Брикетирование отходов лесопереработки на гидравлических прессах
В настоящее время распространены технологии брикетирования (производства топливных брикетов из отходов лесопереработки) без использования искусственных связующих веществ, так как в этом случае получается экологически чистый брикет. В качестве связующего при брикетировании выступает лигнин, выделяющийся из клеток древесины под действием давления и температуры.
![Таблица 1. Технические требования к топливным брикетам Таблица 1. Технические требования к топливным брикетам](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/tb_129_79_1.jpg)
Таблица 2. Требования к топливным брикетам по стандарту EN 14961-2
![Таблица 2. Требования к топливным брикетам по стандарту EN 14961-2 Таблица 2. Требования к топливным брикетам по стандарту EN 14961-2](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/tb_129_79_2.jpg)
Технологические процессы брикетирования могут включать следующие основные операции: транспортировку сырья к брикетирующей установке; измельчение крупных древесных отходов; сепарацию (сортировку сырья по размерам фракций); сушку; термообработку; прессование (формирование брикета); хранение и транспортировку к месту потребления. Следует отметить, что перечисленные операции выполняются не во всех технологических процессах брикетирования.
К топливным брикетам предъявляются определенные требования, регламентированные стандартами. В табл. 1 представлены технические требования к топливным брикетам, разработанные в России.
В каждой стране действуют свои стандарты, регламентирующие требования к твердому биотопливу, например, в США - Standard Regulations & Standards for Pellets in the US: The PFI; в Великобритании - The British BioGen Code of Practice for biofuel; в Швейцарии - SN 166000; в Швеции - SS 187120; в Австрии - ONORM M 7135; в Германии - DIN 51731 и DIN plus.
В 2011 году в Европейском союзе введены стандарты качества биотоплива EN 14961-2 (табл. 2).
Резюмируя данные, представленные в таблице 2, отметим, что плотность топливных брикетов должна быть выше 1 г/см3, влажность - не превышать 15%, а зольность составлять 0,7-3%; в брикетах допускается содержание коры.
Оценим низшую теплоту сгорания брикетов по формуле Д. И. Менделеева:
![Рис. 1. Рабочая теплотворная способность древесины в зависимости от относительной влажности Рис. 1. Рабочая теплотворная способность древесины в зависимости от относительной влажности](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/r_1.jpg)
Рис. 1. Рабочая теплотворная способность древесины в зависимости от относительной влажности
где С - процентное содержание углерода в коре по массе, H - процентное содержание водорода, O - процентное содержание кислорода, W - относительная влажность материала брикета.
По формуле (1) при C = 42%, H = 8%, O = 50% построим график, представленный на рис. 1.
Итак, при влажности ниже 15% требование к минимальной теплотворной способности брикетов выполняется автоматически.
Современное прессовое оборудование для брикетирования
Основным оборудованием, определяющим производительность участка по производству брикетов, являются прессы. Известны прессы для брикетирования древесных отходов следующих конструкций: штемпельные с открытой матрицей; копровые; шнековые; гидравлические; ротационные; ударно-механические. Копровые и ротационные прессы широкого распространения не получили.
Гидравлические прессы считаются наиболее надежными и безопасными для оборудования современных высокопроизводительных брикетных станций.
![Таблица 3. Преимущества и недостатки разных конструкций прессов Таблица 3. Преимущества и недостатки разных конструкций прессов](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/tb_129_79_3.jpg)
Таблица 4. Технические характеристики модельного ряда прессов фирмы RUF (Германия) Технические данные RUF 100 RUF 200 RUF 400 RUF 600 RUF 1100
![Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 4. Технические характеристики модельного ряда прессов фирмы RUF (Германия) Технические данные RUF 100 RUF 200 RUF 400 RUF 600 RUF 1100 Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 4. Технические характеристики модельного ряда прессов фирмы RUF (Германия) Технические данные RUF 100 RUF 200 RUF 400 RUF 600 RUF 1100](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/tb_129_80_1.jpg)
Таблица 5. Примерная оценка рентабельности продукции брикетного производства
![Таблица 5. Примерная оценка рентабельности продукции брикетного производства Таблица 5. Примерная оценка рентабельности продукции брикетного производства](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/tb_129_80_2.jpg)
![Рис. 2. Схема гидравлического пресса Рис. 2. Схема гидравлического пресса](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/r_2.jpg)
Рис. 2. Схема гидравлического пресса: 1 – бункер, 2 – загрузочный шнек, 3 – поршень наполнителя, 4 – камера наполнителя, 5 – пресс-форма, 6 – главный прессующий поршень, 7 – прессующий цилиндр
Операция брикетирования на гидравлических прессах осуществляется следующим образом (см. схему гидравлического пресса на рис. 2). Загрузочный шнек подает материал, находящийся в бункере, в наполнитель, продолжительность работы загрузочного шнека связана с системой автоматического дозирования материала. После окончания загрузки наполнителя и остановки загрузочного шнека поршень наполнителя выполняет предварительное сжатие материала, находящегося в камере наполнителя. Главный прессующий поршень передвигает предварительно сжатый материал в одну из двух камер пресс-формы и сжимает материал в плотный брикет. В течение этого этапа выталкиватели, установленные параллельно главному цилиндру, выталкивают готовый брикет из второй камеры пресс-формы через специальные отверстия в передней панели. Поршень наполнителя поднимается вверх. Загрузочный шнек начинает подачу следующей порции прессуемого материала. Прессующий цилиндр возвращается в исходное положение, пресс-форма перемещается, после чего операции повторяются.
Характеристики прессов других производителей, например, Hoecker Polytechnik (Австрия), C. F. Nielsen (Дания), Schuko (Германия), СO.MA.FER, Mischi Maschinen (обе - Италия), схожи с представленными в таблице 4: максимальное давление прессования - свыше 150 МПа, достаточно для производства брикетов высокой плотности - более 1,2 г/см3.
В таблице 5 представлены сведения, дающие представление о рентабельности производства биотоплива с использованием гидравлического пресса.
![Рис. 3. Влияние влажности опилок на прочность брикетов Рис. 3. Влияние влажности опилок на прочность брикетов](http://lesprominform.ru/uploads/images/lpi129/r_3.jpg)
Рис. 3. Влияние влажности опилок на прочность брикетов
Качество получаемого брикета зависит от многих факторов, основные: химический состав и физическое состояние прессуемого материала, его влажность, фракционный состав и размер брикетируемых частиц, температура нагрева перед прессованием, усилие прессования, продолжительность выдержки под давлением.
Прочность брикетов с включением коры и брикетов, изготовленных только из коры, ниже прочности брикетов из опилок без включения коры. При давлении прессования 100 МПа прочность на изгиб брикетов из опилок составляет около 3,5 МПа, брикетов из коры - 1,75 МПа. Прочность корьевых брикетов приблизительно вдвое ниже прочности брикетов из опилок.
На рис. 3 представлен график, иллюстрирующий влияние влажности опилок на прочность получаемых брикетов. Наилучшие показатели достигаются при прессовании опилок влажностью 5-10%.
При влажности материала менее 5% прочность брикетов снижается. Затруднительно однозначно определить, чем обусловлено снижение прочности: пониженной плотностью брикетов из более жестких сухих опилок либо структурой брикетов.
Олег ЧИБИРЕВ, аспирант каф. ТЛЗП СПбГЛТУ
Ольга КУНИЦКАЯ, д-р техн. наук, доцент каф. ТЛЗП СПбГЛТУ