Производство топливных брикетов

Древесина представляет собой комплекс сложных органических веществ (целлюлоза, лигнин и гелицеллюлоза), составляющих около 96% веса абсолютно сухой древесины.

Компонентный состав древесины:

Порода древесины	Лигнин	Гелицеллюлоза
		Пентозаны	Гексозаны
Хвойные	26-30	10-12	13
Лиственные	19-28	23-29	3-6

Целлюлоза является основным компонентом древесины и обуславливает упругость древесины, ее механическую прочность. Целлюлоза устойчива к воздействию температур вплоть до 200 °С. Экзотермический процесс разложения целлюлозы начинается при температуре 275 °С.

Лигнин обеспечивает прочность структуры древесины. При нагревании в присутствии влаги лигнин пластифицируется. Пентозаны и гексозаны обладают более лучшей растворимостью в воде при повышенной температуре и давлении могут выполнять роль склеивающихся веществ.

Таим образом низкомолекулярные компоненты древесины в присутствии влаги в условиях повышенного давления и температуры могут пластифицироваться, плавиться, растворяться и участвовать в формировании адгезионного контакта, обеспечивая прочность брикета.

Топливные брикеты для промышленного использования и длительного хранения должны иметь повышенную прочность и влагоустойчивость. Для получения таких брикетов требуется термическая обработка измельченных отходов при температуре 200-300 °С.

Преимущества древесных брикетов

Брикетирование древесных отходов позволяет:

• расширить сферу использования древесных отходов в качестве топлива;
• решить проблему переработки древесных отходов;
• повысить теплотворную способность древесного топлива;
• сократить объем древесных отходов.

Прессование является одним из основных процессов в технологии брикетирования измельченных древесных отходов без связующего. В процессе прессования брикетов происходит сближение частиц измельченного древесного материала на расстоянии, при котором возможно межмолекулярное взаимодействие. Удельное давление прессования и продолжительность обжатия в значительной мере зависят от вида прессуемого древесного материала, технологии его подготовки и определяется опытным путем.

Брикетированию подвергается только мелкодисперсионные древесные частицы (размер частиц не более 5-7мм) с влажностью не более 12-15% (в отдельных случаях – до 20%). Производство брикетов из древесных отходов включает три основные операции: измельчение, сушку и прессование.

Физико-механические свойства топливных брикетов:

• Плотность: 900 ÷ 1200 кг/м³
• Теплотворная способность: 4000 ÷ 4500 ккал\кг
• Влажность: 0 ÷ 5 %
• Прочность на сжатие: 8÷14 МПа

Машины для производства топливных брикетов

Изготовлением брикетировочных установок занимаются более 50 различных фирм. По способу формирования брикета установки можно разделить на четыре основные группы.

В установках первой группы брикет формируется в сплошной матрице возвратно-поступательно движущимся поршнем. К этой группе установок относится и торфобрикетный пресс.

Ко второй группе относятся поршневые брикетировочные установки. Брикет формируется в разъемной (цанговой) матрице в результате трения и давления, создаваемого цилиндрическим поршнем с механическим или гидравлическим приводом. На установках этой группы получают брикеты цилиндрической формы диаметром 30-60 мм различной длины.

Машины для брикетирования поршневого типа предназначены для более высокой производительности (до 2500 кг/час). Машины этого класса включают автоматический поршень, (коленчатый вал) маховик, устройство пульсирующей подачи сырья. Эти машины имеют относительно невысокую стоимость, однако обеспечивают меньшее уплотнение, чем другие брикетирующие машины. Удельное потребление энергии – 40-60 (Вт/кг), удельные кап. затраты – 60-80 долл./кг, плотность брикета – (900-1100) кг/куб. м, средняя производительность – 500-2500 кг/час.

В установках третьей группы брикет формируется способом непосредственного прессования червячным конвейером (шнеком), создающим удельное давление 100-120 МПа в обогреваемой матрице с температурой 300-350 °С. Плотность брикетов 1,0-1,4 кг/дм 3 обеспечивает их сохранность при хранении и транспортировке. Брикет формируется в виде бесконечной ленты круглого или квадратного сечения с отверстием по центру. Ленту раскраивают на поленья 100-250 мм, упаковывают и укладывают на поддоны. Поверхностный слой и внутреннее отверстие брикета под действием высокой температуры подвергается пиролизу с образованием угля, что улучшает условия горения брикетов. Средняя производительность червячных машин 400-800 кг/час.

Рабочим органом машин является стальной червяк изготовленный из специального сплава. Срок службы червяка превышает 500-800 часов. Червяк может быть легко заменен новым, а изношенный может быть восстановлен. Влажность исходного сырья не должна превышать 10-12%.

К четвертой группе относятся вальцевые брикетировочные установки. На этих установках брикет формируется между вращающимися вальцами со специальными углублениями, придающими форму брикету.

Брикетирование мелких древесных отходов – специфический технологический процесс, который требует оптимального подбора оборудования.

Наиболее развивающимся направляем брикетирования древесных отходов в Европе сегодня считается производство гранул или пеллет. По данным dk - TEKNIK ENERGY рост цен на пеллеты на рынках Европы за последние два года составлял в некоторых случаях более 50%, рост объемов производства пеллет – более 20%.

Анализ внутреннего рынка показывает, что цена на топливные брикеты из древесных отходов (гранулы, пеллеты, брикеты в виде поленьев и др.) колеблется от 1650 руб./т до 5000 руб./т. В среднем стоимость 1 т брикетов составляет 2,5-3 тыс. руб./т. Цена реализации дров в Костромской области составляет 20-180 руб. /куб. м, а себестоимость – от 50-300 руб. /куб. м. Учитывая что в худшем случае плотность древесины оценивается в 0,4 т/куб. м, а влажность дров – 50%, то получим, что средняя стоимость 1 т сухих дров составляет 500-800руб/т и не превышает 1500 руб./т.

Таким образом топливные брикеты неконкурентноспособны на рынке топлива Костромской области. И в случае организации производства топливных брикетов (гранул, пеллет) по-видимому необходимо ориентироваться на европейский рынок, т.е. на экспорт производимой продукции.

Эколого-экономическая оценка эффективности древесной биомассы в качестве топлива

Преимуществом использования древесины в качестве топлива являются:

• Уменьшение объема золы:
• при сжигании бурого угля образуются золы до 40% от веса сжигаемого топлива;
• при сжигании угля – около 20%;
• при сжигании древесины – 0,5-3%.

При этом золу от сжигания древесного топлива возможно использовать как минеральное удобрение, а шлаки от сжигания угля содержат тяжелые металлы и обладают хотя и слабой, но повышенной радиоактивностью.

• Уменьшение выбросов в атмосферу.

Выделение углекислого газа при сжигании больше чем при использовании древесного топлива:

• газа – в 15 раз;
• дизельного топлива – в 20 раз;
• кокса – в 30 раз;
• угля – в 50 раз.

Выбросы вредных веществ при сжигании различных видов топлива (по данным ОАО "Промгаз") составляют:

	Твердые частицы (кг/Гкал)	Бензапирен (кг/Гкал)	Тяжелые металлы (10 -6кг/Гкал)
Газа	0,004-0,017	0,057-0,129	-
Мазут	0,2-0,4	0,046-0,69	1,1
Бурый уголь	0,26-26,0	0,1600,67	-
Каменный уголь	8,7-12,3	0,07-0,44	0,96-64,0
Торф	3,8-11,4	1,0	0,8-3,1
Дрова	8,07	1,36-4,95	-

Тяжелые металлы – в данном случае это сумма содержания пятиокиси ванадия, мышьяка, хрома и ртути в газовых выбросах.

Приведенные данные показывают, что древесное топливо является экологически более чистым, чем уголь, причем предпочтение, по-видимому, должно быть отдано установкам газификации.

В связи со вступлением в силу Киотского протокола к Рамочной Конвенции ООН по Изменению Климата легитимным становится формат проектов Совместного Осуществления (ст.6 Киотского протокола). Для российских корпораций появляется новая возможность привлечения целевых инвестиций на проекты технологической модернизации, энергосбережения и повышения энергоэффективности производства, ведущие к сокращению выбросов парниковых газов.

Внедрение технологий использования возобновляемых источников энергии (биомассы низкотоварной древесины и древесных отходов) в практику энергосбережения с целью сокращения эмиссии парниковых газов может быть реализовано в рамках проекта совместного осуществления (JI). Малые однотипные проекты, реализуемые в одном регионе, могут быть объединены в один проект с утверждением программы реализации.

Сокращение выбросов двуокиси углерода при реализации данных технологий наряду с ресурсосберегающей функцией позволяет привлечь дополнительные инвестиции к реализации подобных технологий.

Гаев Ф.Ф.