Низкий сорт в оборот

Вердикт, выносимый ранее в пользу древесины, не всегда был гуманным. Строгий арбитраж деревопереработчков скрупулёзно сортировал пиловочник на ликвидный и неликвидный, приводя в исполнение приговор — утилизация без права на апелляцию. И только с появлением мировых присяжных — современных машин глубокой переработки — низкосортная древесина не только нашла признание в производстве биотоплива, но и получила шанс фатального перерождения в качественно полезные продукты: щепу, пеллеты и брикеты.

Щепа

Сырьевой базой для производства топливной щепы выступает тонкомерная древесина, не представляющая уже интереса для производства цельных дров. С другой стороны, крупномерная древесина неправильной формы — пни, обломки стволов, стволы с кроной — также может использоваться для выпуска щепы.

Различают две разновидности измельченного топлива — щепу и дроблёную древесину. Отличаются они по двум характеристикам — происхождению и фракционному составу: щепу получают резанием при помощи острых ножей, дроблёную древесину — дроблением при помощи тупых инструментов. В дроблёной древесине допускается большее варьирование размеров отдельных элементов. Таким образом, основные требования к измельчённому топливу для производителя сводятся к выдерживанию размерных характеристик щепы, фракционного состава, влажности. Размерные характеристики обеспечивают соответствие топлива подающему оборудованию, фракционный состав — конструкции топки, влажность топлива определяет эффективность сжигания древесного топлива. При наличии подающего и топочного оборудования с возможностью широкого варьирования параметров требования к поставляемому топливу могут устанавливаться на договорной основе. Для производства щепы используют дисковые и барабанные рубительные машины, а для дроблёного топлива — различного вида шредеры.

Шредер — измельчитель с низкой частотой вращения рабочих валов и углами резания ножей, близкими к 90°. Кроме режущих устройств применяют и валковые дробилки, принцип работы которых заключается в изламывании древесины на оппозитных ребристых вальцах либо передавливании древесины на плите посредством высоких рёбер вальца.

Дисковые дробилки с контрножом представляют собой набор дисков с выступами (не имеющими лезвий), которые размещены между выступами контрножа. Элементы сырья, попадая на контрнож, располагаются вдоль него на выступах, а выступы дисков ломают их. Во всех конструкциях дробилок размеры дроблёного топлива определяются расстоянием между соседними вальцами либо между вальцами и контроножами. При необходимости выпуска щепы или дроблёной древесины в соответствии с жёсткими размерными параметрами внутри корпуса шредера устанавливаются сортировочные решётки с отверстиями необходимого размера.

Для измельчения древесины используются также молотковые дробилки. Они устанавливаются как оборудование второго ряда, так как не могут перерабатывать продукцию произвольных размеров. Основное их назначение — это гомогенизация древесного топлива для придания большего соответствия требованиям конкретной котельной установки. Как самостоятельное оборудование молотковые дробилки используются крайне редко.

На лесосеках для одновременного сбора, измельчения лесосечных отходов и перемещения полученной топливной щепы к месту хранения используют мобильные рубительные машины. Состав их оборудования традиционно включает манипулятор с грейферным захватом, систему подачи сырья — цепную или роликовую, рубительную машину, как правило, барабанную, пневмопровод для щепы, контейнер объёмом 5-7 м³ с системой опрокидывания.

При обработке больших скоплений сырья используют мобильные рубительные машины, включающие только рубительный модуль и систему выброса щепы. Они оснащаются собственным двигателем и системой подачи сырья. Готовая же щепа подаётся на кучевое хранение. Для переработки небольших объёмов сырья используют навесные системы, состоящие из рубительной машины и системы выброса щепы. В качестве привода обычно используется вал отбора мощности общепромышленного трактора. При горизонтальной подаче длинномерного сырья (досок, реек, тонкомерных стволов) из-за взаимодействия ножей и длинномерного сырья его свободные концы начинают раскачиваться в вертикальной плоскости и могут нанести травмы оператору. Поэтому для рубительных машин без системы механической подачи лучше использовать вертикальную загрузку.

После измельчения готовая щепа или дроблёное топливо направляется при помощи транспортёра к месту накопления или хранения. Для перемещения щепы используют транспортёры всех имеющихся видов: пневмотранспортеры, шнековые, скребковые (на базе цепных), ленточные (как вариант ленточные тубуляторы). При больших расстояниях перемещения используют пневмотранспортёры и ленточные, при небольших (до 40 м) — скребковые и шнековые. По сравнению с кусковым топливом процесс изготовления щепы проще поддаётся автоматизации и позволяет точнее дозировать в соответствии с необходимой тепловой мощностью.

Топливные гранулы (пеллеты)

Сырьём для производства топливных гранул (пеллет) является древесина хвойных пород. Источниками сырья служат лесопильные и деревообрабатывающие производства, а также балансовая древесина, выбракованный пиловочник, низкокачественная древесина, тонкомерный неликвид. От лесопильного производства могут использоваться как сыпучие — опилки, стружка, щепа, так и кусковые отходы — кромки, оторцовки, горбыль. При поставке лесопильных отходов должно соблюдаться требование отсутствия коры. Для снижения уровня зольности топлива рекомендуется использовать окоренное сырьё и оговаривать это требование в договоре поставки щепы и отходов. Удаление коры из массы щепы практически труднореализуемо. При поставке круглых лесоматериалов кора может удаляться непосредственно в процессе подготовки сырья к выработке топливных гранул.

К топливным гранулам предъявляют обширный спектр достаточно жёстких требований. Главным, с точки зрения их эффективного использования, является энергосодержание.

Размерные показатели гранул определяют возможность их применения на оборудовании потребителя. Кроме указанных, предъявляется ряд требований по влажности и содержанию химических загрязнителей — серы, азота, хлора. Древесные гранулы с высоким содержанием коры склонны к разрушению, особенно в условиях переменной влажности, одновременно растёт и зольность гранул. Особенностями производства являются увлажнение измельченного сырья до влажности 12% перед подачей в пресс-гранулятор и необходимость достаточно медленного охлаждения гранул после выхода из гранулятора.

Технологические перемещения сырья производятся при помощи пневмотранспортных устройств и шнековых транспортёров. Подача тепла для сушки исходного сырья может осуществляться за счёт внешних энергоносителей, но достаточно часто для нагрева воздуха используется часть потока исходной щепы, объём которой зависит от влажности поступающего сырья.

В целом технологический процесс производства топливных гранул обычно полностью автоматизирован и механизирован, процессы подачи и дозирования сырья, тепла, воды регулируются в зависимости от исходного состояния щепы.

Основным оборудованием для производства гранул являются прессы-грануляторы. Используются две конструкции прессов: с плоской горизонтальной матрицей и вертикальной цилиндрической матрицей. Прессующие вальцы, взаимодействуя с матрицей, продавливают древесину через фильеры матрицы. Древесина взаимодействует со стенками фильер и сжимается, разогревается лигнин древесины, плавится и склеивает отдельные частицы древесины в гранулы.

Другим специфическим оборудованием являются охладители топливных гранул после их прессования. Медленное охлаждение необходимо для исключения растрескивания поверхности гранул из-за чрезмерного температурного градиента и создания условий для охлаждения испарением влаги из гранул, а не высвобождением её разрывом тела гранул. Устройство охлаждения часто совмещается с упаковочным устройством. Иногда охлаждение гранул производится в закрытом транспортёре, по пути движения к упаковочному устройству.

Остальное оборудование для производства топливных гранул не является специфическим и применяется во многих отраслях — рубительные машины, бункеры, различные транспортёры, преимущественно закрытого исполнения, барабанные сушилки, циклоны, молотковые мельницы, трубопроводы, упаковочные аппараты, а также мобильные погрузчики — ковшовые и вилочные.

При внешней простоте выработка топливных гранул требует высокой культуры производства, точного следования технологическим нормативам. В настоящее время рынок топливных гранул в основном экспортный, но по мере роста благосостояния населения, увеличения количества индивидуальных домов сформируется и внутренний рынок России.

Брикеты

Топливные брикеты в целом по свойствам аналогичны топливным гранулам. Поэтому требования к сырью и его возможные источники аналогичны: предпочтительный породный состав — древесина хвойных пород; источники сырья — лесопильные и деревообрабатывающие производства; балансовая древесина, неликвидная древесина; размерные характеристики — сыпучие и кусковые отходы; содержание коры не более 5%. Допустимый уровень содержания коры в исходном сырье позволяет использовать для производства крупные лесосечные отходы. Рекомендуемая влажность сырья — 50-60%. Следует избегать сырья, загрязнённого минеральными включениями и различными покрытиями.

Широко распространено производство топливных брикетов из смеси древесины и угля, торфа, растительного сырья, нефтепродуктов, парафинов. Как правило, такие брикеты имеют высокую теплоту сгорания, но худшие показатели по содержанию серы и азота.

Наиболее распространённая форма брикетов — цилиндрическая, диаметром 70-100 мм. Поверхность брикетов плотная, без нарушений сплошности. Тёмный, иногда практически чёрный, цвет некоторых видов брикетов обусловлен особенностями технологических процессов прессования — высоким давлением, нагревом и контактом с воздухом. В таких брикетах наружный обугленный слой служит водоизолирующим покрытием, что повышает стабильность брикетов.

Оборудование для изготовления топливных брикетов позволяет создавать предприятия с небольшим объёмом выпуска — минимум 50 кг/час и чаще всего нацелено на использование отходов лесопиления или деревообработки. Поэтому производств с использованием круглых лесоматериалов встречается немного.

Для производства древесных топливных брикетов необходимо измельчение до размеров частиц 1-3 мм — молотковые мельницы для щепы, для круглых лесоматериалов — окорка и измельчение; сушка измельчённой древесины до оптимальной влажности — 10-12% (минимум 4%) или предельной — 16%; брикетирование, для экструзивных брикетов — выстойка и охлаждение, упаковка и хранение готовой продукции, отгрузка. Тип приёмных устройств перерабатывающих линий зависит от вида сырья. Для сыпучих материалов применяют бункерные приёмники, для круглых — разобщители брёвен и бревноподатчики. При необходимости обработки долготья устанавливают раскряжёвочный модуль. Круглые лесоматериалы необходимо окорить, для этого применяют роторные окорочные станки. Подготовленные сортименты подают в рубительную машину и получают щепу. Сырьё с лесопильно-деревообрабатывающих производств обычно поступает в виде смеси — опилок, щепы, кусковых отходов. Для качественной переработки и уменьшения энергозатрат такое сырье обычно сортируют и затем опилки и щепу направляют непосредственно на измельчение, а кусковые отходы — сначала в рубительную машину, а затем — на измельчение.

Сушка гомогенизированного сырья проводится для обеспечения заданного качества конечной продукции. Оптимальные условия для брикетирования создаются при влажности 10-12%. При влажности сырья меньше 4% снижается пластичность частиц древесины и брикеты получаются склонными к рассыпанию. При влажности свыше 16% происходит разрыв поверхности брикетов парами воды при выходе из пресса. Для снижения затрат на сушку сырья можно организовать выдержку сырья, но это требует длительного времени и существенных площадей.

Сушку производят в барабанных сушилках с противотоком сушильного агента и сырья.

Подготовленное сырьё подается в прессы для брикетирования. Выпускаются прессы трёх видов: гидравлические, механические, шнековые. Гидравлические прессы создают наименьшие рабочие давления — 30-40 МПа, действуют циклически и формируют отдельные брикеты. Механические работают непрерывно, создают большие давления 40-60 МПа. Шнековые прессы развивают наибольшие давления 100-110 МПа, работают непрерывно, брикет имеет центральное отверстие, формирующие фильеры, подогреваются до 200 °С. Для создания крупномасштабных производств рекомендуются прессы механического действия, их единичная мощность может достигать 2 т/час. При этом они неприхотливы в работе, не требуют выстоечных линий, имеют сравнительно небольшие энергозатраты на единицу продукции. Брикеты, получаемые на шнековых прессах, имеют наибольшую плотность — до 1400 кг/м³ и высокую стойкость к влажности. Гидравлические прессы имеют ограниченную производительность, получаемые брикеты не могут долго храниться и требуют стабильных условий хранения.

Брикеты, выходящие из пресса непрерывной трубкой, делят на равные отрезки круглой пилой. Если равных отрезков не требуется, то брикеты отламываются под собственным весом или от контакта с направляющим профилем.

Топливные брикеты имеют большие возможности для распространения и находят сбыт внутри России. Производство в целом требует меньше капитальных затрат, следовательно, при организации коммерческого производства древесного топлива это направление будет достаточно эффективным и стабильным.

Факты

Самая большая дробилка длиной около 16 метров, высотой около 4 метров и весом в 37 тонн может всего за 10 минут перемолоть большой метеорит, упавший на Землю, превратив его в гравий.

Считается, что самой первой изобрели щековую дробилку. Её использовали для раскалывания орехов. Изобрели такое устройство еще в начале XIX века. Тогда щековая дробилка для колки орехов стала очень популярной в светских кругах. А саму дробилку даже описал Гофман в своей сказке «Щелкунчик».

Первую промышленную дробилку выпустили в середине XIX века в США, благодаря желанию уйти от ручного труда, а также сократить затраты на процесс дробления. Самой последней изобрели стержневую дробилку. Произошло это в 1859 году в Англии.