Производство плит из соломы. Огнестойкий дом из соломы! Малоизвестная технология

Соломенные дома строят и любят во всём мире! На Северо-Западе первые такие здания были построены ещё 10 лет назад. Надёжные, тёплые, уютные, они прекрасно выдержали испытание нашим климатом! Однако до сих пор современная технология строительства из прессованной соломы у нас известна немногим.

Современная технология соломенного домостроения (на Западе её называют strawbale-house) основана на лучших свойствах этого уникального естественного материала. В прессованном виде, превратившись из охапки сухих стеблей в соломенный блок, она становится отличным стройматериалом. Прессованную солому считают лучшим утеплителем. Соломенные стебли растений - трубчатые, полые. В них и между ними содержится воздух, который, как известно, отличается низкой теплопроводностью. В силу своей пористости солома обладает хорошими звукоизоляционными свойствами.

Состав соломы хлебных злаков, как и состав древесины, включает целлюлозу, полуцеллюлозу, лигнин. В соломе содержится много кремнезёма, в 2–3 раза больше, чем в древесине. Благодаря этому элементу солома отличается завидной стойкостью. Есть примеры эксплуатации соломенных домов на протяжении 100 лет.

Совет

Поскольку стены из соломы отличаются лёгким весом, конструкция фундамента может быть достаточно простой и экономичной. Геологическое исследование поможет точно рассчитать предпочтительный тип и количество материала для фундамента.

Для изготовления блоков и строительства зданий лучше всего подходит солома ржи, льна, пшеницы, конопли. В США использовалось прессованное сено. В качестве сырья для блоков обязательно используют сухую солому. При прессовании задаётся нужная величина плотности. Готовый соломенный блок имеет правильную форму параллелепипеда. Он плотно обвязан металлической проволокой или полимерным шнуром. Выпускаются блоки разных параметров. Для строительства лучше всего подходят размеры: в длину 50-120с м, в ширину 50 см, в высоту 40см с весом около 23 кг. В мировом опыте соломенного домостроения есть даже «слоновые»- джамба тюки размерами 0,5 на 1,0 на (1,6–2,2) м. Они имеют двойную плотность 160–180 кг/куб.м. Но для укладки блоков в этом случае потребуется кран, а, следовательно, строительство обойдётся дороже.

Каркас плюс солома

Дом из соломы можно построить как бескаркасным, так и каркасным методом. При каркасном методе на фундаменте строят несущий каркас из дерева, между которым плотно укладывают соломенные блоки. Ещё до укладки блоков возводится крыша, чтобы в случае выпадения осадков солома не намокала. Блоки скрепляют между собой теми же способами, что и в бескаркасной методике. Первый ряд соломенных блоков укладывают на возвышении над полом - для защиты от проникновения влаги.

Стены выравнивают (бреют солому) специальной ручной пилой или обычной бензопилой. Поверх соломенных блоков наносят сетку и несколько слоёв штукатурки толщиной до 75 мм. Иногда штукатурят без сетки на обрешётку. Это дешевле, но более трудоёмкий процесс. Штукатурная смесь состоит из глины, песка, воды. Соотношение компонентов связано с их качествами и определяется на опыте. В верхний слой штукатурки добавляют мучной клейстер (чтобы она не пачкалась) или льняное масло (улучшает уровень влагозащиты). Существует метод обработки соломенных блоков глиной, когда блок на короткое время обмакивают в глину или её наносят на соломенную поверхность руками в 3 слоя. Общая доля глины в конструкции стены составит не более 10%. Такие стены прочнее, лучше защищены от возгорания, но сама технология более трудоёмка. Стены получаются тяжелее, долго сохнут. По этажности каркасно-соломенная технология ограничивается несущей способностью каркаса, т. е. в принципе можно возвести даже соломенный небоскрёб. В настоящее время уже существуют пятиэтажные соломенные здания.

За соломенной стеной

Влажность - один из важнейших факторов, учитывающихся при строительстве дома из соломы. В условиях нашего дождливого климата, с высоким содержанием влаги в воздухе в течение всего года, с перепадом температур соломенные стены правильно возведённого дома чувствуют себя отлично.

Совет

Соломенному дому подойдёт крыша любой формы. При строительстве избегайте тяжеловесных кровельных материалов. С соломенными стенами будут гармонично сочетаться натуральные кровли, например, из гонта. Важно, чтобы контакт стен из соломы с падающими на неё атмосферными осадками был минимизирован, поэтому проектируйте свес карниза на менее 60 см.

Антон Тофилюк, генеральный директор ООО «Экофокус»

В основе технологии - природная способность соломы испарять избыточную влагу. Солома «дышит» даже лучше дерева. У неё хорошие парозащитные свойства. Уже есть примеры, когда в соломенном доме устраивали баню и бассейн, не используя парозащитные плёнки.

Равновесная влажность соломы в стене составляет не более 8%.

Чрезвычайно важно при строительстве соломенного дома обеспечить влажность закрытой в стене соломы не более 18%, иначе могут начаться органические процессы гниения. Можно, конечно, обработать тюки антисептиком, но тогда нарушится принцип экологической чистоты материалов. При соблюдении правильной технологии соломенная конструкция перенесёт даже непродолжительное наводнение. А вот длительного увлажнения сооружения из соломы не выносят.

Кажется, что фраза «огнестойкий соломенный дом» звучит парадоксально. Заштукатуренной стене из соломы огонь не страшен. Тюки, покрытые штукатуркой, на испытании выдерживают 2 часа воздействия открытого пламени. Соломенный блок, открытый только с одной стороны, не поддерживает горения. Плотность прессования тюка в 200–300 кг/куб. м также препятствует горению. Но на стройплощадке надо соблюдать меры противопожарной безопасности, потому что стебли соломы, рассыпавшиеся по территории, легко воспламеняются.

Каркасная технология соломенного домостроения позволяет обеспечить устойчивость дома к сильному ветру и не опасаться штормового предупреждения, объявленного синоптиками. Можно получить требуемую величину воздухонепроницаемости стен, варьируя толщину штукатурки и структуру внешней фасадной отделки.

Как обезопасить соломенные стены от грызунов? В соломенном домостроении есть свои хитрости, препятствующие поселению грызунов. Например, замечено, что мыши не любят ржаную солому. Ещё кипы пересыпают гашёной известью.

И в США, и в Беларуси

Первые соломенные дома появились в США, штат Небраска, в XIX веке.

На территории СНГ, при государственной поддержке, строят дома из соломы в Беларуси. Этот тип материала для республики привычен. В современном строительстве соломенных домов одним из первопроходцев и пропагандистов является Е. И. Широков, ныне президент Белорусского отделения международной академии экологии. В 1996 году под его руководством в Беларуси был построен первый каркасный деревянный дом из соломы.

Строительная технология с использованием соломы сертифицирована во многих странах мира, в том числе в Беларуси. В России её запатентовала московская компания «Середа обитания».

Совет

Сэкономленные на стеновом материале деньги можно направить на различные новые технологии для обустройства дома. Например, систему солнечного освещения, проект умного дома, альтернативную энергетику. В результате по стоимости традиционного строительства можно создать по-настоящему экологичные и энергоэффективные дома.

Антон Тофилюк, генеральный директор ООО «Экофокус»

В Ленобласти соломенное домостроение началось в 2000 году при участии норвежских экоархитекторов. Под их руководством возводились соломенные дома во Всеволожском районе для инициативы «Школьный Дом» в деревне Рыжково и благотворительного проекта «Светлана». Так что у нас уже есть первые экопоселения. Возможно, в скором будущем таких населённых пунктов, безопасных с точки зрения экологии, в России будет всё больше!

Дом из соломы можно построить своими силами. Неслучайно эту технологию относят к разряду open-source, т. е. информация о ней находится в открытом доступе. Самостоятельное строительство позволит сэкономить на оплате труда наёмных строителей.

Будет ли соломенное строительство типовым?

В России ежегодно производится около 800 млн. тонн ржаной и пшеничной соломы. Значительная её часть сжигается. А ведь половины получаемой соломы достаточно для возведения 390 млн. кв. м жилья в год или 2,6 млн. домов по 150 кв.м. Солома - быстро возобновляемый природный ресурс. Она достаётся нам почти даром. Стоимость соломы для коттеджа средней величины (150–200 кв. м) составит около 30 тыс. рублей. Поскольку соломенные блоки - достаточно лёгкий материал, расходы на устройство фундамента будут минимальными.

У соломенного дома много преимуществ. Строителям не надо обладать какими-то особыми навыками. При наличии квалифицированного руководителя они вполне справятся с технологическим процессом.

Пока строительство соломенного дома у нас по стоимости обходится на уровне деревянного особняка, потому что нет инфраструктуры, обеспечивающей производство блоков из соломы. Солому надо высушить, а ведь жаркое и сухое лето у нас - редкость. Да и сам строительный процесс достаточно трудоёмкий и хлопотный: пилить и «брить» стены, выравнивать, штукатурить.

Тем не менее, приверженцы экологического строительства уверены, что у соломенных домов большое и светлое будущее. Наши строители думают о разработке типовых проектов. Очень перспективной считается идея дома из готовых модулей. Такой дом строится в расчёте на рост семьи, будущее прибавление семейства.

Текст: Ирина Хлызова

Консультант и фото: ООО «Экофокус», BRO

Сейчас очень многие стараются строить дома из экологически чистых материалов. Говоря о таковых, в голову сразу приходят мысли о древе. Но не стоит забывать и о той же самой глине или даже соломе. Многие могут сказать, что солома — это прошлый век и это не надежно. Но благодаря современным технологиям такой материал приобрел не только качество, но и прочность. И если нет желания тратиться на него, то соломобетонные блоки своими руками тоже можно сделать.

Соломобетонные блоки являются дешевым, прочным и экологически чистым материалом.

Но для начала нужно разобраться, что это такое. Такой материал выпускается в виде прямоугольных блоков. Блок имеет стандартную ширину (45 см) и высоту (35 см), а вот длина может варьироваться от 90 до 112 см. Весить такой блок может от 16 до 30 кг. Чтобы такой материал сохранял свою форму, блоки обвязывают (а некоторые производители и прошивают) полипропиленовыми шнурами. В сельскохозяйственных сферах такие блоки собираются в единое целое при помощи проволок или натуральных волокон. Но эти крепления подходят для хранения соломы, а никак не для построек. Ведь сама проволока железная, а железо имеет свойство ржаветь. А волокно по прошествии времени теряет свою прочность из-за гниения. Солома тоже бывает нескольких видов, поэтому для постройки лучше применять ржаную или рисовую. Они обладают оптимальными свойствами. Если останавливать свой выбор на первом варианте, то лучше, если она будет озимая. Такая солома имеет более плотную структуру.

Предъявляемые требования

Есть определенные требования к соломенным блокам, а именно:

1. Сухость. Влага, скопленная внутри, будет провоцировать гниение. Кстати, именно сухие блоки такие легкие, и если они имеют значительный вес, то есть вероятность, что солома была не доброкачественно просушена. Если ощущается запах гнили или пальцами чувствуется влажность, то такой материал некачественный.
2. Качество соломы. Стебли должны быть гибкими и крепкими. Если при сгибании он не ломается, то это качественный блок. В обратном же случае такой материал быстро рассыпется.
3. Качественный пресс. Если соблюдалась правильная технология спрессовывания блока, то он не должен терять своей формы. Для этого можно попробовать просунуть под шнур пальцы, если больше 3х пальцев не помещается, то это качественный пресс.
4. Одинаковые размеры.Вся партия должна быть идентичной. Если блоки разнятся по размерам между собой, то лучше отказаться от применения данного материала и найти другого производителя.

Вернуться к оглавлению

Как создать соломеннобетонный блок своими руками?

Когда вы делаете что-либо своими руками, всегда возникает огромный плюс — экономия средств. К тому же при собственноручном изготовлении всегда можно быть уверенным в качестве применяемых материалов. То же самое относится и к блокам из соломы и бетона. Цемент компонируется соломой не только по причине придания прочности. Он помогает органическим веществам соломы преобразоваться в сахар, который легко растворяется водой. Но такие преобразования мешают соломенному блоку отвердеть. Для того чтобы устранить такой отрицательный эффект, применяются физические и химические способы.

Первое, что используют — окисление. Для этого блоки выносят на открытые солнечные лучи, под воздействием которых происходит окисление веществ, и они начинают впитываться в стенки древесных клеток. В то же время часть других веществ при взаимодействии с бактериями преобразуется в кристаллы и в дальнейшем образует нерастворимые формы. Но для того чтоб все это произошло на надлежащем уровне, необходимо очень много времени. Второй способ — вымачивание водой. Если блок оставить под дождем на длительное время, то практически все водорастворимые вещества выйдут из него. С этой целью используют и специальные емкости. Но опять-таки для того чтобы обработать всю партию соломенных блоков, требуется значительное время. Самым распространенным на сегодняшний день способом является обработка растворами хлористого кальция или жидкого стекла. В среднем их надо около 9 кг на метр кубический. Эта технология популярна по ряду причин:

1. Благодаря жидкому компоненту стекла и хлористому кальцию изделие быстро затвердевает. Но если сравнивать прочность готовых блоков обеих марок, вторые этот показатель имеют намного выше, чем первые. Если применять кальций, то следует знать, что лучше всего использовать выдержанную солому. А вот для применения жидкого стекла порода соломы особой роли не играет.
2. Используя такие добавки, при условии, что средняя температура окружающей среды будет 20 градусов тепла, такие блоки уже через 24 четыре часа можно складывать, а через 7 дней применять и для строительства.

• цемента — 1700;
• гашеной извести — 600;
• песка — 1550;
• соломы — 80-105.

А вот на расход воды влияют несколько моментов:

• какая необходима вязкость замеса и заполнителя;
• марка бетонного раствора;
• показатель исходной влажности соломы.

Такие пропорции позволят создать блок с показателем прочности М-10. Некоторые строители заменяют бетон на глину. Изначально они рубят солому на куски (0,5 м), после чего замачивают ее в глиняном растворе. И опять-таки полученный материал прессуется.

Сам блок формируется при помощи киповальной машины.

Ее можно соорудить и самому, а можно обратиться к профессиональным киповальщикам или взять пресс в аренду. Если же все-таки решено обращаться за помощью, следует знать, что качество соломы во многом зависит и от того, как ее собирали и хранили. Немаловажным моментом является и ее помол, ведь если ее трубчатая структура будет нарушена, то такой материал потеряет все свои свойства. Сейчас солому чаще продают в виде рулонов, что слегка удлинит процесс. Ведь такие рулоны придется заново раскатать и перекиповать. А это может привести к нарушению изначальной структуры соломы. Но каждый сам выбирает, как ему удобно. Нельзя забывать и том, что готовые соломенные блоки пропитываются специальными химическими составами, которые значительно влияют на их прочностные характеристики.

Вернуться к оглавлению

Технические особенности соломенных блоков

Стройка загородного дома — это всегда какие-то проблемы, связанные то с работой, то с финансами. Но вот применение соломенных блоков помогает решить некоторые негативные моменты в строительстве.

А все потому, что они имеют ряд своих особенностей.

1. Низкая себестоимость. В основном солома — это отходы в сельском хозяйстве. Поэтому приобрести ее не составит особого труда. Единственное, на что придется потратиться, это на перевоз такого материала. Но если на ферме, где приобреталась солома, есть киповальная машина, то везти ее никуда не надо будет.
2. Низкая теплопроводность. Постройки из такого материала не требуют дополнительного утепления. Нет проблем и с отделочными работами, ведь, имея шероховатую поверхность, материал отлично «цепляет» к себе любые покрытия.
3. Но также следует отметить, что все-таки соломеннобетонные блоки имеют определенную «мягкость», поэтому на них не кладутся плиты перекрытий, так как это приводит к деформации. Это является основной причиной, почему такой материал применяется для построек только каркасных домов.

Не везде дрова или уголь — доступное топливо, а вот отходы деревообрабатывающей промышленности или сельского хозяйства найти можно, пожалуй, везде. Давно замечено, что горят они, может, чуть хуже, но отапливаться ими вполне можно. Только просто насыпать опилки или солому очень неудобно. Поэтому придумали их перерабатывать и прессовать в брикеты или гранулы. Для топливных гранул — пеллет — есть даже специальные котлы. При хорошем топливе они обслуживаются (выгребают золу) раз в месяц. Самая хорошая новость состоит в том, что вполне можно сделать пелеты своими руками. Для этого потребуется достаточно много оборудования, но основа — гранулятор (экструдер или пеллетайзер). Без него никак.

Что такое пеллеты и каких видов они бывают

Пеллеты — это топливные гранулы, которые изготавливаются из отходов деревообрабатывающей промышленности, некоторых остатков растениеводства (солома, лузга подсолнечника, гречихи и т.п.) и даже из куриного помета. Технология их производства такова, что никаких добавок и связующих не требуется. То есть, это абсолютно безопасное и стопроцентно натуральное топливо, которое к тому же сделано из отходов.

Пеллеты — хорошее топливо

Так как сырье для топливных пеллет может быть разным, то и характеристики топлива различны. Делят пеллеты на три категории:

• Белые. Это топливо премиум класса с наивысшими характеристиками (и ценой). Названо так за характерный цвет — светло-желтый, почти белый. Но цвет вторичен, первичны характеристики и главная — очень низкая зольность. После сгорания белых пеллет золы остается не более 0,5% от объема топлива. Чистить котел надо будет очень редко. Белые топливные гранулы получают из стружки без коры и других посторонниз включений. Как правило, это столярное или мебельное производство.
• Серые. Сырье для этого типа пеллет может содержать некоторый процент коры, хвои и некоторых других посторонних примесей. Но зольность при этом не должна быть более 1,5%.
• Промышленные или темные пеллеты. Этот вид топливных гранул делают из соломы или жмыха в чистом виде или с добавлением древесных отходов. Зольность этого типа топлива намного выше, чем описанных выше, тем не менее, она не может быть выше 5%.

Белые и серые пеллеты используются для индивидуального отопления. Их еще называют «первого класса» или первокассными. Они имеют диаметр 6-8 мм, плотность примерно 600 кг/м 3 , количество выделяемого тепла — около 4,7 кВт/ч. Сжигаются они в специальных котлах, которые так и называются — пеллетные. Обычно это оборудование очень требовательно к качеству топлива. Кроме малой зольности предъявляются требования и по целостности гранул, и по отсутствию пылевидной фракции. В противном случае горелка пеллетного котла забивается, котел отключается. Промышленные пеллеты сжигаются тоже в специальных печах, но они имеют абсолютно другое строение и намного большие объемы.

В принципе, любые пеллеты можно засыпать в твердотопливные котлы, только их обычно используют на стадии тления. Когда печь уже разогрета, засыпают некоторое количество гранул.

Технология производства

Для любого хозяина идея превратить отходы в топливо, или даже на этом заработать денег, является привлекательной. В принципе, сделать пеллеты своими руками реально, но ожидать от них промышленного качества не стоит. Заставить на работать импортный пеллетный котел на самодельных гранулах вряд ли получится, но самодельный или твердотопливный агрегат отлично с ними справляется.

Технология производства древесных пеллет состоит из нескольких последовательных этапов:

• Крупное дробление сырья. Фрагменты должны быть не более 1,25 см 3 . Это подготовка для более качественной сушки. Для этой операции нужна дробилка.
• Сушка в сушильной камере. Сырье доводят до влажности 8-12%. Камеры есть разных типов, в некоторых используют прямой нагрев (в сушильную камеру подается раскаленный воздух из топки), в других греется теплообменник, а от него — воздух в сушилке. Второй вариант менее эффективен, но в этом случае исключена возможность попадания сажи в сырье. Даже небольшое количество сажи способно окрасить щепу. В результате по качеству пеллеты могут относится к «белым» (если использовали соответствующее сырье), а по цвету — к серым.
• Мелкое дробление. Просушенную древесину подают в дробилки (обычно молоткового типа). На выходе фрагменты древесины имеют размеры на более 1,5 мм для белых и серых пеллет, и 4 мм для промышленных.
• Увлажнение. Древесные волокна с малой влажностью не смогут склеиться. Потому их увлажняют. Если используются отходы сосны, ели, впрыскивается вода. Сырье из твердых пород — дуба, березы, бука — обрабатывается горячим паром.
• Прессование. Тут работают прессы разных конструкций. Сырье продавливается через матрицу (плоскую или круглую), которые и формируют цилиндры заданных размеров.
• Охлаждение. Под воздействием высокого давления пеллеты нагреваются до 70-90°C. В таком состоянии они легко крошатся, потому их оставлют остывать.
• Готовые гранулы просеиваются (от остатков не склеившихся частиц) и фасуют.

Как видите, процесс многоступенчатый, требует довольно большого количества оборудования. Тем не менее, при наличии дешевого или бесплатного сырья производить пеллеты своими руками выгодно.

Особенности производства пеллет из соломы

Сделать пеллеты из соломы проще. Она изначально идет сухой, потому этап сушки отсутствует. Если же есть мокрая солома, ее сушат в естественных условиях на солнце, а затем измельчают и подмешивают к сухой, добиваясь тем самым требуемой влажности исходного сырья перед прессованием.

Легче происходит и измельчение. Для этого требуется соломорезка, которая сразу нарезает сырье на фрагменты требуемой длины. Так что измельчение тоже проходит за один раз. После доведения массы до требуемой влажности, ее продавливают через пресс. И тут все проще: так как сырье более мягкое, усилий требуется меньше. Менее мощное оборудование — меньшие затраты. При этом производительность линии может быть высокой.

Как видите, оборудования для производства пеллет из соломы требуется меньше, да и затрат времени и энергии тоже меньше.

Самодельные грануляторы

Хоть оборудования для производства пеллет требуется много, основное устройство — гранулятор. С его помощью из сырья формируются пеллеты. Есть несколько моделей грануляторов:

Самый простой по строению шнековый экструдер. Его часто делают для прессовки комбикормов, но можно использовать и для изготовления топливных гранул из мягкого сырья. Если вам необходимо сделать оборудование для производства пеллет, это — самый простой вариант. При условии, что вы умеете обращаться с токарным станком и сварочным аппаратом.

Самодельный шнековый гранулятор

Как и в любом оборудовании подобного типа у шнекового гранулятора есть матрица. В данном случае она похожа на сетку мясорубки, только сделана из пластины намного более толстой. Второй важный узел — шнековый вал. Все эти детали можно сделать своими руками. Как — описывать словами бесполезно, смотрите в видео.

Изготовление матрицы под готовый шнек.

Шнек и матрицу «упаковывают» в корпус или гильзу. Как ее сделать, смотрим в следующем видео.

После сборки основного узла надо установить мотор с редуктором, бункер, в который будет подаваться измельченная солома. Можно запускать.

Как сделать гранулятор с плоской матрицей

Сначала надо разобраться с тем, как он устроен. Все отлично продемонстрировано в видео.

В следующем ролике довольно подробные пояснения по процессу изготовления матрицы и роликов.

Рис. 1. Вид линии по гранулированию соломы (с. Заветное, Ростовская область)/strong>

Рисунки смотрите в

Рис. 1. Вид линии по гранулированию соломы
(с. Заветное, Ростовская облясть)

Сохраняющиеся высокие цены на традиционные энергоносители и ужесточающиеся требования к охране окружающей среды обуславливают высокий интерес производителей и потребителей тепловой и электрической энергии, научных организаций к использованию в качестве топлива нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в том числе биомассы. Вступление в силу ряда постановлений Правительства России, определяющих порядок реализации квот на выбросы двуокиси углерода при проведении организационно-технических мероприятий по замене угля и мазута биомассой, обеспечивает финансовый источник для проведения таких мероприятий, что также способствует интенсификации научных исследований и опытно-конструкторских работ по созданию современных котельных установок, работающих на биомассе.

Обычно при упоминании биомассы прежде всего обращается внимание на использование древесной биомассы в качестве топлива, поскольку древесная биомасса − самый древний источник энергии. Однако в исходном состоянии древесная биомасса характеризуется высокой влажностью и относительно низкой теплотой сгорания, и для использования в качестве топлива в котельных установках относительно высокой (более 100 кВт) мощности она должна быть переработана в щепу, а лучше в гранулы (пеллеты). Это позволит относительно просто механизировать и автоматизировать котельные установки, сократить затраты на транспортировку и хранение этого топлива. Из-за высокой влажности древесной биомассы переработка ее в пеллеты является дорогостоящим мероприятием, до 70% затрат на производство таких пеллет приходится на сушку биомассы.

Другой вид биомассы − отходы растениеводства (солома, лузга подсолнечника, риса, проса и т. п.), которые имеют невысокую исходную влажность. В отличие от древесной, эта биомасса, как правило, так и остается отходами, для утилизации которых в любом случае требуются относительно большие затраты. В среднем в 2001−2008 годах в России собирали 38 млн т соломы озимых культур ежегодно. Такую солому используют в животноводстве в тех странах, где оно высоко развито, например в Дании − 36,5% всей собираемой. В РФ около 24 млн т соломы может быть использовано в качестве топлива. Кроме соломы, как топливо можно использовать 1,5−2,0 млн т лузги подсолнечника, 200−300 тыс. т лузги проса, примерно столько же лузги гречихи и других отходов. За исключением лузги подсолнечника использование отходов растениеводства в качестве топлива сопряжено с рядом трудностей, обусловленных их химическим составом.

Таблица 1. Элементарный состав
сухой соломы и древесины

Солома по элементарному составу (табл. 1) и теплоте сгорания (табл. 2) не слишком отличается от древесины, хотя теплота сгорания соломы все же ниже, чем аналогичный параметр сухой древесины. Вместе с тем, с учетом обычной влажности (ниже 20%) солома превосходит по теплоте сгорания древесную щепу, которая в настоящее время начинает широко использоваться в северо-западных и восточных регионах России и давно используется в странах Северной Европы.

В соломе содержатся следующие элементы (% по массе): азот − 0,45−1,13, калий − 0,5−1,7, хлор − 0,11−0,77. Азот увеличивает эмиссию NO 2 . Содержание серы в соломе различных культур колеблется от 0,10 до 0,77% по массе. Наименьшее содержание серы наблюдается в соломе озимой ржи (~0,16% по массе) и озимой пшеницы (~0,18% по массе), наибольшее − в соломе рапса (~0,56% по массе). В целом содержание серы в соломе можно считать низким

Таблица 2. Зольность и теплота сгорания соломы различных
зерновых культур

Температура начала деформации золы у сухой соломы − 735−840°C, а у древесины − 1150−1405°C. Зола соломы размягчается при 1035−1150°С, а плавится при 1175−1330°C, а зола древесины размягчается при температуре 1180−1525°C, а плавится при 1225−1650°C.

Самой большой проблемой при сжигании соломы озимой пшеницы, красной канарской травы, зерноотходов, в том числе и в виде гранул, является низкая температура плавления золы, обуславливающая образование золошлаковых агломератов, препятствующих горению и нормальной работе котлов, предназначенных для сжигания древесных гранул.

При сжигании гранул, произведенных из отходов растениеводства, в кипящем слое инертного материала также образуются шлаковые агломераты. Причем установлено: чем выше вероятность образования в кипящем слое таких агломератов, тем выше вероятность образования отложений золы на конвективных поверхностях нагрева котлов и коррозии поверхностей нагрева под этими отложениями.

Рис. 2. Вид котельной установки с котлом для
сжигания гранул, изготовленных из отходов
растениеводства

При относительно небольшой мощности котла (400 кВт) и, казалось бы, невысокой зольности топлива (зерноотходы и солома) весь объем топки практически заполнен очаговым остатком (невыгоревшим фиксированным углеродом). Это обуславливает падение КПД котлов до 70%, тогда как при сжигании древесных отходов очагового остатка практически нет и КПД котла типа Ökotherm, работающего на этом топливе, достигает 90−92% .

Проблемы при сжигании отходов растениеводства возникают вне зависимости от их вида: натурального (лузга, зерноотходы), сечки или тюков (солома) или гранул. Но в некоторых случаях, например при сжигании в топках теплогенераторов сушильных установок, большая мощность теплогенерирующего оборудования предопределяет использование этих отходов только в виде гранул. Между прочим, по оценкам Тамбовского государственного технического университета всего лишь 2,5 млн т соломенных гранул способны заменить все жидкое топливо, которое ныне используется в нашей стране для сушки зерна и зернопродуктов.

Однако при гранулировании соломы возникают большие проблемы, которые обуславливают чрезвычайно малый объем производства соломенных гранул во всем мире, а не только в России и странах СНГ. В отсутствии же производства гранул нет смысла решать проблемы, связанные с их сжиганием. Несколько лет назад специалистами ТГТУ была поставлена цель доказать потенциальным производителям и потребителям гранул из той же соломы, что производить такие гранулы выгодно и технически возможно.

В 2007 году администрация Ростовской области поддержала предложение ТГТУ о строительстве пилотной линии по производству гранул из соломы в одном из районов области, где в обозримом будущем не планировалась газификация. К таким регионам относятся восточные районы Ростовской области, граничащие с Республикой Калмыкия и Волгоградской областью. Сельское хозяйство там представлено овцеводством и выращиванием зерновых культур. В одном только Заветинском районе Ростовской области, по данным районного управления сельского хозяйства, под озимыми в 2006 году было занято 34 568 га (в коллективных хозяйствах 21 571 га). Причем в последние семь лет отмечается тенденция увеличения в районе площади, занятой озимыми. Урожайность озимых в районе невысокая (из-за плохих климатических условий), но в последние годы выросла более чем в полтора раза. Валовый сбор соломы озимых в 2006 году составил 56 тыс. т, а в 2000−2006 годах − в среднем 46,7 тыс. т в год. В коллективных хозяйствах валовый сбор озимой соломы в 2006 году составил 36 тыс. т, а в среднем за семь лет − 31,1 тыс. т в год. На 6−8 тыс. га озимые убираются с измельчением для поддержания плодородия почвы. Для нужд животноводства в районе используется 15−18 тыс. т соломы, в основном яровых культур. Валовый сбор соломы яровых составил в 2006 году 38 тыс. т. Таким образом, в 2006 году невостребованными оказались около 40 тыс. т соломы озимых. В среднем в 2000−2006 годах ежегодно оставались невостребованными и сжигались на полях около 28 тыс. т соломы озимых. В случае получения положительного результата при реализации проекта планировалось на первом этапе заменить 50?% угля, сжигаемого в муниципальных котельных района, а в дальнейшем увеличить производство соломенных гранул до 12 тыс. т в год, чтобы полностью заменить ими уголь как в муниципальной энергетике, так и в быту. При этом надо иметь в виду, что расчетная стоимость гранул из соломы составляет 1200−2500 руб./т (в зависимости от стоимости соломы, электроэнергии, рабочей силы и т. п.), а стоимость угля − 5500 руб./т (в ценах 2009 года). С учетом того что теплотворная способность угля, применяемого в Заветинском районе, не более чем на 30% выше теплотворной способности соломенных гранул, преимущества использования последних очевидны.

Из-за ограниченности финансовых ресурсов для производства соломенных гранул было выбрано относительно недорогое оборудование отечественного производства. Оно включало стандартный набор, состоящий из дробилки соломенной сечки типа ДКР-3, бункера-накопителя соломенной муки, гранулятора ОГМ-0,8 с дозатором и смесителем, транспортера готовых гранул, колонки охлаждения со столом рассева, нории для транспортирования гранул в бункер готовой продукции.

Планировалось, что солома будет заготавливаться в виде тюков диаметром 145 мм и длиной 140 мм и измельчаться в сечку с помощью измельчителя ИРК-145. Однако оказалось, что использовать указанный измельчитель невозможно, так как сечка получалась длиной до 200 мм, что затрудняло ее загрузку в дробилку и резко снижало производительность установки. В основном эти сложности обуславливались климатическими условиями, в которых выращиваются зерновые в Заветинском районе. С середины апреля до конца октября в районе устанавливается жаркая погода со средней температурой воздуха в летние месяцы (в период уборки) 35−45°С. В этот период стебель зерновых имеет длину 150−250 мм, влажность соломы падает до 4%. В таких условиях очень трудно получить плотные тюки соломы; насыпная плотность соломы в тюках − в среднем 88 кг/м 3 . При измельчении в ИРК-145 такой тюк расслаивается, более короткие стебли соломы проскакивают через ножи измельчителя практически нетронутыми.

Поэтому был применен измельчитель рулонов соломы принципиально новой конструкции, который позволяет не только измельчать солому в сечку длиной до 50 мм, но и тонко регулировать производительность для возможности совмещения его с дробилкой ДКР-3. Был разработан специальный переход между дробилкой и измельчителем, обеспечивающий перемещение материала во взвешенном состоянии. Таким образом, была решена проблема измельчения соломы при исходной влажности материала не выше 20%.

Сложности возникли также с гранулированием соломы. Из-за низкого содержания лигнина в соломе на первом этапе было трудно регулировать влажность соломенной муки для получения качественных гранул. От обработки соломы паром пришлось отказаться ввиду больших энергозатрат, а обработка соломенной муки водой давала низкий эффект. Решено было получать качественные гранулы за счет увеличения степени сжатия муки в матрице гранулятора. Была применена специальная матрица с двухступенчатой фильерой, гранулятор ОГМ-0,8 был заменен на гранулятор ОГМ-1,5, на главный привод которого был установлен электродвигатель мощностью 110 кВт. В результате были получены очень качественные гранулы с блестящей поверхностью. При влажности соломы 7−20% производительность линии достигала 600−700 кг/ч. При этом было отмечено, что хорошо гранулируется не только свежеубранная солома, но и солома урожая 2-3-летней давности, если в тюках нет гнилой соломы. Линия была введена в эксплуатацию осенью 2009 года.

Произведенные соломенные гранулы будут сжигаться в котлах конструкции ТГТУ, в которых реализуется технология сжигания гранул из соломы, лузги проса, риса и подобных отходов в кипящем слое, который формируют сами гранулы и твердые продукты их горения (частицы коксового остатка и золы). Образующаяся при таком горении гранул зола измельчается тяжелыми гранулами, постоянно поступающими в слой. Мелкие частицы золы уносятся из слоя из-за высоких скоростей газов в слое, которые нужны для поддержания во взвешенном состоянии тяжелых гранул. Это препятствует накоплению соединений калия − основной причине образования золошлаковых агломератов. Кроме того, даже если такие агломераты и образуются, они сразу же разрушаются постоянно движущимися тяжелыми гранулами.

КПД котлов мощностью 200, 300, 500 и 1000 кВт при сжигании гранул, произведенных из отходов растениеводства, − не ниже 85%.

Исследования, проведенные ТГТУ, показали, что при сжигании биогранул (в том числе изготовленных из отходов растениеводства) в кипящем слое, сформированном самими гранулами, частицами их коксового остатка и золой, температура в слое достигает 1000−1100?°С, что достаточно для воспламенения и устойчивого горения коксового остатка; движущиеся частицы постоянно разрушают образующиеся в слое золошлаковые агломераты, поэтому очаговый остаток имеет порошкообразную структуру. В результате при сжигании по предложенному способу гранул из соломы потери от механической неполноты сгорания составляют 7,94%, тогда как при сжигании в обычном гранульном котле Pelling-27 (Чехия) в плотном слое движущихся гранул − 36,44%, при сжигании гранул из лузги проса − 15,76% против 30,12%, гранул из лузги риса − 10,07% против 43,02%, гранул из лузги подсолнечника − 4,96% против 12,46%.

В марте 2010 года делегация в составе ведущих специалистов биоэнергетического центра ТГТУ и руководства фирмы EKO Holz und Pellets (ФРГ) по приглашению итальянской компании − производителя оборудования для гранулирования отходов АПК General Dies s.r.l. посетила в Италии ряд заводов, гранулирующих биомассу из отходов растениеводства, и в том числе самый крупный в южной Европе завод в провинции Лацио, состоящий из двух линий гранулирования производительностью 5 т гранул в час каждая.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ

Использованная литература

1. 1. Ronnbäck M., Johansson M., Claesson F. Combustion test in residential burners of pellets from new ash rich biomass // Proceeding on European Pellets Conferences. Wels, Austria, 2009.

2. Kiesewalter S., Rohricht C. Pelletierung von Stroh und Heu // In Proceeding on European Pellets Conferences. Wels, Austria, 2004. Р. 283−296.

Для многих районов страны, испытывающих недостаток древесины, особенно для районов освоения целинных и залежных земель с быстро развивающимся сельскохозяйственным производством, большое практическое значение имеет использование в строительстве различных видов растительного недревесного сырья.

К этим видам сырья относятся прежде всего отходы сельского хозяйства. Наиболее значительное место среди них занимает солома хлебных злаков. По имеющимся данным, излишки неликвидной соломы только по Казахстану определяются цифрой около 20 млн. тонн. Понятно, что по мере расширения посевных площадей и роста урожайности эти запасы будут увеличиваться.

Солома, как сырье для получения плитных материалов, представляет большой интерес, так как является очень ценным углеводно-целлюлозным комплексом.

Однако производство таких материалов до сих пор не налажено. Объясняется это, главным образом, отсутствием достаточно простых и эффективных способов варки соломы для получения волокнистой массы. Делались попытки применить методы, практикуемые в целлюлозно-бумажной промышленности, которые основаны на глубоком расщеплении целлюлозного комплекса. При этом варка осуществляется под давлением, при высоких температурах, с вводом щелочных реагентов и длится от 2 до 6 час.

Практического применения такие режимы найти не могут, так как в результате интенсивного теплового и химического воздействия происходит частичная декструкция целлюлозы и гемицеллюлоз, что значительно снижает выход волокнистой массы, затрудняет ее размол и отлив плит. Кроме того, варка под давлением требует большего расхода пара и сложного оборудования.

& последнее время в нашей стране и за рубежом стал известен более подходящий способ варки волокнистой массы при атмосферном давлении с предварительным водным или кислотным гидролизом.

Учитывая достоинства и недостатки различных способов переработки волокнистого сырья, Всесоюзный научно-исследовательский институт новых строительных материалов АСиА СССР взялся за разработку простой и экономичной технологии получения плитных материалов из соломы.

В качестве исходного сырья для опытных работ использовалась очищенная от колосьев пшеничная солома одного из подмосковных колхозов.

На основании анализа данных, имеющихся в технической литературе и произведенного нами исследования сырья (табл. 1), мы пришли к выводу, что для получения волокна нет надобности варить солому в жестких условиях. По сравнению с древесиной хвойных пород солома содержит меньше целлюлозы и лигнина, но больше гемицеллюлоз (пентозанов) и золы. Для получения высокого выхода волокнистой массы не выгодно подвергать разложению имеющиеся в соломе гемицеллюлозиг тем более, что сравнительно небольшое содержание лигнина позволяет применять мягкие условия варки.

Данные о содержании экстрагируемых веществ в горячей воде и в 1%-ном растворе NaOH при 100° показывают, что для варки соломы не требуется высоких температур. Растворение кремнезема (золы) требует большого количества воды или добавления щелочи. Мы решили осуществить варку соломы при атмосферном давлении, а в качестве варочного реагента применить воду (водный гидролиз) и минимальное содержание щелочи (от 1 до 0,2%)- Для лучшего растворения минеральных и экстрактивных веществ опыты производились при повышенном гидромодуле (8-10).

Размол на волокно разваренной соломы осуществлялся в молотковой дробилке, дающей волокно 13-16° ШР. Для получения качественного волокна концентрация массы при размоле должна быть не менее 4-5%.

Волокнистые плиты изготовлялись без применения каких-либо синтетических связующих. В качестве гидрофобной добавки служил парафин (в виде эмульсии), который осаждался на волокно глиноземом.

Плиты отливали, прессовали и сушили ~о технологии, принятой в производстве древесно-волокнистых плит.

Условия подготовки сырья и физико-механические свойства изготовленных плит приводятся Е табл. 2.

Результаты опытных работ дали основания для вывода о возможности водного гидролиза соломы при атмосферном давлении, температуре 1.У и повышенном гидромодуле (8-10).

Таким образом, применение водного гидролиза соломы в производстве волокнистых плит при атмосферном давлении позволяет обойтись без дорогостоящей аппаратуры, сокращает расход пара и исключает операцию отмывки волокнистой массы от щелочи. Это делает возможным строительство небольших цехов, использующих местные сырьевые ресурсы.

В настоящее время институтом Гипростройматериалы проектируется опытный цех по производству твердых и изоляционных соломоволокнистых плит в Целинном крае (г. Петропавловск) производительностью 1600 тыс. м2 плит в год. В основу проекта заложена вышеописанная технология с применением отечественного оборудования.

Для производства волокнистых плит из соломы рекомендуется технологическая схема, показанная на рисунке.

Тюки соломы загружаются в обогреваемый варочный аппарат. Его наполняют горячей, водой (70-80°) с таким расчетом, чтобы покрыть солому. Включается обогрев. Время нагрева и пропитки соломы -20-30 мин., варка при кипении - 60 мин.