Возобновляемые источники энергии от переработки растительных отходов

Остро стоит проблема использования отходов при работе с древесиной, однако можно переработать в экологически чистое топливо различные виды растительных отходов, такие как кустарники, солома, мякина, костра льна и риса, шелуха подсолнечника и т.п., то есть то, что содержит лигнин.


По способу прессовки конечный продукт разделяется на гранулы и брикеты.

Участвуя в международных выставках и различных встречах, стало понятно, что подавляющая масса потенциальных потребителей оборудования по переработке растительных отходов имеет очень смутное представление о плюсах и минусах того или иного метода утилизации растительных отходов.

Гранулы получаются продавливанием опилок через фильтры диаметром 6-8 мм. Брикеты могут получаться прямым прессованием на гидравлическом или механическом прессе. Кроме того, можно использовать метод шнекового прессования, когда продукция выходит непрерывно (как на мясорубке).

Существует мнение, что за рубежом пользуются большим спросом только гранулы. Однако, спрос на топливные брикеты в Европе также постоянно высокий, цены на него непрерывно растут и они в 1,5 раза больше, чем стоимость гранул. Брикеты, выполненные методом шнекового прессования, более предпочтительны у покупателей по сравнению с простой прессовкой, да и дороже почти в 2 раза.

В Европе на топливные гранулы и брикеты действуют стандарты, у которых очень высокие требования по зольному остатку. Так стандарт Швеции на брикеты SS 18 71 21 для второй группы качества требует зольности не выше 1,5 %, а для первой группы не выше 0,8%. Уже есть случаи штрафных санкций нашим поставщикам по превышению зольности. Уже часто заказчики из Европы спрашивают, какой метод сушки, отрицая сушку непосредственно дымовыми газами.

Далее проведем короткое сравнение преимуществ и недостатков производства гранул и брикетов (брикетов, выполненных шнековым прессованием).

Оборудование для производства гранул более сложное и, естественно, более дорогое. Ремонты такого оборудования так же сравнительно дороги и выполнить ремонт можно только на заводах-производителях. Можно перечислить предприятия, которые испытывают огромные трудности из-за этого.

В технической литературе признано, что самые лучшие показатели по удельным капитальным затратам являются шнековые пресса.

Узким местом у пресса – это шнек, который в настоящее время вырабатывает около 100 тонн брикетов и требует замены. Замена шнеков – простая операция, которая выполняется за 10 - 15 минут. Цена новой шнековой насадки около €50, реставрация на порядок дешевле и может выполняться в простых мастерских, где есть электросварка.

Требования к сырью, то есть к опилкам, у гранул более высокие, чем у брикетов. Требуется дополнительный тонкий помол. Не допускаются заметные примеси коры.

При шнековом прессовании требования к опилкам значительно менее строгие. Крупная стружка, отдельные кусочки длиной до 20 мм, кора, хвоя – всё это не мешает работе пресса.

Экономически оправданным при производстве гранул является производительность не менее 1,5 тонны в час по выходу, то есть на входе надо иметь как минимум 6-8 м куб. опилок в час. Такой объем производства опилок характерен для сравнительно крупных комбинатов. Для небольших участков такое оборудование и недоступно и не будет обеспечено сырьём.

Гранулы механически непрочны, то все чаще покупатель обращает внимание на крошки в герметичной таре (биг-бегах), которые образуются при необходимых перегрузках гранул при транспортировке (таких перегрузок оказывается 6-8). Тот же шведский стандарт требует, чтобы отсев крошки у покупателя не превышал 0,8%. Очень большой спрос обязывает европейских покупателей пока терпимо относиться к этому недостатку.

Брикет, полученный методом шнекового прессования, кроме высокой плотности (1,1-1,2 т/м куб.) имеет упрочняющую корку на поверхности. Брикеты практически не дают крошки и могут транспортироваться в два яруса. Корка на поверхности уменьшает проникновение влаги в брикет.

В настоящее время ведутся работы по разработке конструкций для механизированной подачи брикетов в топки тепловых станций. Автоматическая резка брикетного рукава на выходе на длину 60-70 мм позволяет использовать обычные винтовые конвейеры. Удачное решение этого вопроса, а проект, очевидно, будет реализован, резко расширит рынок брикетов.

Важной проблемой является сушка исходных материалов до необходимых 8-12% влажности. Простое и экономически оправданное решение позволило бы резко увеличить выпуск и гранул и брикетов.

Воздух для сушки материала необходимо нагреть. Иногда используется мазут (итальянские установки), дизельное топливо (установки восточной Европы), керосин (японские установки). Древесные отходы, безусловно, экономически наиболее привлекательны как топливо.

Воздухонагревательные установки, работающие на древесных отходах, могут иметь две принципиальные схемы: дымовые газы попадают прямо в отделение сушки или дымовые газы проходят через теплообменник и в отделение сушки попадает чистый нагретый воздух. Каждая из этих схем имеют и плюсы и минусы.

При прямой подаче топочных газов в сушильное отделение между газом и опилками большая разность температур, что повышает эффективность сушки. Однако высокая температура создает опасность пожара. Дымовые газы, охлаждаясь, оставляют в опилках много сажи, что повышает остаточную зольность материала.

При прохождении дымовых газов через теплообменник проблема возгорания опилок практически снимается. Нет осаждения сажи. Однако температуру на входе в сушильное отделения нельзя поднять выше 2000С. Воздухонагревательных установок, работающих на древесных отходах и подающих воздух через теплообменник, установочной тепловой мощностью выше 500 кВт пока нет.

Как отмечено выше, экономически оправданным для гранул является выпуск не менее 1,5 т/ч.  
Известные шнековые пресса австрийской фирмы Pini-Kay, выпускаемые уже несколько десятков лет, имеют производительность около 400 кг/ч. Для сушки 400 кг/час по выходу требуется тепловая мощность около 400 кВт. Следовательно, схема с использованием воздухонагревательной установки тепловой мощностью до 500 кВт с теплообменниками в комплекте со шнековыми прессами оказалась оптимальной.

В инициативном порядке в Белоруссии группа энтузиастов в течение нескольких лет терпеливо, узел за узлом, отрабатывали технологическую схему линии по переработке растительных отходов в топливные брикеты. В основу был взят принцип шнекового прессования и прототипом стал пресс фирмы «Pini- Key». Этот пресс наиболее удачно проявляет себя уже несколько десятков лет. Однако в пресс внесено много усовершенствований. В частности, введена система подстройки пресса в зависимости от состава прессуемого материала, проведено математическое моделирование процесса прессования для выбора профиля канала прессования, значительно уменьшен вес.

Другой важный блок линии – это сушка опилок до требуемой влажности. Сушка осуществляется в двухходовом сушильном барабане с имитацией «кипящего слоя» при входной температуре воздуха около 180-200 С.

Для переработки исходных материалов до необходимой фракционности устанавливается автоматическая резка.

Очень заманчиво перерабатывать древесные отходы в щепу непосредственно на лесных делянках, но для этого нужна доступная и дешевая электроэнергия. Уже сейчас можно предложить в комплекте со щепорезкой электрогенератор в комплекте с газогенератором, работающий на отходах древесины.

Уже сейчас реализуется линия 3-го поколения, в составе которой блок диагностики технологических процессов с измерениями в реальном времени влажностей и расхода материала и воздуха, что помогает в работе оператору.

При контактах с производственниками всегда к нашей линии проявляется огромный интерес, очень много вопросов, общих и конкретных, а так же выражалось удивление, что такие технически оснащенные и сравнительно дешевые линии уже созданы в Белоруссии.

Совершенствование конструкций узлов продолжается.