на заразения материал, което оказва влияние върху ефективното възстановяване на енергията по време на горене.
A. Повишено съдържание на влага
Заразената дървесина често има по-голям капацитет за задържане на вода поради разпадането на клетъчните стени. Раздробяването драстично увеличава съотношението повърхност-площ-към-обем. Въпреки че това помага при изсушаването, ако горивото се съхранява правилно, това също означава, че материалът може да абсорбира атмосферната влага много по-бързо от твърдите трупи. Високото съдържание на влага е основният враг на ефективността на горене, тъй като енергията се губи за преваряване на вода, вместо за отопление на дома ви или за генериране на пара.
Б. Ускорено разграждане
Раздробяването излага свежите повърхности на кислород и микробна активност. Ако заразената дървесина бъде нарязана и след това оставена на купчина седмици или месеци, аеробните бактерии и гъбички могат да ускорят процеса на разлагане, започнал в гората. Това разлагане след-раздробяването може да доведе до измерим спад в калоричността с течение на времето.
C. Съдържание на пепел и шлака
Растежът на гъбичките допринася за съдържанието на минерална пепел в дървесината. Когато заразената дървесина се раздробява, почвата и песъчинките, събрани по време на прибиране на реколтата, се смесват по-добре с фините частици. По-високото съдържание на пепел намалява нетната калорична стойност (NCV), тъй като минералите не горят. Освен това някои гъби могат да концентрират алкални метали (като калий), които, когато настърган на фин прах, може да допринесе за шлака и замърсяване в котлите-намаляване на оперативната ефективност, дори ако теоретичното съдържание на BTU на горивото остане непроменено.
3. Предимства на раздробяването за ефективност на горенето
Важно е да се отбележи, че въпреки недостатъците, свързани с -съществуващата инфекция, раздробяването обикновено е от полза за използване на нисък{1}}качество дървесина:
1.Подобрена кинетика на горене: По-малките частици се запалват по-бързо и изгарят по-пълно. Това може да помогне за компенсиране на по-ниската енергийна плътност на гнилата дървесина чрез осигуряване на по-малко излизане на неизгорял въглерод през димоотвода.
2.Хомогенност: Раздробяването смесва гнилата и здравата дървесина заедно, създавайки по-постоянен клас гориво от ръчното сортиране на трупи.
3. Логистика: Уплътняването на нарязания материал в пелети или брикети всъщност може да го предпази от по-нататъшно поемане на влага и биологична атака по време на съхранение.
4. Практически препоръки за производителите на биомаса
Ако обработвате заразена дървесина за гориво от биомаса, помислете за следните най-добри практики:
• Оценете сериозността: Визуално проверете дървото. Дървото, което е "мъчно" (разпада се лесно под натиск с пръсти), вероятно е загубило твърде много маса, за да бъде жизнеспособно. Дървото, което е просто обезцветено, но все още структурно здраво, запазва по-голямата част от енергията си.
• Изсушете незабавно: Раздробявайте само когато имате план да изсушите материала бързо (използвайки отпадна топлина от растението). Не оставяйте нарязаната заразена дървесина да стои под дъжда.
• Наблюдавайте влажността: Стремете се към съдържание на влага под 20–25%. Това е по-критично за заразена дървесина, отколкото за здрава дървесина.
•Смесете суровини: Смесете нарязана заразена дървесина с високо-качествени дървени стърготини или чисти стърготини, за да балансирате горивната смес и да предотвратите проблеми с котела.
Раздробяването на заразена дървесина само по себе си не намалява нейната калорична стойност. Загубата на енергия възниква по време на процеса на биологична инфекция преди прибиране на реколтата. Раздробяването обаче действа като катализатор за по-нататъшно разграждане, ако материалът не се обработва правилно след-обработката. Чрез увеличаване на повърхностната площ, раздробяването прави заразената дървесина по-податлива на абсорбиране на влага и ускорено гниене, което индиректно намалява ефективната топлинна мощност.
За производителите на гориво от биомаса ключът е да гледат на раздробяването не като на причина за загуба на енергия, а като на стъпка, изискваща внимателно определяне на времето. Чрез раздробяване на заразена дървесина непосредствено преди изсушаване и изгаряне операторите могат да се възползват от подобрените характеристики на изгаряне на малките частици, като същевременно минимизират отрицателните въздействия от компрометираното биологично състояние на дървесината.