Рынок предлагает оборудование, различное по устройству и даже принципу действия, характеристикам, производительности, качеству, надежности, экономичности.

Значительная часть поставщиков предлагает продажу только отдельных агрегатов, оставляя потребителю самому разбираться в тонкостях технологии и комплектовать линию необходимыми агрегатами.

Отчасти такой подход оправдан разнообразием видов сырья и технологий их переработки. С другой стороны без глубокого понимания технологического алгоритма производства биотоплива создать оптимальную технологию почти невозможно.

Полная структурная схема технологической линии производства включает:

  1. Измельчитель
  2. Сушилку
  3. Пресс (гранулятор)
  4. Охладитель
  5. Упаковщик
  6. Транспортно-накопительные устройства, связывающие в линию агрегаты 1-5.

В частных случаях это может быть только пресс, измельчитель и пресс, сушилка и пресс, гранулятор, охладитель и упаковщик или множество других вариантов. Все зависит от сырья, его физико – химических характеристик в момент подачи на переработку, условий поставки потребителю.

Изготовление биотоплива это практически всегда технологическая линия, даже, невзирая на то, что она может состоять из двух агрегатов, объединяемых в линию ручным трудом. Использование только одного агрегата крайне редко и почти всегда имеет ограниченную работоспособность.

При создании линии:

Во-первых, определяется сырье, предполагаемое к переработке.

Во-вторых, оценивается его влажность в состоянии при поступлении или в результате хранения.

В-третьих, определяется, в каком виде сырье будет поступать на переработку.

В-четвертых, каково должно быть соотношение ручного и механизированного труда.

В-пятых, в каком виде биотопливо будет поставляться потребителю.

Ответы на эти вопросы определяют структуру линии. Затем подбираются агрегаты.

Измельчение

Подбор измельчителя зависит от исходного материала, его влажности и способности измельчителя перерабатывать такой материал до нужной фракции. Иногда для получения нужного результата приходится использовать последовательно несколько измельчителей.

Часто при работе измельчителей труднопреодолимой проблемой являются влажность сырья, неустойчивость фракционного состава переработанного сырья, низкий ресурс рабочих органов измельчителя, недостаточная производительность, предрасположенность к сбоям в работе вследствие качества, как сырья, так и самого измельчителя. Уязвимость измельчителя при попадании в него посторонних предметов вместе с сырьем.

Неоптимальный подбор измельчителя, по параметрам выдаваемого им продукта, может быть причиной неоптимальной работы остального оборудования: недостаточной производительности, высоких энергозатрат и общей нерентабельности производства.

При производстве биотоплива используются:

  1. Ножевые мельницы – соломорезки.

  2. Молотковые дробилки.

  3. Комбинированные дробилки, например, ножевое предварительное измельчение соломы, и молотковая дробилка для доизмельчения.

  4. Шредеры, используемые как щеподробилки для предварительного дробления древесины и дробилки для крупностеблевых трав.

  5. Комбинированные дробилки шредер – молотковая дробилка.

  6. Дезинтеграторы.

Возможности ножевых мельниц и молотковых дробилок ограничиваются влажностью сырья. При высокой влажности дробление практически невозможно. Возникает вопрос предварительной сушки, что иногда технически трудноосуществимо.

Шредеры и дезинтеграторы меньше зависят от влажности, но имеют другие ограничения.

Известны технические решения, позволяющие поднять планку влажности молотковых дробилок, но такие работы носят индивидуальный характер.

Подбор оборудования дробления – ответственное мероприятие, определяющее результативность проекта производства биотоплива в целом.

Сушка

Рынок предлагает три основных вида сушилок – барабанные, аэродинамические, кинетические и оборудование для подсушивания.

Барабанные сушилки громоздки, дороги, но они позволяют вести процесс сушки до достижения необходимого результата. Самой большой проблемой таких сушилок являются габариты тем большие, чем выше их производительность.

Сушилки работают в комплексе с теплогенерирующими устройствами. Процесс ведется до достижения результата, что позволяет качественно подготовить продукт к последующим операциям.

Сушке в таких сушилках подвергается, как правило, предварительно или полностью измельченная масса. Такие сушилки дороги вследствие своей металлоемкости.

Аэродинамические сушилки также достаточно громоздки. Сушка сырья в них осуществляется в уже дробленом виде в потоке подогретого воздуха. Параметры потока и размеры частиц сырья должны быть такими, чтобы осушиваемые частицы могли увлекаться потоком воздуха.

Сушилки бывают одно- или многоконтурные. От количества контуров зависит количество снимаемой влаги. Чем больше контуров, тем более влажное сырье в ней можно сушить.

Возможность регулирования результатов сушки на аэродинамических сушилках ограничена. Зависит от температуры теплоносителя, скорости потока и плотности сырья в потоке теплого воздуха.

Настроить такую сушилку на результат достаточно сложно, но в некоторых пределах возможно, вследствие чего такие сушилки используются.

Кинетические сушилки применяются достаточно редко. Принцип действия базируются на ряде физических и биологических эффектов.

Кинетическая сушка происходит в процессе высокоэнергетического микроизмельчения сырья в специальных аппаратах – дезинтеграторах.

При таком измельчении происходит разрушение частиц с резким уменьшением площади их поверхности и объема, удерживавших влагу. Влага удаляется вследствие ряда эффектов, а биоматериал активизируется. Результатом этого является высокое качество топлива и повышение производительности процесса формирования топлива. Такая сушилка имеет четкий диапазон возможностей, но обладает рядом преимуществ, достаточных для того, чтобы отдать предпочтение такому способу.

Недостаточная глубина сушки вследствие исходно завышенной влажности может быть компенсирована комбинацией такого метода сушки с другими.

Для подсушивания сырья могут быть применены устройства, используемые при хранении зерна – ворошение с подачей воздушного потока, что заметно снимает влажность продукта.

Подбор сушилки – важный этап, который необходимо осуществлять применительно к фактическим условиям сырьевого обеспечения производства биотоплива.

Прессовое оборудование

Предлагается несколько типов оборудования. Для производства пеллет – грануляторы с кольцевой матрицей и с плоской матрицей. Для прозводства брикетов – шнековые прессы «Pini&Kay», прессы ударного действия «Nestro» и гидравлические прессы «RUF».

Грануляторы с кольцевой матрицей – это хорошо доведенные машины, созданные на базе оборудования для производства кормовых гранул. В них эффективно работают узлы накопления-подачи сырья, смачивания и перемешивания его, подачи на прессование и сам процесс прессования. Хорошо организован сбор просыпей, подача пеллет на охлаждение и отсев отходов.

Все это касается поставщиков, поставляющих оборудование комплектно.

Приобретение только грануляторов автоматически создает сложно преодолимые проблемы.

Рабочие органы матрицы и ролики как правило унифицированы. Рынок насыщен разнообразными предложениями поставки рабочих органов высокого качества преимущественно импортного производства.

Грануляторы с плоскими матрицами насыщают сектор потребностей оборудования невысокой производительности. Такие грануляторы обладают некоторыми недостатками связанными с применяемой конструктивной схемой, но, тем не менее, это не делает их неприемлемыми. При использовании грануляторов диапазон возможных к применению фракций сырья ограничивается размерами каналов и должен быть меньше, чем для брикетирования. Например, изготовление пеллет из недробленой лузги подсолнечника сопряжено с измельчением лузги уже в барабане, что повышает энергоемкость процесса.

Брикеты «Pini&Kay» — это топливо с высокими потребительскими свойствами, обладающее высокой плотностью, малой гигроскопичностью и достаточно высокой теплотворной способностью. Они первыми появились на рынке и занимают место своего рода эталона брикетов.

Изготавливаются такие брикеты на шнековых прессах достаточно простых и надежных, но вместе с тем обладающих недостатками, приводящими к высокой себестоимости продукции. В настоящее время в Европе производство таких прессов не осуществляется.

Силовым рабочим органом такого пресса является шнек – сложное и дорогостоящее изделие, выполняемое путем механической обработки из высококачественного металла, обладающего высокой износостойкостью. Шнеки подвергаются термической обработки, но, несмотря на это ресурс такого изделия невелик.

Эксплуатация шнека продлевается путем установки насадок, замещающих изношенные витки или путем наплавки изношенной поверхности, но, тем не менее, проблема износа не поддается радикальному разрешению, что и составляет одну из основных статей высоких эксплуатационных затрат.

Второй статьей является необходимость нагрева сырья для создания условий выделения лигнина. В силу относительной кратковременности пребывания спрессованного сырья в зоне нагрева, температурный режим нагревающей втулки значительно выше температуры 150-1600С, необходимой, для выделения лигнина при относительно сухом сырье и, превышает температуру воспламенения сырья, в силу чего процесс происходит с активным выделением летучих веществ не только загрязняющих воздух рабочей зоны, но и при определенных условиях, создающих опасность возгорания.

Поверхность брикета в некоторой степени обугливается (появляется тонкий коксово-углеродный слой), что придает брикету дополнительную влагоустойчивость.

Мощность нагревателя (как правило, тепло-, электронагревателя) сравнима с мощностью главного привода, что становится еще одной статьей высокой себестоимости продукции.

На рынке Украины шнековые прессы представлены довольно широко. Изготавливаются в Украине, Белоруссии, Польше, России, Китае.

Как правило, такие прессы имеют невысокую производительность: 100 – 300 кг в час. Шнековые прессы высокой производительности имеют нелинейно более высокую удельную цену, чем малые прессы.

Производить брикеты на таких прессах можно, учитывая рентабельность такого производства.

Как правило, брикеты «Pini&Kay» изготавливаются с осевым отверстием внутри. Площадь сечения такого брикета при этом меньше чем у сплошного, что сказывается на продолжительности горения.

Брикеты «Nestro» традиционно несколько уступают по качественным характеристикам эталонным брикетам, их изготовление менее затратно, а в последнее время созданы технологии, позволяющие получать брикеты «Nestro», превосходящие по качеству брикеты «Pini&Kay»

Изготавливаются такие брикеты на прессах «ударного действия».

Как правило, это кривошипно–шатунные прессы простого действия, обеспечивающие более 200 ходов в минуту. С каждым ходом пресса подается небольшая дополнительная порция сырья. На последнем этапе сжатия происходит проталкивание общей брикетной заготовки сквозь фильеру (канал прессования).

Усилие сжатия порции сырья определяется усилием, необходимым для преодоления трения брикетной заготовки при прохождении ею канала фильеры.

Сила трения в свою очередь зависит от величины упругого сопротивления сжатию и коэффициентов трения присущих материалу фильеры и прессуемого материала.

Имеет также значение длина канала аналогично гидравлическому сопротивлению жидкости при движении ее, например в трубах.

Работа пресса на проталкивание массы преобразуется в тепло, обеспечивающее выделение лигнина.

Лигнин, скрепляя частицы массы, компенсирует силы упругости, снижая силу трения.

Описанный процесс является довольно сложным и многофакторным.

Изменение его параметров как то:

    — повышение сопротивления прессованию;
    — изменение влажности;
    — изменение размера фракции;
    — изменение материала и др.

Приводят к сбою процесса.

Например, поступление сухого сырья повышает сопротивление, уменьшается число ходов, нарастающее до полной остановки пресса.

Или, если начинает поступать сухой материал, лигнин не выделяется, не спрессовываются частицы, а когда масса выходит из канала – разрушается. Останавливается процесс прессования.

При недостаточном сжатии массы, зависящем от параметров конической части канала, силы трения при прохождении по фильере могут быть недостаточны, вследствие чего плотность и прочность брикета уменьшаются.

За счет динамических характеристик процесса энергопотребление таких прессов ниже, чем шнековых, кроме того, не требуется применение нагревателей, вследствие чего удельное энергопотребление таких прессов в среднем в 2 раза ниже, чем у «Pini&Kay».

Рабочие органы таких прессов проще, технологичнее, чем шнеки, обладают значительно большим ресурсом и обеспечивают более низкую себестоимость их изготовления.

Большинство выпускаемых моделей сконструированы на базе импортных прессов, принятых за основу на различных стадиях совершенствования конструкции.

Производители прессов вносят собственные усовершенствования, к сожалению не всегда повышающие потребительские характеристики прессов, а зачастую ухудшающие их.

Наиболее серьезной проблемой для пользователей такими прессами является несоответствие их заявленным характеристикам производительности. Наряду с объективными причинами, зависящими от организации технологии производства потребителем, часто недостаток производительности предопределяют грубые ошибки в конструкциях системы питания прессов (накопления и подача массы на прессование). Недостаточная производительность – это завышенная себестоимость продукции.

Встречаются иногда и другие ошибки усовершенствований, к счастью, исправляемые производителями в последующих образцах.

Несмотря на замечания, технология изготовления брикетов, реализуемая такими прессами, на сегодняшний день является оптимальной.

Доведенный или изготовленный с учетом замечаний пресс позволяет получить высококачественный брикет и надежную работу оборудования. Себестоимость такого брикета ниже, чем при использовании прессов других типов.

Брикеты «RUF» изготавливают по технологии силового извлечения лигнина. Качество брикета зависит от параметров пресса – развиваемого им усилия и параметров пуансона-матрицы. Результат тем лучше, чем выше удельное давление прессования.

Как правило, для «RUF» используются гидравлические прессы, для которых характерно развитие усилия до максимального, предусмотренного конструкцией при использовании схемы сжатия «в упор». Имеет значение достаточность удельного давления (соотношения усилия и площади) и некоторая выдержка, позволяющая лигнину скрепить частицы, компенсировав упругую фазу сопротивления их. Теоретически брикеты, полученные таким способом, могут обладать высоким качеством, но для этого необходимы значительные силовые характеристики пресса и относительно невысокая производительность, определяемая размерами изготавливаемых брикетов и временем удержания их под давлением.

Достоинством производства брикетов по технологии «RUF» является более устойчивый технологический процесс прессования. При изготовлении брикетов «RUF» необходимо предусматривать упаковку, предупреждающую попадание влаги в брикеты.

Успех производства брикетов или пеллет тем больший, чем более квалифицированно решены вопросы технологии производства и подобран инструмент ее реализации.

Одним из главных факторов при этом является правильное сочетание весомых качеств, всех механизмов, включаемых в технологическую линию, а также соответствие им.

Не менее важной является практическая надежная работоспособность оборудования, которой на практике не обладают некоторые машины, предлагаемые рынком.