БИОЭНЕРГЕТИКА:. мировой опыт и прогноз развития

Твердое биологическое топливо. (пеллеты, брикеты)

Деревообработка и деревопереработка сопряжены с больши­ми потерями древесины. На этапе заготовки леса отходы — пни, сучья, хвоя — могут достигать нескольких десятков процентов от первоначального объема. Лесопилка превращает около 60% дре­весины в доски, при этом на опил уходит 12, в концевые обрез­ки — 6 и 22% — в горбыль и обрезки кромок.

В настоящее время активно внедряется технология сжигания опилок, щепы и старой древесины. Однако процесс утилизации отходов имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эф­фективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, нужны большие площади, чтобы складировать эти отходы. При­чем, обращаться с ними надо предельно осторожно, ведь свежие опилки и щепа способны самовоспламеняться. В-третьих, мел­кофракционные древесные отходы экономически не выгодно пе­ревозить на расстояния более 20-40 км.

Изготовление брикетов и топливных гранул — альтернатива прямому использованию древесных отходов в виде топлива. Бри­кеты и гранулы выделяют больше тепла, чем опилки и щепа, уве­личивая коэффициент полезного действия котельных, не требу­ют больших складских площадей и при хранении не самовоспла­меняются, но автоматизировать процесс загрузки брикетов в топочное устройство довольно сложно. С этой точки зрения го­раздо удобнее топливные гранулы (пеллеты) — цилиндрические прессованные изделия из высушенной древесины.

Наиболее подходящим сырьем для производства пеллет явля-

ются мерные опилки, стружка, щепа и другие отходы деревооб­работки влажностью не более 12-14%. Гранулы производятся без химических закрепителей под высоким давлением (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Технология производства пеллет

Технологический процесс производства топливных гранул (пеллет) включает в себя несколько этапов.

1. Подача и складирование сырья.

В состав оборудования участка подачи и складирования сы­рья входят сепарационная установка и транспортная система (шнековая, «живое дно» и др.).

2. Измельчение.

Щепа, опил, кора, стружка подаются в измельчитель, установ­ленный над загрузочным устройством материалопровода. При переработке крупнокусковых отходов вначале их подают в ру­бильную машину, а затем — в измельчитель.

Сырье может иметь различную влажность. Оно не должно со­держать посторонние включения (камни, металл, песок), а сум­марная доля коры, хвои, листвы не должна превышать 17% (из - за повышенной зольности), порода древесины значения не име­ет, однако процессы производства более оптимально протекают при использовании хвойных пород.

3. Сушка измельченного сырья.

Измельченное сырье (3-5 мм) по материалопроводу попадает в камеру сушильного агрегата. Отбор излишней влаги осуществ­ляется горячим воздухом, выработанным теплогенератором. Теп­логенератор может работать как на тех же отходах, так и на газе.

При использовании барабанных сушилок температура возду­ха на входе в сушилку составляет 250-280°С, на выходе из сушил­ки продукт имеет температуру 75- 100°С. Сырье высушивается до влажности 8-15%. При необходимости после сушки оно может быть подвергнуто дополнительному тонкому измельчению в мо­лотковой дробилке.

Далее измельченный и высушенный продукт по пневмотран­спорту поступает в батарейный циклон, где происходит разделе­ние высушенного материала и теплоносителя. Отработанный теп­лоноситель отводится в атмосферу, а высушенный материал по­дается на питающее устройство пресса-гранулятора непрерывно­го действия.

Использование диспергатора позволяет объединить участки предварительного измельчения и сушки сырья. Входные парамет­ры сырья — технологическая щепа естественной влажности. Про­изводительность 500 и 1000 кг/ч, габаритные размеры 2000x1600x1600 мм, температура сушильного агента — до 100°С.

4. Гранулирование.

Питающее устройство пресса-гранулятора направляет измель­ченные и высушенные древесные отходы во внутреннюю полость вращающейся матрицы, имеющей отверстия 0 6-10 мм, в кото­рых происходит формирование гранул под давлением, созданным при прохождении продукта между матрицей и вращающимися на эксцентриковых осях роликами.

5. Охлаждение.

Через выходное отверстие пресса-гранулятор а готовые грану­лы попадают в специальное устройство — шкаф охлаждения и просеивания, где происходят охлаждение и отделение мелкой фракции.

Мелкая фракция подается обратно в бункер над прессом-гра­нулятором. Очищенные и остывшие гранулы подаются на учас­ток упаковки и транспортировки к месту хранения либо посту­пают в большой накопительный бункер.

6. Упаковка.

С помощью дозатора автоматическо­го взвешивания готовые гранулы паку­ются в большие мешки типа «Big-Bag»

(рис. 1.12) или полипропиленовые меш­ки массой 30-40 кг.

Технология производства различных гранул была известна еще в XIX веке, од­нако гранулирование именно древесины для последующего сжигания в отопи­тельных устройствах получило распрос­транение относительно недавно.

Недостатками этого способа являют­ся высокие энергетические затраты на измельчение древесных отходов и прес­сование, малое сопротивление на сжа­тие и сравнительно низкая теплота сго­рания получаемых пеллет.

Топливные гранулы имеют плотность 950 кг/м3, зольность — не более 5%, сопротивление на сжатие — 3-5 МПа. Рабочая теплота сгорания пеллет — до 4500 ккал/кг.

Наиболее близкой к технологии получения пеллет является технология производства топливных брикетов из смесей, содер­жащих в качестве компонентов древесные отходы и торф. Отхо­ды древесины измельчают до размера не более 10 мм, торфяное сырье шихтуют с различных участков залежи, усредняют, измель­чают и рассеивают по фракциям. Торф и древесину смешивают в соотношении 1:1, смесь сушат до влажности 12% и прессуют. Прессование смеси ведут при давлении 110 МПа в течение 10 с с одновременным нагревом матрицы до 163°С.

Полученные брикеты имеют сопротивление на сжатие 10 МПа, зольность — 12,5% и рабочую теплоту сгорания — 4000 ккал/кг.

К недостаткам метода относятся значительные энергозатраты на приготовление смеси и прессование; высокие трудоемкость подготовки торфяного компонента, материалоемкость, зольность получаемых брикетов; низкие производительность, рабочая тем­пература сгорания.

На устранение этих недостатков, повышение физико-механи­ческих свойств топливных брикетов и эффективности процесса их получения направлена технология получения топливных брикетов из растительной смеси и технического гидролизного лигнина. Технологический процесс включает в себя измельчение, сушку, смешивание компонентов и последующее прессование. В качестве исходного сырья используют смесь технического гид­ролизного лигнина с древесными отходами при следующем соот­ношении компонентов, масс.%: древесные отходы — 30-60, тех­нический гидролизный лигнин — 70-40.

Физико-механические свойства топливных брикетов, приго­товленных по предлагаемой технологии, приведены в табл. 1.5.

Компоненты смеси измельчают до размера не более 8 мм, прес­суют при 80-100 МПа.

Использование в смеси с древесными отходами технического гидролизного лигнина (ТГЛ), представляющего собой природный полимер с высокой пластичностью и связывающей активностью, способствует хорошей адгезии в процессе прессования смеси лиг­ниновых частиц с поверхностью древесного компонента и высо­кой когезии самого монолита в брикете.

Высокая пластичность ТГЛ позволяет использовать в составе смеси достаточно крупные частицы, что исключает необходимость их тонкого помола и снижает затраты. Связующая активность ТГЛ обеспечивает значительное повышение сопротивления сжа­тию и истиранию, снижает водопоглощение.

Использование ТГЛ в составе смеси повышает теплоту сгора­ния брикетов, так как он имеет повышенное содержание углеро­да за счет отмывания в процессе гидролиза легких углеводоро­дов и низкое содержание золы, а также выделяет при сгорании до 6000 ккал/ч.

Использование для изготовления топливных брикетов пред­лагаемой смеси способствует расширению сырьевой базы за счет более эффективного использования древесных отходов и утили­зации отходов гидролизных производств.

Предварительно компоненты растительной смеси (древесные отходы и технический гидролизный лигнин) очищают от метал­лических, минеральных и других включений с использованием магнитного уловителя и крупноячеистых решеток. Затем разде­ляют на виброгрохотах на две фракции. Фракции с частицами раз - 30

1.5. Физико-механические свойства брикетов, изготовленных из смеси древесных отходов и гидролизного лигнина

мером меньше 8 мм поступают в приемные бункеры компонен­тов, а частицы более 8 мм доизмельчают в ножево-молотковых дробилках.

Подготовленные таким образом компоненты раздельно высу­шивают до влажности 12-16%. Просушенные компоненты пода­ют через расходные бункеры и дозаторы в смеситель, где тщатель­но перемешивают до получения однородной массы.

Полученную смесь направляют на прессование при давлении 80-100 МПа при комнатной температуре в непрерывном потоке. Готовые топливные брикеты складируют.

Растительные смеси предлагаемого состава обеспечивают по­лучение топливных брикетов с более высокой рабочей теплотой сгорания, достаточно высокой прочностью и плотностью, низки­ми водопоглощением и зольностью.

Утилизация ТГЛ уменьшает загрязнение окружающей среды, освобождает земельные угодья, способствует сохранению лесных массивов. Изготовление 40 т топливных брикетов предлагаемого состава обеспечивает сохранение 1 га лесных массивов.