студент кафедры Машиностроения Санкт-Петербургского горного университета,
кандидат технических наук, доцент кафедры Машиностроения
Санкт-Петербургского горного университета
Пеллеты (топливные гранулы) – нормированные цилиндрические изделия, которые изготавливаются путём прессования с помощью большого давления отходов сельского хозяйства, высушенной и измельчённой древесины или другой биомассы без применения каких-либо связующих элементов (рисунок 1) [2].
а). первого класса (без коры);б). торфяные гранулы
В Америке и Европе топливные гранулы называют “pellets” (шарики) потому, что в английском языке есть слово “гранулированный”, но отсутствует слово “гранулы”. Топливные гранулы изготавливают из самого различного сырья, такого как: древесина, тростники, торф, энергетические травы, лузга, солома, лигнина, многие прочие виды растительного льна и даже куриный помет. Самые широко распространенные в производстве из них – это древесина и торф. Пеллеты являются реальной альтернативой каменному углю и нефти, так как по своим теплотворным характеристикам не уступают углю, а их экологические параметры вообще вне конкуренции.
Использование пеллет в качестве топлива широко распространено в настоящее время в мире. Это не трудно объяснить широким спектром их неоспоримых достоинств. Самым главным из этих достоинств является возможность полной автоматизации процесса горения. Это качество стало главной движущей силой в процессе стремительного развития систем автономного отопления загородных домов и дачных домиков. В настоящее время производство автоматических котлов, которые работают на топливных гранулах, во многих Европейских странах поставлено даже на промышленную основу. Модельный ряд представлен большим количеством вариантов на любой вкус и мощность. После освоения пеллетного производства в Европе этот процесс начался и в России. Производство таких котлов очень хорошо налажено в Санкт-Петербурге. Стоит заметить, что осуществлен перевод многих угольных котельных на отопление древесными гранулами. На данный момент широко развиты производства топливных гранул в таких городах и населенных пунктах, как Гусь Хрустальный (Владимирская область), Невинномысск (Ставропольский край), Хвойная (Новгородская область), Вельск (Архангельская область), Шатура (Московская область), Волжск (Республика Марий Эл), Даровской (Кировская область), Пено (Тверская область) и пр.
Чтобы получить качественные топливные гранулы, необходимо выполнение трех основных условий: использование качественного оборудования, использование качественного сырья, ну и, конечно же, полное соблюдение технологии производства с использованием высокопроизводительных автоматических линий.
Процесс производства пеллет условно можно разделить на этапы: измельчение (первичное, грубого помола в рубительных машинах); сушка; измельчение (окончательное измельчение – рафинация); прессование (грануляция – пеллетизация); охлаждение (кондиционирование); сепарация (отделение некондиционной фракции от полноразмерных пеллет) [3].
Упрощенная линия технологического процесса изготовления пеллет представлена на рис. 2.
Рисунок 2. Технологическая линия изготовления пеллет
Важнейшими видами оборудования, определяющими качество и производительность процесса производства топливных гранул, являются прессы – грануляторы, а также мельницы для грубого и мелкого прессования, изготавливаемые рядом зарубежных и отечественных предприятий, однако их технические характеристики и цена значительно разнятся.
Проведенный анализ применяемого на зарубежных и российских предприятиях оборудования и средств автоматизации для производства топливных гранул позволил разработать ряд рекомендаций для совершенствования технологической линии на предприятии “Дискавери-ПЕНО” (Тверская обл.).
В качестве дозатора для подачи материала были выбран шнековый дозатор производства компании ООО “НПО “Механика-Транс” (г.Йошкар-Ола), представленный на рис. 3а. Главными отличиями шнеков «Механика-Транс» от шнеков иных производителей являются: наличие самоцентрирующегося упорного подшипника; валы изготавливаются на цельной трубе Ø108мм и толщиной стенки 6мм; перья изготавливаются из метала толщиной 4мм и усиливаются в местах повышенной нагрузки; редуктор устанавливается непосредственно на вал шнека (биение при работе не превышает 0,5мм).
Рисунок 3. Технологическое оборудование: а). шнековый дозатор; б). молотковая дробилка 2ДМ-44 типа А
Для измельчения сухой щепы часто используется однокаскадная молотковая дробилка ДМ-22 тип А, которая способна обеспечить производительность до 1,1 т/час. Также данная дробилка во многих случаях хорошо справляется при дроблении влажной щепы (до 2 т/час). Высокая степень дробления достигается за счет высокой плотности молотков (96шт.) и двух дек с мелким зубом. На базе ДМ-22 спроектирована двухкаскадная молотковая дробилка 2ДМ-44 тип А (рисунок 3б). Применение системы двухкаскадного измельчения позволило увеличить энергоэффективность дробления сухой щепы, т.е. повысить производительность до 2,4т/час.
Выполненные расчеты производительности и экономической эффективности от внедрения автоматической линии показали, что оборудование компании ООО “НПО “Механика-Транс” позволяет обеспечивать производство топливных гранул с наименьшими производственными затратами и необходимой производительностью с обеспечением высокого качества.
На рисунке 4 представлена схема мини – завода по производству топливных гранул.
Рисунок 4. Схема мини-завода для производства биотоплива из древесных отходов или торфа: 1 – контейнер, 2 – транспортер, 3 рубительная машина, 4 – автоматизированный склад, 5 – транспортер, 6 – дробилка, 7 – вентилятор пневмотранспорта, 8 – материалопровод, 9 – циклон, 10 – топливный бункер теплогенератора, 11 – топочное устройство теплогенератора, 12 – камера дожига теплогенератора, 13 – смесительная камера теплогенератора, 14 – бункер-накопитель сушильного агрегата, 15 – сушильный агрегат, 16 – материалопровод, 17 – бункер-дозатор брикетировочного пресса, 18 – брикетировочный пресс, 19 – линия охлаждения готовой продукции, 20 – устройство фасовки готовой продукции, 21 – мешок 10 – 30 кг, 22 – главный шкаф управления
Таким образом, проведенный анализ способов автоматизации производства топливных гранул позволил выбрать наиболее производительное и недорогое оборудование отечественного производителя, обеспечивающее необходимое качество изделия. Результаты работы нашли применение на предприятии “Дискавери-ПЕНО” (Тверская обл.).