Изготовление брикетов для отопления: Создаем Топливные брикеты своими руками в домашних условиях для отопления дома: Обзор +Видео

Создаем Топливные брикеты своими руками в домашних условиях для отопления дома: Обзор +Видео

Сложно отрицать, что спрессованные брикеты из опилок являются одним из наиболее эффективных типов топлива, успешно применяемых для отопления жилых домов. Они имеют высокую калорийность (с 1 кг при сжигании выделяется примерно 5 кВт), обладают небольшой зольностью. Такие брикеты весьма удобны в хранении и складировании, так как компактно складываются, и занимают совсем не много места.

Правда, дешевым такое топливо считать не приходится: далеко не всякая семья может позволить себе в течение всего сезона отапливать жилище дровами. Отсюда возникает резонный вопрос – возможно ли каким-то образом изготовить своими руками чудесные топливные брикеты.Особенно это касается тех случаев, когда сырье можно приобрести чуть ли не по бросовой цене. К счастью, такие методики существуют, и они могут отличаться друг от друга. Рассмотрим некоторые из них.

[contents]

Содержание:

• 1 Изготовление брикетов на производстве
  • 1. 1 Сырье
  • 1.2 Брикетирование
• 2 Топливные брикеты в домашних условиях
  • 2.1 Сырье и подготовка
  • 2.2 Механизм с ручным винтовым приводом
  • 2.3 Механизм с выталкиванием кирпичика
  • 2.4 Шнековый пресс
  • 2.5 Топливные брикеты в домашних условиях – за и против

Изготовление брикетов на производстве

Чтобы получить четкое понятие, как самостоятельно изготавливать брикеты, в том числе для печи булерьян, прежде необходимо узнать, как изготавливаются они в фабричных условиях.

Купить топливные брикеты в Максидоме =>>

Сырье

Любой из имеющихся способов предваряет подготовительный этап, во время которого происходит измельчение сырья и его сушка.

Сырьем являются древесные опилки и некоторые более крупные части отходов древесной обработки. Сушка проводится до тех пор, пока показатели влажности приблизятся к 8-10 процентам. Интересно, что в качестве сырья для евродров также могут быть использованы всевозможные агропромышленные отходы (например, лузга или шелуха семечек) и угольная пыль.

Брикетирование

Следующий производственный процесс – это прессование опилок, или брикетирование. Сегодня это можно сделать двумя различными способами:

1. Методом экструзии;
2. Формовка брикетов на специальном гидравлическом прессе.

И в том и в другом случае в результате мощного сдавливания измельченной древесины из нее начинает выделяться лигнин – особое природное вещество. Именно он становится связующим составом для рассыпчатой массы сырья. Разница процессов состоит только в различных методах сдавливания. В одном случае используется гидравлический пресс, способный развивать усилие до 300-600 Бар.

От силы этого сжатия измельченная древесина разогревается, и это способствует образованию твердого прямоугольного брикета.

При другом методе, экструзионном, древесное сырье засыпается в специальный бункер агрегата, и, по аналогии с мясорубкой, шнеком передвигается в конический рабочий канал, который сужается. Именно там и осуществляется сжатие, во время которого шнековый пресс развивает невероятно мощное усилие до одной тысячи бар.

По мере готовности из экструдера выходят сделанные из опилок дрова в виде шестигранников. Перед этим они проходят термическую обработку, и обрезаются специальным ножом по точным размерам.

Топливные брикеты в домашних условиях

Совершенно нереально представить ситуацию, когда кто-то решится приобрести настолько мощный агрегат, способный прессовать брикеты на дому. Даже если финансы позволяют сделать это, и сырье будет доставаться даром, окупить приобретение удастся лишь в случае масштабной продажи изготовленного топлива.

Другими словами, понятно, что осуществить традиционную методику, при которой выделялся бы лигнин, дома не удастся. Но многочисленные домашние умельцы методом проб и ошибок научились использовать другие связующие материалы.

Сырье и подготовка

• гофрокартон, бумага;
• самый дешевый клей, например, обойный;
• глина.

Чтобы изготавливать топливные брикеты дома, вовсе не обязательно приобретать дорогостоящее прессовальное и сушильное оборудование. В домашних условиях поступают по-другому.

Купить топливные брикеты в Максидоме =>>

Сообразительные домовладельцы наловчились прессовать отопительные брикеты из различных доступных материалов, которые могут гореть:

• из бумаги,
• листьев,
• соломы,
• картона,
• шелухи семечек и прочего.

• Опилки помещают в воду, добавляют туда глину в пропорции 1 к 10, хорошо размешивают, затем добавляют в состав недорогой обойный клей или размоченный картон.
• Полученную таким способом смесь помещают в самодельную прессовочную форму, и усилием рук сжимают как можно сильней.
• Сформованные прямоугольники достают из формы и раскладывают сушиться на улице, естественным путем.

Механизм с ручным винтовым приводом

Самый простой пресс для производства брусков топливных, который можно изготовить самостоятельно, имеет ручной винтовой привод.

Конструкция данного механизма чрезвычайно проста. Но и производительность такого винтового устройства невелика – это и объясняет их небольшую популярность.

Специальная формовочная емкость с отверстиями заполняется готовой смесью, винт туго закручивается, создавая повышенное давление.

При их использовании много времени тратится на заполнение емкости, закручивание формы и извлечение сформованного брикета.

Механизм с выталкиванием кирпичика

Гораздо проще и много быстрее выдавливать сформованные брикеты на другом прессе. Он также самодельный, но отличается длинным рычагом и специальным устройством для выталкивания кирпичика. Чтобы ускорить процесс, некоторые приваривают к станине не одну форму, а пару.

Некоторые умельцы способны изготовить и другое оборудование, более усовершенствованное. Как повысить производительность ручного станка? Установив гидравлический домкрат вместо ручного привода. Конечно, для изготовления подобного агрегата придется приложить немало стараний, но результат того заслуживает.

Обратите внимание! Создать давление, достигающее хотя бы 300 Бар, в самодельном прессе не получится даже с помощью гидравлического домкрата. Воспроизвести в домашних условиях фабричную технологию, без добавления воды, вряд ли получится.

Шнековый пресс

Однако некоторым мастерам, несмотря на трудности с деталями, удалось изготовить шнековый пресс. С его помощью удается изготавливать отопительные кирпичики довольно высокого качества.

Умельцы пишут об этом на форумах, но при этом они отмечают довольно высокие затраты на корпус из высокопрочной стали и изготовление деталей шнека. Конечно, в данном случае не обойтись без электрического привода. Потребуется двигатель не менее 7 кВт мощностью.

Топливные брикеты в домашних условиях – за и против

Причины привлекательности такого вида топлива вполне понятны

Если у человека имеется возможность приобретать дешевые опилки, или если вдруг он владелец небольшого древесного производства, то вполне естественно желание изготовить брикеты самостоятельно.

Почему бы не сжигать собственно древесные отходы?

• Дело в том, что не всякая техника способна сжигать непосредственно опилки.
• Обычно древесная мелочь очень быстро и малоэффективно сгорает в обычной печке, да еще часть ее проваливается в зольник.

Спецоборудование

Для эффективного сжигания мелких древесных отходов потребуется специальный котел верхнего горения или шахтного типа.

• Самостоятельно изготовить такой практически невозможно, перспектива прессовать отходы в брикеты выглядит гораздо более реально. Хотя и здесь все не так просто, как кажется;
• Приобретать заводское оборудование неоправданно дорого, да и мало кому окажется по карману;
• Дешевле уж покупать сами евродрова;
• Конечно, пресс для брикетирования можно изготовить кустарным способом. Но полученное топливо будет невысокого качества, и теплоотдача их будет не так уж высота.

Почему мала теплоотдача?

Дело в том, что воспроизвести фабричную технологию, соблюдая все нюансы, в домашних условиях фактически невозможно:

• Полученные «кирпичики» имеют небольшую плотность и, соответственно, маленький вес.
• Удельная теплота их сгорания оказывается чуть ли не втрое меньше, чем у древесины.
• Следовательно, для такого же отопления потребуется в три раза больше самодельных брикетов.
• Процесс же их изготовления отнимает массу времени и сил. Хотя, если они имеются, почему бы и нет?
• Кстати, такое топливо следует бережно хранить, чтобы оно не пропиталось влагой.

Топливные брикеты своими руками – да или нет?

Делать на самодельном оборудовании настоящие топливные брикеты, конечно, можно.

Главное, иметь для этого достаточное количество времени, а также свободную площадь для просушки и хранения изделий.

Не последнюю роль играет доступность опилок: желательно, чтобы их не приходилось дорого покупать или доставлять издалека. В таком случае затея вообще не имела бы смысла – куда эффективнее было бы приобрести большой грузовик дров.

Как бы то ни было, решать хозяину.

 

Купить топливные брикеты в Максидоме =>>

Топливные брикеты своими руками: технология и способы производства

Топливные брикеты марки NESTRO

Злободневный вопрос для многих дачников — как сделать брикеты из опилок? Сегодня он подтолкнул домашних умельцев к тому, чтобы пошевелить мозгами и придумать технологии изготовления из ненужных материалов топлива для обогрева теплицы, бани, гаража и даже коттеджа.

Такие материалы на даче можно найти в большом количестве. Это не только опилки, щепа, б/у доски и другая древесина. Для этих целей можно использовать солому, сухие листья, обрезки веток, угольные отходы, бумагу, картон и прочее, чего на даче всегда много.

Получается, что подойдет то, что горит, но при этом оно должно быть измельчено. Каким же образом? Измельчители — не проблема. Есть уже готовые агрегаты, которые продаются в магазинах для дачников. Например, роторный станок, где любой растительный материал измельчается с помощью набора ножей. Стоит такой станок недорого, а для нужд дачи это необходимый прибор, особенно, когда дело касается изготовления растительного удобрения.

Этот станок можно использовать в процессе производства топливных брикетов. На первой стадии технологии он обязательно пригодится. Но это не единственное оборудование, которое понадобится.

Содержание

1. Технология производства
2. Станок для изготовления брикетов
3. Брикеты из других материалов
4. Заключение

Технология производства

Чтобы сделать своими руками брикеты из опилок, потребуются сами опилки и глина. Их смешивают в соотношении 10:1 с добавлением воды, чтобы раствор получился формообразующим. Важно равномерно распределить глину по всему объему опилок, так как она будет выступать в качестве связующего элемента.

Смешивать топливный материал можно вручную или использовать в качестве вспомогательного инструмента строительный миксер. Единственное препятствие — миксера на даче может и не оказаться.

Для формовки брикетов используют различные приспособления — ящики, старые кастрюли, любые прочные емкости. Но лучше ящик, потому что брикеты получатся традиционной формы с прямоугольным сечением. Это упростит их хранение, поскольку складировать изделия одинаковых размеров и формы удобнее. Хотя для собственных нужд это не так важно. Формовку топлива надо будет проводить, прессуя готовый раствор.

И последний этап в процессе производства брикетов из опилок своими руками — это сушка. Самый простой вариант — сушить на воздухе, и хорошо, если будет солнечная погода. Тогда процесс пройдет быстрее.

Внимание! Один очень хороший совет дачникам — чтобы брикеты были прочными и не рассыпались в руках, необходимо до начала формовки проложить дно и стенки формы бумагой или тряпками, после чего засыпать готовый раствор и спрессовать его.

Станок для изготовления брикетов

Если вы решили использовать брикеты в качестве основного сырья для отопления дачи зимой, вам потребуется заводской станок. Ведь с ним производительность работ увеличится в несколько раз. В настоящее время такие станки изготовляются повсеместно, так что в этом плане проблем нет. Конечно, стоимость каждой модели отличается от аналогичных, что зависит от размеров выпускаемых брикетов, а, значит, от количества расходуемых на производство станка материалов. А это в основном металлический профиль разной категории.

Подобный станок будет неплохим подспорьем, если грамотно организовать небольшое производство брикетов и наладить их реализацию дачникам. Доход не самый большой, но все-таки доход. К тому же организованный в домашних условиях малый бизнес практически не требует затрат. Единственный расход — это первоначальное вложение на приобретение пресс-станка. Остальные расходы — это ваше свободное время и труд. Конечно, небольшое помещение вам потребуется обязательно. Если погода ясная, то и без помещения можно будет обойтись, хотя небольшой навес рекомендуем установить.

Самое важное, что для производства брикетов из опилок своими руками не нужно искать сухое сырье. Влажность — это плюс подобной технологии. И последнее. Как и любое производственное оборудование, пресс периодически придется чистить и ремонтировать. Но и здесь все можно делать своими руками. Станок этот несложный, так что в его конструкции разберетесь без проблем. А поскольку больших усилий в работе с ним прилагать не надо, то и работать станок будет практически вечно.

Брикеты из других материалов

Топливные брикеты из мусора

Все мы знаем, как хорошо горит бумага, и сколько пепла от нее остается. Например, один килограмм спрессованной макулатуры горит синим пламенем более двух часов. При этом выделяется значительное количество тепловой энергии. А пепла от нее остается всего лишь 5% от общей массы или объема.

Так есть ли смысл сдавать макулатуру за деньги, на которые дрова вы приобрести не сможете? Не лучше ли из нее сделать своими руками брикеты для отопления? Однако это не так просто, как может показаться на первый взгляд:

• Во-первых, потребуется большое количество макулатуры.
• Во-вторых, ее придется измельчить. Это не дрова или опилки — мельчить бумагу не так-то просто. Ее надо разрывать на кусочки размером 2×2 см. Можно воспользоваться комбайном.
• Затем разорванная бумага заливается теплой водой. При этом необходимо дождаться, чтобы раствор получился жидким, а бумага превратилась в жижицу.
• Затем сливаются излишки воды, а смесь распределяется по формам.
• Как только вся жидкость выйдет из массы, брикеты можно вытаскивать из формы и сушить на воздухе.

Мастера, которые уже использовали эту технологию, рекомендуют в бумажную массу в процессе ее отмокания добавить немного крахмала.

Кстати, бумагу или макулатуру можно использовать при изготовлении брикетов из опилок. Ее применяют в качестве связующего элемента вместо глины. Обратите внимание на один момент — чем мельче опилки, тем больше макулатуры необходимо добавлять в раствор для брикетов. В качестве формы можно использовать канализационную пластиковую трубу, заранее порезанную на кусочки высотой 10–15 см.

Брикеты из картона

Вместо бумаги для связи опилок применяют и другие материалы. К примеру, хвою или лузгу от семечек. Конечно, это не самые лучшие варианты, но если других компонентов нет, то и эти пойдут.

Их минусы:

• Если хвоя крупная, то ее придется нарезать на мелкие кусочки, используя обычные ножницы. Это трудоемкая работа, занимающая много времени. Кроме того, хвоя в брикетах все время будет колоть руки.
• С лузгой проблем и того больше. В процессе производства она проста и удобна, но такие брикеты любят мыши, так что зимой на складе будет жить не одна мышиная семья. К тому же в процессе сушки грызуны устроят себя пир, и не одна партия продукции, изготовленная вашими руками, будет испорчена.

Заключение

Топливные брикеты из опилок — это эффективное и дешевое топливо, которое можно использовать на даче, отапливая дом и хозяйственные постройки. Есть ли смысл всем этим заниматься, если брикеты продаются в магазинах? Смысл всегда есть, когда дело касается изготовления своими руками. Конечно, для этого потребуется желание, свободное время и физические силы. Но на даче это всегда в избытке, так что можно неплохо сэкономить зимой, пользуясь брикетами, изготовленными своими руками.

Читайте далее:

SCIRP Открытый доступ

Издательство научных исследований

Журналы от A до Z

Журналы по темам

• Биомедицинские и биологические науки.
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение.
• Информатика. и общ.
• Науки о Земле и окружающей среде.
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные науки. и гуманитарные науки

Журналы по тематике  

• Биомедицина и науки о жизни
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение
• Информатика и связь
• Науки о Земле и окружающей среде
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные и гуманитарные науки

Публикация у нас

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Публикуйте у нас  

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Недавно опубликованные статьи

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Бесплатные информационные бюллетени SCIRP

Copyright © 2006-2022 Scientific Research Publishing Inc. Все права защищены.

верхний

О возможностях использования водного гиацинта в качестве брикета биомассы для обогрева

О возможностях использования водного гиацинта в качестве брикета биомассы для обогрева

Скачать PDF

• Оригинальное исследование
• Открытый доступ
• Опубликовано: 05 ноября 2015 г.

• К. Мунджери ¹ ,
• С. Зиуку ORCID: orcid.org/0000-0001-7832-8776 ² ,
• Х. Маганга ¹ ,
• Б. Сиачингома ³ и
• …
• С. Ндлову ⁴  

Международный журнал энергетики и экологии том 7 , страницы 37–43 (2016)Процитировать эту статью

• 12 тыс. обращений

• 20 цитирований

• Сведения о показателях

Abstract

В этой статье освещается экологическая проблема, создаваемая водяным гиацинтом в источниках пресной воды в Зимбабве, и исследуется использование собранных сорняков в качестве источника энергии в виде брикетов. Водяной гиацинт ( Eichhornia crassipes ), известное как родом из Южной Америки, в настоящее время стало экологической и социальной проблемой для большинства источников воды в Зимбабве. Он по-разному влияет на окружающую среду и человека. Однако листья и стебель растения при сгорании выделяют тепловую энергию. Количество выделяемой тепловой энергии зависит от содержания влаги и других факторов. Органическое вещество водяного гиацинта и другие виды листьев были брикетированы, и в этом упражнении было исследовано содержание их тепловой энергии. Содержание тепловой энергии в различных образцах измеряли с помощью бомбового калориметра. Результаты экспериментов показали, что теплотворная способность брикетированного гиацинта составила 14,55 МДж/кг. Теплотворная способность брикетированных образцов других одиннадцати видов листьев колебалась от 14 до 20 МДж/кг. Результаты содержания влаги, летучих веществ и зольности образцов также приведены в этом документе. Результаты показывают, что брикеты водного гиацинта могут быть использованы в качестве источника тепловой и световой энергии, особенно для населенных пунктов, проживающих вблизи пострадавших источников воды.

Введение

Распространение быстрорастущего водяного гиацинта в озере Чиверо в Хараре и других открытых источниках воды угрожает основному водоснабжению столицы. Экологи винят в распространении сорняков сброс сточных вод, особенно неочищенных сточных вод, в озеро и его притоки. Сорняк распространился на многие другие водоемы по всей Зимбабве. Растение быстро растет и производит огромное количество биомассы. Благодаря плоской верхней структуре листа он покрывает обширные участки открытых водоемов.

Водоросли вызывают экологические и экономические проблемы, препятствуя судоходству, рыбной ловле и рекреационной деятельности. Быстрый рост водорослей создает хронический дефицит растворенного кислорода, необходимого водной фауне и флоре [1, 2]. Перна и Берроуз [3] отмечают, что водяной гиацинтовый покров на водоемах снижает газообмен, происходящий на границе воздух-вода, и снижает фотосинтетическую активность погруженных растений, препятствуя проникновению солнечных лучей. На рисунке 1 показана засоренная река Маньяме, один из притоков озера Чиверо.

Рис. 1

Водяной гиацинт на реке Маньямэ

Увеличенное изображение

В медленно движущихся водоемах водяные гиацинтовые маты физически замедляют поток воды, вызывая осаждение взвешенных частиц, что приводит к заилению. Уменьшение расхода воды также может вызвать наводнения и отрицательно сказаться на ирригационных схемах, забивая каналы и системы трубопроводов. Вытеснение воды водяным гиацинтом может означать, что полезная емкость водоемов снижается до 400 м ³ воды на гектар, что приводит к более быстрому падению уровня воды в малых водоемах в маловодные периоды [4].

Методы борьбы с водяным гиацинтом включают ручное и механическое удаление, а также химические и биологические вмешательства. Химическое использование является самым быстрым, но оно оказывает серьезное негативное воздействие на окружающую среду и качество воды. Химические вещества также должны быть удалены, чтобы сделать воду безопасной для потребления человеком. Хотя его можно использовать в сочетании с другими методами борьбы, биологический контроль является важным вариантом в любом плане управления по борьбе с гиацинтовым водяным сорняком. Биологический контроль относительно дешев и безопасен для окружающей среды, обеспечивая долгосрочный устойчивый контроль с минимальным обслуживанием после того, как долгоносик приживется. Биологический метод идеально подходит для больших площадей, экологически чувствительных территорий, участков, к которым невозможен доступ для опрыскивания или сбора урожая, участков, подверженных повторному заражению, и участков, где вода используется для поения скота. Долгоносики также рассредоточиваются по другим участкам, в том числе по труднодоступной или труднопроходимой местности. При биологическом контроле нет опасности нецелевого повреждения или удаления других желательных растений, что может произойти с гербицидами или ручным сбором урожая.

Однако биологическая борьба не должна использоваться там, где предпринимается попытка искоренения, за исключением случаев, когда перед искоренением требуется прореживание большой площади. Искоренение редко возможно с помощью биологического контроля и несет в себе опасность того, что популяция насекомых вымрет, а затем сорняк вернется. Идеальной ситуацией является достижение динамического равновесия, при котором и растение, и насекомое выживают при низких уровнях, не причиняя экономического ущерба [5]. Для крупномасштабных механических процессов обычно требуются машины, работающие от электричества или жидкого топлива. Это имеет тенденцию к увеличению стоимости процесса и наносит ущерб окружающей среде. Ручной процесс с использованием ручных инструментов является медленным, учитывая скорость размножения водорослей. Тем не менее, в целях продуктивного использования растений это лучший способ сбора сорняков.

Сообщалось, что водяной гиацинт нельзя использовать в качестве корма для скота из-за низкого содержания белка. Его также нельзя использовать для изготовления бумаги из-за короткой длины стебля. Однако его можно использовать для удаления тяжелых металлов из сточных вод и в качестве источника энергии в виде брикетов. Существенная исследовательская работа была направлена ​​на поиск различных способов реализации ценности сорняков.

Сорняк не только влияет на водоснабжение городов и поселков Зимбабве, но также негативно влияет на средства к существованию людей, живущих вблизи зараженных водоемов. Эти общины обычно состоят из бедных и уязвимых слоев населения, которые имеют ограниченный доступ к основным энергетическим услугам. В большинстве случаев они используют древесину и парафин, что приводит к вырубке лесов, загрязнению помещений и увеличению затрат на закупку. Стоит также отметить, что городские жители Зимбабве также прибегают к традиционным источникам энергии, таким как древесина, из-за частых отключений электричества. Единственная коммунальная служба страны, Управление электроснабжения Зимбабве (ZESA), обеспечивает около 60 % пикового спроса в стране и импортирует электроэнергию из Южной Африки, Мозамбика и Демократической Республики Конго в попытке решить проблему дефицита [6]. Горожане также все чаще используют сжиженный нефтяной газ (СНГ) для отопления. Однако импортное топливо недоступно для многих. Сельские жители практически вырубили леса в поисках источников энергии. Брикетирование биомассы, особенно листвы, которую обычно выбрасывают или сжигают на открытом огне, может восполнить энергетический дефицит и обеспечить энергетическое обеспечение сельских населенных пунктов, расположенных вблизи зараженных водоемов.

Обилие быстрорастущих водорослей гиацинтовых создает как экологические проблемы, так и возможности. Предполагается, что водяной гиацинт является потенциальным материалом биомассы для производства брикетов из-за его высокой урожайности и доступности в больших количествах в течение всего года. Настоящее исследование исследует потенциальное использование водного гиацинта из близлежащих водотоков в качестве материала биомассы для изготовления брикетов. Теплотворная способность брикетов водорослей будет сравниваться с другими образцами брикетов, изготовленных из других видов листьев.

Мотивация исследования заключается в том, как лучше всего использовать экологические проблемы для смягчения энергетического кризиса, с которым сталкиваются сообщества, живущие в водоемах, кишащих гиацинтовыми водорослями, и вокруг них. Ожидается, что результаты исследования повлияют на решения в области экологической и энергетической политики в отношении сбора и использования гиацинтовых водяных сорняков.

Материалы и методы

Образцы листьев

Биомасса водяного гиацинта была собрана вручную из озера Чиверо, которое является основным источником воды для города Хараре. Другие виды листьев, использованные в эксперименте для целей сравнения, были собраны на ферме Университета Зимбабве и в Учебном центре Домбошава, примерно в 20 км к северу от университета. Всего было собрано 11 различных видов листьев. Среди них были 2 культуры (кукуруза и тыква) и 9экзотические (водяной гиацинт, эвкалипт, кипарис, каллиандра калотирсус, акация узколистная, павловния войлочная, флемингия макрофилла, левкаена тричандра и глирицидия сепиум) виды. Выбранные сорта сельскохозяйственных культур быстро растут, и их растительные остатки в изобилии встречаются в сельских общинах. Выбранные экзотические виды также быстро растут, многочисленны и имеют высокую листву.

Экспериментальные процессы

Основные процедуры эксперимента показаны на рис. 2.

Рис. 2

Экспериментальные процессы

Изображение в полный размер

Для каждого образца листья измельчали ​​на мелкие кусочки. Кусочки сушили в течение как минимум 3 дней, а затем измельчали ​​с помощью пестика. Для улучшения компактности и прочности брикета использовали связующее на основе мелассы. Были исследованы различные пробные циклы и процентные соотношения, чтобы определить количество мелассы, достаточное для связывания и получения компактного брикета. Было обнаружено, что массовая доля мелассы 10 % по отношению к органическому материалу достаточна для получения компактного брикета. Соотношение использовалось для всех брикетов образцов листьев.

Брикетирование производилось с использованием гидравлического пресса в Институте горных исследований Университета Зимбабве. Массу образцов сначала измеряли, а затем смешивали со связующим из патоки. Затем смешанный образец массой 13 г помещали в держатель цилиндрического пресса. Затем поверх биомассы помещали груз, используемый в качестве пробки. Система блокировки на машине гарантировала, что стопор не оторвется. При активации гидравлический пресс уплотнял биомассу, образуя цилиндрические брикеты.

Определение теплотворной способности

Высшая теплотворная способность образцов брикетов определялась в лаборатории с помощью бомбового калориметра. Калориметр-бомба представляет собой герметичный контейнер, выдерживающий очень высокое давление. Внутри бомбы вставлена ​​запальная проволока, и эта проволока используется для воспламенения образца вещества, помещенного внутри бомбы, при пропускании тока через проволоку. Бомба помещается в известное количество воды. Тепло, выделяющееся при сгорании, используется для нагрева воды, а рутинный ручной контроль температуры и расчеты тепла выполняются компьютеризированной системой бомбового калориметра. Аппарат имеет рубашку для предотвращения потери тепла. Температура воды в рубашке согласуется с температурой воды в сосуде калориметра мостовой схемой. Повышение температуры системы является мерой тепловой энергии, выделяемой образцом сгорания внутри бомбы. Между водой и калориметром не происходит теплопередачи, так как они все время находятся в равновесии. Процесс происходит адиабатически. Зная теплоемкость калориметра, теплоту, выделяющуюся при сгорании образцов, можно определить из соотношения:

$$ \Delta U_{b} = C_{v}\Delta T $$

(1)

где ∆ U _b — изменение внутренней энергии бомбового калориметра и его содержимого, \( C_{v} \) — теплоемкость калориметра, \( \Delta T \) — изменение температуры.

Схематическое изображение бомбового калориметра и его содержимого показано на рис. 3.0003

Результаты и обсуждение

В процессе брикетирования были получены образцы диаметром 3,8 см и толщиной 1,1 см. На рис. 4а, б показаны образцы брикетов водяного гиацинта и кукурузы.

Рис. 4

a Водяной гиацинт в брикетах. b Брикеты из кукурузы

Измерение высшей теплотворной способности

Для определения высшей теплотворной способности (ВТС) образцов брикетов использовали бомбовый калориметр. Измеренные значения GCV показаны на рис. 5.

Рис. 5

Высшая теплотворная способность брикетированных образцов

Изображение в полный размер

Измерения GCV показали, что листья Acacia Angustissima имеют самую высокую высшую теплотворную способность 20,57 МДж/кг. Образцом с наименьшей теплотворной способностью была тыква, которая выделяла 14,51 МДж/кг. Брикет из водного гиацинта имел теплотворную способность 14,55 МДж/кг. Из пяти лучших видов три из них были быстрорастущими экзотическими видами, полученными из учебного центра «Домбошава». Данные шахты Ванки, где добывается большая часть зимбабвийского угля, показывают, что ВТС местного угля находится в диапазоне 20–30 МДж/кг. Уголь широко используется для отопления в промышленности и сельском хозяйстве. ВТС брикета водного гиацинта составляет около 70 % теплоэнергоемкости самой низкой товарной марки угля, используемой в стране. Высшая теплотворная способность выбранных распространенных видов топлива указана в таблице 1.

Таблица 1 ВТС различных видов топлива, которые обычно используются для отопления в Зимбабве [7]

Полноразмерная таблица

Обенбергер и Тек [8] сообщили, что экспериментально определенная ВТС древесной биомассы составляет около 20 МДж/кг сухой массы. основе, а для травянистой биомассы она составляет около 18,8 МДж/кг сухой массы. Как показано в таблице 1, ВТС брикетов из водного гиацинта выгодно отличается от ВТС древесины, которая преимущественно используется для отопления и освещения в сельских населенных пунктах. Приведенные в таблице GCV показывают, что брикет водяного гиацинта является потенциальным источником энергии для обогрева.

Летучие вещества

Также определяли содержание воды и золы, летучих веществ и связанного углерода в образцах брикетов. В таблице 2 представлены фиксированный углерод и другие физические параметры образцов брикетов.

Таблица 2 Значения содержания воды и золы, летучих веществ и связанного углерода для различных образцов брикетов

Полная таблица

Брикет из водного гиацинта имеет более высокое содержание золы и более низкий процент летучих веществ по сравнению с другими брикетами. Связь между содержанием золы, летучих веществ, содержания воды и связанного углерода с высшей теплотворной способностью показана на рис. 6а, б.

Рис. 6

a Изменение содержания воды, золы и связанного углерода в зависимости от GCV для различных образцов брикетов. b Влияние летучих веществ на GCV для различных образцов брикетов

Изображение в натуральную величину

Анализ коэффициентов регрессии для различных аппроксимаций кривых показал, что логарифмическая модель имеет аппроксимацию методом наименьших квадратов, описываемую соотношением:

$$ y = a\ln (x) + b $$

(2)

, где y — высшая теплотворная способность, x — измеренный параметр брикета, а a и b — подгоночные константы.

На рис. 6а показано, что ВТС брикетов быстро снижается с увеличением содержания воды и менее быстро с увеличением содержания золы. GCV имеет тенденцию к увеличению с фиксированным содержанием углерода. Стоит отметить, что тыквенный брикет с самым высоким содержанием воды (за ним следует водяной гиацинт) имеет наименьшую высшую теплотворную способность. По-видимому, высокое содержание воды в водяном гиацинте отрицательно влияет на ВТС гиацинтового брикета. Теплотворная способность снижается, поскольку тепловая энергия используется для испарения остаточной влаги в брикете.

Зола – остаток окисления минеральной составляющей образцов брикетов. Более низкая зольность наблюдалась в образцах брикетов, имеющих более высокую высшую теплотворную способность. Образец брикета из водяного гиацинта, составляющий 12,4 %, имел более высокое содержание золы, уступая только образцу брикета из тыквы. Таким образом, зольность снижает высшую теплотворную способность брикетов. Однако стоит отметить, что более высокое содержание золы в водяном гиацинте может быть полезным для восполнения микроэлементов, выносимых культурами на сельскохозяйственных полях.

Летучие вещества — это горючие вещества в топливе. Он содержит такие элементы, как смола и углерод. Процентное содержание смолы в образцах брикетов не удалось определить с помощью калориметрического эксперимента. На рисунке 6b показано, что GCV имеет тенденцию к увеличению с летучими веществами. Содержание летучих веществ в брикете водного гиацинта составило 65,7 %. Было обнаружено, что образец брикета с самым высоким содержанием летучих веществ имеет самую высокую высшую теплотворную способность.

Газообразные выбросы

Анализ энергосодержания брикетов проводился одновременно с определением следов газов, которые могли выделяться при сгорании брикетов, и любых других элементов. Элементами, вносящими вклад в выбросы газов, зарегистрированными в ходе экспериментов, являются сера, азот и хлориды. Табличные результаты выбросов газов в образцах брикетов представлены в Таблице 3.

Таблица 3 Газообразные выбросы сульфидов, нитридов и хлоридов

Полная таблица

Образец листьев эвкалипта имел самый высокий процент серы — 3,06 %. Все быстрорастущие виды имели следы серы от 0,8 до 1,10 %. Следовое содержание серы в Acacia Angustissima составляло 0,88 %, что было одним из самых низких показателей. Кукуруза имела самый низкий процент серы — 0,66 %. Все виды имели содержание хлоридов ниже 0,50 %.

Заключение

В рамках этого проекта образцы пресноводных гиацинтов и других листьев были вручную собраны и брикетированы в лаборатории. Для повышения прочности и компактности брикетов использовали связующее на основе мелассы. Для измерения теплоты сгорания образцов брикетов использовали бомбовый калориметр. ВТС различных образцов брикетов варьировалась от 14,51 до 20,57 МДж/кг. Брикет из водного гиацинта имел ВТС 14,55 МДж/кг. Это выгодно отличается от ВТС древесины, которая варьируется от 14,40 до 17,40 МДж/кг в пересчете на сухую массу. ВТС брикетированных образцов водяного гиацинта составляла около 70 % от ВТС самого низкого сорта угля, используемого для отопления в сельском хозяйстве и промышленности Зимбабве.

Образцы брикетов водного гиацинта имели среднее содержание воды 7,8 %, зольность 12,4 %, летучих веществ 65,7 % и связанного углерода 21,9 %. Содержание связанного углерода около 20 % находится на уровне других древесных и травянистых растений. Это упражнение показало, что биомасса водяного гиацинта может быть переработана в удобные твердые топливные гранулы с использованием технологии брикетирования. Экологически небезопасная биомасса, обнаруженная в различных водных путях, может быть собрана и служить альтернативным источником энергии.

Рекомендуется производство брикетов биомассы из водного гиацинта. Это может помочь облегчить проблемы, связанные с этой водорослью. Успешная коммерциализация брикетов может привести к увеличению доходов, созданию рабочих мест и улучшению управления окружающей средой. Использование брикетов может помочь снизить распространенность водорослей в водоемах, а также уменьшить интенсивное использование древесного топлива, которое обычно приводит к вырубке лесов.

Каталожные номера

1. Зеехаузен, О., Витте, Ф., Катунци, Э.Ф., Смитс, Дж., Бутон, Н.: Образцы остаточной фауны цихлид в южной части озера Виктория. Консерв. биол. 11 , 890–904 (1997)

   Статья Google ученый

2. Малик, А.: Экологическая проблема и возможность: случай водяного гиацинта. Окружающая среда. Междунар. 33 (1), 122–138 (2007)

   Статья Google ученый

3. Perna, C., Burrows, D.: Улучшение состояния растворенного кислорода после удаления экзотических водорослей в важных местах обитания рыб в лагунах тропической поймы Бердекин-Рива, Австралия. Мар Поллют. Бык. 51 , 138–148 (2005)

   Статья Google ученый

4. Виттенберг Р., Кок М. Дж.В. (ред.): Инвазивные чужеродные виды: набор передовых методов предотвращения и управления. CAB International, Уоллингфорд, Оксон, Великобритания, xvii–228 (2001)

5. Салливан, П., Постл Л.: Полевое руководство по биологической борьбе с сальвинией. Департамент первичной промышленности Нового Южного Уэльса. www.dpi.nsw.gov.au/weeds. По состоянию на 30 ноября 2014 г.

6. Управление электроснабжения Зимбабве (ZESA). www.zesa.co.zw. По состоянию на 30 января 2015 г.

7. Инженерный набор инструментов: более высокая теплотворная способность некоторых распространенных видов топлива — кокса, нефти, древесины, водорода и других. www.engineeringtoolbox.com. По состоянию на 20–30 января 2015 г.

8. Обенбергер, И., Тек, Г.: Справочник по гранулам. МЭА Биоэнергетика. ООО «Эрсскан», Вашингтон, округ Колумбия (2010 г.)

   Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Авторы выражают признательность за поддержку, оказанную сотрудникам Института горных исследований Университета Зимбабве, которые использовали свое оборудование для экспериментов.

Вклад автора

К.М. и Х.М. проводил опыты. С.З. и К.М. руководил работой и оформлял рукопись. Б.С. и С.Н. оба предоставили техническое руководство, интерпретацию результатов и критически рассмотрели рукопись. Все авторы прочитали и одобрили итоговую статью.

Информация о авторе

Авторы и принадлежности

1. Департамент физики, Университет Зимбабве, Box MP167, Хараре, Зимбабве

   K. Munjeri & H. Maganga

2. Energy Instact, Sephordc. , Harare, Zimbabwe

   S. Ziuku

3. Физический факультет Мидлендского государственного университета, P. Bag 9055, Gweru, Зимбабве

   B. Siachingoma

4. Bag. Зимбабве

   С. Ндлову

Авторы

1. К. Мунджери

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. S. Ziuku

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. H. Maganga

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. Б. Сиачингома

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. S. Ndlovu

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за переписку

С. Зиуку.

Декларации этики

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии вы должным образом указываете автора (авторов) и источник, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, были ли внесены изменения.