ПРОИЗВОДСТВО ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ

Брикетирующие установки и их основные характеристики

Установки для производства брикетов выпускают многие фирмы. Основным оборудованием в этих установках являются Брикетировочные Пресса. Оборудование для подготовки биомассы (измельчители, сушилки, транспортные устройства и пр.) выбирают в зависимости от вида и объема исходного сырья.

Брикеты изготавливают из мелких древесных отходов, коры, макула­туры, отходов сельскохозяйственных культур и пр.

По способу формирования брикета пресса можно разделить на следую­щие группы: 1) Матричные, 2) поршневые или штемпельные (циклического действия), 3) винтовые (шнековые), 4) вальцовые (непрерывного действия).

К Первой группе (Матричные пресса) относится пресс марки Б-8320. Он широко распространен в торфодобывающей промышленности. Ранее такие пресса использовались и в лесной промышленности для брикетиро­вания древесной коры.

Пресс имеет следующие параметры:

- производительность, Кг/ч - 1 ООО

- TOC o "1-5" h z мощность главного привода, КВт -55

- удельное давление прессования, Н/м2 - 108

- средняя плотность брикета, Г/см3 - 1,05

- размеры брикета, Мм - 160*68*30

- число ходов пуансона (поршня) в минуту - 60

- масса пресса, Кг - 18000

В прессах Первой группы брикет формируется в Сплошной матрице Возвратно-поступательным движением поршня - Брикет приобретает форму матрицы. Производительность в данном случае зависит от продол­жительности цикла прессования.

Ко Второй группе Относятся пресса с матрицей и пуансоном (порш­нем), т. е. пресса штемпельного типа. Пресса этой группы изготавливают брикеты в виде цельного цилиндра диаметром 30-80 Мм и длиной 20-200 Мм. Внутреннего отверстия в этих брикетах нет, поэтому брикеты плохо горят (нет доступа кислорода во внутренние его части). Сами брикеты Не Прочные, плотность их находится в пределах 650-900 Кг/м3.

В прессах Второй группы брикет формируется в Разъемной матрице В результате создаваемого давления и возникающего трения. Процесс прессования происходит скачкообразно в камере, имеющей Цилиндриче­скую форму, Переходящую в конусную. Производительность пресса зависит от диаметра поршня и числа ходов.

Такой способ брикетирования позволяет прессовать измельчен­ные деревянные ящики, поддоны, опалубку и пр. Металлические и мине­ральные примеси отделяются в специальных устройствах. Известен опыт прессования таким способом металлической стружки (фирма Ыпёептап МЦВ - Германия).

Пресс фирмы Bio - Technik (Германия) поршневого типа выдавлива­ет ленту диаметром 70 Мм, после чего она распиливается торцовочной пи­лой на брикеты длиной 180 Мм. Не соответствующие этому размеру брике­ты отбраковывают и поставляют потребителю как сыпучий топливный ма­териал. При большом усилии сжатия и наличия сил трения брикеты нагре­ваются. Для их охлаждения и набора механической прочности брикеты выдерживают в зажатом состоянии на транспортном участке длиной 20 М.

Основные типы штемпельных прессов с гидравлическим приводом приведены в таблицах 12 и 13.

Т аблица 1 2

К Третьей группе Относятся пресса непрерывного действия с винто­вым (шнековым) рабочим органом и многопрофильным подогреваемым каналом матрицы. Такие пресса выпускаются как за рубежом так и в на­шей стране.

В прессах Третьей группы брикет формируется способом непрерывно­го прессования Винтовым рабочим органом {коническим шнеком) в обогре­ваемой матрице (температура нагрева 200-350°Q. Производительность оп­ределяется диаметром матрицы, числом оборотов и шагом витков шнека.

Например, в прессе FG-600 Фирмы Pint + Kaj (Австрия) сухие опил­ки и стружка через дозирующее устройство поступают в загрузочную во­ронку, и брикет формируется непрерывным способом с помощью винта под высоким давлением и температуре нагрева матрицы 180-200°С. Выхо­дящей из пресса непрерывной лентой брикет разделяется на специальном устройстве на отрезки определенной длины.

Шнек с наконечником, изготовленным из стали повышенной изно­состойкости, имеет средний срок работы 500-800 Ч. Диаметр внутреннего отверстия в брикете - 15 Мм, диаметр брикета - 62 Мм. Размеры прессуе­мых частиц - 1*2x3 Мм, расход материала (стружка, мелкая фракция) на

1 Тонну брикетов - в соотношении 1:5-5-1:15.

Производительность пресса - 600 Кг/ч, мощность привода - 45 КВт, число оборотов винта - 885 Мин'1, плотность брикета - 1300 Кг/м3, влаж­ность прессуемой массы - до 10 %, теплота сгорания брикетов - 4100-4700 Ккал/кг (17180-19695 КДж/кг), зольность - 0,7 %.

Пресс Novo - Balt Р-52 Фирмы Vaion - Копе (Финляндия) предна­значен для брикетирования мелких частиц древесины влажностью до 15 %. Содержание коры в древесной массе не должно превышать 30 %. Брикеты прессуют без добавления связующих веществ при удельном давлении 100- 200 МПа (1000-2000 Кг/см2), которое создает винтовой конвейер (шнек) при температуре матрицы 300-350 °С. Плотность брикетов 1100-1250 Кг/м3, что обеспечивает их сохранность при хранении и транспортировке. Брикеты сечением 52x52 Мм и длиной 250-400 Мм легко упаковываются и укладываются на поддоны. Выход полноформатного брикета не более 95 %.

Производительность пресса 300-350 Кг/ч; мощность привода - 37 КВт; частота вращения винта - 850 Мин1; скорость выхода брикета из пресса - 1,6-3,0 М/мин; масса пресса - 1270 Кг; габариты пресса: 1,6x0,75*1,5 М. Продолжительность работы Шнека (до его восстановления или замены) - 40 тонн брикетов.

Японская фирма Takeuchi Machinery Выпускает пресс Т-90Е. На этом прессе, по заявлению фирмы, можно брикетировать мелкие древес­ные отходы, кору, шлифовальную пыль, стружку, обрезки фанеры, рисо­вую шелуху, ореховую скорлупу, стебли культурных растений. Топливные брикеты могут изготавливаться и из смеси отходов, при этом смесь необ­ходимо поддерживать в однородном состоянии, а при изменении состава исходного сырья заменять формирующую головку (матрицу). Брикеты, из­готовленные целиком из коры, имеют несколько большую теплоту сгора­ния, чем с древесины.

Отходы предварительно измельчают до фракции не более 6,3 Мм и сушат до влажности 8 %. Брикет в прессе формируется винтовым конвейе­ром с высоко-температурным нагревом матрицы, способом непрерывного прессования. Деление на мерные отрезки производится после пресса спе­циальным устройством. Брикеты круглой или квадратной формы с внут­ренним отверстием имеют длину 280 Мм. Влажность брикетов 4,53 %, Зольность 1,97 %.

Производительность пресса - 5 Шт/мин или 300 шт/ч (690 кг/ч); мощность привода - 75 КВт; число оборотов винта (шнека) - 450 Мин'1; Температура формирующей головки (матрицы) - 250-300 °С; влажность исходной массы - 6^8 %; диаметр брикета - 90 Мм или сечение 90*90 Мм, Длина - 280 Мм, масса - 2,3 Кг.

По данным фирмы срок работы формирующей головки (матрицы) и винтового конвейера (шнека) составляет 20 дней, после чего их восста­навливают или заменяют новыми.

Известен шнековый пресс фирмы Pres-to-Lu Stoker Juel (США) производительность которого 800 Кг/ч; мощность привода - 75 КВт; диа­метр брикета 95 Мм или 28 Мм, плотность брикета - 1070-1100 Кг/м3, а также пресс ABC Series 487 (Англия) производительностью 25-50 брике­тов в час (размер брикета 38*71*91 Мм).

Основные параметры шнековых прессов, выпускаемых в нашей стране и в Украине, приведены в таблице 14.

К четвертой группе относятся пресса, где древесное сырье уплотня­ется между вращающимися Вальцами со специальным углублением, при­дающим форму брикету.

Наиболее широко применяются Поршневые (Штемпельные) и Винто­вые (шнековые) пресса. На рис. 5 и рис. 6 показаны схемы таких прессов.

В штемпельных прессах (рис. 5) материал поступает в камеру 1 и при движении поршня 2 проталкивается в матрицу 4, затем поршень воз­вращается назад и проталкивает следующую порцию материала и так да­лее, пока пространство в матрице полностью не заполнится.

После этого начинается процесс Прессования. Давление от поршня передается на исходную массу и происходит выталкивание брикета. Тол­щина брикета в данном случае зависит от объема камеры. По длине мат­ричный канал сужается и за счет этого происходит поперечное уплотне­ние брикетов. Давление прессования зависит от сил сопротивления трения в матричном канале, поэтому оно не является постоянным.

Удельное усилие прессования достигает 1000-1300 Кг/см2, число хо­дов поршня 60-90 в минуту.

Поверхность брикетов под влиянием температуры покрывается бле­стящей глянцевой коркой.

Вследствие разности температуры по сечению брикета, в брикете на выходе из пресса появляются внутренние напряжения, а так как ограниче­ний пространства, в котором находился брикет, больше нет, то происхо­дит быстрое упругое расширение горячего брикета, что приводит к появ­лению глубоких трещин.

Для получения прочного брикета штемпельные пресса, кроме водя­ного охлаждения, оснащаются специальными охладительными желобами. Охлаждение брикетов при продвижении по желобу приводит к снятию внутренних напряжений, а механическая прочность брикета при этом уве­личивается.

В шнековых прессах (рис. 6) исходная смесь проходит в Загрузоч­ном окне 1 через Ворошитель 2 и ссыпается в Камеру 5. В камере 3 распо­ложен вращающийся подающий Шнек 4 цилиндрической формы. К этому Шнеку, соосно, примыкает конический Прессующий шнек 5, свободный ко­нец которого входит в канал матрицы. Рабочий канал матрицы 6 состоит из Конической части (втулки) 7 (на входе), плавно переходящей в Цилинд­рическую или квадратную (две втулки) часть 8 (на выходе).

По мере заполнения камеры 3 шнек 4 подает исходную сухую смесь в коническую часть канала матрицы, где происходит ее прессование, и вы­давливание в цилиндрическую часть канала. Усилия от Прессующего 5

Шнека действуют в осевом направлении (горизонтальная плоскость) и в вертикальной плоскости. Эти усилия уплотняют смесь по всему сечению. Коническое исполнение хвостовика прессующего шнека также способст­вует повышению плотности брикета. В некоторых моделях прессов хво­стовик цилиндрического исполнения, что приводит к снижению качества брикетов. Величину конусности Шнека и Втулки выбирают с учетом ко­эффициента трения древесины по металлу. Оптимальный угол конуса на­ходится в пределах 6-12°.

В Конической части канала матрицы происходит формирование плотности брикета. Давление достигает 1500-2100 Кг/см2. На коническую поверхность втулки 7 канала матрицы действуют большие усилия, вслед­ствие чего возникают силы сопротивления в виде сил трения. Для умень­шения сил трения канал матрицы находится в постоянно нагретом состоя­нии. Образование брикета и перемещение его по матричному каналу свя­зано со значительными тепловыделениями. Брикеты на выходе из матри­цы имеют температуру 80-90 °С.

Температура нагрева матрицы устанавливается для каждого режима прессования, который зависит от породы древесины, крупности и влажно­сти частиц, наличия коры и пр. Величина этой температуры находится в пределах 200-350 °С. Поэтому наружная поверхность брикета приобретает блестящий коричневый цвет. На поверхности образуется защитный гидро­фобный слой (поверхность обуглена). Науглероженный (обугленный) слой является своего рода смазкой и способствует более легкому проталкива­нию брикета внутри матрицы.

Под действием высокого давления и температуры в камере прессо­вания выделяются газы (испаряется часть влаги, происходит выделение лигнина и пр.). Выделяемые газы удаляют с помощью вытяжки.

Из матрицы брикет выходит непрерывной лентой и поступает на де­лительное устройство, где формируется длина брикета. Если в технологии предусмотрена распиловка и обрезка торцов брикетов, то лента может иметь длину до 1200 Мм.

Полученные брикеты или ленты складируют для остывания ряд че­рез ряд на 2 часа. Затем брикеты расфасовывают в отдельные пакеты ве­сом 6-8 Кг и отправляют на склад (ленты предварительно подаются к тор­цовочному станку, где их распиливают на мерные отрезки).

Прочность брикета зависит От влажности и крупности частиц, Температуры материала и матрицы, усилия прессования, интенсивности подачи исходной смеси в камеру пресса, Величины конусности канала мат­рицы и прессующего шнека.

Производительность шнекового пресса может быть рассчитана по формуле:

П-ХЪ К'О1 Кк / л / у/МО3, кг/ч (11)

Где, D - диаметр конусного шнека в большем основании, Мм;

Кк - коэффициент конусности шнека, равен 0,60-0,65; П - число оборотов шнека, Мин1; T - шаг витков шнека, Мм;

У - удельный вес прессуемого материала, Т/м3, для древесных сухих опилок, 7 ~ 0,16-0,18;

Џ - коэффициент наполнения межвитковых впадин шнека (обьем про­странства между шнеком и конусной втулкой матрицы в которой находится шнек).

*=V0/Vem, (12)

Vtm - объем конусной втулки, См3

V, n = l-nLRt+Rx-R1+Rl (13)

Rj; R2 - радиусы, соответственно большого и Малого основания Ко­нусной втулки, См;

L - длина втулки, См;

Ушн - объем шнека, См3.

Ушн=-П'1Г?+Г-Г1+Г})+У«ш, а-г> (14)

Ъ; Г2 - радиус, соответственно большого и малого основания конуса шнека;

Z - количество витков на шнеке, Z = L/t Среднее значение объема одного витка

VmmKa=B-S = B^R2-r2) (15)

В - толщина витка, обычно равна 0,8-1,0 См;

Ry Г- Внешний и внутренний радиус витка, мм, обычно Разница Ра-

Диусов составляет 1,0-1,3 См;

У0 - объем пространства, занимаемого опилками, См3.

TOC o "1-5" h z Уо = У<т-Уш* (16)

Определим производительность шнекового пресса на примере для следующих условий:

Число оборотов шнека, Мин1 - 600

Шаг витков, См - 4,0

Толщина витка, См - 1,0

Высота витка, См - 1,3

Длина втулки и шнека, См - 23,5

Диаметр большого основания конусной втулки, См - 9,7

Диаметр меньшего основания конусной втулки, См - 6,7

Диаметр конусного шнека: у большего основания, См - 7,8

У меньшего основания, См - 5,0

1. Объем конусной втулки равен:

Увт =1/3-3,14-23,5-(4,852+ 4,85-3,3 + 3,32)= 1239,58 см3.

2. Объем шнека (формула 14) составит:

= 1/3 • 3,14 • 23,5 • (з,92 + 3,9 • 2,5 + 2,52)+1,0 ■ 3,14 ■ (4,22 - 3,22 )= 883,44 см3.

3. Объем свободного пространства, которое занимают опилки в паре шнек - втулка, См3

Уо = - Уш„ = 1239,58 - 883,44 = 356,14

4. Коэффициент заполнения шнекового пространства:

* = Г,/Квш = 356,14/1239,58 = 0,287

5. Производительность пресса будет равна (формула 11):

Я = 15-3,14 0,0932 0,64 0,04-600 0,287 (0,16-0,18)-103 =

= 286-324 кг/ч.