Создание производства древесных гранул и брикетов – выбираем теплогенератор.
В прошлых 2-х номерах журнала мы рассказали вам об Агрегате АС - инновационном оборудовании, используемом для сушки-измельчения древесных отходов в производстве древесных топливных гранул, брикетов, древесно-полимерных композитов и поризованного керамического кирпича. В этом номере попробуем разобраться, – какое оборудование в указанном процессе лучше всего использовать для генерации тепловой энергии.
1. Экономика.
Сначала - совсем немного теории.
Общеизвестно, для производства гранул и брикетов необходима относительная влажность древесного сырья около 10%, тогда как его исходная влажность обычно составляет в среднем 55%. Таким образом, принято считать, что из 2 т. влажного сырья будет получена 1 т. готовой продукции и будет удалена 1 т воды. Как правило, с этой целью необходимо приложить 1 МВт тепловой мощности. При сжигании 1 кг древесины с влажностью 10% выделяется около 18 МДж чистой тепловой энергии (низшая теплота сгорания). Следовательно, для получения мощности 1 МВт - необходимо в течение часа сжечь около 200 кг древесины с влажностью 10% (1 МВт х 3600 с /18 МДж = 200). Поскольку КПД теплогенератора составляет около 90%, реально необходимо в течение часа сжечь 220 кг древесины. Вывод: для того, чтобы получить 1 т продукции (гранул, брикетов и др.) в любом случае необходимо сжечь не менее 220 кг сухих опилок (влажных, соответственно, еще больше). А далее, начинаются варианты. Рассмотрим их по отдельности.
Вариант 1. Сжигаем часть полученных сухих древесных опилок, ведь, казалось бы, потеря составит всего лишь 22%. Зато, налицо явный выигрыш – отсутствие истопника ввиду возможности полностью автоматической подачи топлива в теплогенератор. Но, на самом деле, всё не совсем так. У нас имеется 1000 кг, сжигаем 220 кг, остается 780 кг, но 220 к 780 – это уже не 22, а 28%. Иными словами, в этом варианте мы экономим на зарплате одного работника, но сжигаем почти треть потенциальной продукции.
Вариант 2. Сжигаем в теплогенераторе отходы, не представляющие ценности для дальнейшей переработки: кора, горбыль, грязное и гнилое сырье, поленья (при отсутствии рубительной машины). В этом варианте проигрываем на зарплате рабочего, но сохраняем сырье.
Какой же из вариантов выгоднее? Попробуем сравнить. С этой целью рассмотрим в качестве примера производство древесных топливных гранул. Предположим, что влажное сырье – собственное и бесплатное. После сушки и измельчения от готовых гранул его отделяет только стоимость прессования, просеивания и упаковки. Для простоты в данном расчете приведем готовую цифру – не более 900 руб/т гранул (более подробно можно посмотреть здесь: Смотреть). Средняя цена продажи гранул – 3200 руб/т (80 Евро/т). Следовательно, с каждой недополученной тонны гранул в нашем примере будет потеряно 2100 руб. И это при предположении, что сырье – бесплатное. Если же оно привозное и платное – разница будет намного больше. Еще более заметной разница становится при производстве брикетов стандарта Pini-Key, т.к. их цена продажи превышает 4 200 руб/т. Еще нагляднее ситуация выглядит в масштабах месячного производства. За рабочую смену на заводе мощностью 1 т/час производится не менее 8 т гранул. За 21 рабочую смену в месяц завод может произвести 168 т продукции. Если количество сырья ограничено, и часть его сжигать в теплогенераторе, за месяц будет потеряно 47 т продукции (28%) на сумму более 150 000 руб, при двухсменной работе потеря составит более 300 000 руб. Экономия на зарплате истопников составит 15 и 30 тыс. руб. соответственно. Выгода Варианта 2 – очевидна. А возражение типа «А у нас опилок – завались» с точки зрения экономики – детская наивность, ведь бесплатных опилок не бывает. Иными словами, в данной ситуации скупой будет платить не дважды, а вечно.
Вывод 1: Чтобы быть экономически эффективным, теплогенератор должен иметь возможность использовать любые древесные отходы, а не только сыпучие.
2. Качество (эффективность) сжигания биомассы.
Опять немного теории.
Давно доказанными считаются следующие факты:
- наиболее эффективным способом сжигания древесины (и другой биомассы) является пиролиз, т.е. если древесину сначала разложить при высокой температуре и недостатке кислорода до пиролизных газов, а затем эти газы сжечь с избытком кислорода, - тепла выделится больше, чем при обычном сжигании этой древесины;
- процесс пиролиза наиболее эффективен при температуре 700о С и выше;
- для поддержания высокой температуры в зоне пиролиза дутьевой воздух должен быть обязательно горячим;
Вывод 2. Для эффективного сжигания биомассы теплогенератор должен иметь: как минимум 2 зоны (пиролиза и дожига), подогреваемое и распределенное дутье.
3. Соответствие поставленной задаче.
Генерация тепла для сушки измельченной биомассы в производстве биотоплива и других перечисленных выше продуктов имеет специфические требования:
- минимальное искрообразование, и, как следствие, - минимальная пожароопасность;
- минимальный вынос золы и попадание её в перерабатываемый продукт;
- максимальная стабильность работы (стабильность удерживания заданной температуры и производительности).
Третье условие выполняют многие теплогенераторы, а вот с первыми двумя хорошо справляются только вихревые (циклонные) цилиндрической формы, т.к. закрученное в вихрь пламя проходит в десятки раз больший путь, что обеспечивает сжигание искр именно в самом теплогенераторе. В устройствах иных конструкций искры просто гасятся во всевозможных последующих циклонах, лабиринтных искрогасителях и т.п., что снижает КПД генератора и увеличивает трудоемкость его обслуживания. Что касается теплогенераторов с теплообменниками, то, безусловно, они имеют минимальную пожароопасность, но, поскольку огромное количество тепла теряется в теплообменнике, такие теплогенераторы не выдерживают никакой критики с точки зрения экономики.
Вывод 3. Наиболее подходящим для генерации тепла в процессе сушки биомассы является вихревой (циклонный) теплогенератор прямого нагрева.
4. Качество исполнения и срок службы.
Один из важнейших показателей качества теплогенератора – футеровка. В чем здесь кроются подвохи? При нагреве и остывании на футеровку и металлический корпус теплогенератора (особенно при отсутствии принудительного охлаждения футеровки) действуют очень мощные (молекулярные) силы линейного расширения (сжатия). В прямоугольных теплогенераторах в углах эти силы складываются, что приводит к постепенному, но довольно быстрому разрушению футеровки (иногда – всего за несколько месяцев). Поэтому такая форма теплогенератора является самой неудачной для рассматриваемого нами применения. Цилиндрическая футеровка – наиболее долговечная, но и самая трудная в изготовлении, особенно, - для вихревых теплогенераторов, т.к. должна содержать в себе дутьевые сопла. Далеко не каждому производителю даже в заводских условиях удается сделать её качественно, и практически невозможно сделать качественную футеровку теплогенератора в условиях площадки Покупателя. К чему будет приводить некачественное исполнение теплогенератора? К частым и длительным простоям завода. Это даже опаснее, чем разница в экономической эффективности выбора топлива, описанная выше.
Вывод 4. Т еплогенератор должен длительно выдерживать многократные циклы нагрева-остывания, следовательно, он должен иметь цилиндрическую футеровку, выполненную очень качественно и исключительно в заводских условиях, в идеале – футеровка должна иметь принудительное охлаждение.
5. Возможность демонтажа и транспортировки на новую площадку.
Далеко нередки случаи, когда завод по выпуску гранул или брикетов остается без сырья (для примера: владелец сырья построил себе собственный завод по производству гранул). Что делать в этом случае? Необходимо переносить завод на новое место. Более того, возможность таких переносов некоторые инвесторы рассматривают с самого начала – на стадии принятия решения о выборе площадки под строительство. Практически всё оборудование завода можно демонтировать и перевезти на новое место. Однако, несколько иначе дело обстоит с теплогенератором. Без разрушения футеровки, и, даже, стального корпуса генератора, большинство из них перевезти невозможно. Существуют ли такие, которые можно перевозить? Да, это теплогенераторы с цилиндрической футеровкой, сложенной вокруг горизонтальной оси таким образом, что ни один кирпич просто не в состоянии из неё выпасть. Такой теплогенератор можно перевозить на любое расстояние даже без устройства поддерживающей опалубки.
Общий вывод:
С нашей точки зрения наилучший теплогенератор для производства тепла в процессе сушки биомассы это:
Вихревой пиролитический теплогенератор прямого нагрева, горизонтального цилиндрического исполнения с возможностью использования любого твердого топлива, имеющий подогреваемое и распределенное дутье, принудительное охлаждение футеровки, и имеющий возможность демонтажа и перевозки.
Конечно, такой теплогенератор не может быть дешевым. Но, давайте сделаем небольшой расчет. При мощности теплогенератора 1 МВт разница в цене между качественным и дешевым генераторами может составить от 400 000 до 1,2 млн. руб. Если при этом только за счет экономической эффективности, расчет которой приведен в п.1, будет экономиться до 300 000 руб. в месяц, то переплата окупится в срок от 2 до 4 месяцев, и это без учета возможных простоев завода по причине низкого качества изготовления оборудования, которое обычно свойственно дешевым его видам.
Выбор за вами.
Журнал “ДеревоРу” № 3, 2010 год.