Большие возможности маленькой гранулы.

В Санкт-Петербурге 26-28 февраля 2009г. в третий раз проходит Весенний Биотопливный Конгресс - ведущее бизнес-ориентированное мероприятие на постсоветском пространстве, посвященное твердому биотопливу. В связи с нарастающим интересом к альтернативным возобновляемым и экологически безопасным источникам энергии интернет-журнал WoodBusiness.ru открывает серию статей, посвященных твердому биотопливу - топливным гранулам и брикетам.

ЧТО ТАКОЕ ТОПЛИВНЫЕ ГРАНУЛЫ (ПЕЛЛЕТЫ)?

ПЕЛЛЕТЫ или ДРЕВЕСНЫЕ ГРАНУЛЫ – это изделия цилиндрической формы, спрессованные методом экструзии из высушенного, предварительно измельченного растительного сырья. Предназначены для получения тепла методом сжигания.

Вид топлива	Теплотворная способность, ккал/кг
Пеллеты	4 500
Дрова	2 500
Уголь древесный	7 500
Каменный уголь	7 400
Мазут	9 800
Дизельное топливо	10 200
Природный газ	8 300

Пеллеты (топливные гранулы) - это глубоко переработанный и экологически чистый вид топлива. Преимуществом использования прессованного биотоплива является, во-первых, бoльшая теплотворная способность по сравнению со щепой и с кусковыми отходами древесины. Во-вторых, меньшая стоимость оборудования для котельных установок мощностью до 2 МВт, по сравнению с установками по сжыганию древесных отходов. Объем склада для хранения пеллет может быть уменьшен как минимум до 50%, по сравнению со кладом для древесной щепы. Гранулы могут храниться в непосредственной близости от жилых помещений (подвальные или подсобные помещения), так как этот материал биологически неактивный, поскольку прошел термическую обработку. Он менее подвержен самовоспламенению, так как не содержит пыли и спор, которые также могут вызывать аллергическую реакцию у людей.

По своим характеристикам топливные пеллеты конкурируют с природным газом, но по экологическим показателям они опережают все остальные виды топлив в той же степени, что и в ценовом отношении.

ПРОИЗВОДСТВО ПЕЛЛЕТ В МИРЕ

Актуальность применения топливных гранул показывает увеличение использования древесных и сельскохозяйственных отходов в индустриальном производстве тепловой энергии в Европе, Скандинавских странах и Северной Америке на 15 % ежегодно.

Пеллеты являются реальной альтернативой каменному углю и нефти, так как по своим теплотворным характеристикам не уступают углю, а их экологические параметры вообще вне конкуренции.

Наиболее серьезными производителями пеллет можно считать такие страны как США (2000 тыс. тонн в год), Швеция (700 тыс. тонн), Дания (600 тыс. тонн), Австрия (120 тыс. тонн), Германия (около 100 тыс. тонн), Канада (свыше 100 тыс. тонн), Финляндия (96 тыс. тонн), Великобритания (6 тыс. тонн), Япония (2.3 тыс. тонн). Великобритания планирует к 2010 году довести потребление топливных гранул до 600 000 тонн.

Рост потребителей альтернативного топлива из различных стран ежегодно увеличивается. Производство пеллет в ближайшее время будет вносить значительный вклад в мировую стратегию возобновляемых источников энергии.

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.

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

С момента возникновения в 1947 году 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).

Основные характеристики древесной гранулы как топлива

Теплотворность	Теплотворность древесных гранул равна 5 кВт/час на один килограмм. (!) При этом энерго-содержание одного килограмма древесных гранул равно половине литра жидкого топлива (топливного дизеля).
Возобновляемость	Древесные гранулы, как производные от древесины, являются возобновляемым сырьем. А такое топливо, как нефть или газ, будут с каждым годом расти в цене и вскоре закончатся.
Концентрация	Древесные гранулы обладают высокой энергоконцентрацией при незначительном занимаемом объеме. Кроме этого, гранулы могут перемещаться в автоматических печах и котлах, легко транспортируются и могут вдуваться на склад и транспорт.
Зольность	Зола составляет около 1,5% от массы топлива. Пепел убирается в современных печах и котлах раз в два года.
Масса	Так как гранулы обладают высокой насыпной массой, требуется не много места для складирования. Для отопления гранулами дома площадью 150 кв. м требуется только 7,5 м³ для запаса на один год.
Энергозатраты	Для производства древесных гранул требуется 3% затрат энергии. При этом у нефти эти энергозатраты составляют 10%, а у электроэнергии - 60%.
Конкурентоспособность	Благодаря вышеперечисленным качествам, древесные гранулы обладают высокой конкурентоспособностью по сравнению с другими видами топлива. Цены не зависят от скачков цен на ископаемые виды топлива и растущих экологических налогов и штрафных платежей

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

диаметр	6-8 мм
теплотворность	16,9 МДж/кг, 4,7 КВт/час
содержание золы	< 0,7 %
плотность насыпом	> 600 кг/м3

При производстве гранул первого класса исключается применение связующих веществ, а также коры.

- Промышленные гранулы

диаметр	8-10-12 мм
теплотворность	15,1 МДж/кг, 4,2 КВт/час
содержание золы	> 1,5 %
плотность насыпом	> 500 кг/м3

При производстве промышленных гранул допускается незначительное количество коры.
Эти гранулы используются в больших или средних тепловых установках.

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.

Сырье для гранулирования.

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

Технология изготовления гранул.

Технология гранулирования довольно широко известна и используется во всем мире. Производить гранулы из сухого размолотого сырья научились давно. 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%.

Каким должно быть производство?

Если вы намереваетесь производить гранулы высокого качества из сырого материала, имеющего непостоянную влажность и различные размеры, содержащего примеси, например, песок, тогда нужен завод, состоящий из следующих участков и оборудования:

Склада сырого сырья
Рубительной машины, горохота и молоткового измельчителя
Сушильной камеры
Гранулятора
Системы для охлаждения гранул
Склада для хранения готовой продукции
Оборудования для удаления пылеобразного вещества с гранул
Участка упаковки продукции

Особое внимание следует уделить участку подготовки сырья. Наибольший размер частиц дробленой высушенной древесины не должен превышать половины диаметра готовой гранулы.

Вся древесная масса должна быть одинаковой влажности по всему объему. Чем более равномерна влажность и однородней древесная масса- тем плотнее будет гранула. Сушка сырья происходит в сушильных камерах барабанного типа, специально разработанных для биомасс. Для такого оборудования особенно высоки требования по пожаробезопасности.

Пресс для гранулирования - это основной механизм всего производства топливных гранул. От его работы зависит качество продукции. В грануляторе осуществляется процесс формирования гранул. В смесителе гранулятора сырье увлажняется и в необходимом количестве подается в гранулятор.

Подвижные катки продавливают древесную массу через отверстия специальной формы в матрице. Пройдя сквозь отверстия, материал сжимается, его плотность может достигать 650 кг/м³. Гранулирование древесины, в отличие от других биомасс, требует особой силы прессования, большой силы проталкивания в прессовальные каналы. Поэтому и матрица и катки должны быть изготовлены из специальных износоустойчивых сталей. Потребление энергии лежит в пределах от 30 до 60 кВт в час на тонну. Нагревание сырья в прессах достигает 90°С, что делает сырье особенно текучим, а гранулы хорошо спрессованными.

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. Основными потребителями топливных гранул являются европейские страны. 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.

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

При подготовке статьи использованы материалы НП "Лесоинженерный центр", ЗАО "Коммерческое агентство ЭДП", биотопливного портала Wood-pellets.com