Производство топливных пеллетов: Производство топливных пеллет — техника и технология

Производство топливных пеллет — техника и технология

Последнее десятилетие всё большее значение на мировом топливном рынке придают древесным гранулам — пеллетам. Они —  наиболее распространенный тип гранулированного топлива и, как правило, сделаны из отходов деревопереработки – опилки, стружка, горбыль, обрезки.

В общем, гранулы, как новый и прогрессивный вид топлива, широко используются во многих странах за счет их явных преимуществ:

1. Разнообразие сырья. В прошлом как классическое топливо всегда рассматривалась цельная древесина . По сравнению с цельной древесиной, древесные гранулы могут быть изготовлены из любых органических материалов, таких как солома, опилки, травы…
2. Экологическая эффективность. После производства гранулы имеют низкую влажность и высокую плотность. Это гарантирует, что при их сжигании будет выброшено меньше углекислого газа в атмосферу.. То есть, гранулы производят меньше золы и меньше дыма.
3. Низкая себестоимость. При сравнении со многими видами топлива древесные гранулы немного дороже, чем обычное дерево, опилки и т.п., ведь они требуют производственного процесса Однако, если сравнивать с другими видами топлива, такими как нефть, природный газ и т.д., то они оказываются намного дешевле, а если учесть доступность сырья в виде отходов на лесопильном и лесоперерабатывающем производстве, то экономическая эффективность пеллет очевидна.

Одна тонна пеллет равняется:

• 455 литрам мазута = 0,45 м³ природного газа
• 644 литрам пропана = 4,775 кВт/ч электроэнергии

Производственный цикл в малом бизнесе и домашнем хозяйстве

Маленькие грануляторы чаще всего используются при производстве топливных брикетов из биомассы. На рынке такие грануляторы называют грануляторами с плоской матрицей. Они используются для домашнего хозяйства, собственных нужд и малого бизнеса.

Например, в отопительной системе собственного жилья вы можете использовать свои собственные древесные гранулы, модернизировав имеющийся или приобретя новый котел. Кроме того, для того, можно гранулировать корма для различных животных.

Производственный процесс включает в себя 3 этапа:

• Подготовка сырья

Сырье может быть различным, например, древесные отходы (опилки, древесная стружка и т.д.), отходы сельскохозяйственного производства (солома, кукурузные стебли, лузга и т.д.), органические остатки (трава, листья и т.д.), и другие биомассы.

Размер сырья перед загрузкой в гранулятор не должен превышать 5 мм, так что, для уменьшения размеров до минимальных, сырье нужно пропустить через молотковую дробилку. Молотковые дробилки могут работать на высоких скоростях — от 3000 об/мин до 8000 об/мин.

Размер на выходе контролируется за счет отверстий сит, которые могут быть от 1 мм до 10 мм. Молотковые дробилки очень популярны для измельчения сырья при производстве пеллет, т. к. благодаря большому ассортименту сит могут использоваться практически для любого сырья.

• Гранулирование

Высушенное сырье направляется в прессующий узел гранулятора, где роликом создается высокое давление. В общих чертах, самыми распространенным являются D-тип (тип с вращающейся матрицей) и R-тип (тип с вращающимися роликами). В грануляторах используются различные виды привода — электродвигатели, дизельные двигатели, бензиновые двигатели, вал отбора мощности.

• Упаковка

По окончанию процесса древесные гранулы пакуют в пластиковые пакеты для защиты от влажности и удобства транспортировки.

Стандартный производственный процесс в больших грануляторах

В промышленном производстве используются пеллетные заводы и линии для производства пеллет. В основном, они состоят из дробилки для древесных отходов, молотковой дробилки, сушилки, установки для гранулирования (обычно используются грануляторы с кольцевой матрицей), охладителя  и прочего вспомогательного оборудования (питатели, упаковочные машины и т. д.).

Производственный процесс включает в себя 8 этапов:

• Первичное измельчение древесины

Перед началом производства сырье должно быть предварительно обработано. Первичное измельчение является важным моментом в процессе гранулирования, т.к. оно может стать ограничивающим фактором в производстве пеллет, а также является самым затратным этапом всего процесса. Для предварительной обработки сырья используются дробилки для древесных отходов – щепорезы, валковые дробилки. По завершению дробления фракция должна быть подходящих размеров – 6-25 мм

• Сушка

Перед загрузкой в грануляторы сырье должно быть тщательно высушено (5-20% в зависимости от фракции и типа сырья). Стандартным оборудованием в линии является барабанная сушилка – максимально простое в обслуживании и обращении оборудование с неплохим КПД за невысокую цену. Альтернативным выбором является аэродинамическая сушилка – намного более эффективная и компактная.

• Очистка от примесей

В целях обеспечения качества гранул, сырье должно быть очищено от примесей, таких как металлы, камни или другие. Крупные камни и другие материалы убираются в ручную или с помощью камнеуловителей. От металлов сырье очищают с помощью магнита на конвейерной ленте или металлоуловителя.

• Вторичное измельчение

Этот процесс осуществляется молотковой дробилкой для уменьшения размеров сырья до 4-8 мм. На данной ступени сырье должно быть сухим. Размеры помола контролируются ситом.

• Гранулирование

На данном этапе сырье формируется в пеллеты. Через фильеры матрицы гранулятора под высоким давлением опилки прессуются в древесные гранулы. На выходе гранулы горячие и относительно мягкие.

• Охлаждение

Охлаждение является важной частью процесса производства качественных древесных гранул. Оно необходимо для отвердения готовых пеллет —  они горячие и пластичные, легкодеформируемые до полного остывания.

• Контроль продукции

На данном этапе  сформированные и охлажденные гранулы проверяются на наличие превышающих требуемый  размер пеллет. Тщательность проверки зависит от условий местного рынка и индивидуальных особенностей производства.

• Хранение и фасовка

По завершению процесса производства для  обеспечения удобства использования, транспортировки и  привлекательного внешнего вида, гранулы расфасовываются по пластиковым пакетам, так гранулы менее подвержены истиранию во время доставки. В летнее время, когда спрос на рынке на древесные гранулы небольшой, их приходится длительно хранить.

Древесные гранулы должны храниться в сухих условиях, так что очень важным фактором является наличие влагозащищенного помещения.

• Линия для производства древесных гранул.

Благодаря исследованиям последних лет стало понятно, что рынок древесных гранул перспективен и набирает оборот. Более того, древесные гранулы более безопасны для окружающей среды, чем традиционные виды топлива, поскольку могут быть изготовлены из отходов. Это является важным элементом защиты окружающей среды. К тому же, древесные гранулы, как новый вид топлива, могут повысить КПД использования топлива. Не имеет значения для домашнего использования или для коммерческого, древесные пеллеты, в любом случае, весьма перспективное направление.

 

виды сырья, микс-пеллеты, агропеллеты, перспективы

Содержание статьи:

1. Основные требования к сырью для производства пеллет
2. Древесные гранулы
3. Микс-пеллеты
4. Агропеллеты
5. Торф, макулатура, лигнин

Основные требования к сырью для пеллет

Влажность

Требования ко влажности сырья для промышленных грануляторов пеллет – от 8 до 15%. В других случаях сырье требует просушки, или, наоборот, обработки паром.

Зольность

Зольность пеллет – это процент несгораемых остатков после сжигания партии. У пеллет премиум-класса этот показатель – до 1% по стандарту EN Plus A-2 и до 0,5-0,7% по стандарту EN Plus A-1. Высокая зольность топлива может со временем привести к забиванию камеры сжигания и дымохода.

Содержание химических соединений в сырье

На данный момент в Евросоюзе ужесточаются нормы по выбросу продуктов сгорания в атмосферу. Сырье для пеллет должно содержать минимальное количество таких химических веществ, как азор, хлор, сера.

Размер фракции

Для гранулирования следует измельчить материал до размера частиц до 3 мм длиной и до 1-2 мм толщиной.

Высокая энергетическая ценность материала

Теплота сгорания сырья – то, сколько тепла можно получить при сжигании – является основной потребительской ценностью для пеллет. Качественное сырье обладает высокой калорийностью. На этот параметр влияет, в том числе, свежесть материала. Древесина, подвергшаяся гниению, теряет часть своего энерго-потенциала.

Пригодность для гранулирования

Те или иные материалы бывает легче и сложнее прессовать, а также подготавливать. Более того, из трудногранулируемого сырья могут получаться менее прочные и плотные пеллеты. Для повышения прочности гранул используют различные присадки.

Стоимость сырья

Подобные затраты добавляют стоимости сырья, в которую еще входят затраты на закупку и транспортировку. Если общие затраты на сырье слишком велики, производство может быть экономически нецелесообразным.

Древесные пеллеты

Чаще всего такие гранулы называют «пеллетами из опилок» но на самом деле их получают из разного вида отходов.

• Стружка, опил, полученные при распиловке и обработке сырого и просушенного лесоматериала

• Щепа – один из самых распространенных отходов

• Горбыль, баланс древесины – крупные древесные отходы, распиленные или цельные стволы, которые по каким-то причинам забракованы для использования по основному назначению (имеют дефекты, не подходят по диаметру и тд).

• Некондиционные деревянные изделия: новые или утилизируемые.

Идеальным сырьем для получения высококачественных пеллет считаются сухие опил и стружка. В них обычно отсутствуют включения коры а также частицы грунта, которые при сгорании образуют шлак. Именно поэтому производство пеллет из опилок так популярно.

Качество щепы, как сырья для пеллет, зависит от того, из какой древесины ее получают — обычной или окоренной, а также от особенностей ее хранения. Чем меньше коры и посторонних включений попадает в пеллеты, тем ниже их зольность, а следовательно, выше качество.

То же можно сказать о переработке горбыля и баланса.

Некондиционные деревянные изделия по идее должны обеспечить высокое качество пеллет, ведь это чистая, окоренная древесина без примесей. Однако, стоит обратить внимание на то, какие материалы используются при изготовлении изделия. Различные лаки, средства для обработки, клей могут повлиять на экологичность подобного материала.

Гранулирование разных пород древесины

Разные породы древесины как сырье для пеллет различаются по простоте гранулирования.

Во-первых, более крепкие гранулы получаются из пород древесины с более высоким содержанием природного лигнина. Хвойные породы по этому параметру заметно опережают лиственные: разные хвойные сорта содержат 23-38% лигнина, а разброс у лиственных пород 14-25%. Если лигнина в сырье мало, то увеличивается количество отсева после гранулирования.

Во-вторых, породы дерева имеют различную твердость. Более твердая древесина сложнее прессуется в гранулы, создает более высокие нагрузки на оборудование для производства пеллет, особенно на расходные детали – матрицу, пресс-вальцы. Хвойные породы являются более мягкими и податливыми для прессования, в то время как лиственные породы всегда тверже. Однако, теплота сгорания у лиственных пеллет выше, поэтому кубометр пеллет из бука или дуба будет весить больше такого же объема гранул из сосны, и отдаст больше тепла.

При этом, как показывает практика, можно успешно перемешивать опилки разных пород и гранулировать. Такой смешанный материал для топливных гранул не снижает качество конечного продукта: если смешивать породы в нужных соотношениях, то можно добиться соответствия пеллет сертификатам EN plus А1 или А2 – пригодные для отопления частных домов. Добавление лиственных пород, например бука и дуба, повышают энергетическую ценность пеллета. Другое дело, что у некоторых лиственных пород древесина имеет темный оттенок, и микс-пеллеты из разных пород древесины получаются кофейными, серыми или темными. У частных потребителей пеллет порой существует предубеждение против гранул любого цвета кроме светло-бежевого, поэтому они могут забраковать темные дубовые пеллеты по одному их виду, несмотря на наличие сертификатов высокого качества. Предубеждения настолько сильны, что некоторые немецкие исследователи создают топливо из смеси пород с добавлением к хвойной древесине примерно 20% дуба или бука, при этом итоговый продукт сохраняет привлекательный светлый цвет.

Микс-пеллеты

Согласно данным исследовательской компании Future Metrics, потребление только промышленных пеллет к 2023 году практически удвоится: оно составит 21,5 млн тонн против нынешних 12 млн. тонн. Древесные отходы стали все более востребованными, за них конкурируют не только производители биотоплива, но также и заводы ДСП и многие другие производства. Евросоюз еще в 2010 году принял программу расширения круга биологических отходов, которые будут использоваться для отопления и энергоснабжения.

Определимся с терминологией:

Микс-пеллеты — это топливо, которое гранулируют из нескольких видов сырья, как древесного, так и другого происхождения.

Агропеллеты – гранулы из разнообразных растительных материалов, обычно сельхоз. отходов.

Что является альтернативным сырьем для пеллет?

• Отходы агропромышленного комплекса: стручки бобовых, кукурузные початки, шелуха риса, гречихи, лузга подсолнечника, костра льна, скорлупки орехов, косточки плодов, барда, невсхожее зерно, пивная дробина.

• Растения: камыш, солома, сахарный тростник, а также деревца и кустарники, вырубленные в ходе ландшафтных работ и санитарных рубок.

• Другие природные горючие вещества: торф, лигнин.

Эти материалы поддаются грануляции, но по сравнению с деревом имеют ряд недостатков: содержание нежелательных химических соединений, высокая зольность, низкая температура плавления зольных остатков, что ведет к росту шлаковых образований в котлах.

Чтобы найти оптимальные рецепты пеллет, европейские исследователи проводят эксперименты по смешиванию различных типов сырья в гранулах. На основании исследований получены жизнеспособные «рецепты» микс-пеллет из разного сырья, которые бережно относятся к котлам и не выделяют вредных веществ при сгорании. Обычно считается, что гранула не должна содержать минеральных включений, но ученые из НИИ леса Австрии создали гранулы из кукурузных початков, рапса и соломы с добавлением каолина, бентонита и угольной золы. Полученные гранулы выделяют минимальный процент нежелательных веществ в атмосферу, при их сжигании в топке не образуются шлаковые коржи.

Также древесину в пеллетах комбинируют с 10-15 % хвойных игл, или же производят микс-пеллеты из хвойной и лиственной древесины. Российский патент – совмещение опилок и около 20-25% древесного угля, для удачного гранулирования этой смеси добавляют 1-3% крахмала. Потенциал таких пеллет — до 20-23 МДж/кг, что делает их альтернативой с низкокалорийному углю и торфу. Для их изготовления подходит дерево любой породы, в том числе сухостой и горельник, а также уголь, собранный на местах лесных пожаров.

Основным препятствием к распространению микс-пеллет и агропеллет является ужесточение норм по выбросам продуктов сгорания в атмосферу в Евросоюзе. Такие меры могут привести к экономической нецелесообразности использования такого топлива, поскольку для соблюдения всех норм владельцам котлов потребуются дорогостоящие фильтры и технологии.

При производстве микс-пеллет часто используются различные добавки для лучшего склеивания гранулы. Если хвойным породам дерева достаточно собственного лигнина, то для лиственных пород, а также аграрных отходов добавляют крахмал. Также можно использовать для этих целей рыбий жир, соду, известь, парафин, растительные масла, кофейную гущу. Такие присадки улучшают пользовательские свойства продукта: меньший процент отсева, крошения, лучшая устойчивость к излому при пересыпании во время транспортировки и непосредственного использования в котлах.

В небольших объемах гранулируется древесина фруктовых деревьев – вишни, яблони и проч. Они обычно используются не для отопления, а для копчения мяса и рыбы, придания продукту приятного аромата.

Агропеллеты

Один из самых популярных типов аграрного пеллетного сырья — солома различных сельхозкультур (особенно пшеницы и рапса). По энергетическому потенциалу этот материал не сильно уступает древесине: до 16 МДж/кг против до 18,4 МДж/кг. Солома относится к воспроизводимым источникам топлива, сжигание соломы не изменяет баланс двуокиси азота в воздухе: при росте она потребляет столько же СО2, сколько выделит при сгорании. Также соломенные пеллеты используют не только для отопления, но и как подстилку для животных на скотобазах и конюшнях.

Схожий с соломой вид сырья – камыш, при этом его высшая теплота сгорания — 19 МДж/кг, а зольность – примерно 4%. Такое сырье очень дешево, собирается оно с использованием болотоходных уборочных машин-измельчителей.

Лузга подсолнечника – один из самых перспективных материалов для агропеллет. Подсолнечные пеллеты имеют зольность 3%, а тепла отдают почти столько же, сколько бурый уголь — до 21 МДж/кг. Зола после сжигания лузги является ценным удобрением. Также гранулируют лузгу гречихи, проса, шелуху риса.

Другие материалы

В России имеются обширные залежи торфа, который пригоден для гранулирования. Торфяные гранулы и брикеты изготавливаются примерно по той же технологии, что и древесные. Теплотворность торфа высока — до 21 МДж/кг, однако и зольность таких гранул повышена – до 5%. Такое топливо подходит для промышленных и коммунальных котельнях. В России гранулирование и брикетирование торфа имеет в основном 2 перспективы: обеспечение теплом и электричеством негазифицированных районов и экспорт гранул в скандинавские страны. В Северной Европе торф признан частично возобновляемым сырьем, и его использование в энергетике поощряется сверху.

Гранулирование макулатуры – довольно новая, но перспективная отрасль, поскольку данный тип сырья не требует дорогостоящих сушильных комплексов. Гранулы из бумаги и картона (а в некоторых странах налажено гранулирование старых денежных купюр) дают большое количество тепла и имеют мизерный процент несгораемых остатков.

Пеллеты из куриного помета и конского навоза оцениваются дороже, чем гранулы из древесины. Это ценное и питательное удобрение для почв. Гранулы из конского навоза продаются примерно по 1,25 евро за килограмм. Переработка навоза и помета в удобрения – не только выгодный, но и необходимый шаг, поскольку складирование таких отходов наносит прямой вред окружающей среде.

То же можно сказать о переработке гидролизного лигнина, побочного продукта гидролизных заводов. В России существует единственный завод по гранулированию лигнина в Архангельской области, а тем временем его запасы в стране насчитывают десятки млн. тонн. По теплоте сгорания (более 21 МДж/кг) и зольности (менее 3%) лигнин является отличным сырьем для пеллетного производства.

Расширение сырьевой базы для производства топливных пеллет дает возможность получать выгоду от утилизации огромного количества биологических отходов, а также решать экологические проблемы, связанные с их хранением. Переход с ископаемого на экологически чистое топливо сокращает объемы выбросов вредных веществ в воздух. Создание новых пеллетных и брикетных производств создает новые рабочие места в сельскохозяйственной промышленности, помогает ее общему развитию.

Искусство гранулирования биомассы

Гранулирование биомассы может быть сложной задачей. Отсутствие универсального процесса означает, что это может быть больше искусством, чем наукой.

РЕКЛАМА

Стоимость сбора, обработки, транспортировки и хранения сельскохозяйственных отходов низкой плотности и других материалов биомассы часто ставит биомассу в невыгодное положение по сравнению с ископаемым топливом.

Переменное и часто высокое содержание влаги в биомассе и ее естественное разложение могут снизить ее ценность. К счастью, биомассу можно сконденсировать для получения однородного конкурентоспособного топливного продукта.

Одним из методов конденсации биомассы является гранулирование. Кукурузная солома, например, может быть сделана в 10 раз более плотной, если перед гранулированием ее сначала измельчить до частиц размером пять тридцать секунд, по словам Алана Деринга, младшего научного сотрудника по побочным продуктам в офисе Научно-исследовательского института сельскохозяйственного использования в Васеке, Миннесота. .

Наиболее распространенной топливной гранулированной биомассой является древесина, в основном из опилок, щепы и стружки. По данным Pellet Fuels Institute, некоммерческой организации в Арлингтоне, штат Вирджиния, которая обслуживает пеллетную промышленность, восемьдесят заводов по производству древесных гранул в Северной Америке производят 1,1 миллиона тонн пеллет в год, а 23 производителя каминов производят пеллетные печи и каминные топки для сжигания пеллет. По данным института, 800 000 домов в США используют древесные гранулы для отопления.

Древесные гранулы также используются в промышленных масштабах. В качестве примеров институт приводит эстрадный театр, тюрьму и ферму по выращиванию томатов на гидропонике.

Рынок древесных пеллет больше в Европе, где 29 стран потребляли 6 миллионов метрических тонн пеллет в 2007 году, по данным Force Technology, компании промышленного дизайна из Брндбю, Дания. Компания заявляет, что Швеция была крупнейшим потребителем, за ней следуют Нидерланды, Бельгия, Германия, Австрия и Франция. Швеция была крупнейшим производителем пеллет, за ней следуют Германия и Австрия. Нидерланды и Бельгия были крупными нетто-импортерами, а Германия и Австрия — крупными экспортерами. Некоторые страны импортируют древесные отходы для гранулирования.

Поскольку древесные гранулы конкурируют с ДВП, ДСП и плитами с ориентированной стружкой в ​​качестве сырья, в последнее время поступали сообщения о нехватке древесных гранул в США.

Чтобы удовлетворить спрос на пеллетное топливо, сельскохозяйственные отходы и промышленные пищевые побочные продукты гранулируются для получения топлива, хотя и в гораздо меньших масштабах. По словам Роберта Хубенера, менеджера по продажам поставщика оборудования для гранулирования Freedom Equipment LLC из Рокфорда, штат Иллинойс, все больше клиентов выбирают продукты для гранулирования топлива. «Интересным является навоз, смешанный с древесными гранулами, в основном [использованными] подстилками для животных», — говорит Хубенер. «Это продукт, от которого многие [хотят] избавиться».

Компания Colorado Mill Equipment, Каон-Сити, штат Колорадо, поставщик оборудования для гранулирования, Марсель Мадар, операционный менеджер, говорит, что операции по гранулированию раньше были ограничены «в значительной степени для кормления, — говорит он, — но теперь топливо — это очень, очень популярный.» Мадар говорит, что его компания еженедельно получает два-три образца от компаний, заинтересованных в гранулировании. «Удивительно, какие материалы мы получаем, — говорит он. «Все пытаются сделать гранулы из всего, что попадется им в руки. Мы в основном проверяем их, чтобы увидеть, насколько они подходят для использования в качестве топлива». Мадар говорит, что его компания помогала американским военным в гранулировании мусора из столовой — бумаги, пластика и пенополистирола — для производства жидкого топлива путем пиролиза.

Компания Agrecol Corp. из Мэдисона, штат Висконсин, занимающаяся выращиванием местных растений и семян, начала производить гранулы из биомассы четыре года назад. По словам Марка Дудла, президента Agrecol, компания начала производить пеллеты, чтобы справиться с большим количеством побочного продукта MOG (материал, отличный от зерна), образующегося при очистке семян. «Ему не место на свалке, — говорит он, — а компостирование довольно грязное дело. Разбрасывание по земле для нас тоже не было хорошим вариантом. Мы решили, давайте уплотним и сожжем его». Дудлах говорит, что компания модифицировала оборудование бывшего комбикормового завода для гранулирования MOG, а затем биомассы с полей. Agrecol использует пеллеты для отопления своего объекта, а остальное продает.

Вызовы
Гранулирование новых форм биомассы является сложной задачей. «У нас почти не осталось волос, это точно», — говорит Дудла. «Это больше искусство, чем наука».

В отчете для Европейской ассоциации производителей биомассы французский агроном Оливье Пастр говорит, что недревесная биомасса обычно содержит больше гемицеллюлозы и меньше целлюлозы и лигнина, чем древесина, что придает ей меньшую прочность на растяжение и сжатие. По его словам, в Европе Датский технологический институт проверял, какие комбинации биомассы лучше всего подходят для производства и сжигания пеллет. Деринг говорит, что AURI делает то же самое для своих клиентов.

AURI проверяет, как биомасса должна быть предварительно обработана и измельчена для производства высококачественных гранул. «Мы хотели бы видеть гранулы с индексом долговечности гранул 92 процента или выше», — говорит Деринг, что определяется путем переворачивания гранул в течение определенного периода времени, чтобы определить объем произведенной мелочи. «Вы можете производить пеллеты, которые на 99 процентов долговечны, — говорит он, — но тогда вы обычно жертвуете производительностью в пересчете на тонны в час».

«Речь идет о блестящем блеске на боковой стороне гранулы, — говорит Дудла, — [чтобы], когда она попадает к конечному потребителю, на ней не было много пыли».

Hubener говорит, что требования к качеству пеллет могут различаться. «У нас есть длинный список вопросов, которые мы задаем всем нашим клиентам», — говорит он. «Некоторые клиенты планируют сжигать все произведенное топливо, и в этом случае низкокачественные пеллеты идеально подходят для них. [Но] если они планируют перевозить их на барже или отправлять за границу, им придется производят очень твердую пулю».

Для производства пеллет биомассу необходимо сначала очистить от загрязнений. Затем чистую биомассу измельчают в молотковой мельнице или измельчают до однородного размера, который должен быть меньше толщины получаемых гранул. Измельчение биомассы помогает снизить мощность, которую должен производить гранулятор. Если биомасса имеет высокое содержание влаги, ее необходимо высушить примерно до 10-процентной влажности.

В то время как содержания лигнина в древесине обычно достаточно для связывания пеллет, другие формы биомассы требуют специальной обработки для их укрепления. Иногда необходимо добавить связующие вещества, такие как крахмал, сахара, парафиновые масла или лигнин, чтобы сделать биомассу пластичной.

Перед гранулированием смесь необходимо кондиционировать водой различной температуры или паром. «Кукурузная солома имеет более низкую температуру стеклования, чем просо», — говорит Деринг. «Вы можете получить очень прочную гранулу из кукурузной соломы при температуре 165 градусов по Фаренгейту, тогда как для получения эквивалентной гранулы с просом нужно получить температуру выше 200 градусов, часто 210 или 220 градусов».

После кондиционирования биомасса подается на гранулятор. Внутри мельницы валки выдавливают смесь через перфорированную плоскую или кольцевую головку, которая эффективно уплотняет продукт в виде гранул. Затем горячие гранулы необходимо охладить, чтобы они затвердели. Затем они просеиваются для отделения остаточной мелочи, которую можно использовать повторно.

Изменение толщины матрицы гранулятора, а также скорости измельчения, температуры и давления являются ключом к оптимизации эффективности гранулирования и качества гранул.

«Все матрицы разные, — говорит Дудла. «Вальцы, которые выдавливают [биомассу] через головку, тоже разные, и на это важно обратить внимание».

Деринг соглашается. «Все сырье гранулируется по-разному, — говорит он. «Для них требуются пресс-формы для гранул разного размера или толщины. Одна матрица не подходит для всех».

Дудла говорит, что, поскольку некоторая биомасса может быть довольно абразивной, могут быть добавлены дополнительные продукты для увеличения срока службы гранулятора. «В любой день или неделю очистки семян в этой партии может быть от шести до восьми различных видов прерий», — говорит Дудла. «Мы не регулярно делаем гранулы дважды одним и тем же способом. Если вы можете получить от 2000 до 2500 часов работы матрицы, вы, вероятно, неплохо справляетесь». Дудла говорит, что между циклами гранулирования Agrecol промывает матрицу, гранулируя зерно, например кукурузу. «Эти вещи также хорошо смазываются из-за масел и прочего», — говорит он.

Увеличение масштаба
По мере того, как все больше штатов США и канадских провинций принимают или повышают стандарты портфеля возобновляемых источников энергии для электроэнергетических компаний, все больше энергетических компаний рассматривают возможность сжигания древесных гранул в угольных котлах. Компания Ontario Power Generation Inc., базирующаяся в Торонто, Онтарио, со значительным успехом проводит испытания совместного сжигания древесных пеллет с бурым углем с низким содержанием серы на своей электростанции Атикокан в Атикокане, Онтарио.

Коммунальные предприятия также не ограничиваются производством древесных гранул. Vattenfall AB, европейская тепло- и электроэнергетическая компания, базирующаяся в Стокгольме, Швеция, проводит реконструкцию своей электростанции Amager мощностью 438 мегаватт в Копенгагене, Дания, для совместного сжигания соломенных гранул с углем. Завод, который поставляет как тепло, так и электричество, ежегодно сжигает 70 000 метрических тонн пеллет с 700 000 метрических тонн угля. В этом году компания рассчитывает увеличить долю окатышей до 150 000 метрических тонн.

В США AURI отмечает постоянный рост интереса со стороны промышленности к гранулированию недревесной биомассы за последние шесть лет, частично вызванный спорадическим повышением цен на древесину, говорит Деринг. «[Они] рассматривают пеллетное топливо для замены природного газа, — говорит он, — или рассматривают уплотненное твердое топливо для совместного сжигания с углем. Мы работаем с некоторыми коммунальными предприятиями, исследуя этот потенциал».

«Сейчас мы видим большой спрос на электростанции и угольные электростанции», — говорит Дудла. «Мы участвовали в некоторых пробных сжиганиях [с] некоторыми электростанциями, и они пытаются увидеть, какими будут выбросы. Пока они возвращаются довольно многообещающе».

Пастр отмечает, что технология сжигания в кипящем слое, используемая на электростанциях, по своей природе является гибкой и может сжигать топливо с широким диапазоном теплотворной способности, зольности и содержания влаги, и они успешно используются для совместного сжигания древесины, биомассы и отходов. к углю.

Прежде чем энергетические компании смогут использовать пеллеты из биомассы, они должны решить проблемы с выбросами. Пастр отмечает, что по сравнению с древесиной сельскохозяйственные отходы обычно имеют более высокое содержание азота, серы, хлора и калия из-за более широкого использования удобрений, пестицидов и гербицидов в сельском хозяйстве. Он говорит, что агропеллеты следует в первую очередь использовать на крупных установках для сжигания, оснащенных сложными системами контроля горения и очистки дымовых газов. В отчете для Pellets Atlas, получившего название [email protected], проекта, финансируемого Intelligent Energy Europe для Европейского Союза, Мартин Юнгингер, исследователь из Утрехтского университета в Нидерландах, отмечает, что неизвестные выбросы от пеллет из биомассы являются одним из основных факторов, препятствующих развитие более крупного рынка пеллет из недревесной биомассы.

Дудла говорит, что наличие энергоснабжающей организации в качестве клиента имеет решающее значение для организации крупномасштабных операций по производству окатышей. «Я думаю, что для того, чтобы построить один из этих крупных заводов — а это должно стоить от 5 до 15 миллионов долларов, — вам нужен солидный якорь», — говорит он.

Но, как и многие пионеры возобновляемых источников энергии, Дудла говорит, что экономика не всегда является основным двигателем. «Наша цель в Agrecol — не увидеть еще одну монокультуру на миллионах акров, — говорит он, — а создать экологически чистую и устойчивую кормовую смесь, которая, надеюсь, будет содержать достаточное количество лигнина, чтобы мы могли отказаться от количества используемого азота». в этой стране.»

Райан С. Кристиансен — штатный автор журнала Biomass Magazine. Свяжитесь с ним по телефону [email protected] или (701) 373-8042.

Маломасштабный проект по производству пеллет из биомассы – Farm Energy

Партнер-спонсор :

Финансируется Министерством сельского хозяйства США, Министерством энергетики США и Министерством энергетики США

Исследования определяют процессы и факторы для производства наилучших пеллет из биомассы.

Содержание

• О процессе гранулирования
• Цель исследования
• Исследовательская деятельность
• Чему мы научились
• Почему это важно?
• Для получения дополнительной информации
• Авторы этого резюме

О процессе гранулирования

Гранулирование биомассы представляет собой многоэтапный процесс. Каждый из этих шагов должен быть выполнен правильно, если вы хотите получить высококачественный конечный продукт:

• Подготовка сырья
• Контроль влажности
• Экструзия
• Охлаждение
• Упаковка

Цель исследования

Сегодня на рынке доступны малогабаритные грануляторы, предназначенные для производства «пеллет из биомассы», готовых к использованию. Эти гранулы можно использовать в качестве топлива для сжигания или в качестве сырья для преобразования в биотопливо. Однако успешная эксплуатация этих грануляторов оказалась несколько проблематичной, т. е. операции характеризовались плохим качеством гранул и/или хроническим закупориванием экструзионной головки устройства.

Исследовательская деятельность

Создание высококачественных пеллет на данный момент является скорее искусством, чем точной наукой. В Penn State мы работаем, чтобы помочь фермерам и мелким операторам понять, как успешно производить высококачественные пеллеты из растительных остатков, многолетних трав и другого легкодоступного сырья биомассы. Мы делаем это, тестируя небольшие грануляторы, используя различные виды сырья и условия эксплуатации, и ищем ключевые характеристики, определяющие качество гранул. Таким образом, мы сможем исключить некоторые догадки из процесса и сделать его немного более «наукой», чем искусством. Мы также работаем над оценкой трудовых и энергетических бюджетов для запуска гранулятора для этих небольших операций.

Что мы узнали

Летний отчет за 2012 г. – Цель: определить наиболее эффективные условия работы небольшого гранулятора, который производит гранулы, изготовленные в основном из проса проса. Двумя отслеживаемыми характеристиками были общее качество окатышей и тенденция к закупорке матрицы. Исследованы следующие факторы на предмет их влияния на качество пеллет и текучесть матрицы: температура матрицы, скорость машины, содержание влаги, скорость подачи и добавки, такие как дистиллированное сухое зерно, масло канолы и кукурузный крахмал. Эти факторы менялись в ходе испытаний, и оценивались полученные в результате качество окатышей и склонность к закупорке.

Результаты показывают, что гранулы более высокого качества получаются, если вы запускаете машину на половинной скорости и используете две отдельные смеси; исходная смесь, содержащая просо, смешанное с DDG в соотношении 3:7; испытательная смесь, содержащая просо просо с содержанием влаги от 11 до 16 процентов и 1-4 процента масла канолы.

Осенний отчет 2012 г. – Цель: определить оптимальные условия для сырья, состоящего в основном из проса проса, для использования на небольшом грануляторном заводе. Учитывались такие переменные, как содержание влаги в сырье, концентрация масла канолы и концентрация высушенной после перегонки барды (DDG). Каждая из этих переменных была протестирована для двух размолов базового материала проса разного размера. Качество полученных гранул, а также склонность матрицы к закупорке измеряли по субъективной шкале.

Результаты показывают, что гранулы получаются наиболее эффективно при использовании двухфазного подхода, включающего использование закупоривающей смеси с последующим вводом гранулируемого материала. Лучшие пеллеты были изготовлены из материала более тонкого помола при содержании влаги от 15 до 20 процентов с добавлением примерно 1-3 процентов масла канолы.

Весенний отчет за 2013 г. – Цель: изучить влияние свойств сырья на эффективность уплотнения небольшого гранулятора. Изучаемыми переменными были два размера помола основного материала проса и влажность исходного сырья. Качество пеллет оценивали субъективно, используя эталонную числовую шкалу, как и склонность матрицы к засорению. Энергопотребление измерялось для сырья с разным содержанием влаги.

Было подтверждено, что содержание влаги в исходном сырье является переменной величиной, оказывающей наиболее значительное влияние на образование окатышей, и что влажность в диапазоне 15-25% приводит к получению окатышей самого высокого качества и наименьшей склонности к засорению мундштука. Предварительные результаты показывают, что качество гранул положительно коррелирует с энергопотреблением.

Почему это важно?

Многие фермеры и предприниматели заинтересованы в производстве топливных гранул из биомассы из таких культур, как просо, мискантус или другая биомасса. Это не только ценная рыночная возможность, но и позволяет производителям быть более независимыми от энергии, выращивая и перерабатывая собственное пеллетное топливо.

Наши результаты помогут сделать гранулирование доступным для тех, кто хочет переключиться и стать экологичным, используя  альтернативные и возобновляемые источники энергии для эффективного обогрева своих домов и других нужд. Этот проект поддерживается грантом Northeast Sun Grant Initiative

. Для получения дополнительной информации

Поскольку мы продолжаем тестировать и разрабатывать рекомендации по созданию идеальных гранул, мы будем публиковать их на веб-сайте проекта: Penn State Pelletizing Biomass.

Авторы этого резюме

Ученые Департамента сельскохозяйственной и биологической инженерии штата Пенсильвания: Клэй Свакхамер, Брайан Райт, Райан Хилтон, Дрю Свомли, Брайан Грей и Дэвид Руни.

Директор проекта: Даниэль Циолкош, сотрудник по развитию, штат Пенсильвания.