Топливные брикеты из древесных отходов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Проблема экологии – одна из важнейших проблем современности. В последнее время, в связи с быстрым изменением внешней среды на Земле под влиянием деятельности человека, экология приобрела огромную популярность и стала объектом пристального внимания самых различных слоев населения. Главные составляющие этой проблемы – загрязнение незаменимых природных ресурсов: воздуха, воды, почвы отходами промышленности, транспорта, что привело к оскудению растительного и животного мира.

Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Отходы на этапе заготовки леса могут достигать нескольких десятков процентов (пни, сучья, хвоя и т.д.). Типичное лесопильное производство превращает около 60 % древесины в доски, при этом 12 % уходит в опил, 6 % - в концевые обрезки и 22% - в горбыль и в обрезки кромок. Объем опила и стружки на этапе деревообработки достигает 12 % от исходного сырья. Только одно предприятие города ОАО «Байкальская Лесная Компания» за текущий год имеет более 25000 м³ древесных отходов. Таких предприятий в республике сотни, а значит сотни тысяч куб.метров твердых древесных отходов ухудшает санитарное состояние предприятий и ведет к загрязнению окружающей среды.

В настоящее время активно внедряется технология сжигания опилок, щепы, старой древесины. Этот процесс прямого использования отходов лесопиления и деревообработки имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, требует решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа подвержены самовоспламенению. В-третьих, мелкофракционные древесные отходы в виду их малой насыпной плотности невыгодно перевозить на расстояние более 20- 40 км.

Некоторой альтернативой прямого использования древесных отходов в виде топлива является изготовление и применение брикетов. При этом решаются проблемы повышения теплотворности топливного материала и уменьшения необходимых складских площадей. При хранении топливные брикеты не самовоспламеняются. Увеличивается коэффициент полезного действия котельных. К недостаткам этого вида топлива можно отнести сложность автоматизации процесса загрузки брикетов в топочное устройство.

Топливные брикеты и гранулы из древесных отходов решают эти проблемы.

Следует сразу уяснить, что в нашем случае речь идет не только о древесных опилках – отходах деревообработки, но и обо всех других многочисленных видах целлюлозосодержащего сырья, отходах растениеводства и перерабатывающей промышленности.
В целом задача производства эффективного и экологичного топлива из возобновляемых и неиспользуемых отходов является весьма благородной и благодарной, решая проблемы утилизации практически бесполезных, а зачастую и вредных отходов, дает потребителям дополнительный источник эффективного топлива, является предметом выгодного бизнеса производителей, давая им дополнительный хороший источник прибыли.

Рис. 1 – Кусковые отходы

ТОПЛИВНЫЕ БРИКЕТЫ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

ТОПЛИВНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ГРАНУЛЫ или ПЕЛЛЕТЫ

Характеристики продукта

Древесные гранулы(пеллеты) - это нормированное цилиндрическое прессованное изделие из высушенной, оставленной в природе древесины, такой как мука от работы фрезерно-отрезного станка, опил, стружка, щепа, шлифовальная пыль, остатки лесной древесины и т.п. Гранулы производятся без химических закрепителей под высоким давлением.

При изготовлении древесных гранул исходное сырье вначале измельчается и затем гранулируется. Основные характеристики гранул:

• Гладкая, блестящая поверхность;

• Светлый древесный цвет;

• Легкий приятный запах;

• Высокая калорийность;

• Минимальное количество пепла;

• Экологическая чистота при хранении и сгорании.

Учитывая эти показатели, гранулы наиболее часто используются для отопления домов и коттеджей. Популярность гранул в качестве "домашнего" топлива обусловлена и тем, что тепло от древесины воспринимается как более приятное, чем тепло, получаемое из мазута и природного газа. Кроме того, на гранулах работают и котельные на коммунальном уровне, и предприятия, и электростанции достаточно большой мощности.

Древесные гранулы имеют огромные преимущества по сравнению с традиционными видами топлива:

• Теплотворная способность их составляет 4,3 - 4,5 кВт/кг, что в 1,5 раза больше, чем у древесины и сравнима с углем;

• Конструктивные доработки печей позволяют автоматизировать процесс получения необходимого количества тепловой энергии;

• При сжигании 1000 кг древесных гранул выделяется столько же энергии как при сжигании 1600 кг древесины, или 480 куб.м. газа, или 500 литров дизельного топлива, или 700 литров мазута;

• Минимальное влияние на окружающую среду: при одинаковом с классическим топливом (уголь, газ) выделении тепла эмиссия углекислого газа в воздушное пространство в 10-50 раз ниже, золы образуется в 15-20 раз меньше.

2.2. Основные вопросы гранулирования древесной массы

Что есть гранула?

Гранула - это цилиндр из размолотой спрессованной древесины или другого биосырья. Она имеет от 10 до 30 миллиметров в длину и от 6 до 10 миллиметров в диаметре. Одному кубическому метру нефтепродуктов (10 000 квт/час) соответствует около двух тонн или трех кубических метров гранул.

Гранулирование делает удобным обращение с пылеобразным веществом, а потому гранулирование применяется и для производства, например, кормов. Гранулы можно грузить погрузчиками или пневмотранспортом. Пневмотранспортом их можно поднимать на высоту до 20 метров. Одним из их недостатков является их гигроскопичность.

Где используется гранулированное топливо?

В Европе гранулированное топливо в основном используется для производства тепла большими районными котельными, которые ранее использовали уголь. На этих котельных процесс сжигания угля в пылеобразном состоянии был заменен на процесс сжигания пылеобразного древесного топлива. Стоимость переоборудования угольной котельной на древесное топливо невысока. Самые большие производители энергии, использующие древесное топливо в таком виде, находятся на юге Швеции в Хельсингборге, в центральной части страны в Вэстересе и в Стокгольме. Три эти производителя энергии потребляют около 300 000 тонн гранул в год, дают тепловую энергию в районные сети, обеспечивая теплом около 200 000 человек, и вырабатывают значительное количество электрической энергии. Установленная суммарная мощность этих трёх производителей - около 300 мегаватт.

Классификация гранул

Гранулы можно изготавливать как из чистой древесины, так и из древесины в смеси с корой. И те, и другие имеют свою стоимость и востребованы на рынке. Гранулы с низким содержанием коры, имеют самый низкий процент зольности, считаются продуктом высокого качества, пригодным для использования и в домашних котельных. Соответственно, рынок сбыта для этого продукта существенно расширяется. Процент использования коры в общем объеме перерабатываемого сырья не должен превышать 5%.

· Гранулы первого класса

При производстве гранул первого класса исключается применение связующих веществ, а также коры. Цена на них находится в пределах 90-125 ЕВРО/тонна

· Промышленные гранулы

При производстве промышленных гранул допускается незначительное количество коры.

Эти гранулы используются в больших или средних тепловых установках. Цена на них находится в пределах 75-100 ЕВРО/тонна

Исходное сырьё

Отходы деревообрабатывающих производств, низкотоварная древесина, баланс и т.д. Создание гранульного производства имеет смысл, если постоянно имеется достаточное количество отходов. Поэтому линия по выпуску древесных гранул окупится на производстве, которое использует не менее 4 т/час сырой древесины и на выходе имеет, соответственно, 2 т/час отходов. Идеальным вариантом является сочетание лесопильного производства и линии по производству гранул. Элементарное размышление: продажная цена обрезных пиломатериалов - порядка 100 долл. за кубометр. В эту стоимость входит и цена материала, который не пошел в производство (подгорбыльная доска, горбыль, щепа, опилки). Если эту "непродажную" древесину пустить в производство топливных гранул, на выходе будем иметь чистую прибыль. В этом случае себестоимость всего комплекса резко меняется.

Технология изготовления гранул

Технология гранулирования довольно широко известна и используется во всем мире. Производить гранулы из сухого размолотого сырья научились давно. Мы предлагаем высокотехнологичное оборудование, которое представляет собой комплексный завод. Особое внимание следует уделить именно на промышленное назначение гранул. Невозможно производить качественную продукцию кустарным способом, так же как,например, фанеру или ДСП. Минимальная цена такого завода – от 500 тыс. евро и выше. Однако чем выше производительность, тем меньше срок окупаемости. Предварительные расчеты с учетом производительности 3 т/час показали, что срок окупаемости составит не многим более 2-2,5 лет при условии взятия кредита или лизинга порядка 15%.

С момента возникновения в 1947 года, в самой технологии производства пеллет мало что изменилось. Сам процесс гранулирования – пеллетизации происходит в специальных кольцевых штампах (пресс-формах) вращающимися роторными вальцами, которые впрессовывают в многочисленные отверстия - фильеры пресс-формы, активизированное паром измельченное древесное сырье, после чего, срезанные с наружной стороны штампа специальным ножом пеллеты, должны быть охлаждены и отделены от мелких частиц.

Рассматривая весь процесс производства, его условно можно разделить на несколько этапов:

· Измельчение (первичное, грубого помола в рубительных машинах);

· Сушка;

· Измельчение (окончательное измельчение - рафинация);

· Прессование (грануляция - пеллетизация);

· Охлаждение (кондиционирование);

· Сепарация (отделение некондиционной фракции от полноразмерных пеллет).

Общая характеристика производства

Необходимая электрическая мощность оборудования - до. 900 кВт
Основной персонал: - 5 – 8 чел./смена
Площадь:
- сушильно – подготовительный участок - ок. 900 м²
- участок гранулирования - ок. 900 м²
- склады - по расчетам логистики

На производительность 2 т/час гранул необходимо ок. 4 т/час сырья, что примерно соответствует 16 м³ (насыпных)

Состояние отечественного и зарубежного рынка топливных гранул

На сегодняшний день рынок растет колоссальными темпами. Цены растут постоянно, и если будет подписан Киотский протокол, спрос на гранулы будет просто огромный. На сегодняшний день основными потребителями являются европейские страны. Как правило, в сырьевых странах такой рынок не развивается.

В России этот рынок уже формируется и вскоре начнет активно расширяться. Связано это с тем, что топливные гранулы используются для отопления коттеджей, а в России средний класс начинает обзаводиться загородным жильем. Многие уже знают о том, что коттеджи можно отапливать посредством каминов, котлов на древесных отходах, и готовы это оборудование покупать. А в Европе подобный способ отопления домов – уже обычное дело, и во всех крупных супермаркетах продаются гранулы в упаковке разного объема. Пока, самый высокий спрос – на тонкие 6-миллиметровые чистые гранулы, поскольку они являются основным энергоносителем для домашних каминов.

Преимущества этого топлива всем очевидны, и спрос на него будет только расти.

Производственный процесс

Производственный процесс носит тип массового производства. Он характеризуется большим объемом выпуска продукции одного наименования. Процесс осуществляется на высокопроизводительном оборудовании с применением минимальной доли ручного труда.

Производительный процесс экологически чистый. В нем применяется электроэнергия и экологически чистое сырье. В результате применения современного оборудования в технологии изготовления древесных гранул никаких вредных выбросов ни в атмосферу, ни в виде промышленных стоков не производится. Производство безотходное.

Для гранулирования используется сырьё:

Влажность материала (max.) - 12 %
     Фракция сырья - 1,5÷5 мм

Заключительная стадия производственного процесса подразумевает упаковку готовой продукции.

Стандарты на пеллеты

В настоящее время не существует единого Европейского стандарта на пеллеты, поэтому ниже приводятся названия некоторых существующих национальных стандартов:

Австрия - ONORM M 7135 Austrian Association pellets (briquettes and pellets)

Англия - The British BioGen Code of Practice for biofuel (pellets)

Германия - DIN 51731 (briquettes and pellets)

США - Standard Regulations & Standards for Pellets in the US: The PFI (pellet)

Швейцария - SN 166000 (briquettes and pellets)    

Швеция - SS 187120 (pellets);

Пеллеты согласно шведскому стандарту (SS 187120) – это спрессованные цилиндры с максимальным диаметром 25 мм. Согласно этому стандарту, пеллеты делятся на три группы, начиная с I-ой (гранулы наивысшего качества) и заканчивая III-ей (промышленные).

Австрийский стандарт ONORM M 7135 классифицирует пеллеты по типу исходного сырья: на пеллеты из древесины и на пеллеты из коры. Размеры в обоих случаях следующие: диаметр 4-20 мм и длина до 100 мм.

Согласно немецкому стандартуDIN 51731 пеллеты должны иметь диаметр в пределах 4-10 мм и длину не более 50 мм.

Необходимо упомянуть, что все стандарты регламентируют такой параметр как зольность, на который основное влияние оказывает наличие в исходном сырье коры, веток и других включений.

ОБОРУДОВАНИЕ

Технические характеристики