ОГЛЯД ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОПАЛИВА.
Обладнання для виготовлення біопалива
Далеко не всі постачальники обладнання для виробництва біопалива практикують комплексну його поставку, пропонуючи, таким чином, користувачам самостійно долати лабіринти технічних рішень. Та, невелика частина постачальників вітчизняного обладнання, яка все ж пропонує все потрібне для створення технологічної лінії або й частину всього, спирається переважно на власні уявлення або напрацювання. Здебільшено пропонують відтворення відомих машин, ну можливо дещо вдосконалених (і не завжди вдало), але часто без урахування сучасних трендів розвитку, бо можливості їх відтворення обмежуються застарілим технологічним обладнанням. Імпортне обладнання зазвичай більш досконале і значно більше коштує, але не завжди надає бізнесові переваги.
Більша ж частина постачальників обладнання пропонує продаж тільки головних, визначальних для технології агрегатів (прес, гранулятор, тощо) із потрібного для технологічної лінії, перекладаючи тим самим на користувачів обов’язок самим підібрати решту необхідного з об’ємного переліку пропозицій універсального обладнання та сформувати з усього виробничу лінію. Найпростіший при цьому шлях – це подивитись будь-яке діюче виробництво та скопіювати його з усіма перевагами та вадами. Зважаючи на різновиди сировини, відмінності палива, яке має вироблятися, та різновиди пропозицій обладнання, сформувати оптимальну виробничу лінію для новачка майже нереально, тому копіювання вже працюючого мабуть і не самий поганий шлях, але і не найкращий.
Спробуємо обґрунтувати.
Тож повна структура технологічної лінії складається з подрібнювача, сушарки, преса або гранулятора, охолоджувача, пакувального обладнання та транспортно-накопичувальних пристроїв, які зв’язують перелічене обладнання в лінію.
Іноді лінію складають і без деяких із вказаних вище механізмів, але за умов, коли вихідна сировина це дозволяє. Так, тирсу або лушпиння можна не подрібнювати, а хмиз та тріску обов’язково; лушпиння, здобуте при виробництві олії – не сушити, а відходи деревини обов’язково подрібнюють і сушать. Деревину потрібно подрібнювати може й не в одному механізмі та майже завжди позбавляти надлишків вологи, отож і ці агрегати доцільно ув’язати в технологічну лінію.
Задля проектування лінії потрібно виконати наступне:
По-перше, визначитись із сировиною, що планується для перетворення в біопаливо. Окреслюючи масштаб першого кроку лише наведемо перелік тієї сировини, з переробкою якої доводилося стикатися нам, розуміючи, що він не є вичерпним: це відходи заготівлі деревини тобто деревина у вигляді тирси, тріски, хмизу,та іншого обрізу що утворюється під час обробки деревини, солома різноманітних злаків, костра льону, комбайновий відсів та лушпиння соняшнику, відсів обмолоту різних злаків, комиш, торф, вивільнений лігнін, вуглець, вугільний пил, пташиний послід, екскременти свиней та кролів, борошно з кісток тварин та навіть стовбури бавовни.
По-друге, визначитись, в якому вигляді обрана сировина буде потрапляти на переробку та обумовити своєрідний стандарт на її стан (розмір, домішки, забруднення) з урахуванням допустимих відхилень від нього. Владнати відносно цього порозуміння з постачальниками сировини.
По-третє, визначитись щодо вологості сировини під час постачання, обмеживши допустимі її значення та досягти порозуміння із постачальником про корегування ціни на сировину в разі значного відхилення показників вологості. Узгодити засоби контролю вологості сировини. Скласти технічні умови щодо накопичення та зберігання сировини і не тільки, запобігаючи подальшому накопиченню нею вологи, а і передбачити поточне підсушування її (ворушінням, примусовим вентилюванням, тощо).
По-четверте, визначитись з обладнанням для вивантаження сировини із зберігання та скерування його в переробку. Та й на загал, сформувати уявлення щодо співвідношення механізованої та фізичної роботи персоналу під час обслуговування лінії.
По-п’яте, визначитись з розмірами складу зберігання готової продукції, умовами ощадливого її збереження та в якому вигляді і яким чином паливо планується відвантажувати споживачам.
Відповіді на ці питання формують уявлення щодо структури лінії та надають можливість сформувати номенклатуру потрібного основного та допоміжного обладнання. В наведеному переліку системного обладнання першу сходинку займає дробарка та це не означає, що подрібнення є першою вагомою технологічною операцією. Саме аналіз даних, отриманих під час проходження п’яти вказаних вище кроків, надає підгрунтя для визначення початкового агрегату проектуємої лінії. Ним може бути дробарка, а може й сушарка та існують і такі види сировини які не потребують попередньої обробки.
Дробарки
Підбір дробарок залежить від матеріалу сировини її вхідних розмірів, потрібного ступеня подрібнення, вологості та здатності дробарки забезпечити потрібну фракцію. Інколи для отримання бажаного необхідне послідовне використання декількох дробарок різних можливостей.
Отриманню бажаного дробаркам заважають надлишкова вологість, нестабільність фракційного стану сировини, низький ресурс робочих органів дробарок, недостатня виробнича потужність, відмови обладнання внаслідок якості як сировини, так і самої дробарки, вразливість дробарки до потрапляння в неї разом з сировиною предметів, здатних вивести дробарку з ладу.
Використання подрібнювача, можливості якого не відповідають параметрам продукту, що підлягає подрібненню, може, щонайменше, привести до не найкращих показників не тільки процесу подрібнення, але й лінії в цілому, а саме: заниженню її виробничої потужності та зависокому споживанню енергії або й загалом до нерентабельності виробництва. Втім, можлива ситуація, за якою дробарки взагалі нездатні подрібнити сировину через її надвологість і тоді першим агрегатом в лінії стає сушарка. Сушарки не є агрегатами з універсальною спроможністю висушувати все, що завгодно, хоча й існує досить велика їх різноманітність, яка дозволяє знайти необхідне рішення. Втім, у виробництві біопалива використовується досить обмежена їх номенклатура. Можливості сушарок розглянемо в наступних розділах та поки відмітимо, що висушити сировину таки можливо і методів для цього достатньо, але, загалом, потрібно рахувати доцільність витрат.
Зазвичай для виробництва біопалива використовують:
– ножові млини – переважно за потреби подрібнення стеблових рослин. Подрібнення в них відбувається межи ножів, що переміщуються назустріч один одному, або одна частина ножів рухома, а друга ні. Ножові дробарки дозволяють отримувати досить дрібну фракцію сировини та чим менша фракція, тим більше часу потрібно для її здобуття. На практиці в таких дробарках встановлюють ситові класифікатори, які обмежують вихід крупнішої фракції. Такі дробарки чуттєві до вологи біологічної сировини та при значній вологості схильні до залипання як по ножах, так і по класифікатору;
– молоткові дробарки, інструментом дроблення в яких є молотки, які під дією центробіжних сил отримують радіальне положення та рушать сировину, зустрічаючись з нею. В молоткових дробарках також встановлюються ситові класифікатори, які обмежують можливості дробарок за вологістю. Дещо краще по вологій сировині працюють декові дробарки, які влаштовані як і молоткові та з додатково встановленими в них так званими деками;
– комбіновані дробарки, в яких попереднє подрібнення стебел, наприклад, соломи відбувається в ножовому механізмі, а зменшення фракції – вже в молотковому;
– шредери, які використовуються для попереднього подрібнення, наприклад, деревини або великостеблових травоподібних рослин. Дроблення в таких механізмах відбувається спеціальними фрезами, які перетворюють, наприклад, деревину на тріску. Шредери доцільно використовувати для попереднього подрібнення матеріалу, після якого він набуває більш технологічних розмірів, і для підсушування перед наступним додрібненням і саме для додрібнення.
– комбіновані дробарки, на кшталт послідовно встановлених шредера та молоткової дробарки або дезінтегратора;
– дезінтегратори – особливий тип обладнання, пояснення щодо принципу дії, устрою та можливостей якого присвячено досить уваги на цьому сайті;
шредери та дезінтегратори менше залежать від вологи, але обтяжені іншими обмеженнями.
Відомі також технічні рішення, які дозволяють частково подолати високу вологість при користуванні дробарками інших вказаних вище типів, але й вони мають свою межу.
Підбір дробарки – відповідальне рішення, яке впливає на результативність проектів щодо біопалива в цілому.
Сушарки
Ринок пропонує три основних типи сушарок, що використовуються при виробництві біопалива: барабанні або транспортерні (як різновид, подібний за принципом дії), аеродинамічні та кінетичні.
Сушарки барабанного типу мають значні розміри та вагу, внаслідок чого вони досить дороговартісні. Втім, вони дозволяють вести сушіння до отримання потрібного результату. Та суттєве їх розповсюдження обмежується габаритами, які тим більші, чим більша їх продуктивність аби більше вологи вони випаровували.
Сушарки використовуються в комплексі з теплогенераторами. Процес в них можливо вести до досягнення результату, що дозволяє якісно підготовити сировину до наступних операцій. Але від вологості за рівних умов залежить продуктивність сушіння: більша вологість – менша продуктивність. Або більша вологість – більші габарити сушарки. Та в обидвох випадках більша вологість – більша потреба в теплі. Тож гарна сушарка та, де теплова енергія використовується з найбільшою користю, а не витрачається не ефективно. Тож і сама сушарка і теплогенератор для неї потребують ретельного запобігання втратам тепла і тільки такими сушарками доцільно комплектувати лінії. Такі придбання цілком виправдані. До речі, сировина, яка оброблюється в таких сушарках, може бути відносно габаритною.
Аеродинамічні сушарки також досить габаритні за розмірами, але менш важкі. Сировина до них подається вже подрібненою до ступеню, коли її частинки можуть бути перенесеними потоком підігрітого повітря (а це ще потрібно зробити долаючи технічні проблеми). Параметри потоку мають бути достатніми для переносу часток, або частки мають бути малими з тією ж ціллю, а температура теплоносія достатня задля висушування часток впродовж досить обмеженого часу знаходження сировини в сушарці. Аеродинамічні сушарки можуть бути одно та багатоконтурними. Від кількості контурів залежить кількість вологи, що висушує сушарка. Втім, можливість регулювання таких сушарок з оперативної зміни режимів досить обмежена та залежить від температури теплоносія, швидкості потоку та кількості часток, що одночасно перебувають в ньому.
Налаштувати таку сушарку на потрібний результат непросто, але можливо що й обумовлює використання таких сушарок. До того, під час підбору сушарки для лінії потрібно враховувати , що сировина для сушіння в таких сушарках має бути дрібною ще до сушіння.
Кінетичні сушарки використовуються досить не часто. Принцип дії такої сушарки базується на фізичних та біологічних ефектах досі теоретично не обґрунтованих, але тим не менш існуючих.
Кінетичне сушіння відбувається під час високоенергетичного подрібнення сировини в спеціальних машинах дезінтеграторах, які розроблялися як подрібнювачі, та виявилися здатними ще й сушити сировину.
Під час подрібнення матеріалів в таких пристроях відбувається значне зменшення площі поверхні та об’єму часток матеріалу, що утримували вологу до початку подрібнення. Волога вивільнюється внаслідок ефекту Ранка та інших більш відомих ефектів, випаровується за рахунок тепла супутнього процесу подрібнення, а біоматеріал, окислюючись, активізує лігнін, що позитивно впливає на формування палива і подальше його використання.
Таке сушіння має обмежену зону позбавлення сировини від вологи та має деяку привабливість, яка виправдовує його використання. Недостатнє висушування може бути компенсоване комбінацією цього методу сушіння з іншими відомими методами. Для досушування можуть бути задіяні інші пристрої або множинне перепускання сировини крізь дезінтегратор.
Вибір сушарки – важливий етап проектування та й підвищення доцільності виробництва твердого біопалива.
Пресове обладнання
Ринок пропонує декілька основних видів обладнання: для виробництва пеллет – гранулятори з кільцевими та пласкими матрицями та для виробництва брикетів – шнекові преси «ПІНІ-КЕЙ», преси так званої ударної дії «НЕСТРО» та гідравлічні преси «РУФ».
Гранулятори з кільцевою матрицею – це досить досконалі машини, створені на базі обладнання для виробництва кормових гранул для тваринництва і птахівництва. Вони обладнані ефективними та досконалими вузлами накопичення та подавання сировини, зволоження та змішування її, подавання на пресування і самого пресування. В них гарно організований збір просипу, подавання пеллет на охолодження та відсів дрібного.
Усе викладене стосується постачальників комплектного обладнання. Ті ж, хто намагаються пропонувати тільки гранулятори, створюють для своїх покупців проблеми, які потім потрібно важко, але вимушено долати.
Пресуючі інструменти грануляторів зазвичай уніфіковані. На ринку широко представлені такі інструменти високої якості, переважно імпортного виробництва.
Гранулятори з пласкими матрицями на місцевому ринку в першу чергу наповнюють сегмент, що потребує обладнання відносно малої виробничої потужності. Існують також і потужні гранулятори з пласкою матрицею, але в умовах України вони поки мало розповсюджені. Таким грануляторам притаманні деякі недоліки, похідні від конструктивної схеми, та втім, це не робить їх непридатними для використання.
При використанні грануляторів з невеликими діаметрами філь’єр фракція сировини потребує менших, ніж для брикетування розмірів.
Брикети «ПІНІ-КЕЙ» – це паливо з високими споживчими властивостями та з досить високою здатністю утворювати тепло, має високу щільність, відрізняється незначною гігроскопічністю. Такі брикети першими з’явились на ринку, тому займають таке собі почесне місце неофіційного еталону.
Виробляються такі брикети на шнекових пресах досить простих та надійних і разом з тим таких, що мають неабиякі недоліки, які в решті решт формують значну собівартість продукції. Наразі, виробництво таких пресів в Європі, яка керується риночними критеріями, припинено. Силовим робочим органом такого пресу є шнек – досить дороговартісний виріб, який, аби відповідати умовам використання, виготовляється шляхом механічної обробки із високоякісного матеріалу, що має високу стійкість до абразивного зносу. Шнеки піддаються термічній обробці, але не дивлячись на це ресурс такого виробу порівняно малий.
Експлуатація шнеків продовжується використанням змінних насадок для зони силового зносу задля заміщення зношених витків або піддаються оновленню шляхом наплавлення. Та втім, проблема зношення не піддається радикальному вирішенню, що і створює одну зі статей високих експлуатаційних витрат.
Другою статтею є необхідність підігріву сировини для створення умов виділення лігніну. Внаслідок короткочасного перебування сировини в зоні нагріву тепловий режим нагрівача значно вищий, ніж температура в 150-1600С, яка необхідна для виділення лігніну при відносно сухій сировині та перевищує температуру загоряння сировини. Процес нагріву відбувається із активним виділенням летючих речовин, не тільки забруднюючих повітря робочої зони, але і за деяких умов, небезпечних до загоряння. На поверхні брикетів в деякій мірі з’являється тонкий прошарок обпалення, що надає брикетам додаткову вологостійкість. Потужність нагрівача, за енергоспоживанням, як правило електричного, співвідносна до потужності головного приводу пресу, що підвищує собівартість продукції.
На ринку України шнекові преси продаються досить часто. Виробляються вони в Україні, Білорусі, Польщі, Китаї. Зазвичай такі преси мають досить низьку виробничу потужність в 100-300кг на годину. Шнекові преси більш високої продуктивності мають неспіврозмірно вищу питому ціну, ніж малі преси.
Виробляти брикети на таких пресах доцільно з урахуванням рентабельності таких виробництв.
Зазвичай брикети ПІНІ-КЕЙ виготовляються з отвором вздовж вісі брикету. Площа розтину такого брикету менша, ніж у суцільного, що зменшує термін горіння таких брикетів..
Брикети НЕСТРО традиційно мають дещо нижчі за попередній прес якісні характеристики палива, що виробляється, та з тим їх виробництво дешевше. А останнім часом створені ще й технології, які дозволяють отримувати НЕСТРО, що вищі за якістю еталонних брикетів ПІНІ КЕЙ.
Виготовляються такі брикети на пресах «ударної дії». Так називають кривошипно-шатунні преси простої дії, що забезпечують більше 200 ходів за хвилину. Кожним ходом подається невеличка додаткова порція сировини. На останньому етапі кожного стискання відбувається проштовхування стиснутої загальної брикетної заготівки крізь формуючу філь’єру.
Сила стискання порції сировини відповідає зусиллю, що потрібне для подолання тертя брикетної заготівки під час протискання її крізь канал філь’єри. Сила тертя в свою чергу залежить від сили пружного спротиву стисканню та коефіцієнтів тертя, що належать матеріалам філь’єри та сировини.
Під час стискання сировини має значення довжина каналу, бо процес, що відбувається подібний процесу гідравлічного спротиву рідини під час її руху, наприклад в трубах, і там, і тут чим довший канал, тим більший супротив. Втім, його можливо рахувати, спираючись на закон Бернуллі.
Частина роботи пресу на стискання сировини перетворюється в тепло, яке забезпечує вивільнення лігніну. Лігнін, скріплюючи частки маси, компенсує сили пружності, зменшуючи сили тертя.
Описаний процес є доволі складним та багатофакторним. Зміна будь-якого з нижче вказаних параметрів або деяких з них в довільному сполученні, потребує змін налаштувань процесу пресування. Це:
– зміна спротиву просуванню сировини
– зміна її вологості;
– зміна матеріалу взагалі або його стану;
– зміна фракційного складу сировини.
Наприклад, подавання сухої сировини підвищує спротив, зменшує кількість ходів іноді аж до повної зупинки пресу. Або, якщо подати зовсім суху сировину, лігнін з якої не виділяється, то сировина хоч і спресовується (тобто, приймає форму каналу), але не скріпиться та по виходу з каналу брикетна заготівка зруйнується, порушуючи пресування. Процес зупиняється та потребує, щонайменше, зволоження сировини. А це втрата часу та темпу роботи і, як наслідок – додаткові загальні витрати. Дешевше налагодити постійний контроль якості сировини.
Під час недостатнього стискання сировини, яке залежить від різних складових процесу, серед яких і параметри конічної частини каналу, сили тертя при проходженні сировиною каналу можуть бути недостатніми, внаслідок чого щільність та міцність брикету зменшуються.
За рахунок динаміки процесу та вимушеного використання маховиків, енергоспоживання пресів НЕСТРО нижче, ніж у шнекових пресів. До того ж, не потрібно застосовувати нагрівача, що дозволяє питоме споживання електроенергії в середньому в 2 рази менше порівняно з ПІНІ-КЕЙ.
Робочі органи таких пресів простіші та технологічніші, ніж шнеки, мають значно більший ресурс та меншу собівартість їх виготовлення.
Більшість виробляємих в Україні моделей пресів НЕСТРО сконструйовані на базі імпортних аналогів, які приймалися за основу на різних стадіях еволюції конструкцій у первинних виробників, саме тому вітчизняні моделі суттєво відрізняються від сучасних імпортних аналогів і далеко не завжди на краще. Місцеві виробники вносять особисті удосконалення, які, на жаль, досить часто псують попередні характеристики пресів.
Значною проблемою для користувачів таких пресів є невідповідність їх вказаним виробником характеристикам по продуктивності. І чим більше обмежень вказує постачальник в паспорті на виріб, які у разі їх порушень користувачем знижують характеристики пресу, тим більше це свідчить про те, що виробник не впорався з конструкцією, чим привів до зниження ним же гарантованих параметрів пресу. Якщо користувачу і вдається запобігти втратам з організаційних приводів, то помилки в конструкціях систем подачі сировини нівелюють можливість досягти продуктивності, що завищує собівартість його продукції.
Зустрічаються іноді помилки вдосконалень, які в наступних зразках продукції того ж виробника виправляються, але відокремити досконалий зразок від недосконалого потребує не абиякої кваліфікації.
Втім, технологія виготовлення брикетів в пресах НЕСТРО на сьогодні є оптимальнішою, порівняно з іншими моделями пресів. Удосконалений або виготовлений з виправленням виявлених недоліків прес дозволяє отримувати високоякісний брикет та надійну роботу обладнання з позитивними показниками в собівартості продукції.
Брикети РУФ виготовляються на пресах, які реалізують технологію силового вивільнення лігніну. Якість брикетів залежить від параметрів пресу. Саме від зусилля, на яке здатен прес та параметрів пуансону і матриці залежить щільність та спроможність генерувати тепло цими брикетами. Результат пресування тим вищий, чим вищий питомий тиск під час пресування.
Зазвичай для РУФ використовуються гідравлічні преси. Тут повною мірою використовується приналежна гідравліці особливість досягати максимального тиску при роботі в упор. Має значення зусилля, на яке спроможний даний прес та деяка витримка під максимальним тиском, що потрібна для вивільнення лігніну, склеювання часток сировини, компенсування пружності стиснутого матеріалу.
Теоретично брикети, сформовані гідравлічним пресом, можуть забезпечити високу щільність за умов достатності зусилля пресу. Але для цього потрібні значні силові характеристики пресу, співвіднесені до розмірів виробляємих брикетів для забезпечення питомих зусиль та продуктивність, обмежена часом, потрібним для утримування їх під тиском. Переважно виробництво брикетів РУФ є найбільш стабільним технологічним процесом пресування, але і в цьому випадку бажано мати стандартизовані параметри сировини з фракційного складу та вологості.
При виготовлені брикетів РУФ, які з практики таки мають меншу щільність, ніж ПІНІ-КЕЙ та НЕСТРО, з’являється додаткова потреба пакування брикетів з метою запобігання їх зволоженню через порівняно високу пористість, що всмоктує повітряну вологу під час зберігання.
Успіх виробництва пресованого біопалива тим більший, чим більш кваліфіковано вирішені питання технології виробництва і підбору інструментів її реалізації. Одним з головних факторів при цьому є збалансованості вагомих якостей усіх механізмів, які включено в технологічну лінію і відповідають їй. Не менш важлива досконалість обладнання, якою не завжди наділені окремі машини, що пропонуються ринком.
Критичний аналіз основних типів обладнання, яке використовується, не дивлячись на його практичну результативність, виявляє і деяку недосконалість конструкцій з точки зору законів фізики.
Конструкції хоча й функціональні, але не завжди побудовані з урахуванням законів природи і тому мають потенціал покращення з погляду на підвищення рентабельності їх роботи. І це, не зважаючи на технічні прорахунки, які також суттєво впливають на результати їх використання.
Преси ПІНІ-КЕЙ
Брикети ПІНІ-КЕЙ найчастіше мають 4-х, 6-ти, 8-ми гранну форму поверхні із круглим отвором в середині брикету. Зовнішня поверхня брикетів значною мірою обпалена, внутрішня – також обпалена в меншій мірі, але й там поверхня темного кольору. Постачальники таких брикетів відносно них використовують брендову назву Євродрова та наполягають, що їхня форма та приналежні їм властивості надають переваги над аналогічними видами палива, а саме: грані на поверхні дозволяють щільніше складати їх під час транспортування та зберігання, обпалена поверхня та значна щільність брикетів затрудняє їх зволоження, отвір в середині дозволяє збільшити попадання повітря під час спалювання і тим самим покращує процес. Безумовно, що вказані відмінності брикетів, які пропагуються постачальниками як вирішальні принади їх, хоч і впливають на процес використання, та насправді не мають нічого спільного з вирішальністю. Скажімо так, що особливості форми не є цілеспрямованими принадами, а лише наслідками конструктивних рішень, без яких прес не набув би можливості виконувати свої функціональні задачі.
Грані на поверхні брикету в першу чергу пов’язані із прийнятим методом пресування. Тільки в пресах ПІНІ-КЕЙ використовується додатковий розігрів каналу пресування або, якщо точніше, каналу стабілізації брикетної заготівки що обумовлено недостатнім нагріванням сировини в умовах пресування шнеком. Задля компенсації цього саме канал підігрівається, а точніше й перегрівається ТЕНом, що потрібне у зв’язку з коротким проміжком часу перебування сировини в каналі. Саме висока температура підігріву призводе до обпалювання поверхні брикету, що не погіршує якість брикету та саме це призводить до підвищення виділення легкозаймистого газу з заготівки який не тільки насичує повітря та стає й причиною займання пожежі що характерно саме до таких виробництв. Окрім того нагрів втулки знижує коефіцієнт тертя між втулкою та сировиною то можливо для запобігання провертанню її і були заподіяні грані ( для підвищення спротиву просуванню, який на цьому етапі ще не зайвий.
Так, брикети на грані вкладаються щільніше, ніж тіла обертання, але за рахунок внутрішнього отвору брикету перевага практично нівелюється. Насипна щільність, або так званий складометр, брикету НЕСТРО не нижчий, ніж такий самий об’єм брикету ПІНІ-КЕЙ.
Внутрішній отвір таких брикетів – це вимушена міра у зв’язку з тим, що зона брикету, яка співпадає за розміром з обертовим валом шнеку, який там є безвитковим і тому не транспортує масу в напрямку переміщення, яке забезпечує шнек, формуючи нещільну порожнину. Тому вал шнеку цілком доцільно продовжується, що і забезпечує формування центрального отвору в брикеті та ущильненя центральної частини брикету. Виготовлення граней по внутрішньому отвору конструктивно та технологічно не проста та не дешева справа, яка призводить до суттєвого подорожчання вартості виготовлення робочого інструменту шнекового пресу в додаток до того, про що вже вказувалося раніше. Саме тому розробники шнекового пресу і створили ті принади, які зараз набули в рекламі значення переваг.
Реальною перевагою конструкції шнекового пресу над конструкціями РУФ та НЕСТРО є відсутність зворотних рухів інструменту і це діалектична перевага, але вона нівелюється у зв’язку із силовим контактом сировини з передньою частиною шнеку – тією самою, яка впресовує масу, що виходить із шнеку в попередню брикетну заготівку в умовах силового тертя-ковзання. Саме це місце шнеку потребує зносостійкості поверхні, щонайменше, фронтальних витків шнеку.
На жаль, засобів протидіяти зносу від силового тертя ще не знайдено. Відтіля і низький ресурс стійкості шнеку. До речі, виготовлення міцного шнеку, який має низьку шорсткість по робочій поверхні витків шнеку, також не просто та й не дешево.
Преси РУФ
Прес РУФ виконується за класичною схемою гідравлічного пресу, що працює на стискання «в упор». Робота механізмів, включених до такого пресу, вкладається в функції заповнення ємності матриці сировиною, стискання цієї сировини пуансоном пресу та виштовхування брикету з матриці. Як і більшість силових гідравлічних механізмів, прес виконує зворотно-поступальні рухи. Матриця пресу РУФ виконується двопозиційною. Поки ємність першої частини матриці заповнюється сировиною, в іншій відбувається стискання сировини. Така конструкція дещо скорочує цикл роботи та підвищує продуктивність пресу. Силовий гідроциліндр пресу працює за схемою, коли рух штоку відбувається за мінімально достатнього тиску, а під час підвищення спротиву з боку стискаємої маси тиск в циліндрі підвищується до максимального, яке може забезпечити маслостанція пресу, або до обмеження налаштованого запобіжним клапаном.
Зазвичай прес проектується та налаштовується так, щоби брикет сформувався та скріпився. Саме для цього сировина витримується під тиском впродовж потрібного для цього часу. Під час налаштування відбувається пошук оптимального співвідношення між продуктивністю процесу та щільністю брикету, яку забезпечують на догоду продуктивності за мінімально прийнятній щільності. Підвищення щільності підвищує енергоємність процесу та знижує продуктивність.
В цілому РУФ забезпечує виконання завдання, але менш раціональним ніж ПІНІ-КЕЙ засобом, у якого відсутні холості ходи.
Ресурсні показники у гідравлічного пресу вищі не тільки показників ПІНІ-КЕЙ, але й НЕСТРО, що є наслідком більшої поверхні, якою відбувається стискання сировини, тобто меншого порівняно з НЕСТРО питомого тиску на одиницю площі матриці та пуансону.
Перевагою пресу РУФ є більша, порівняно з іншими конструкціями, стабільність процесу пресування. Недолік – це низька щільність брикету, його гідрофобність та нераціональна кінематика з її робочими та холостими ходами і необхідність використання антигідрофобного пакування брикетів.
Виготовлення пресу РУФ потребує досить високої культури виробництва та дороговартісного оснащення, що обмежує виробництво таких пресів в гаражних умовах, забезпечуючи досить високу їх репутацію у користувачів.
Преси НЕСТРО
За засобом формування брикету у вигляді безкінечної брикетної заготівки та напрямку зусиль, що формують брикет, НЕСТРО та ПІНІ-КЕЙ подібні. З кінематики робочого органу НЕСТРО подібний РУФ, але загальні кінематичні схеми пресів різняться між собою.
Зворотно-поступальний рух РУФ це зворотно-поступальне переміщення штоку гідроциліндра. Робочі рухи НЕСТРО забезпечуються кривошипно-шатунним механізмом. В обох випадках на один продуктивний хід припадає один холостий.
В цьому обидва преси програють пресу ПІНІ-КЕЙ. Відносно зусиль та швидкості переміщень робочого органу, то якщо у РУФ це забезпечується гідравлікою, в якій швидкість робочого органу визначається об’ємною характеристикою насосу з урахуванням поправки на дроселювання потоку, а зусилля, яке забезпечує гідравлічний прес завжди корелюється з спротивом переміщенню робочого органу від мінімально необхідного до можливого максимуму, коли супротив стає неподоланним. В НЕСТРО працює кривошипно-шатунний механізм з приналежною йому діаграмою приросту та зменшення зусиль в залежності від його ВМП та НМП (вищим та нижчим мертвими положеннями), в яких механізм ризикує зупинитися, якщо не має накопичення достатньої потенційної енергії. При цьому, якщо шток гідроциліндру при досягненні найвищого спротиву забезпечує максимальне зусилля, то кривошипно-шатунний механізм на кінець робочого ходу прагне до нульового зусилля та до зупинки, що доводиться компенсувати енергією маховиків, які підтримують процес. Не визиває сумніву, що НЕСТРО програє РУФ в розподіленні зусиль під час пресування, але має перевагу в частоті ходів, та, як наслідок, в продуктивності. Частоту ходів пресу РУФ обмежує швидкість приросту навантаження та швидкість розвантаження ємностей циліндру, що на загал обмежені умовами виникнення гідравлічного удару. Термін робочого циклу у НЕСТРО менший, що дозволяє використовувати для них сленгову назву «прес ударної дії». До того ж, у НЕСТРО немає потреби після кожного робочого руху вивільняти готовий брикет, бо вони виходять загальною брикетною заготівкою, яка потім поділяється на брикети або зломом, або розрізом.
Преси НЕСТРО на ринок України поставляють декілька виробників, які більшою або меншою мірою доопрацювали базову конструкцію пресу іноді слушно, іноді ні. Найбільше нарікань в таких пресах припадає на пристрої, призначені для накопичення та видачі в пресування сировини. Сировина, яка подана в бункер, в деяких конструкціях погано переміщується та застрягає в бункері, порушуючи робочий цикл. Є також недоліки в конструкціях охолоджувачів, адаптуванні їх до сировини, якості виготовлення пресів.
В загальному вимірі преси НЕСТРО свої функції виконують та спроможні виробляти брикети високої щільності та в достатній мірі стійкими до вологого повітря під час зберігання, не потребуючи захисного пакування брикетів. Ресурс робочих органів (інструменту пресу) значний, а конструктивно він значно простіший, ніж у РУФ та ПІНІ-КЕЙ та як наслідок – дешевший.
В цілому, в порівнянні з іншими моделями вже описаних пресів, за питомими показниками НЕСТРО ефективніший за них.
Гранулятори з кільцевою матрицею.
Відомі на пострадянському просторі гранулятори ОГМ-1500 або ОГМ-800 є якісним комплексним виробом, що забезпечує виконання ряду пов’язаних технологічних операцій з виготовлення гранульованого палива. Виріб, що проектувався для виготовлення кормових гранул, був з успіхом адаптований для виготовлення паливних пеллет. Повна технологічна послідовність операцій від приймання сировини до видачі готових гранул в тару забезпечується цім виробом. При цьому по багатьом функціям розробникам вдалося винайти конструктивні, іноді не очевидні та дотепні рішення.
І зараз, коли підприємство-постачальник разом зі своєю республікою опинилося в Євросоюзі, гранулятори продовжують вироблятися без суттєвих змін, не рахуючи переходу на Європейські комплектуючі та стандарти.
Підприємства України, що засвоїли виробництво цих грануляторів, також не відходять від основних конструктивних рішень базових моделей грануляторів.
Проте, недоліків у таких грануляторів хоч і небагато, але вони є та ще й базового характеру. Формування гранул в такому грануляторі відбувається в перфорованій кільцевій матриці шляхом проштовхування сировини в філь’єри пресс-роликами. Усе нібито беззаперечно. Сировина розподільчими лопатями подається в кільцеву матрицю, що обертається, і спочатку потрапляє на ближчий до каналу скиду сировини прес-ролик, який з матрицею обертаються назустріч один одному та своїми поверхнями вбирають сировину в зазор між ними і проштовхують в філь’єри.
Враховуючи, що отвори філь’єр на кільцевій матриці займають не більше 40% загальної «робочої» площі матриці, то саме ці 40% є корисно робочими. Інша частина умовно робочої поверхні неспроможна передати сировину до каналів пресування, бо сировина з неї частково зіштовхується , а частково залишається у вигляді щільно спресованого шару, який знизу входить у зазор між матрицею та наступним прес-роликом. Сировина, якщо й підіймається догори під другий прес-ролик, то потрапляє до робочого простору в невеликій кількості, внаслідок чого корисна дія з продуктивності другого ролику значно нижча, ніж попереднього. Скоріше користь другого ролика в розвантаженні зусиль, що діють під час роботи на підшипникові вузли валу приводу матриці.
Виробники кільцевих матриць розуміють, що не уся поверхня матриці використовується з користю та намагаються зменшити вплив цього конструктивного недоліку, виконуючи зенкування отворів з боку входу сировини, не зважаючи на трудоємність та невисоку технологічність операції зенкування. Але зенкування окрім збільшення площі вхідного отвору філь’єри додає конічну частину каналу, що позитивно впливає на процес формування гранул, тож його доцільно робити хоча б для цього.
Головний привід ОГМ-1500 зазвичай має потужність від 70 до 100 кВт, бо значна частина потужності витрачається на малопродуктивне подолання зусилля спротиву спресованого шару на глухій поверхні матриці під час напруженого притискання його задля проштовхування між матрицею та прес-роликами під час обертання матриці.
З одного боку суттєвою перевагою таких грануляторів є безперервне стискання сировини без непродуктивних холостих рухів. При цьому робочі ролики працюють в умовах тертя-качення на відміну від тертя-ковзання шнеку ПІНІ-КЕЙ. Тобто, умови роботи та ресурс робочих інструментів у цієї машини значно легші та більший (відповідно) порівняно з пресами, в першу чергу шнековими, та хоч і в меншій мірі ударними. З іншого – обмеженість активної площі матриці та формування твердого прошарку на її глухій поверхні обмежують продуктивність гранулятора, створюють умови спротиву обертанню та, як наслідок, завищену енергоємність приводу, що суттєво нівелює переваги такого типу грануляторів.
Гранулятори з пласкою матрицею
Варіантів конструкцій грануляторів з пласкою матрицею достатньо багато, але ще більше постачальників обладнання такого класу. Конструктивно виготовляються варіанти із привідними прес-роликами, із двома або з більшим числом їх, з циліндричними або конічними роликами, з матрицею, що обертається, або з нерухомою та інше.
Виготовляють такі гранулятори і фірми з більш ніж 70-річним досвідом, і молоді сучасні кваліфіковані підприємства та велике число аматорів у примітивних умовах без достатньої кваліфікації у справі. Виготовляються такі гранулятори різної продуктивності: і 50кг на годину, і 300кг на годину. Усі ці гранулятори, рівно як і гранулятори з кільцевою матрицею, близько половини своєї корисної потужності втрачають на стискання сировини на поверхні матриці, яка не має отворів. У грануляторів з пласкими матрицями, які оснащені циліндричними роликами, справа ускладнюється тим, що ролики ще й проковзують по поверхні матриці за рахунок різниці лінійної швидкості різних часток своєї поверхні в залежності від того, ближче або далі знаходиться та чи інша частка бігової поверхні від вісі, навкруги якої обертаються ролики. Різниця лінійних швидкостей вимушує ролики пробуксовувати, переміщуючись по поверхні матриці. А це вже тертя-ковзання та додатковий нераціональний відбір потужності головного приводу.
Зазвичай виробники грануляторів опонують наведеному твердженню тим, що таке тертя корисне, бо підвищує температуру сировини, що технологічно потрібно. І це має сенс, та з тим із досвіду маємо стверджувати, що нагрів сировини достатньою мірою відбувається просто в каналі філь’єри та попереднім підігрівом внаслідок тертя часток між собою та з прес-роликами тієї сировини, яка ще не потрапила до каналів пресування, і є зайвим.
Втім, у грануляторах з пласкою матрицею також реалізується оптимальна схема безперервного робочого ходу і це є їхньою беззаперечною перевагою.
Механізми з виробництва біопалива, що мають обмежене розповсюдження.
Маємо вказати і на дещо оригінальні механізми того ж призначення, але тільки ті, з якими доводилося безпосередньо зіштовхуватися.
Це китайського виробництва комбінований прес, інструментом в якому є кільце з декількома отворами, які сполучаються з досить довгими каналами, розташованими горизонтально. Вісь кільця є вертикальною. Крізь вісь проходить вал, який обертає кілька роликів, вісі яких у робочому положенні теж вертикальні. Сировина від центрального валу потрапляє під ролики, які протискають цю сировину в отвори зі сполученими з ними каналами, формуючи в них брикети. Навкруги вихідних отворів цих каналів змонтовано кільцевий склиз, яким готовий продукт пресування збирається до поєднувального лотка, через який потрапляє в тару.
Такий прес має високу продуктивність, але видає паливо невисокої щильності (0,7-0,8 кг/дм3) та з тим і теплоутворюючої властивості. Значної мірою недостатня щільність обумовлена застосованою конструктивною схемою, яка неспроможна формувати брикети рівної щільності вздовж поперекового та продольного розтинів, бо сировина на вхідній частині каналу не заповнює його, а під час проходження сировиною усієї довжини каналу положення дещо покращується, але недостатньо. Розмір виробляємих брикетів або гранул менший за звичайні брикети та більший за стандартні гранули.
На загал цей комбінований китайський прес може використовуватись, хоча й обмежено в першу чергу там, де готовий продукт не транспортується на значні відстані та тими користувачами, які мають занижені претензії до якості палива.
Втім, з інженерної точки зору цей прес має деякі базові переваги на діалектичному рівні до традиційних конструкцій і це – продуктивність та раціональність використання потужності. Водночас прес неможливо вважати як досконалий, завдяки наведеним недолікам, проте не можна заперечувати дотепність розробників.
На Український ринок постачалися деякі вироби, виготовлені в Польщі з яких, серед традиційних конструкцій, можна виділити обладнання, призначене виготовлювати біопаливо безпосередньо на місці накопичення сировини.
Пропонувалися лінії, змонтовані на мобільній платформі для сировини, яка подрібнюється та пресується безпосередньо в місцях накопичення і де для переробки перевозиться не сировина, а обладнання. На жаль, конструктивність цієї ідеї не була забезпечена досконалим обладнанням.
Конструктивність є в тому, що такий підхід дозволяє скоротити витрати на логістику легковажної та нещільної сировини. Достатньо сконцентрувати сировину десь в одному місці та доправити туди обладнання, а вже готовий щільний продукт вивозити до теплогенераторів.
Та при всій привабливості та доцільності ідеї, поки не відомо про оптимальні конструктивні технічні рішення, що вирішують питання. Те, що відомо, не забезпечує з різних чинників якісного біопалива. Частіше навпаки. Біопаливо виробляється низької щільності та з невисокою властивістю до теплоутворення.
Цікавою є канадійська машина, яка призначена для одночасного сушіння та подрібнювання рослинної сировини. Так, наприклад, свіжоскошена трава, хмиз, солома та інше подрібнюються в спеціальному механізмі, робочим органом якого є з високою частотою обертовий вал, на якому закріплені ланцюги із сталевих кілець. Ланцюги молотять сировину, подрібнюючи та висушуючи її. Сировина підвозиться до подрібнювача, який у свою чергу встановлюється біля теплового генератора. Продукт, подрібнений та висушений, дрібною тирсою подається до теплогенератора в якості палива.
Це досить досконалий механізм та разом з тим коштовний і, крім того, потребує приводу високої потужності. Хоч він не є універсальним та разом з тим це цілком функціональний виріб, який, щоправда, потребує збалансованої організації отримання теплової енергії з використанням різної, навіть із вологої та свіжої, тобто безпосередньо перед використанням здобутої рослинної сировини, яка знаходилася у стані вегетації.
ІННОВАЦІЙНІ ПРОПОЗИЦІЇ
Наведений огляд найбільш популярних вже сталих варіантів обладнання для виробництва біопалива не претендує на академічну всеосяжність, бо базується на особистій практиці в галузі облаштування виробництв біопалива та, втім, надає досить повне уявлення про механізми як для виробника, так і для користувача біопалива.
Ми виявили головні вади та переваги обладнання та не вважаємо доцільним розпорошувати увагу споживачів на, деякою мірою, другорядні, але технічно складні зауваження, бо це мало що додає в оцінках, проте ускладнює сприйняття. За потреби та під запит інформація може бути розвинена та деталізована.
Втім, ми згодні з підходом, за яким той хто критикує, аби не залишитися критиканом (бо це легко) повинен і запропонувати рішення, яке раціоналізує те, що піддається критиці.
Наслідком цього стало створення альтернативного обладнання, яке долає вади та забезпечує нові, більш раціональні підходи стосовно як переробки сировини, так і стосовно спалювання твердого біопалива.
Тут пропонується власна розробка з робочою назвою револьверний прес для біопалива.
Цей прес спроектований з використанням раціональних рішень грануляторів із пласкою матрицею та з тим позбавлений основних, приналежних грануляторам, недоліків. Як наслідок, прес має більш низьку питому енергоємність та високу питому продуктивність при значно менших габаритах та матеріалоємності. За ознаками виробляємий ним продукт відрізняється від продукту, що виробляється традиційними пресами і від продукту грануляторів, а з позиції користувача і виробника – паливо, що виробляється ним може бути використано для спалювання як в пеллетних котлах, так і в звичайних котлах, або печах, призначених для твердого палива. За своєю суттю револьверний прес є симбіозом із найкращого з відомих конструкцій пресів та раціонального в грануляторах, який ще й виробляє універсальне паливо, що додає ліквідності продукції, отриманій за його допомогою.
Основні переваги такого виробу:
1. Револьверний прес призначений для виготовлення універсального твердого біопалива, що доцільне для використання в побутових пічках, твердопаливних котлах, що призначені для спалювання вугілля, брикетів та дров, в пеллетних котлах з автоматизованим подаванням палива, в промислових та побутових теплогенераторах. Розмір брикету, що виробляється таким пресом, є достатнім, аби він утримувався на колосникових решітках печей та котлів і таким, що може транспортуватися шнеками пеллетних котлів. Довжина палива може бути зміненою в залежності від запиту ринку. Наразі якщо є запит на пеллети, то підприємець організовує їх виробництво, для чого йому потрібна лінія виробництва пеллет, якщо на брикети – то він повинен мати брикетярку, але на кожний запит потрібен свій комплект або обидва. Застосування револьверного пресу дозволяє при менших капіталовкладеннях задовольняти ринкові потреби, маючи лише одну виробничу лінію з револьверним пресом в якості головного агрегату.
2. Револьверний прес побудовано за схемою безперервного робочого ходу без непродуктивних холостих рухів, що само по собі є перевагою як з боку продуктивності, так і раціональності використання енергії.
3. В пресі оптимізовані навантаження, знижена потреба в енергії порівняно з грануляторами однакової продуктивності, бо значно зменшена витрата енергії на непродуктивне стискання сировини на глухих поверхнях. В грануляторах такі поверхні займають до 60%, а в револьверному пресі – не більше 5% та й ті не стійкі, бо вузенька смужка спресованої сировини не затримується і періодично зіштовхується в канали пресування.
4. Матриця пресу на робочій поверхні має порожнину, яка забезпечує постійну ємність сировинного килима, що піддається стисканню, та тим самим запобігає різким коливанням навантажень.
5. Конструктивно матриця пресу складається із окремих простих з технології виготовлення деталей, що спрощує її виготовлення, переналадку під вид і стан сировини та швидку заміну зношених деталей без переналадки матриць, або обкатки сировиною.
6. Прес відпрацьовано на різних видах сировини від комбайнового відсіву соняшника до екскрементів свинарства.
7. В пресі використовуються високоякісні комплектуючі від кращих світових виробників, що забезпечує значній ресурс використання та низькі показники відмов обладнання.
Також пропонується власний варіант виробництва та спалювання пилового палива з використанням обладнання ДПН (дезінтеграторний пиловий нагнітач) та похідних від нього машин.
Ми вже приділяли увагу висвітленню основних постулатів горіння, спрямовуючи їх на досягнення найбільшого зиску під час отримання тепла. Приділялася увага виносу дрібніших часток палива під час горіння, що супроводжувалося втратою частини тепла.
Водночас ми стверджували, що режим форсуночного спалювання теж має високу ефективність, якщо в технологічному плані він гарно організований.
На базі критичного аналізу недоліків, притаманних деяким сталим процесам спалення, створена та технічно забезпечена можливість використання пилового біопалива на базі кінетичної сушарки, що спонукало дещо вдосконалити її.
Як наслідок, пропонуємо дезінтеграторний пиловий нагнітач, що є обладнанням для виробництва твердого біопалива, але зі значно ширшим функціоналом, ніж широко відоме обладнання такого ж спрямування.
ДПН приймає біологічну сировину (в деяких випадках первинно підготовлену для ДПН), перероблює таку сировину до пиловидного стану та одночасно з тим сушить її, класифікує за станом утримання вологи та, за необхідності, досушує, а потім подає на форсуночне спалювання, регулюючи баланс між кількістю повітря і кількістю сировини, адаптивно підлаштовуючись на максимальне виробляння тепла. Тобто, ДПН може бути поєднаним з теплогенератором, що доцільно, коли джерело біопалива знаходиться безпосередньо близько від теплогенератора.
Можливе також постачання пилового палива і віддаленим від ДПН користувачам, та для таких умов користувачу потрібно буде мати імпелерний нагнітач пиловидного палива для його розпушування. Вирішення означеної задачи потребує деяких зусиль з боку постачальника пилового палива і з боку користувача. Постачальнику знадобиться облаштувати завантаження, перепускаючи пил крізь циклон в тару та вібраційний устрій, щоби ущільнити паливо в тарі. Користувачу знадобиться пристрій для розпушування ущільненого пилу та нагнітання його в теплогенератор. Такий пристрій має включати дозатор з можливістю регулювання продуктивності подавання пилу на імпеллер, а імпеллер – керовану варіативну інтенсивність нагнітання повітря. Таке обладнання є нестандартним та може бути виготовлено нами або за нашими кресленнями.
Таким чином ми не тільки сповіщаємо про принади та недоліки широко відомого обладнання, а проектуємо і пропонуємо інноваційну альтернативу, виготовляємо такі машини та поставляємо користувачам.
Втім ми пропонуємо, а вибір за операторами ринку біопалива та користувачами тепла.
Критерії вибору оптимального варіанта власного виробництва з біопалива
Цей сайт містить досить інформації про мультиваріантність ліній з виробництва твердого біопалива. Але вважаємо за доцільне надати хоча би базовий орієнтир для тих, хто ще тільки планує пристати до біопаливного бізнесу.
Успіх такого бізнесу залежить від багатьох факторів, серед яких: прилаштованність палива до теплогенераторів, сировина, з якої вироблено паливо, її вартість для виробника та початковий стан з огляду на кількість і вартість технологічних операцій з її переробляння в паливо, ліквідність палива на доступному ринку та ефективність обладнання з боку продуктивності і енерговитратності на одиницю продукції. Наведений перелік факторів впливу призводить до безлічі варіантів, аналізувати які навряд чи доцільно. Втім, враховуючи, що кожна лінія складається з головної машини, навкруги якої формується виробництво (прес або гранулятор чи ДПН) і саме вона ґрунтує допоміжні машини виробничої лінії та задає продуктивність лінії в цілому, то саме її оберемо в якості критерію. Враховуючи, що допоміжні машини – складові лінії, підлаштовують під головну, а не навпаки, то і порівнювати будемо через головну.
Для формування порівняльної таблиці були використані як офіційні показники виробників, внесені ними в паспорти виробів, так і об’єктивні, отримані нами під час налагодження та реальної експлуатації обладнання. Ми не стверджуємо, що виробники прикрашають характеристики своїх виробів, бо розуміємо, що й вони потерпають від мультиваріантності найменувань сировини та фактичного її стану в час переробляння та рекомендуємо вважати об’єктивні показники за більш достовірні.
Показники наведені в якості орієнтиру для оптимізації складу обладнання лінії з виробництва біопалива вже на стадії проектування бізнесу або для корегування вже діючого виробництва.
Назва обладнання Потужність Питомі витрати за паспортом Об’єктивні витрати
ПІНІ КЕЙ 25 кВт 0,096кВт/кг 0,114кВт/кг
ОГМ-0,8 45кВт 0,09кВт/кг 0,113кВт/кг
НЕСТРО 33кВт 0,0825кВт/кг 0,11кВт/кг
РУФ 45кВт 0,082кВт/кг 0,1кВт/кг
Гран.с пласк. матр. 22кВт 0,073кВт/кг 0,088кВ/кг
ОГМ-1,5 85кВт 0,071кВт/кг 0,094кВт/кг
НЕСТРО 70кВт 0,07кВт/кг 0,0875кВт/кг
Дезінтегратор 33кВт 0,07кВт/кг 0,0825кВт/кг
Револьверний прес 15кВт 0,03кВт/кг 0,0375кВт/кг
Під час використання наведених значень питомих витрат енергії для пошуку оптимального обладнання потрібно додатково враховувати:
– по пресу ПІНІ КЕЙ – низький ресурс інструменту пресування та висока вартість його поновлення;
– по ОГМ-0,8 – неможливість використовувати цей гранулятор для виготовлення гранул із соломи;
– по РУФ – низьку щільність та високу гідрофобність брикетів;
– по дезінтеграторному пиловому нагнітачу – меншу кількість технологічних операцій для отримання готового палива та відповідні менші капіталовкладення на обладнання для постачальника палива та потребу у додатковому обладнанні для користувача паливом.
Наведені дані суттєво різняться. Питома вага витрат електричної енергії на кг отриманого палива пресу Піні Кей майже на 70% більше питомої ваги револьверного пресу. Різниця між пресами в межах 25% та між грануляторами сягає 17%, що також краще враховувати.
Сировина для палива, за яку поки що не конкурують.
Неодноразово на цьому сайті йдеться про сировину для палива. Було і твердження про досить великий перелік рослин і речовин, що є придатними для переробляння в паливо. Вказувалося і про пріоритетність сировини з погляду її реальної економічності для бізнесу.
Та не намагаючись створити всеосяжний перелік найменувань сировини, звернемо вашу увагу на деякі недооцінені сировинні запаси.
Торф.
Україна має значні поклади торфу, який традиційно використовувався як паливо. Наразі не йдеться про розширення використання торфу за сталими технологіями. За своїм фізичним станом торф мало чим відрізняється від твердого біопалива у вихідному (до його модифікації) стані. Добре висушений торф – це та ж сама солома з під пресу-підбирачу і з тими ж показниками з теплоутворення. Втім, торф має низькі зольність та вміст сірки. Та якщо ми знаходимо доцільність у виготовленні брикетів або пеллет із соломи, то чому б за тією ж технологією не переробити торф аби отримати і вищу теплоутворюючу здатність, і підвищити логістичну пристосованість. Враховуючи низьку зольність, яка є майже прямим синонімом абразиву, можливо й використовувати торф в якості пилового палива.
Деякий час тому ми розробляли проект виробництва біопалива з торфу та дійшли висновку, що це цілком доцільна справа. Наш замовник без зайвих труднощів підписав досить слушний протокол намірів з торфовидобувним підприємством, яке мало і надавало необхідну для переробки торфу інфраструктуру. Нажаль, справа не пішла далі з причини захворювання замовника, а проект був цілком вдалим. До речі, замовник збирався поставляти брикети і пеллети з торфу до Болгарії і мав там перспективний маркетинг.
Технологія роботи з торфом, звісно, має деякі особливості порівняно з соломою або з тирсою, але поєднання вашої зацікавленості з нашими консультаціями сприятиме вирішенню усіх поточних питань.
Відходи збагачення вугілля.
Збагачення видобутого вугілля – це вивільнення з сукупної здобутої маси так званої породи та вугілля товарних фракцій. Дрібна фракція та вугільний пил скидаються до отвалів. Пил виділяється мокрим засобом та в суміші з водою скидається в відстійники, вода з яких або випаровується, або інфільтрується крізь ґрунти, або залишається у вигляді вугільної суспензії. Є вугілля і в териконах, яких не мало у вугледобуваючих регіонах, але за засобом відбору вугільних шламів з різних місць накопичення та й використання їх різняться. Кожен випадок потребує окремого підходу та тут ми лише звертаємо увагу на існування названих джерел сировини.
Зазначимо, що згідно з радянськими державними стандартами до отвалів відбраковувалося вугілля фракцій аж до 25мм, тому при проектуванні технології переробки відходів в паливо треба враховувати і широкий діапазон за розміром, і марку вугілля, і його стан: чи то сухий пил, чи вологий, чи водно-вугільна суміш та ін.
Відносно продукту, який може бути вироблено з вугільних відходів, – то це може бути вугільний брикет або пеллета, пилове паливо або й рідке у складі суспензії, що безпосередньо під тиском подається на спалювання.
Стосовно пресованого палива з вугільного пилу є марки вугілля, які пресуються без додаткових засобів скріплення, інші – потребують додавання скріпляючої речовини. Врахування властивостей сировини надає орієнтир на склад технологічної лінії. Брикетувати те вугілля, що пресується, простіше. А для іншого – потрібно подбати про те, чим буде скріплюватися сировина, передбачити пристойне обладнання для перемішування зі скріплювачем, створити умови для досягнення результату скріплення.
При занадто великому діапазоні розмірів часток вугілля треба подбати про обладнання для уніфікації фракційного складу сировини.
При вологій сировині (залежно від ступеня її вологості) потрібно або висушувати сировину, або приймати рішення на використання її в якості рідкого палива.
При сухому вугільному пилу використовувати пиловий нагнітач дезінтеграторного типу (за необхідності, одночасно з подаванням на форсунку, подрібнювати вугілля), або нагнітач вентиляторного типу (коли подрібнення не потрібне). Та хай би як не складалося, майже завжди потрібно орієнтуватися на покупця палива, враховуючи його умови.
Відбір сировини з отвалів збагачувальних фабрик дещо дешевший та простіший, ніж розробляти терикони. Тут здобуту масу доведеться ще збагачувати, виділяючи вугілля, та ще й подрібнювати (можливо за методом Юткіна, що дешевше) й виділяти із загальної маси теж вугілля методом флотації (можливо й сухої). Цей напрямок є перспективним, бо отвали зараз нікому не потрібні, мають негативний вплив на екологію і тому бізнесмен, який візьметься за справу розробки їх при діловій наполегливості, має розраховувати на протекції з боку держави, виходячи з суспільної користі.
Сировина з утилізації автомобільних шин.
Існує досить цікавий засіб утилізації автомобільних шин, що само по собі корисна справа. Шини цілком або подрібнені піддаються піролізному нагріванню, під час якого з резини вивільнюється летючий газ, який при охолоджені до температури повітря конденсується в рідину. Ця рідина, яку інколи називають «штучна нафта», горюча і може використовуватись в якості палива для опалювання приміщень. Залишок речовини після виділення газу є сумішшю сталевого корду та майже чистого вуглецю. Вуглець досить легко відділяється від корду різними засобами (наприклад, стисненням межи валками та магнітною сепарацією) і гарно пресується (краще за умов ефективного збирання супутнього дуже дрібного пилу), або може слугувати пиловим паливом, що крізь форсунку подається до камери згоряння.
Лігнін.
В Україні налічувалося більше 30 підприємств, що виробляли целюлозу. Похідним при цьому був лігнін, який накопичувався у відходах підприємств та за деякими свідотствами такі накопичення існують і зараз. Про лігнін неодноразово йдеться на цьому сайті. Це корисна речовина як для виробництва пресованого палива з лігніну, та і як додаток для скріплення деяких речовин, що добре горять, але не скріплюються при пресуванні.
Зважаючи на лігнін, який привозили з Дніпропетровської області, то він цілком технологічний для виготовлення біопалива, а його накопичення значні за обсягами.
Мулові маси та відходи життєдіяльності тваринництва
Мулові маси, які накопичуються, майже без перебільшення, у відстійниках біля кожного населеного пункту, гній або послід з вирощування свійських тварин або птахів у промислових масштабах – безумовно, це невідворотні проблеми, які так чи інакше підлягають розв’язанню. На сайті чимало уваги приділено питанню корисної утилізації цих відходів. Зрозуміло, те, що тут пропонується – це не основний шлях, але і не безперспективний, тому доцільно зважати на нього хоча би тому, що знайдуться зацікавлені підприємства, які будуть згодні не тільки безкоштовно позбавитися цих відходів, та ще й приплатити тому, хто візьме на себе утилізацію. Платитимуть і ті, хто буде користуватися паливом, отриманим цим досить екзотичним шляхом.
ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕНЬ
Усі наші удосконалення обладнання для здобуття твердого біопалива є похідними від наших робіт, що виконувалися переважно для замовників, які відрізнялися надзвичайною наполегливістю щодо своїх забаганок. Відзначимо, що іноді це приводило до непоганих результатів. Наводимо приклади найбільш значущих із напрямків, що виникли як супутні компроміси між прагматизмом та досяжними результатами при творчому підході, який нам теж імпонує.
Наступні назви розділів ніяким чином не характеризують замовників та слугують лише межами тем.
Дбайливий хазяїн.
Фермерське господарство створене на базі колишнього колгоспу. Власник і керівник – людина, яка раніше не мала ніякого відношення до сільського господарства, дуже ретельно веде справи особисто і до найменших дрібниць опікується ними, одночасно вивчаючи їх і економлячи кошти. Справний такий хазяїн в гарному сенсі. Хазяйство вирощує пшеницю і інше збіжжя та має ферми де утримує худобу.
Йому потрібне дешеве паливо для опалювання господарських приміщень, ферм та й соціальної сфери селища, яка залишилася в спадщину від колгоспу. Планується використання власного палива, яке він вирішив отримувати зі своєї ж соломи Характеризує нашого хазяїна, наприклад, те, що плануючи створення виробництва біопалива він будує для цього приміщення та, хоч і ризикує, але економлячи: не замовляє проект цієї будівлі, а робить креслення особисто, копіюючи існуючі споруди, хоча і не має для цього жодної професійної підготовки.
Замовник бажає робити брикети з соломи, вважаючи їх повноцінною заміною вугіллю та дровам, щонайменше, для умов його хазяйства.
Солома в круглих тюках, сформованих прес-підбирачем, накопичується на відкритому майданчику біля приміщення, що будується. Робітники закочують тюки до приміщення та, за допомогою ручного інструменту, подають солому до ножової дробарки, далі – в прес, а готові брикети завантажують до автомобілю чи тракторного причепу. Такий план замовника.
Обговорюємо запропонований опис детально.
Перше. Тюки соломи під час зберігання набудуть надлишкової вологості та втратять потрібну технологічність для дроблення та пресування.
Друге. Подрібнена солома, що з наданою їй значною швидкістю викидається з ножової дробарки та опиняється досить далеко від дробарки, займає велику площу та ще й забруднює пилом повітря в приміщенні.
Третє. Багато ручної праці. Люди будуть втомлюватись, виконуючи монотонну роботу, потрібно буде враховувати це під час оплати праці. І ще декілька подібних питань далі.
У відповідь чуємо, що «робітникам і без виконання робіт, коли їх замало взимку, платять гроші авансом за наступні періоди, а соломою хати крили, бо вона не намокає… Втім, якщо ви вважаєте, що можливо зробити краще, то робіть, але зайвих грошей витрачати не буду. Виробнича потужність не менше 500кг/год, а якщо ви стверджуєте, що до 40% соломи може бути занадто вологою, то хай робітники відкидають вологе та залишають його у приміщенні, поки там воно не висушується природним шляхом. Грошей на сушарку не планувалося, бо безвихідь. Прошу допоможіть».
Добре. Обіцяємо зробити все можливе, але попереджаємо, що на цьому шляху вбачаємо неабиякі сюрпризи, наполягаючи на розумінні з боку замовника.
З усіх наявних пропозицій постачальників вибрали найкраще, відвідали виробництво пресів, провели бесіди зі спеціалістами постачальника, зібрали у користувачів відгуки щодо якості пресів. Здебільшого преси оцінювались непогано, за винятком окремих невирішальних зауважень та зауваження суттєвого, яке стосувалося реальної продуктивності саме по соломі. При заявленій продуктивності 500 кг за годину споживачі не мали змоги отримати більше, ніж 250-300кг. Постачальник наполягав, що відбувається це через неякісну підготовку сировини: в першу чергу – невідповідна фракція та її надлишкова вологість.
Теоретичне обґрунтування щодо фракції ми наводимо в поточних матеріалах та до того керувалися ще й обґрунтуванням в публікаціях одного здобувача вченого ступеня, який навів дані лабораторних досліджень, що підтверджували значимість фракції. Тому вирішили ризикнути та рекомендували придбати прес. Рекомендацію підкріпили необхідністю включити до складу лінії дезінтегратор для отримання наддрібної фракції сировини.
До складу лінії долучили дезінтегратор, який подрібнював солому після ножової дробарки першого рівня, два пневматичних транспортера, нестандартний бункер-живильник, підвищивши тим самим механізацію лінії. Оминаючи деякі труднощі, пов’язані з цими нестандартними рішеннями, зосередимось на значущому, що забезпечило наступне. ( фото лінії в Покровском)
В нашому варіанті технології щільність брикетів підвищилась до 1,5 кг/дм3, що було позитивним, та почали траплятися випадки руйнування брикетної заготівки, які досить несподівано зривали вже усталений процес. З’ясувалося, що причиною руйнування були ділянки заготівки, сформовані із занадто сухої сировини. Було зрозуміло, що вологість сировини внаслідок умов зберігання соломи була нерівномірною, але раніше такі випадки не траплялися. З’ясовано, що вологість сировини, яка подавалася на дезінтегратор, коливалася від 8 до 20% і сировина не була гарно перемішаною в своїй масі, а вологість зруйнованих ділянок брикетної заготівки завжди була нижча 6%. Дійшли висновку, що випадки руйнування заготівки були обумовлені, деякою мірою, нашою завищеною оцінкою здатності механізмів пресу змішувати сировину та недооцінкою ступеню розподілення сировини за ознакою вологості в бункері пресу. Довелося міняти устрій, який в бункері пресу подає сировину на пресування аби він забезпечив функцію її змішування. З’явилася версія, що можливо саме в дезінтеграторі відбувається пересушування сировини та на тій стадії цей ефект не отримав якості значущого. Рішення з вказаних недоліків були знайдені і втілені.
Потім відбувся ще один знаковий випадок, коли під час раптового похолодання хазяйству знадобилося додаткове паливо з лінії, яка на той час була ще на стадії налагодження. Відразу процес запустити не вдалося, бо від морозу загусло машинне мастило в картері пресу. Допоміжне обладнання, яке без картерів, було спроможне до роботи, тож вирішили, аби не гаяти часу, накопичувати подрібнену сировину, щоби потім, після розігріву мастила, працював лише прес. То так зробили, щоб не тримати робітників на роботі без діла, а потім, коли прес запрацює, не залишати їх після закінчення робочого часу. Та річ не в тім, для чого так зробили, а в тому, що зненацька побачили та що це означало. (відео автомобіля в якому парує сировина)
Побачене означало, що сировина під час дроблення в дезінтеграторі дійсно позбавляється вологи, незважаючи на те, що температура сировини майже не підвищується. Те, що побачили виділення пару – це нетипово, та в той час це було наслідком дуже низької температури повітря. Цей випадок став знаковим для розширення деяких меж відносно висушування сировини та підгрунттям для пояснення вище описаного ефекту руйнування брикетної заготівки в ділянках із сухої сировини. Та з часом вдалося з’ясувати, що пара – це виняток, а не правило і пов’язане це із видаленням вологи у дрібнодисперсному вигляді, що забезпечує під час подрібнення сировини саме дезінтегратор.
Наступну корисну здібність дезінтегратора теж виявили випадково під час налаштування лінії.
Солома після первинного подрібнення ущільнилася в бункері-живильнику, що живить дезінтегратор. Стався збій, подавання сировини припинилося. Дезінтегратор зупинився, тобто відбір сировини з бункера припинився, а подавання до бункеру продовжувалося, отже сировина в стані попереднього подрібнення під дією наданого їй прискорення повітряним потоком пневматичного транспортеру дещо ущільнилась та перестала виходити вже і в працюючий дезінтегратор. Довелося бункер випорожнити прямо на долівку. Роботи відбувалися в ще недобудованому приміщені. Так сталося, що саме там, куди скинули сировину з бункеру, були залишки склоподібного шлаку із котельні, який домішували до бетону під час будівництва. Сировину потім з долівки лопатами подавали в приймальну воронку дезінтегратора. Добросовісний робітник ретельно збирав сировину і доправляв її разом із тим шлаком. Доречі, його було небагато. Металева труба пневматичного транспортеру на протидію вібрації складалася з двох ділянок, поєднаних муфтою з брезенту.
Все працює у супроводі вже звичайного шуму, до якого досить не очікувано додалося гудіння, характерне для газового пальника, до того ж значного рівня. Так і є. Прямо на очах брезентова муфта зникає, а замість неї з’являється інтенсивно працююча форсунка діаметром 200 мм і це супроводжує звучання, подібне до реактивного двигуна. На жаль, стався ґвалт і цей випадок не зафіксували на відео. Треба було долати пожежу.
Саме ця подія призвела до створення технології і обладнання форсуночного спалювання біопалива.
За результатами робіт в тому господарстві таки вдалося досягти продуктивності лінії в 400 з гаком кг за годину. І капіталовкладення у того хазяїна таки були меншими, ніж зазвичай, і якість брикетів краща, і час їх згоряння був довший. Але і щодо пресу, і щодо ножової дробарки та й дезінтегратора довелося багато що удосконалювати, бо все пов’язане. В наступних роботах ми вже намагалися запобігати відомих нам недоліків обладнання ще на стадії його замовлення, використовуючи або ТЗ, або технічні протоколи, які невід’ємно додавали до договорів, або й приймали на себе виготовлення деяких, нами вже удосконалених вузлів.
Про яйця в різних кошиках.
Забаганки одного з наступних замовників базувалися на зниженні усталеності його бізнесу. На час виникнення ідеї замовник мав досить сталий бізнес з надання послуг з автоперевезень переважно насипних вантажів та виконання послуг з земельно-будівельних робіт переважно нульового циклу. У підприємства були самоскиди, екскаватори, автокран, бульдозер та приміщення промислового типу на колишньому ринку і деякі фінансові накопичення (вочевидь, не дуже значні).
На чому генерувалася ідея виробництва біопалива – ми не цікавилися та й не підштовхували, хоча на той час закази були потрібні, та ще й попередили про ризики, коли дізналися про повну відсутність сировинної бази, обмеженість попередньо обумовленого джерела тирси та й завелику її вологість. Поставщик тирси отримував її, виробляючи палети з вологої деревини.
Почувши про бюджет роботи, замовник важко обирав між вже привабливою для нього ідеєю і надією знайти вихід та ідею перетворити на дійсність і вкластися в бюджет дозвільних витрат.
Почалися звичайні обговорення:
– замовник гарантує, що зможе купувати суху тирсу та забезпечить її перемішування з вологою за допомогою свого «білоруса» аби знизити та усереднити вологість, а ми передбачимо розігрів ТЕНами зони пресування, хоча й не гарантуємо повного вирішення проблеми;
– замовника попереджено, що пристосування дешевого листоштампувального пресу зі вторинного ринку для виготовлення брикетів несе безліч наперед неочікуваних ризиків, пов’язаних в першу чергу із станом обладнання, що вже використовувалося, і тому пошук та купівлю пресу разом з оцінкою його фізичного стану та комплектності він повинен взяти на себе, рівно як і ремонт за потреби;
– виконавець визнає за можливе переобладнання пресу в брикетувальний та виконає цю роботу і в кресленнях, і в металі.
Нас не дуже влаштовувала ризикованість справи та надія на отримання можливості пропонувати замовникам більш дешевий варіант створення лінії, хай і тимчасовий, викликав зацікавленість.
В підсумку з доробком пресу впоралися. Брикет пішов, хоча додатковий розігрів виявився занадто короткотерміновим та мало чого додавав, та втім додавання сухої тирси в купі з періодичним перемішуванням усієї накопиченої у приміщені сировини таки дозволяло налаштувати процес. Та найгірше сталося із подачею на вузли пресу мастила, яке на усі без виключення вальники ковзання подавалося лубрікаторним насосом через розподільчий «гребінець». Налагодити останній для якісного розподілення виявилося неможливим. Варіант додаткового доопрацювання пресу з переводу основних вузлів його на змащування зануренням, виявилися таким, що перевищувало бюджет замовника.
Продовжити напрямок не склалося та ще й стримувала вичерпність запасів таких пресів. Створити попит на такі преси тільки від нас було замало та й опікувалися ми більше не серійними, а штучними роботами. Тож без стійкого попиту ринок пропозицій не складається, хоча рішення було непоганим і цілком реальним.
Тепличне господарство.
Замовник, про якого піде мова, створював тепличне господарство, використовуючи приміщення, які в минулому були колгоспними або радгоспними фермами для утримання худоби. Типові споруди радянських часів – без величезних вікон або скляних покрівель та з потребою опалення приміщень, про що далі.
На початок робіт вже монтувалися твердопаливні котельні і справа була за малим – паливом. Замовник вже впорядковував з сільгоспвиробниками договори щодо постачання соломи, яку він збирався отримувати з майже усього району та своїми силами доправляти до свого тепличного господарства. Усе в нього було пораховано і він дуже нервово сприймав наші спроби до найменших зауважень з економічних питань.
Передбачалася оперативна підвозка соломи та переробка її безпосередньо «з коліс», без створення страхових запасів на випадок непередбачуваних збоїв. Зберігання соломи покладалося на постачальників. Фізичний стан соломи апріорі вважався придатним для виготовлення брикетів.
За наслідком досить важких перемовин, перемішаних з лікбезом, проект набув наступної конфігурації. Солома в тюках, після пресу-підбирачу, з використанням напівпричепу довозиться до господарства та розвантажується долу трактором з гідравлічним навісним захватом. Трактором або робітники закочують тюк до дробарки соломи, яка встановлюється нижче нульової відмітки з тим, щоби була можливість подавати солому, скидаючи її вилами до дробарки для подрібнення. Над дробаркою споруджена металеве перекриття для обслуговування подавання, саме в отвір дробарки, який, для запобігання нещасного випадку, огороджено згідно з відповідним СНІП. Дробарка виконує попереднє подрібнення з одночасним доправленням соломи до дезінтегратора.
Так, цього разу ми використовуємо дезінтегратор не тільки з метою підвищення якості та продуктивності, але й вимушено для сушіння соломи. Звісно, що на тому етапі нашого досвіду ми ще не мали обґрунтованих розрахунків продуктивності та й меж сушіння, але довелося піти на компроміс з замовником, якого засмутило наше твердження про важливість ступеню вологості сировини для успіху її пресування та порушення його розрахунків обійтися без сушарки. Ми ж зважилися на використання дезінтегратора замість сушарки, сподіваючись просунутися в напрямку кінетичного сушіння.
Спочатку все йшло добре, якщо не рахувати наслідків надмірної економії бюджету на створення лінії. Завдавали клопоту тканинні фільтри, які ми, економлячи на догоду замовнику, використали замість більш коштовного циклону. Вони дуже швидко заповнювалися. Потім дався взнаки приямок, в якому було змонтовано дробарку соломи попереднього дроблення. Він досить швидко через просипи заповнився соломою, що обмежило обмін повітря та призвело до перегріву двигуна дробарки.
З корисного ми з’ясували, що за середнім показником дезінтегратор за один прохід сировини забезпечує зниження показників її вологи в два рази і це надавало нам перспективу на доцільність використання кінетичних сушарок.
Втім, згодом сталася неприємність, яку теж потрібно враховувати. І знову причиною неприємності став «казус робітника-виконавця», який подаючи безпосередньо в кінетичну сушарку просипи соломи з приямку дробарки, недопустимо порушив заборону використання дезінтегратору без магнітного захисного пристрою, демонтувавши цей захисний пристрій, який заважав йому вставити до приймального отвору дезінтегратора воронку для зручності нештатного вкидання соломи. Тому, нажаль, в дезінтегратор, разом із соломою, потрапила металева гайка, яка миттєво вивела механізм з ладу. Зараз наші дезінтегратори облаштовуються блокіровкою, яка виключає можливість їх запуску без вищевказаного магнітного пристрою.
В сухому залишку ми впевнилися, що кінетична сушарка підвищує якість брикетів. Та й не тільки розширює допустимі для технології пресування кордони вологості сировини, а ще реально сушить сировину. Безумовно, це не була ще стала технологія, а лише можливість збудувати на вказаних висновках нові технології.
Втім, відволікали наступні роботи, про які трохи згодом, а про кінетичну сушарку поки що тільки надали інформацію на сайті. Зроблено це було виходячи з того, що це була наша вже третя зустріч з дезінтегратором і цей механізм, в нашому розумінні, мав серйозну репутацію.
Під час руйнації радянської системи промисловості, коли було скасоване планове господарювання, підприємство, на якому працювали наші майбутні працівники, почало потерпати від нестачі замовлень. Система формування планових завдань «з гори» перестала існувати, ринкові механізми ще не були налаштовані. Підприємство, ще без налагодженої системи пошуку замовлень, все більше бралося за випадкові роботи.
Знайомий завідувач лабораторії з галузевого НДІ надав креслення дезінтеграторного млина для борошна. Йшлося про млин, основою якого є дезінтегратор і який було розроблено спеціалістами одного з сибірських НДІ в співпраці з існуючою ще тоді НДР (східна Німеччина). Наш завод згодом виготовив більше 40 млинів, суттєво вдосконалених вже під час їх виробництва. Вони та, що важливо, і дезінтегратори набули суттєвих покращень не тільки з технологічності їх виробництва, але ще й з якості подрібнення сировини та з надійності в експлуатації. Дезінтеграторам було надано якості, які їх суттєво відрізняють від майже усіх подібних вітчизняних конструкцій такої ж назви і призначення. Це була друга зустріч з дезінтеграторами. Перша ж відбулася ще в рамках підготовки до запуску виробництва млинів, коли довелося ознайомитися з роботами видатного інженера з Естонії Йоханнеса Хінта, який на той час був широко відомим керівником НПО «Дезінтегратор».
Загалом сукупність наведених обставин й призвела нас до розуміння перспективності застосування дезінтеграторів при виробництві біопалива. Зрозуміло, що дезінтегратори доводиться прилаштовувати до різної сировини та загальний механізм прилаштування вже знайдено.
Те ж саме обладнання та інші умови.
Наводимо цей приклад з нашої практики, аби підкреслити, як може відрізнятися робота з тим самим обладнанням, але в різних умовах.
Спочатку виконувалося замовлення на запуск виробництва пеллетів з лушпиння соняшнику. Обладнання вже було змонтоване в надзвичайно сприятливих для виробництва умовах – безпосередньо біля лінії з виробництва олії на доволі значному за розміром спеціалізованому підприємстві. Усі підготовчі технологічні операції, які передують виготовленню пеллетів з лушпиння, виконувалися базовою технологічною лінією та на лінію гранулятора мала потрапляти сировина суха, чиста та навіть підігріта. Був змонтований гранулятор ОГМ-1500, норія для подавання лушпиння до дозуючого бункеру гранулятора та похилий транспортер для подавання пеллет на завантаження у м’яку тару.
Ми не мали жодної змоги ознайомитися з задумками попередників, які монтували обладнання і це додало нам клопоту. Проте, досить швидко подолали дозування завантаження лушпиння в бункер, проблеми з яким виникли внаслідок використання норії замість штатного, для того гранулятору, подавання шнеком знизу, та трошки доробили пристрій дозування відбору лушпиння зі штатного транспортеру, яким лушпиння в надлишковій для гранулювання кількості транспортувалося в місця накопичення відходів і частково палива у вигляді лушпиння для виробничих потреб.
Втім, з відомих причин 2014 року, тільки-но задіяна лінія була терміново демонтована
В Луганській області гранулятор був задіяний для отримання паливних гранул з лушпиння, а в новому місті замовник планував виробляти пеллети з деревинної тріски та тирси. У замовника був тільки гранулятор в описаній комплектації та для налагодження запланованого виробництва з урахуванням сировинної бази та стану сировини потрібно було мати місце для розвантаження тріски, розраховане на прийом габаритних трісковозів, місце для накопичення та зберігання з урахуванням її вологості (бо тріска була зі свіже заготовленої сировини та й зберігалася у постачальників на відкритій місцевості), оснащення для внутрішнього технологічного переміщення та між обладнанням, сушарка, яка підходить для сушіння тріски, дробарка для її подрібнення. Також потрібне було обладнання для подавання сировини в бункер гранулятору, бо норія, яку привезли разом з обладнанням з Луганщини, була занадто великою, аби вмістити її в пристосованому приміщенні колишньої ферми для великої рогатої худоби. До речі, над місцем встановлення конструкції гранулятору довелося демонтувати стелю для розміщення частини конструкції в просторі горища.
Жодна одиниця з перерахованого обладнання за місцевими умовами та обмеженнями на бюджет, яким був спроможний користатися наш замовник, не могла бути задіяна у стандартному вигляді, в якому вона зазвичай йде на продаж.
Для технологічного транспортування було використано пневматичний транспортер з мотивів місцевих умов, ціни та можливості використання його для попереднього підсушування сировини, продуваючи її стисненим повітрям.
Сушарку, після вивчення усіх пропозицій ринку, довелося розробити власної конструкції, аби виключити недоліки тих, що пропонувалися на продаж, та зробити її власними силами (в той час це було можливим). Замовнику вона обійшлася дешевше, стала програмованою на потрібний режим сушіння з автоматичним його підтримуванням та була збудована за схемою, що виключає загоряння сировини, досить розповсюджене в аналогічних сушарках інших виробників, які зазвичай використовують іскрогасильники. (фото сушарки біля холодильнику)
Дробарку було виготовлено за нашим технічним завданням, яке удосконалювало її для забезпечення подрібнення тріски тієї фракції, що поставлялася.
Тож та сама лінія, що вже працювала та вже почала приносити прибуток в іншому місці, на іншій сировині, на простодушний погляд замовника, виявилася не такою вже й привабливою, бо приваблювала в першу чергу гроші на своє прилаштування до нових умов.
Послід кролів та інші екскременти, халва, осадкові маси відстійників.
Поки ми впорядковували поточні технічні негаразди наших замовників, за короткий проміжок часу надійшло декілька різнопланових, але з технологічного боку подібних, запитів про можливість переробки субстанцій з перерахованих в найменуванні розділу. Призначення переробки різнилися та таки були дотичні і до нашої спеціалізації. Декого цікавили добрива, інших паливо, а виробників халви – виправлення браку.
В одному з запитів йшлося про збереження бізнесу з продажу природних добрив. Висушували та гранулювали курячий послід та фасували на продаж. Обсяги зростали, що спонукало сушити свіже. Припахи, які супроводжували це сушіння, завадили розвитку виробництва добрив. Усе залежало від напрямку повітря. Доходило до протестів і заворушень в окремих місцевостях з приводу ароматів, що турбували місцевих жителів.
В іншому, значному за розмірами, підприємстві з вирощування худоби, проблеми обумовило вичерпання територій, раніше відведених для накопичення екскрементів, та зростаючі витрати на їх обслуговування.
Декого вразили обсяги накопичення осадів у відстійниках середніх за розмірами населених пунктів та ідея використовувати їх в якості палива, зважаючи на можливість цих осадів утворювати тепло.
Халва, в якій є і цукор, і олія, що сукупно додають їй в’язкість і саме через цю властивість подібна до перерахованого вище.
Вирішили спробувати. Вже мали невеличкий досвід, коли пропрацьовували можливість перебивати на борошно кістки тварин. Вихідний матеріал мав ще той припах, але він схоже губився у великій кількості повітря, що генерувалося дезінтегратором, та й не відчувався вже на відстані 2-3 метрів від дезінтегратору та й костне борошно у сухому вигляді хоч і мало остаткові припахи, але не було відразливим. Сушіння без випарювання схоже мало сенс, бо з дезінтегратору волога надходить не паром, тобто газом, а у дрібнодисперсному вигляді та осідає майже відразу по виході. Сучасне розуміння запаху поки базується на теорії, що запах створюється спеціальними молекулами зі складу речовини, які легко поглинаються поверхньо активними речовинами (ПАР), або здіймаються в повітря та, потрапляючи в органи дихання, взаємодіють з рецепторами живого організму, а ті, в свою чергу, передають сигнали до мозку, де формуються різноманітні запахи і де вони класифікуються та порівнюються з такою собі базою знань, приналежною організму. Про ПАР тут у зв’язку з тим, що там ці молекули концентруються та, випаровуючись із води, створюють значні концентрації, що переміщуються з повітряними масами на значні відстані (вище було про протести населення, до якого вітром приносило відразливий запах, подолати який у виробників добрив майже не було засобів). То ж була надія, що перша проблема може бути подолана або суттєво зменшена.
Припаху під час спалювання ми не очікували, тому що бачили використання палива, виготовленого з екскрементів, в хазяйстві одного з наших партнерів, який дуже пишався своєю сміливістю та ощадливістю, бо купував таке паливо дешевше і демонстрував свій досвід усім, хто проявляв цікавість або подив. До того ж, один з потенційних замовників, зацікавлений в перероблянні екскрементів свиней в паливо, має офіційний висновок відповідної акредитованої лабораторії з дописом, що воно не тільки демонструє значну калорійність, та ще й доволі екологічне та не має яскраво виявленого припаху у сухому стані та під час спалювання. Залишалося з’ясувати ефективність сушіння та пристосованість дезінтеграторів для цієї операції.
Отримали сировину для відпрацювання. Розуміємо, що для роботи з такою сировиною потрібен дводисковий дезінтегратор, проте маємо доступ тільки до механізму з одним рухомим та одним нерухомим дисками. Втім, його легше завантажувати крізь центральний отвір, а стосовно результатів вирішуємо обмежитися розрахунками, керуючись принципами подібності та пропорційності.
Сировина, за методом гідрозмиву, вивільнюється зі свинарників та у вигляді пульпи подається до ємності, оснащеної фекальним насосом. Насос подає пульпу у спеціальний пристрій, де супутня вода віджимається. Тож, отримується сировина з вологістю не менше 80%, шнековим дозувальником подається в дезінтегратор, ( дивись відео) де відбувається її сушіння.
У зв’язку з вимушеним використанням спрощеного дезінтегратору, змушені були, спираючись на експериментальне моделювання, розробити досить складну систему сушіння. Моделюванням було з’ясовано, що сушіння сировини в ньому відбувається неоднаково для усієї маси. За результатами, частина маси занадто суха, ще частина має потрібну вологість, а інше залишається занадто вологим, але під час експериментів з довгим рукавом усе розподілялося на різній відстані від вихідного отвору нашої сушарки, відповідно з приналежною сировині вологістю. Тобто, вихідну сировину можливо класифікувати в залежності від її ваги та, одночасно, й вологості. Довелося винайти засіб класифікувати сировину і кондиційну відбирати на подальше пресування, а ту, що некондиційна – повертати до досушування. Це вдалося забезпечити. ( відео)
Відео надає уявлення про пульпу, яку заливають вручну (бо на годину готовності до випробувань був вже вечір і не було кому вибрати та заправити в приймальний бункер сировину), демонструє зворотній скид в той же приймальний бункер віджатої води та вихід у повітря струменя дрібнодісперстного спрею, який добре видно у промені ліхтаря. Кондиційна маса подається до гранулятору та гранулюється ним розігріваючись, про що свідчить пара, в яку перетворюється технологічно потрібна волога. На даному відео представлена штучна лінія. Щодо промислового використання – то для нього тепер вже маємо більш досконалі рішення.
Наводимо порівняльні характеристики спрощеного дезінтегратору, який використаний у експерименті, з тим, який потрібен для промислового використання.
Спочатку мали 255 пальців на рухомому диску та 187 – на нерухомому. Оскільки неможливо більш-менш точно порахувати кількість силових робочих контактів часток, що знаходяться в процесі подрібнення і, тим паче, з урахуванням траєкторій переміщення часток, наданих сутичками між ними та ще таких, що відбуваються з різними їх швидкостями, то візьмемо до уваги тільки сутички часток з пальцями при 6000 обертів диску за хвилину. Таких сутичок відбудеться не менше 47600 за кожне обертання диску та не менше 285,5 млн. кожної хвилини.
Деякий час так вочевидь і відбувалося, але в робочому просторі сталося поступове залипання маси і процес було зупинено. Фото дисків надають уявлення про те, що сталося від початку процесу і відбувалося аж до того, поки через заповнення робочого простору нерухомого диску було заповнено і рухомий, який поступово втрачав можливість розвантажуватися самотужки.
Вимушено, аби покласти край залипанню, зменшили кількість пальців на нерухомому диску до 42-х, то ж число сутичок зменшилося в 4 рази до 10,7тис. за обертання і 64млн. за хвилину. Залипання припинилося, що свідчить про здатність до саморозвантаження дисків, що обертаються в дводисковому дезінтеграторі назустріч один одному зі швидкістю, що майже дорівнює разом 12000 обертів за хвилину (один диск трішки більше, а інший трішки менше, ніж 6000).
Таким чином, маємо визнати, що виходячи з принципів порівняння і пропорційності, інтенсивність силового впливу на частки маси при використанні дводискового дезінтегратору щонайменше в 6000 разів вища, але без врахування зустрічної активності додаткового диску, що теж додає інтенсивності процесу. Тобто, якщо ми отримали результати, які можливо побачити у відеопротоколах, що додаються, то за умов використання дводискового дезінтегратору вони покращаться. Розрахунки, виконані за допомогою штучного інтелекту, підтверджують оптимістичні сподівання, за якими сировина з вологістю 80% за один прохід дводисковим дезінтегратором може придбати вологість від 7,5% до 12%.
Тож маємо те, що маємо. Спочатку подолали залипання сировини в робочій зоні дезінтегратору, втративши і так недостатню ефективність, а надалі – аналізуємо процес.
Сировина після дезінтегратору то парує, то ні, але при цьому прилади контролю вологості таки фіксують її зниження. Задовільне пояснення цьому явищу знайшли, супутньо з’ясувавши причину обмеженого розповсюдження неприємного припаху сировини. Справа в тому, що волога не перетворюється в пару, а виноситься потоком стиснутого повітря у вигляді дрібнодисперсних крапель, які важчі за пару і тому розповсюджуються обмежено, так як це відбувається зі спреями або аерозолями.
Надалі вивчали, в якому саме вигляді сировина покидає дезінтегратор та чи уся вона однаково висушена чи ні та як відбувається її розподілення. Робилося це на випадок, якщо знадобиться розподіляти сировину залежно від її вологості. Це стало в нагоді, бо першу лінію з ґрунтовним сушінням довелось таки надавати до використання із дезінтегратором спрощеної конструкції з обмеженими можливостями з сушіння. Подробиці в коментарях до доданих відеозвітів далі.
Оскільки усі наші пошуки – вихідне від господарських договорів, потрібно було виправдовувати витрати та поставляти замовнику його обладнання. Наприклад, лінія змонтована в транспортному контейнері, який замовник планував використовувати, перевозячи цей контейнер між своїми господарствами, що розміщені в різних селах.
Проектом передбачалися різні варіанти стану сировини: чи то безпосередньо з ферми, де екскременти худоби збиралися гідрозмивом в стані пульпи, чи то з відстійника-накопичувача в більш сухому стані. Звісно, що лінія була розроблена під гірший, з погляду технології, варіант на приймання пульпи.
Було збудовано септик для відстоювання та очистки віджатої рідини, бункер-накопичувач для приймання пульпи, оснащений фекальним насосом, що може бути налаштованим або подавати пульпу в приладдя на віджим води, або на скид рідини до септику. Збір віджатої води налаштовано таким чином, аби вона відразу поверталася до накопичувача. Віджата сировина з вологістю близько 80% транспортером подається до дезінтегратору, а звідти – у класифікатор для розділення її за рівнем вологості. Те, що набуло кондиційної вологості, відсилалося до пресування, а некондиційне – поверталося на додатковий прохід для досушування. Звісно, такий устрій дещо знижує продуктивність лінії та втім задачу виконує. Те, що подається на повторний прохід сушіння поступає туди в суміші з сировиною з отжиму і таким чином рівень вологості сировини, що подається, завжди майже однаковий. Може й не дуже вдало, бо відеозвіт не готувався для оприлюднення, але майже усе можливо там побачити.