Процесс производства топливных пеллет из разных видов сырья
В последние годы набирает популярность такой вид твердого топлива как древесные и изготовленные из других видов сырья гранулы. Многие частные и коммерческие потребители выбирают пеллетные печи или котлы вместо традиционного дровяного оборудования из-за относительной простоты использования и экономичности. В результате спрос на топливные гранулы также быстро вырос. В производства топливных гранул используется широкий спектр материалов из биомассы, в основном различные виды агроотходов. Необходимое оборудование для производства пеллет доступно в различных размерах и масштабах, что позволяет производить их в любых масштабах — от самых маленьких (отдельные домовладельцы производят только для личного пользования) до крупнейших коммерческих заводов, производящих более 500 миллионов тонн пеллет в год.
Свойства пеллет из биомассы
Пеллеты из биомассы являются более качественным топливом в сравнении с сырым сырьем. Пеллеты не только обладают большей энергетической плотностью, но и более просты в обращении и использовании в автоматизированных системах подачи. Эти преимущества в сочетании с устойчивыми и экологически безопасными свойствами топлива делают его весьма привлекательным для использования. Стандартная форма топливных гранул — цилиндрическая, диаметром 6-8 миллиметров и длиной не более 38 миллиметров. Иногда производятся и более крупные гранулы; если их диаметр превышает 25 миллиметров, их обычно называют «брикетами». Высококачественные пеллеты сухие, твердые и прочные, с небольшим количеством золы, остающейся после сгорания. Согласно исследованиям Института пеллетного топлива, гранулы «премиум-класса» (которые являются более распространенными пеллетами на рынке) должны иметь зольность менее 1 процента, в то время как «стандартные» могут содержать до 2 процентов золы. Все пеллеты должны иметь содержание хлоридов менее 300 частей на миллион и не более 0,5 процента мелких частиц (пыли). Многие виды сырья из биомассы имеют более высокое содержание золы, чем допускает стандарт. Некоторые травы и другие материалы образуют золу, которая склонна к образованию комков и отложений при высоких температурах. Большинство печей на древесных гранулах не подходят для сжигания топливных гранул, изготовленных из материалов, отличных от древесины. Вместо них следует использовать печи «пеллет из биомассы», которые разработаны специально для этих видов топлива.
Описание процесса гранулирования
Гранулирование происходит методом продавливания предварительно измельченного сырья под высоким давлением через круглые отверстия — «матрицу». Под воздействием таких факторов производственного процесса, загружаемые компоненты «сплавляются» вместе, образуя твердые гранулы. Этот процесс называется «экструзией». Определенные типы сырья, (в основном древесное), естественным образом преобразуются в гранулы.
Процесс создание гранул — это лишь часть ряда производственных этапов. Рассмотрим подробнее каждый из них.
Измельчение компонентов
Для пеллетных производственных линий обычно требуется сырье, измельченное до частиц фракции не более 3 миллиметров. Для этого предусмотрено несколько типов оборудования. Если сырье достаточно крупной фракции и плотное (например, древесина), материал изначально пропускается через «дробилку», а затем проходит через молотковую мельницу или аналогичное устройство для уменьшения частиц до требуемого размера. Если биомасса более мелкая и мягкая, (например, солома или трава), она подается сразу в молотковую дробилку, минуя стадию предварительного измельчения.
Контроль влажности
Уровень влажности сырья является важным фактором для качества готовых пеллет. Для древесины необходимый уровень влажности должен составлять около 15 процентов. Другие виды биомассы имеют различные требования — возможно, у вас может возникнуть необходимость прибегнуть к различным экспериментам. Влага может быть удалена из сырья путем сушки в печи или продувания горячим воздухом над или через частицы. При необходимости сырье можно увлажнить, подавая в него пар или воду.
Экструзия
На этом этапе фактически создается гранула. С помощью валика биомасса прижимается к металлической нагретой пластине, так называемой «фильере». Матрица имеет определенное количество отверстий, через которые биомасса продавливается под действием высокой температуры и давления. При правильных условиях частицы сырья сплавляются между собой в твердые гранулы, превращаясь в пеллеты. Обычно для деления готовой продукции используется нож для нарезки гранул на куски определенной длины, когда они выходят из фильеры.
Некоторые виды биомассы сплавляются лучше, чем другие. Древесное сырье является одним из самых подходящих материалов для гранулирования, благодаря содержащемуся в древесине лигнину, который действует как природный клей, удерживающий частицы между собой, образуя цельную гранулу. Травы, и другие подобные материалы, как правило, сплавляются хуже, получаются менее плотными и легче ломаются. Для устранения этой проблемы можно добавить к сырью «связывающий» материал, чтобы помочь ей слипнуться, или подмешать фракцию опилок, что даст схожие результаты. Сухое зерно дистилляторов (продукт кукурузной этаноловой промышленности), как сообщается, улучшает связующие свойства некоторых видов биомасс.
Охлаждение
Гранулы, выходящие из пресс-формы, довольно горячие (~150°C) и достаточно мягкие. Поэтому их необходимо охладить и высушить, прежде чем они будут готовы к использованию. Обычно это достигается путем продувания воздуха через гранулы, когда они находятся в металлическом бункере. Конечная влажность продукции должна составлять не более 8 процентов.
Упаковка
Пеллеты обычно продаются в 15-килограммовых мешках, которые легко заполняются с помощью подвесного бункера и конвейерной ленты. На мешках должна быть четкая маркировка с указанием типа гранул, их сорта (т.е. премиум или стандарт) и теплосодержания.
Потребность в энергии для производства пеллет
Для производства топливных пеллет требуется довольно много энергии, как для сушки влажного сырья, так и для работы различных механизмов. Крупные заводы обычно сжигают часть готовой продукции для получения тепла для сушки, в то время как небольшие предприятия часто используют другие способы. Как правило, гранулятору требуется от 50 до 100 киловатт электроэнергии на каждую тонну в час производственной мощности. Кроме того, электроэнергия обычно требуется для работы любого используемого оборудования для измельчения, размола, сушки, охлаждения и упаковки. Если надежный источник электроэнергии недоступен, можно использовать оборудование на бензине или дизельном топливе.
Экономические соображения
Создание пеллетного завода обходится недешево; как правило, за тонну в час мощности необходимо заплатить от $70000 до $250000. Большой разброс в стоимости зависит от размера, качества и доступности оборудования. Пеллетная линия большей производительности часто стоит дороже в расчете на тонну из-за большей долговечности оборудования, и, (обычно), более высокого качества получаемых гранул. Будьте осторожны при выборе самого дешевого оборудования — вы можете пожалеть об этом позже, если оборудование окажется некачественным. Еще одним важным фактором, который следует учитывать при выборе оборудования, является доступность запасных частей и специалистов по ремонту. Как правило, около половины стоимости оборудования приходится на пеллетную машину, а половина — на другие устройства.
Эксплуатационные расходы включают в себя стоимость сырья, энергии, рабочей силы и технического обслуживания производства. Как правило, матрицы для пеллет требуют замены через каждые 1000 — 1500 часов работы.
Другие важные факторы для рассмотрения
Еще два важных фактора, которые следует учитывать при принятии решения о производстве пеллет — это доступность сырья и наличие рынка. Если вы производите пеллеты для личного пользования из биомассы, выращенной на вашей собственной ферме, это относительно легко оценить. Однако, если вы рассматриваете производство пеллет как бизнес, жизненно важно найти и обеспечить стабильные поставки сырья для ваших нужд. Опилки и другие отходы уже не так просто достать, а в некоторых районах их просто нет в наличии. Рынок топливных гранул также является важным фактором. Вам не только нужно будет найти покупателя для своего продукта, но и принять во внимание, что большинство пользователей топливных гранул нуждаются в поставках только в зимние месяцы. Важно отметить, что ваши инвестиции в оборудование для производства пеллет с большей вероятностью окупятся, если вы сможете эксплуатировать его большую часть года. Для того чтобы окупить инвестиции в оборудование и вести финансово жизнеспособную деятельность, может потребоваться постоянная работа.
