Брикетирование отходов лесопереработки на гидравлических прессах

Технологические процессы брикетирования могут включать следующие основные операции: транспортировку сырья к брикетирующей установке; измельчение крупных древесных отходов; сепарацию (сортировку сырья по размерам фракций); сушку; термообработку; прессование (формирование брикета); хранение и транспортировку к месту потребления. Следует отметить, что перечисленные операции выполняются не во всех технологических процессах брикетирования.

К топливным брикетам предъявляются определенные требования, регламентированные стандартами. В табл. 1 представлены технические требования к топливным брикетам, разработанные в России.

У кожній країні діють свої стандарти, що регламентують вимоги до твердого біопалива, наприклад, в США - Standard Regulations & Standards for Pellets in the US: The PFI; в Великобританії - The British BioGen Code of Practice for biofuel; в Швейцарії - SN 166000; в Швеції - SS 187120; в Австрії - ONORM M 7135; в Німеччині - DIN 51731 і DIN plus.

У 2011 році в Європейському союзі введені стандарти якості біопалива EN 14961-2 (табл. 2).

Резюмуючи дані, представлені в таблиці 2, відзначимо, що щільність паливних брикетів повинна бути вище 1 г / см3, вологість - не перевищувати 15%, а зольність складати 0,7-3%; в брикетах допускається вміст кори.

Оцінимо нижчу теплоту згоряння брикетів по формулі Д. І. Менделєєва:

Где С - процентное содержание углерода в коре по массе, H - процентное содержание водорода, O - процентное содержание кислорода, W - относительная влажность материала брикета.

По формуле (1) при C = 42%, H = 8%, O = 50% построим график, представленный на рис. 1.

Итак, при влажности ниже 15% требование к минимальной теплотворной способности брикетов выполняется автоматически.

Основным оборудованием, определяющим производительность участка по производству брикетов, являются прессы. Известны прессы для брикетирования древесных отходов следующих конструкций: штемпельные с открытой матрицей; копровые; шнековые; гидравлические; ротационные; ударно-механические. Копровые и ротационные прессы широкого распространения не получили.

Гидравлические прессы считаются наиболее надежными и безопасными для оборудования современных высокопроизводительных брикетных станций.

Рис. 2. Схема гидравлического пресса: 1 – бункер, 2 – загрузочный шнек, 3 – поршень наполнителя, 4 – камера наполнителя, 5 – пресс-форма, 6 – главный прессующий поршень, 7 – прессующий цилиндр

Операция брикетирования на гидравлических прессах осуществляется следующим образом (см. схему гидравлического пресса на рис. 2).
Загрузочный шнек подает материал, находящийся в бункере, в наполнитель, продолжительность работы загрузочного шнека связана с системой автоматического дозирования материала.
После окончания загрузки наполнителя и остановки загрузочного шнека поршень наполнителя выполняет предварительное сжатие материала, находящегося в камере наполнителя. 

Главный прессующий поршень передвигает предварительно сжатый материал в одну из двух камер пресс-формы и сжимает материал в плотный брикет. В течение этого этапа выталкиватели, установленные параллельно главному цилиндру, выталкивают готовый брикет из второй камеры пресс-формы через специальные отверстия в передней панели. 

Поршень наполнителя поднимается вверх. Загрузочный шнек начинает подачу следующей порции прессуемого материала. Прессующий цилиндр возвращается в исходное положение, пресс-форма перемещается, после чего операции повторяются.

Характеристики прессов других производителей, например, Hoecker Polytechnik (Австрия), C. F. Nielsen (Дания), Schuko (Германия), СO.MA.FER, Mischi Maschinen (обе - Италия), схожи с представленными в таблице 4: максимальное давление прессования - свыше 150 МПа, достаточно для производства брикетов высокой плотности - более 1,2 г/см3.

В таблице 5 представлены сведения, дающие представление о рентабельности производства биотоплива с использованием гидравлического пресса.

Качество получаемого брикета зависит от многих факторов, основные: химический состав и физическое состояние прессуемого материала, его влажность, фракционный состав и размер брикетируемых частиц, температура нагрева перед прессованием, усилие прессования, продолжительность выдержки под давлением.

Прочность брикетов с включением коры и брикетов, изготовленных только из коры, ниже прочности брикетов из опилок без включения коры. При давлении прессования 100 МПа прочность на изгиб брикетов из опилок составляет около 3,5 МПа, брикетов из коры - 1,75 МПа. Прочность корьевых брикетов приблизительно вдвое ниже прочности брикетов из опилок.

На рис. 3 представлен график, иллюстрирующий влияние влажности опилок на прочность получаемых брикетов. Наилучшие показатели достигаются при прессовании опилок влажностью 5-10%.

При влажности материала менее 5% прочность брикетов снижается. Затруднительно однозначно определить, чем обусловлено снижение прочности: пониженной плотностью брикетов из более жестких сухих опилок либо структурой брикетов.