Технологія виробництва різних компактних видів твердого палива

ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА РІЗНИХ КОМПАКТНИХ ВИДІВ ТВЕРДОГО ПАЛИВА

1.1 Виробництво твердого біопалива з деревних відходів

Досліджено технологію подрібнення різних деревних відходів, сушіння і пресування деревної маси у тверде біопаливо. Проаналізовано рівень теплотворної здатності деревини, твердого біопалива; подано рекомендації щодо організації їх виробництва на підприємствах лісового комплексу. Використання деревних відходів як сировини для виготовлення екологічно чистого твердого біопалива є актуальним завданням, оскільки вирішує питання отримання додаткової теплової енергії та дає змогу покращити екологічну ситуацію навколишнього середовища. Біопаливо (рідке, тверде) - це паливо з поновлювальних джерел сировини (відходів деревини, відходів сільського господарства і різних рослин).

Сировиною для виробництва твердого біопалива можуть бути різні деревні відходи як кускові (рейки, обаполи, сучки та ін.), так і м'які (тирса, стружка, деревний пил), а також низькоякісна деревина. При цьому, усі деревні відходи повинні бути однакової консистенції, як за величиною, так і за вологістю. Тому кускові відходи, геометричні розміри яких перебувають у межах: довжина до 6000 мм, ширина до 400 мм, товщина до 100 мм, необхідно подрібнювати і сушити до заданої вологості. Процес їх подрібнення є складним. Відходи розрізняють за величиною і видом (рейки, обаполи, сучки, відрізки частини стовбура, пилопродукції, шпону та ін.), що вимагає різного устаткування. При цьому відходи необхідно переробляти в одну сипучу фракцію, частинки якої повинні мати вигляд і розміри тирси (основної маси). Для цього процесу використовують спеціальні технології підготовки деревної сировини. Крупномірну деревину кряжують, розколюють, подрібнюють і доподрібнюють за допомогою спеціального устаткування. Щільність твердого біопалива досягається за рахунок високого тиску за певної температури пресованої маси, а склеювання - за рахунок лігніну, що знаходиться у клітинах деревини. Лігнін - це аморфний полімер ароматичної природи (поліфенол), складної будови, від світло-жовтого до темно-коричневого кольору (залежить від способу виділення його з деревини). Вміст лігніну у хвойних породах деревини становить 28-34 %, у листяних породах - 17-27 %, у деревній корі - 17-44 %. Для виготовлення твердого біопалива можна використовувати від-ходи всіх деревних порід та сільського господарства (качани кукурудзи, солома, лушпиння соняшнику, гречки, рису та ін.).

Першим важливим чинником у технології виготовлення твердого біопалива є облік деревної сировини, особливо для підприємств, які закуповують сировину (відходи). Для правильного обліку об'ємів відходів існує коефіцієнт повнодеревності (Кп). Нижче наведено величини коефіцієнта для деяких видів відходів, а саме:

1) обрізання стовбурів і колод - 0,40;

2) вершинки стовбурів - 0,30;

3) суміш обаполів і рейок - 0,46;

4) шпон-рванина - 0,45.

Облік подрібненої деревини (тирса, тріска, подрібнена деревина та ін.) здійснюється згідно з відповідним коефіцієнтом, наприклад: Кп для тирси у разі перевезення до 5 км дорівнює 0,30. Належний облік сировини дає змогу фактично оцінити витрати на виготовлення твердого біопалива.

Другим важливим чинником є величина подрібненої деревної маси. Виробники устаткування (прес-гранулятор, прес для брикетів) подають відомості про пресування деревних частинок розміром до 16 мм, але на підприємствах пресуванню підлягає деревна маса з розміром частинок до 1 мм, тобто тирса. Якщо на підприємстві, окрім тирси, є інші відходи, то до технологічного процесу необхідно долучити операції подрібнення і, за потреби, доподрібнення деревної маси (під час гранулювання).

Зазвичай, подрібнення кускових відходів у деревну масу здійснюють поетапно. На першому етапі виготовляють тріска, яку доподрібнюють у молотковій дробарці, висушують і, за потреби, додатково доподрібнюють. Таке доподрібнення зумовлене тим, що наявні молоткові дробарки не можуть подрібнювати вологу тріску чи утворювати з тріски тирсу. Цей ланцюг операцій значно підвищує собівартість гранул чи брикетів.

Більш перспективним є одноетапне отримання брикетної маси. Це процес, за якого з кускових відходів або привезеної тріски, відразу виробляють деревну масу (переважно тирсу), придатну для пресування. Третім важливим чинником є наявність вологи у деревних частинках. Для отримання твердого біопалива деревні частинки повинні мати вологість не більше 16 % під час гранулювання і не більше 10-12 % - під час виробництва брикетів, тому сировину необхідно просушити. Спеціальних сушарок для тирси у деревообробній промисловості не існує, а використовують модифіковані пристрої з інших виробництв. Застосовують два типи сушарок: барабанні і конвеєрні. Як тепловіагенти використовують топкові гази, нагріте повітря або пару. Для отримання агента сушки ефективним є спалювання подрібненої деревини природної вологості в спеціальних топкових пристроях, що забезпечують температуру на виході близько 10000°С. Подачу агента в сушильний агрегат здійснюють за принципом прямопоточності (рух деревних частинок збігається з напрямом руху агента сушки). Останнім часом з'явилися й інші розроблення, а саме: створення сушарок з протипоточною подачею агента сушки (деревні частинки рухаються назустріч руху агента сушки). Під час пересування величину агента сушки його подачу і температуру можуть регулювати. Для отримання однієї тонни сухої подрібненої біомаси необхідно витратити близько 400-500 кВт електроенергії, при цьому потрібно спалити близько 200 кг подрібненої деревної маси природної вологості. У виборі устаткування варто враховувати витрати електроенергії на виробництво твердого палива, наприклад: середні витрати електроенергії на виготовлення однієї тонни брикетів становлять 60-80 кВт, а на одну тонну гранул - 90-110 кВт.

Технологічний процес пресування займає близько 20 % від усіх затрат. В економічній оцінці виробництва варто враховувати витрати на підготовку деревної сировини і наявність власних деревних відходів. Для виготовлення гранул використовують пресове устаткування з плоскою матрицею (дискового типу) і циліндричною. Суть процесу гранулювання полягає в продавлюванні спеціальними роликами подрібненої деревної маси через отвори обертальної матриці. Отвори бувають різного діаметра: від 6 до 12 мм, довжина і форма якого залежить від виду пресованої маси.

Брикети виготовляють на штемпельних і шнекових пресах. У штемпельних пресах відбувається поштучне виготовлення брикетів (величина брикету залежить від дозованої подачі деревної маси в зону пресування). У шнекових пресах процес є неперервним (відбувається витискування деревної маси через канал певної форми, шнек, зазвичай, конусоподібної форми з кутом конуса 6-80). Брикет має внутрішній наскрізний отвір, наявність якого позитивно впливає на процес горіння.

Стосовно такої важливої характеристики твердого біопалива, як його теплотворна здатність, існує твердження, що для гранул і брикетів цей показник значно вищий, ніж для деревини (теплотворність пресованого палива становить 4000-5000 ккал/кг, а деревини - 2350 ккал/кг).

Таке твердження не має фізичної суті, оскільки з одного кілограма деревини або деревних матеріалів з одним значенням вологості, у т.ч. і пресованих виробів (гранули, брикети), можна отримати однакову кількість тепла. У випадку, якщо величину теплотворної здатності виразити в ккал/м3 тоді різниця кількості тепла має місце і теплотворність брикетів становитиме приблизно 52160⋅102 ккал/м3, а теплотворність деревини - 21733⋅102 ккал/м3. Суть різниці полягає в щільності матеріалів; щільність деревини, наприклад, сосни становить 500 кг/м3, а щільність брикетів з цієї деревини - 1200кг/м3.

1.2 Паливні гранули

В основі технології виробництва паливних гранул, як і паливних брикетів лежить процес пресування подрібнених відходів деревини, соломи, лузги і ін.