Увеличение производительности линий по производству гранулированного топлива путем паровой обработки

Доклад, прозвучавший на III Международной научно-технической конференции «Аграрная энергетика в XXI столетии», которая состоялась 21-23 ноября в Минске.

В последнее время все большее распространение получает производство высокоэффективного гранулированного топлива из отходов растительной биомассы с повышенными потребительскими качествами. Современные методы гранулирования обеспечивают получение большого класса продуктов с улучшенными физико-механическими свойствами. Гранулы обладают хорошей сыпучестью и высокой плотностью, имеют прочную структуру, однородны по размеру, не пылят при транспортировке, позволяют автоматизировать подачу топлива при их сжигании.

Наиболее эффективно использование гранулированного топлива из растительной биомассы для котлов малой и средней мощности (0,05-1,00 МВт), которые в основном могут быть использованы на предприятиях агропромышленного комплекса, местной промышленности, в фермерских и личных хозяйствах. Использующие топливные гранулы котлы могут быть полностью автоматизированы и по удобству обслуживания будут не уступать котлам, работающим на жидком топливе или газе. Их преимуществами являются меньшее воздействие на окружающую среду, большая безопасность в обслуживании, использование местных видов топлива при высоком коэффициенте полезного действия топочных агрегатов. Гранулированное топливо обладает достаточно высокой удельной теплотой сгорания, высокой плотностью и механической прочностью, низкой влажностью и гигроскопичностью. Используемые для его получения технологии включают в себя целый ряд операций: подготовку и очистку сырья, его сушку, тонкое измельчение, прессование и охлаждение гранул. Новым в разработанной нами технологии является то, что генерируемый водяной пар используют для термообработки растительной биомассы перед гранулированием. Для производства гранул не требуются связующие материалы, получаемое топливо не требует специальных условий хранения и герметичной упаковки. Производство является экологически чистым и не требует дополнительных затрат на обеспечение топливными ресурсами (газ, мазут и т.д.), так как часть производимого топлива или исходного сырья используется для собственного обеспечения тепловой энергией. При этом затраты энергии на производство гранулированного топлива не превышают 5% от содержащейся в полученных гранулах полезной энергии.

На опытном образце технологической линии производства гранулированного топлива в рабочих режимах были проведены исследования влияния режимных параметров пара, подводимого в камеру паровой обработки, на качество получаемых гранул и общую производительность гранулирования. Установка для получения пара в опытном образце включает в себя паровой котел с топочным агрегатом, теплообменник, установленный на отдельной раме, систему паро-, водо- и воздухопроводов, а также датчики и приборы для регистрации давлений, температур и расходов пара. Выходящий из парового котла водяной пар подогревается в теплообменнике отбираемым из воздуховода между теплогенератором и сушилкой горячим воздухом и через изолированный паропровод подводится в камеру паровой обработки. При этом могут регулироваться температура подводимого в камеру пара в пределах 110°-150°С и его расход в пределах от 20 до 100 кг/ч. Камера паровой обработки представляет собой цилиндрическую емкость длиной около 2 м и внутренним диаметром 300 мм с патрубками для подвода и отвода опилок и перегретого пара. В центральной части камеры установлена шнековая мешалка, обеспечивающая перемешивание обрабатываемых паром опилок. Число оборотов шнека может изменяться от 20 до 50 об/мин. Методика проведения исследований по выявлению влияния паровой обработки на технологический процесс получения гранулированного топлива заключалась в следующем. В ходе установленного режима работы технологической линии по получению гранулированного топлива опилки непрерывно подводились из бункера — накопителя опилок, высушенных и измельченных до размера dэкв. = 0,5-4 мм. При этом камера паровой обработки загружалась опилками на свою полную емкость. При работающем паровом котле пар через теплообменник и изолированный паропровод подводился в камеру паровой обработки.

Температура и расход подводимого пара могли изменяться при этом в указанных выше пределах. Получаемые после грануляции обработанных паром опилок гранулы после охлаждения поступали на лабораторные исследования. В ходе этих исследований замерялись среднестатистические значения плотности полученных гранул, их влажности и геометрических размеров (длина и диаметр). Также визуально определялось качество поверхности получаемых гранул и оценивалась их механическая прочность. В ходе отдельного эксперимента устанавливался определенный расход пара с определенной температурой. Данный режим оставался неизменным в течение 30 минут. Путем взвешивания полученных за это время гранул определялась средняя производительность линии, а путем взвешивания негранулированных опилок и некондиционных гранул, идущих на повторную переработку, определялся процент отходов при данном режиме. Произвольным образом отбиралось от 100 до 500 полученных при данном режиме гранул и определялись их вышеуказанные среднестатистические характеристики. В следующем эксперименте при такой же производительности изменялся либо расход пара, либо его температура, либо оба этих параметра. Как и в предыдущем опыте, определялись те же самые параметры по той же самой методике. Данные из всех серий экспериментов сведены в таблицу.

Изменение характеристик гранул и производительности линии гранулирования при различных режимных параметрах подачи пара

Режимы подачи пара		Свойства гранул (d = 8 мм)			Производительность, кг/ч	Процент возврата на повторную переработку, %
Расход, кг/ч	Температура, °С	Плотность, кг/м3	Влажность, %	Средняя длина, мм
1	2	3	4	5	6	7
0	-	1050	10,2	14	588,0	21,4
20	110	1120	8,4	18,6	610,0	8,2
	120	1280	9,2	20,8	636,8	8,2
	130	1320	8,1	20,6	655,2	7,8
30	110	1260	10,0	22,5	721,6	6,3
	120	1300	9,6	26,4	742,8	5,8
	130	1380	9,4	26,5	753,5	5,6
	140	1370	9,3	26,5	752,2	5,5
40	110	1240	9,7	27,2	732,6	5,6
	120	1320	9,5	28,0	751,8	5,4
	130	1360	9,5	27,6	755,7	5,3
	140	1360	9,3	27,8	752,3	5,2
50	110	1230	10,4	27,5	736,4	6,8
	120	1300	10,2	27,8	752,2	6,5
	130	1320	10,2	27,6	761,8	6,2
	140	1300	10,0	27,0	760,9	6,6
80	110	1220	10,6	26,4	720,3	8,4
	120	1280	10,4	26,2	731,0	8,1
	130	1280	10,3	26,2	730,8	7,9
	140	1280	10,2	26,0	732,6	8,0

Анализ полученных результатов показывает, что обработка опилок паром перед гранулированием значительно улучшает плотность получаемых гранул и увеличивает производительность гранулирования как за счет снижения сопротивления в матрице гранулятора, так и за счет снижения потерь готового продукта при гранулировании. При этом отчетливо наблюдается, что увеличение расхода пара и его температуры влияет на параметры гранулирования лишь до определенных значений. В данной серии экспериментов установлено, что для опытного образца оптимальный расход пара, при котором отмечены наилучшие показатели гранулирования, составляет 30-40 кг/ч, а оптимальная температура пара лежит в интервале 130°-140°С. Дальнейшее увеличение указанных параметров не приводит к улучшению работы линии гранулирования. Визуальный контроль полученных после паровой обработки гранул также свидетельствует о том, что существует определенный оптимальный диапазон температур и расхода пара, в котором гранулы имеют гладкую и светлую внешнюю поверхность. Такие гранулы получаются при расходе пара 20-30 кг/ч и температуре 120°-130°С. С увеличением температуры пара получаются более темные гранулы.

В.С. ЕФРЕМЦЕВ, В.В. КУЗЬМИЧ, В.В. ДОМАСЕВИЧ РУП «Институт энергетики АПК НАН Беларуси», г. Минск