Новейшие эффективные технологии и оборудование переработки биомассы

Технологии измельчения и сушки растительных материалов

Общеизвестно, что: 
- Сушка материала тем эффективнее, чем сильнее он измельчен, т.к. при измельчении увеличивается площадь испарительной поверхности материала и уменьшается расстояние, которое требуется пройти воде из середины частицы материала к ее поверхности, быстрее происходит нагрев частиц. 
- Измельчать легче (эффективнее) влажную биомассу, нежели сухую, т.к. во время удара измельчение материала происходит не только за счет внешнего механического воздействия, но и за счет резко возрастающего давления внутриклеточной жидкости, приводящего к разрыву клеток изнутри. 
Из этих двух аксиом неоспоримо следует, что материал сначала нужно измельчить, а потом только сушить, и никак не наоборот. Тем не менее, большинство мировых технологий переработки растительных материалов имеют именно обратную последовательность, т.е. "поставлены с ног на голову". Почему? 

Причин две:
1. Вследствие слипания влажного измельченного сырья очень трудно организовать разгрузку измельчающих машин (дробилок) и транспортировку этого сырья к сушильному агрегату. Эта причина делает практически невозможной работу такой схемы в условиях суровой российской зимы.
2. Раньше не принято было экономить энергию. 

Выводы: а) технологии измельчения и сушки растительных материалов тесно связаны; 
б) изменение последовательности операций измельчения и сушки казалось практически невозможным. 

Но если последовательность операций изменить невозможно или чрезвычайно сложно, то, может быть можно объединить эти 2 процесса? 
В 2005 году после одного эксперимента мы пришли к выводу о необходимости объединения процессов сушки и измельчения сырья в одном устройстве. Так появился Агрегат сушки-измельчения серии "АС" и соответствующая ему технология одновременного измельчения и сушки растительных материалов. По описанным выше причинам данная технология намного более эффективна, чем классическая технология сушки в барабане с последующим измельчением в молотковой мельнице. В зависимости от типа сушильного барабана и последующего оборудования разница в пользу "АС" по электроэнергии составляет 25 ... 33%, по тепловой энергии 10 ... 25%. Но, не смотря на эти факты и другие многочисленные преимущества "АС", производство сушильных барабанов все еще продолжается, поэтому необходимо привести описание обеих технологий для сравнения.

 Технология одновременного измельчения и сушки биомассы

Сырьё подается транспортером в загрузочную секцию (1) Агрегата Сушки-измельчения (2). Сюда же подаются продукты горения из теплогенератора (3) и засасывается холодный атмосферный воздух через аварийно-растопочную трубу (4). Первоначально смешиваются продукты горения и холодный воздух, пропорция смешивания регулируется автоматически, что обеспечивает поддержание заданной температуры теплоносителя. Затем теплоноситель смешивается с влажным сырьем и засасывается в Агрегат Сушки-измельчения (2). В нем сырье измельчается и затем высушивается, поднимаясь в потоке теплоносителя к динамическому классификатору, находящемуся в головной секции Агрегата Сушки-измельчения. Динамический классификатор, частота которого  задаётся с пульта управления (8), пропускает мелкое и сухое сырье, а крупные и влажные частицы сырья возвращает к ротору Агрегата, этот процесс повторяется до получения необходимой влажности и степени измельчения сырья. Измельчённое и высушенное сырьё (с этого момента его принято называть мукой) засасывается в осадочный циклон (6) за счет разряжения, создаваемого дымососом (7). В циклоне мука осаждается за счет центробежной силы и двигается вниз, а отработанный теплоноситель выбрасывается в дымовую трубу (не показана). Из циклона мука через шлюзовой затвор подаётся в отводящий транспортер (не показан).

 Технология сушки и последующего измельчения биомассы

Сырьё подается транспортером в загрузочную секцию сушильного барабана. Сушильный барабан, вращаясь вокруг горизонтальной оси, расположенными на внутренней цилиндрической поверхности лопатками поднимает сырье вверх, откуда оно падает сквозь поток горячего воздуха. Сырье при этом постепенно продвигается к выходному отверстию барабана и высыхает. Высушенное сырье засасывается в большой циклон за счет разряжения, создаваемого дымососом. В циклоне сухое сырье осаждается (отделяется от влажного воздуха) и шлюзовым затвором дозировано подается в дробилку (обычно – молотковую). В дробилке происходит окончательное измельчение сырья. С этого момента его принято называть мукой. Из дробилки мука пневмотранспортом попадает в циклоны, где осаждается (отделяется от воздуха). Из циклонов мука шлюзовыми затворами дозировано выгружается и попадает в отводящий транспортер.  При работе по этой технологии и в случае использования такого крупного сырья как щепа – требуется устанавливать перед сушильным барабаном дробилки предварительного измельчения.

 Сравнение технологий сушки и измельчения биомассы

Поскольку все познается в сравнении, мы решили сопоставить данный агрегат с другими устройствами сушки-измельчения древесных отходов. Самым известным и популярным таким оборудованием в нашей стране является комплекс АВМ-1,5 (агрегат витаминной муки), ранее устанавливаемый повсеместно в колхозах, а теперь используемый для подготовки древесных и сельскохозяйственных отходов к гранулированию и брикетированию.

                Сравнение начнем с одного из самых важных параметров – энергопотребления. Для наглядности данные мощностей приводов оборудования приведем в виде таблицы.

 Присоединенная электрическая мощность, кВт

Наименование оборудования	Работа от опилок		Работа от щепы
	АВМ-1,5	АС-4-1000	АВМ-1,5	АС-4-1000
Привод дезинтегратора	-	-	55	-
Привод транспортера	-	-	3	-
Привод сушильного барабана АВМ-1,5	11	-	11	-
Привод ротора АС	-	75	-	110
Классификатор АС	-	5,5	-	5,5
Вентилятор (дымосос)	55	22	55	22
Привод шлюзового затвора циклона	3	1,5	3	1,5
Привод дробилки	55	-	55	-
Вентилятор осадочного циклона	15	-	15	-
Привод шлюзового затвора циклона	1,5	-	1,5	-
Итого	140,5	104	198,5	139

 

Как видно из данной таблицы, АС потребляет электроэнергии меньше, чем АВМ-1,5 на 24% при работе от древесных опилок и на 29% при работе от древесной щепы. Что это означает на практике? При работе в 2 смены (18 часов) и 22 дня в месяц разница в кВт-часах составит 13 662 и 22 770 соответственно. Таким образом, при сегодняшней стоимости электроэнергии 5 руб./кВт-час использование АС в сравнении с комплексом АВМ-1,5 может сэкономить при работе от опилок – 68 000 рублей, а при работе от щепы – 114 000 руб., и это только за месяц. Возникает закономерный вопрос – за счет чего достигается экономия? Ответ прост – за счет правильно организованного процесса сушки-измельчения. Всем хорошо известно, что обрабатывать легче влажную древесину, а сушить легче измельченный материал, именно в такой последовательности осуществляется процесс в Агрегате АС, и ровно наоборот – в АВМ.

 Однако, одной только экономией электроэнергии дело не ограничивается. Давайте сопоставим другие показатели (ориентировочно).

Параметр	АВМ-1,5	АС-4-1000
Занимаемая площадь, минимум, м2	100	10
Необходимая высота здания, м	9	7
Стоимость нового модульного здания, руб.	20 000 000	9 000 000
Стоимость фундамента, руб.	1 500 000	0
Транспортные расходы, руб. на 1000 км	250 000	40 000
Количество электромоторов	6 (8)	4
Количество дорогих подшипников	8	2
Необходимость частой замены сит	да	нет
Возможность регулировки степени измельчения с пульта	нет	да
Возможность быстрого старта и остановки	нет	да
Пожароопасность	очень высокая	крайне низкая
Возможность переноса завода на другое место	очень сложно	не сложно
Срок изготовления оборудования, месяцев	6	2
Срок монтажа, месяцев	3	1
Срок пуско-наладки, недель	4	1
Срок выхода на проектную производительность, месяцев	3	1
Увеличение производительности дальнейшего прессования, %	0	50 и более

 

  Обратите особое внимание на последний пункт таблицы. Сухие древесные опилки, выходящие из АС, намного пластичнее, чем прошедшие через АВМ. В результате - брикетный пресс, обычно «дающий» производительность 400 кг/час, после АС брикетирует 630 кг/час и более.

 Критерием истины является практика. С 2009 года по настоящее время нами изготовлено и продано более 70 Агрегатов серии АС-4, и ни одного сушильного барабана, несмотря на наличие их готовых на складе. Как видите, не только мы считаем эту технологию измельчения и сушки лучшей на сегодняшний день.