Гранулирвание - что это и зачем оно нужно?

Процесс гранулирования впервые был применен более 70 лет назад. Он основывался на измельчении материала с последующим его прессованием. А гранулы из древесины (пеллеты) были изготовлены впервые 20 лет назад баварцем Руди Гуннерманом, проживавшем в США.

В Европе первооткрывателем считается Швеция, где в 1984—1988 годах начали изготавливать гранулы из отходов древесины. В начале 90-х годов в Швеции было налажено промышленное производство пеллет. В Германии пеллеты начали изготавливать в 1998 году.

За рубежом распространены два названия древесных гранул Wood pellets и Holz-Pellets.

Пеллеты в качестве топлива

Пеллеты изготавливают из отходов древесины хвойных и лиственных пород. Нежелательно использовать для их производства отходы с корой, содержимое которой повышает зольность готового продукта. Европейские стандарты ставят довольно высокие требования к этому параметра — менее 0,5-1,5% массы. Пеллеты темного цвета — это продукт с высоким содержанием коры (зольностью), а светлые — с малым содержанием коры или без нее.

Стандарты регламентируют и размеры пеллета. Длина одной гранулы 20-50 мм, а ее диаметр — 4-10 мм. Хотя шведский стандарт SS 18 71 20 позволяет производить пеллеты диаметром до 25 мм.

Пеллеты используют как топливо с высокой теплотворной способностью 4,3-4,5 кВт / кг, что в 1,5 раза больше чем у древесины. Кроме этого, они имеют еще и такие преимущества:

* Это экологически чистое топливо;

* Простые и безопасные в транспортировке;

* Высокая насыпная масса;

* Можно автоматизировать процесс сгорания;

* Их пепел можно использовать как органическое удобрение.

При сжигании 1000 кг пеллет выделяется столько же тепловой энергии как при сжигании:

* 1600 кг древесины;

* 479 м3 газа;

* 500 л дизтоплива;

* 685 л мазута.

Производство пеллет

Сырьем для производства пеллет являются отходы древесины хвойных и лиственных пород. Для производства используют мелкие (опилки, стружка, древесная мука и др. ) и кусковые отходы (обрезки, отходы лесопиления). Отходы с корой или саму кору используют для производства «технологических» пеллет, которые предназначены для использования в котлах большой мощности. При использовании древесной муки потому смеси нужно добавлять связующем (клей).

Процесс производства пеллет начинают с разделения отходов на две группы: на мелкие и кусковые отходы. Здесь следует выделить еще одну группу — отходы с корой, так как они используются для производства пеллет более низкого качества.

Древесная мука подают непосредственно на гранулирования, а при необходимости сначала на кондиционирование и тогда уже на гранулирование.

Измельчение

Кусковые отходы измельчают при помощи дробильных установок до размеров, которые меньше 25х25х2 мм. Это позволяет быстро и качественно высушить сырье и подготовить ее к дальнейшему измельчения на частицы нужных размеров. Используются молотковые измельчители с решетами или без них.

На участок гранулирования должна поступать сырье нужной влажности и фракции, поэтому после сушки сырья размером менее 25х25х2 мм проводят второй этап — сырье измельчают на частицы, размер которых меньше 4 мм. Благодаря двум этапам можно получить более однородную сырье и уменьшить суммарные затраты электроэнергии.

Сушка

Для получения пеллет высокого качества нужно использовать сырье, влажность которой 8-12%. Отходы с влажностью более 15% плохо прессуются, особенно прессами с круглой матрицей. Для сушки сырья используют два типа сушильных камер — барабанные и ленточные.

Для сушки мелких отходов (опилки стружка и др. ) используют барабанные сушилки, а для измельченных кусковых отходов — ленточные. Если использовать барабанную сушилку для сушки измельченных кусковых отходов, то это приведет к снижению коэффициента полезного действия процесса сушки. При сушке мелких отходов он составляет около 60%. Температура на входе в барабанную камеру может достигать 600*С. В этом типе сушилок направление движения сушильного агента и сырья совпадает, поэтому перегрев приводит к потемнение сырья и частичного разрушения лигнина. В результате после прессования гранулы плохо держатся кучи и разрушаются.

В ленточной сушилке благодаря конструктивным особенностям не имеет возможности сушить обрезки, поэтому перед ней устанавливают рубильные машины «первого ряда». Температура на входе в ленточную сушилку — 200*С. Поскольку, агент сушки движется навстречу потоку сырья, то повышение температуры более 200*С может привести к возгоранию сырья.

Кондиционирование

Во время прессования пеллет происходит механическое сцепление частиц за счет неправильности формы и смятия, а также процесс полимеризации лигнина. Благодаря этому гранулы сохраняют свою форму и плотность. Для полимеризации лигнина необходимо:

* Давление;

* Температура;

* Определенное количество воды;

* Деформации сдвига.

Ввиду этого перед прессованием требуется кондиционирование, заключающееся в добавлении к измельченного сырья пара и воды. К мягким и хвойных пород достаточно добавлять только воду. Работа грануляторы без системы кондиционирования позволяет получить гранулы хорошего качества, но это сокращает срок работы прессовочных узлов (матрицы и валков) и дополнительных затрат энергии. Это связано с тем, что нагрев и размягчения сырья происходит в результате механического воздействия валков и матрицы.

После кондиционирования все сырье проходит через электромагнит, который удаляет металлические включения, ухудшающих качество пеллет.

Прессование

Пресс для гранулирования — сердце всего производства пеллет, от работы которого зависит все производство. Различают грануляторы:

* С плоской матрицей;

* С круглой матрицей.

Прессы с плоской матрицей простые в эксплуатации и чистке. Пресс приводится в движение электродвигателем с помощью червячно передачи, которая приводит в движение главный вал. На валу установлена головка с валками, сила давления которых на матрицу изменяется с помощью гидравлического регулятора. На головке установлены два-четыре валка. Для обеспечения свободного качения валки насаженные на роликовые подшипники. Под матрицей на главном валу установлены ножи, которые вращаются синхронно с валками. Нож размещен на определенном расстоянии от оси валка. Изменяя это расстояние получают гранулы различной длины.

Сырье загружают конвейером в камеру, откуда под действием собственного веса она попадает на плоскую матрицу. На свободно насыпанную сырье накатывается вал в установленном направлении. Вследствие прижатия валка сырье запрессовывается в отверстия матрицы. С обратной стороны матрицы вследствие постоянной запрессовки все большего количества сырья выходят стержни круглого сечения. Нож, обрезая эти стержни, формирует длину гранул. Отрезанные гранулы падают на наклонное дно и выпадают из гранулятора.

Принцип работы прессов с круглой матрицей такой же, как и прессов с плоской. Матрица имеет форму полого цилиндра, в стенках которого имеются отверстия определенного диаметра. Высота зоны с отверстиями должна быть меньше ширины валков. По внутренней стороне стенок двигаются валки, а по внешней — ножи.

Производить плоские матрицы намного дешевле чем круглые. Ресурс работы плоской матрицы грануляторы обычно составляет 1500 ч, а рабочих поверхностей валков — до 700 ч. Ресурс зависит от абразивности сырья и, как правило, немного меньше.

Охлаждение

Во время прессования сырье нагревается до 100*С, поэтому возникает потребность в охлаждении. Этот процесс происходит в противопоточному охладители и регулируется с помощью изменения площади отверстий. В нем гранулы охлаждаются, высыхают и приобретают окончательной плотности. Медленное охлаждение дает гранулы с большей плотностью. Конечная влажность гранул 9 ± 2%

Сепарирования

Во время сепарирования удаляют бракованные гранулы и древесную пыль, возвращая их непосредственно в гранулятор или кондиционер. Удаление пыли улучшает внешний вид товара.

Упаковка

Пеллеты транспортируют:

* Насыпью;

* В мешках по 10-20 кг;

* В мешках «биг-бег».

Насыпью транспортируют технологические гранулы, реже — гранулы высокого качества.

Упаковка в мешки по 10-20 кг достаточно удобной и предназначена для рядовых потребителей. Транспортируют такие мешки на поддонах. Содержимое одного поддона — 1 тонна.

Мешки «биг-бег» предназначены для промышленного транспортировки сыпучих веществ. Один такой мешок содержит 1-1,5 тонны пеллет Они используются для упрощения перевозки и сохранения влажности.

На участке упаковки устанавливаются бункера для загрузки автотранспорта, бункеры с дозирующими устройствами для заполнения «биг-бегов» и агрегат для малых мешков.