Технологии производства прессованного биотоплива из древесины

Для получения дополнительной прибыли многие предприятия выпускают прессованное топливо из измельченных предварительно древесных отходов, а также опилок, древесной пыли. Это топливо подразделяется на пеллеты (топливные гранулы) и брикеты. В последние годы принципиально новых технологий и оборудования на рынке производства твердого биотоплива из древесины и отходов деревообработки не появилось. С точки зрения производства топливных брикетов по-прежнему наиболее распространены холодное брикетирование, экструзионное брикетирование и ударное брикетирование. Принцип этих технологий один и тот же – за счет высокого сжатия древесной фитомассы разрушаются клетки, освобождается внутриклеточный лигнин, с помощью которого происходит так называемое «спекание» массы и формируется брикет. Различия заключаются в реализации этого принципа (особенности того или иного вида брикетирования), также нарастает степень автоматизации работы оборудования.

Основным отличием пеллетирования является разница в размерах получаемой готовой продукции. Через узкую фильеру также проталкивается материал, также происходит разрушение клеток и высвобождение лигнина. Принципиально на выходе получают тот же продукт, что и при брикетировании, даже по свойствам во многом схожий. Основная качественная разница будет в калорийности – у пеллет она будет на 10% больше, чем у брикетов. Такая разница обусловлена большей плотностью продукции, получаемой при пеллетировании. На оборудовании, обеспечивающем большее рабочее давление, и при более качественном исходном сырье получают более качественную продукцию. Это касается как брикетирования, так и пеллетирования.

Брикеты вместо угля

Топливные брикеты из древесины во всем мире очень успешно заменяют в котельных каменный уголь. При такой замене в котельной не приходится ничего перестраивать, вполне подойдет исходная система подачи топлива.

Обычно топливные брикеты подразделяют на две категории: для частного потребителя и промышленные. Для транспортировки потребителю промышленные брикеты фасуются в биг­бэги или насыпаются в щеповозы, откуда у потребителя они высыпаются в хранилища вместо угля, и дальше котельная работает в обычном режиме. Единственная особенность при переводе котельной с каменного угля на топливные древесные брикеты заключается в том, что калорийность брикетов несколько ниже, чем у угля. Разница в калорийности зависит от качества угля. В среднем она составляет 20%. У древесных брикетов калорийность составляет 4,0–4,5 тыс. Гкал/т, у каменного угля она варьируется в пределах 4,5–7,5 тыс. Гкал/т. Перевод котельной с каменного угля на брикеты имеет ряд преимуществ. Во-первых, за счет меньшей температуры сгорания древесных брикетов срок службы котельного оборудования увеличивается. Во-вторых, зольность каменного угля достигает 30%, а древесных брикетов – не более 3%. А значит, выбросы, в том числе и в атмосферу, сокращаются. Снижается отрицательный экологический эффект по выбросам углерода, поскольку при сгорании дерева выбрасывается ровно столько углерода, сколько им было потреблено во время роста. Кроме того, при переводе котельной с каменного угля на топливные брикеты окружающая среда вокруг становится намного чище. Также намного чище становится и в самой котельной, в том числе из-за отсутствия угольной крошки с топливного склада.

Конечно, для отопления потребуется больше древесных брикетов, нежели каменного угля, и стоить они будут несколько дороже. Поэтому если судить только по сравнительной стоимости топлива, то перевод котельной с каменного угля на древесные топливные брикеты экономически выгоден не будет. Но если принять во внимание большую сохранность, соответственно, больший срок службы котельного оборудования, вкупе со значительно улучшенной экологической обстановкой в районе расположения котельной, то такой перевод будет вполне оправдан.

Брикетирование VS пеллетирование

Принято считать, что спрос и, соответственно, цена на топливные пеллеты выше, чем на брикеты. При этом маржинальность пеллет и брикетов примерно одинакова. Для того чтобы получить качественные пеллеты, соответствующие всем требованиям стандартов EN+, ENplus­A1, необходимо использовать только качественное сырье и современное дорогостоящее оборудование. Поэтому доходный бизнес в пеллетном производстве, имеющий маржинальность на 10–20% больше, чем при производстве брикетов, начинается от объема выпуска 3 т/ч и начальных капиталовложениях от 3 млн евро. Тогда можно получить корабельные партии продукции, выстроить эффективную логистику, получать стабильные, большие контракты. Меньшие объемы производства пеллет не смогут дать стабильную прибыль. И она не превысит доходность от брикетного производства.

Можно производить промышленные пеллеты, у которых требования к качеству исходного древесного сырья много ниже, допускается и наличие коры. Но остальная себестоимость их производства (затраты на эксплуатацию пеллетной линии) не меньше, чем у высококачественных, а продажная стоимость меньше.

Брикетное производство требует значительно меньших начальных инвестиций за счет более простой технологической цепочки. У пеллетного пресса требования к влажности сырья составляют 6–8%, а фракция должна быть в диапазоне 1–3 мм. У брикетного пресса требования по влажности древесины не такие строгие – 0–12%, а размер фракции может быть самый разный – от шлифовальной пыли (микрон) до 10 мм. Поэтому с точки зрения инвестиций в подготовку древесного сырья себестоимость изготовления топливных брикетов намного ниже, чем пеллет.

При производстве топливных брикетов из кусковой древесины обычно устанавливают два уровня измельчения – рубительную машину, а за ней молотковую дробилку. То есть в начале технологической цепочки устанавливается стационарный измельчитель барабанного типа, например Rudnick & Enners, который может измельчать как бревна, так и древесные кусковые отходы (оторцовка, горбыль и т.д.). Затем полученную щепу доизмельчают на машине молоткового типа, например того же производителя Rudnick & Enners, которая предназначена для дробления древесной щепы до заданной фракции. При этом фракция получаемого материала соответствует требованиям как брикетного, так и пеллетного производств, специальная конфигурация ячеек сита молотковых измельчителей исключает возможность их засорения в процессе работы. Конструкция измельчителя Rudnick & Enners, обеспечивающая возможность реверсивного вращения главного привода, позволяет оперативно менять рабочую поверхность молотков без разборки оборудования.

При небольших объемах производства и малых площадях производства наиболее оптимальной будет замена двух измельчителей на один универсальный. В этих целях можно применять недавно представленный на российском рынке двухступенчатый измельчитель Twin Chipper. Оборудование позволяет выполнять измельчение до заданной фракции на одном станке перед сушкой. При этом исключаются операции дополнительного влажного или сухого размельчения сырья перед брикетированием. Агрегат снабжен подающим виброконвейером, который оснащен металлодетектором. Достоинствами Twin Chipper являются комбинированная система подачи, отсутствие промежуточных транспортных систем, что позволяет сократить технологическую цепочку оборудования. Получаемая древесная дробленка затем высушивается.

В пеллетном производстве, как правило, после сушки следует еще один этап измельчения для получения однородной массы фракцией 1–2 мм. Прессу­гранулятору также требуется система стабилизации влажности сырья, поскольку изначально оно обычно пересушено. А если в сырье не хватает лигнина, то также требуется узел смешивания с крахмалосодержащим сырьем. Кроме этого, необходимо наличие конвейеров и перегружателей. Помимо стоимости этого оборудования, надо помнить и о расходе электроэнергии на его работу. Производство брикетов позволяет этих затрат избежать.

Высококачественные пеллеты можно получить только из предварительного окоренного сырья. Если лесопильная линия не предусматривает предварительной окорки пиловочника, то из отходов данного производства можно будет получить только промышленные пеллеты.

Баланс отходов основного производства дерево- обрабатывающего предприятия

Пеллетному производству обязательно нужен грамотный технолог, хорошо знающий все нюансы этого достаточно сложного процесса и контролирующий все его этапы. Современные брикетные прессы являются высокоавтоматизированными и, в принципе, самодостаточными. В штатном диапазоне производительности они способны к саморегуляции за счет отслеживания параметров процесса и автоматической корректировки настроек. Современные брикетные прессы могут контролировать размеры и вес получаемых брикетов. В свою очередь, это позволило выйти к автоматической упаковке получаемых брикетов на поддон. Особенно это актуально в странах с дорогой рабочей силой, например в Европе. Поэтому это направление там, в отличие от России, активно развивается. Хотя некоторые российские компании, пересчитав фонд заработной платы на год, уже понимают всю перспективность такой автоматизации. Ведь автоматизация процесса упаковки брикетов может дать повышение производительности в 40–45%.

При этом разница между простым прессом холодного брикетирования и прессом такого же принципа действия с максимальной автоматизацией составляет около 50%. Стоимость оборудования – 5 млн руб. и 7–8 млн руб. соответственно. Прессы холодного брикетирования хорошо подходят для производства с объемом до 2 т/ч. Если требуется большая производительность линии и нет возможности вкладывать большие средства в подготовку древесного сырья, то лучше использовать ударные механические прессы. Их производительность – 1,5–3 т/ч.

Особой группой сырья для производства твердого биотоплива из отходов деревообработки можно назвать отходы фанерного производства, которые по объему превышают 50% от объема исходного фанерного сырья. Особенность этого вида древесного сырья связана с тем, что фанерные кряжи и, соответственно, отходы фанерного производства неоднократно подвергаются различным видам гидротермической и пьезо­механической обработки в процессе основного производства.

В результате количество лигнина в этом сырье значительно меньше, чем в стволовой древесине или отходах лесопиления, что серьезно затрудняет его пеллетирование. Его можно осуществлять только при условии добавки искусственного лигнина или крахмалосодержащих веществ порядка 1–2% по массе. Кроме того, при пеллетировании отходов фанерного производства эффективность работы пеллетного пресса, который является ведущим оборудованием линии, падает до 30%, поскольку основное сырье для изготовления фанеры – береза, а она и без того является достаточно твердой породой.

С другой стороны, за счет более простого технологического процесса и меньших требований к качеству исходного сырья отходы фанерного производства можно брикетировать не менее эффективно, нежели другие виды отходов деревообработки и стволовой древесины. Для работы с отходами фанерного производства оптимальным будет пресс с камерой низкого или среднего предварительного сжатия. Это связано с тем, что исходное сырье уже имеет большую плотность. Разумеется, при выборе брикетного пресса в любом случае учитываются факторы влажности, плотности и породы исходного сырья.

Производство евродров

Отдельным сегментом биотопливного рынка являются древесные топливные брикеты Pini Kay, так называемые евродрова. Для их изготовления используются шнековые прессы. Качество таких брикетов самое высокое. Брикет выглядит как полено и имеет отверстие внутри, якобы для лучшего горения, хотя, в принципе, это скорее маркетинговый ход. Такие брикеты пользуются хорошим спросом, но технология их производства достаточно сложна. Исходное древесное сырье требует высокой степени очистки. Но даже тогда шнеки пресса быстро изнашиваются. В лучшем случае они служат неделю, в худшем – несколько часов. Для их восстановления требуется высококвалифицированный специалист. И как только он заболевает (уходит в отпуск, отгул) – производственная цепочка встает. Стоимость шнека составляет 200–1500 евро. На Западе эти шнеки изготавливают из дорогих, высоколегированных, особо износостойких сталей, с особыми режимами термообработки и специальными покрытиями. Такой шнек стоит 1500 евро. При этом заявляемый производителем ресурс шнека составляет 200–270 часов. Производительность шнековых прессов небольшая – 0,5–1 т/ч.

Карбонизация брикетов

Все более востребованной технологией производства твердого биотоплива из древесины является карбонизация брикетов, хотя пока это направление не получило массовый характер. Цена на карбонизированные брикеты в разы выше, чем на обычные. Правда, их производство весьма пожароопасно, поскольку при этом используются пиролизные технологии, близкие к изготовлению древесного угля. Только вместо цельной древесины пиролизу подвергается древесный брикет. В связи с тем, что древесный брикет обладает значительно большей плотностью, процесс пиролиза происходит несколько по-другому. Эти сложности оправдываются высокой маржинальностью карбонизированных брикетов. У такого вида биотоплива более ровная и высокая температура сгорания, и горит карбонизированный брикет намного дольше. Этот вид продукции пользуется спросом для приготовления пищи в частном секторе – кафе и ресторанах. Является востребованным экспортным продуктом в Азии и на Ближнем Востоке. Кроме того, этот вид топлива наряду с древесным углем весьма востребован в металлургии.

Щепа как топливо

Одним из вариантов биотоплива является топливная щепа, которую можно получать как из стволовой (низкокачественной, тонкомерной) древесины, так и из кусковых отходов лесопиления (горбылей, реек, оторцовок). Для получения такого вида биотоплива достаточно только рубительной машины. Недостатком топливной щепы является ее малая плотность, что значительно удорожает ее транспортировку ввиду малой полнодревесности воза. Для сравнения: плотность древесины – 0,5–0,6 т/м 3 , а топливного брикета – 1,1–1,2 т/м 3 . У пеллет плотность еще выше. С другой стороны, при сжигании на месте образования у топливной щепы нет конкурентов по простоте ее получения и использования. Перевести котельную, работающую на каменном угле, на топливную щепу так же просто, как на топливные древесные брикеты, не получится – придется менять систему подачи топлива, так как щепа сыпучий материал.