Как сделать древесные гранулы из древесных опилок

Преобразование древесных опилок в высококачественные древесные гранулы технически несложно, но требует тщательного контроля размера частиц, влажности и температуры, а также правильной цепочки оборудования: измельчение, фрезерование, сушка до влажности около 8–12 процентов, гранулирование с помощью правильно подобранной матрицы и валика, охлаждение и просеивание и, наконец, упаковка. При правильном управлении этими элементами гранулы надежно работают для отопления и промышленного использования и могут быть произведены экономично в больших масштабах.

1. Зачем превращать древесную щепу в гранулы

Преобразование щепы в гранулы позволяет превратить малоценную или труднообрабатываемую биомассу в плотное, однородное топливо с низкой влажностью, постоянным размером и предсказуемой энергетической ценностью. Гранулы легко транспортируются и дозируются в автоматизированных системах и имеют более высокую энергетическую плотность на единицу объема по сравнению с сырой щепой, что снижает транспортные расходы на единицу тепловой энергии и открывает рынки для розничного отопления, коммерческих котлов и промышленного сжигания. Такое преобразование дает логистические преимущества и расширяет коммерческий спрос для поставщиков.

2. Обзор производственного потока

Надежная линия по производству гранул из щепы обычно проходит следующие последовательные этапы:

1. Приемка и хранение.

2. Первичная обработка и удаление посторонних предметов.

3. Измельчение до мелких частиц (молотковая дробилка или измельчитель).

4. Просеивание для удаления крупных фрагментов.

5. Снижение влажности в сушилке до целевого уровня для гранулирования.

6. Гранулирование в кольцевой или плоской грануляторе.

7. Охлаждение и закалка для стабилизации механической прочности.

8. Просеивание для удаления мелких частиц и гранул недостаточного размера.

9. Упаковка, фасовка или насыпная погрузка для транспортировки.

Каждый этап влияет на конечную прочность гранул, их теплотворную способность и выход. В отраслевых руководствах и практических примерах из опыта заводов особое внимание уделяется этапам сушки и измельчения как решающим для качества гранул.

3. Выбор сырья и критерии качества

Не все чипы одинаково подходят. Ключевые характеристики, которые необходимо оценить перед производством:

• Вид и тип древесины: Гранулы из твердой древесины часто имеют более высокую насыпную плотность и более медленное горение, в то время как мягкая древесина некоторых пород содержит больше смол, которые служат связующим веществом. Выбирайте сырье в зависимости от желаемых характеристик гранул.

• Уровень загрязнения: Металл, камень, песок, посторонние пластиковые предметы или почва повреждают мельницы и матрицы и должны быть удалены с помощью магнитов, воздушных сепараторов и просеивания.

• Начальная влажность: Свежие щепы могут содержать 30–60 % влаги. Предварительная сушка или смешивание с более сухим материалом снижает нагрузку на сушилку.

• Геометрия частиц: Щепа грубая; для образования гранул требуются мелкие частицы размером менее 3 миллиметров, чтобы обеспечить равномерное уплотнение, поэтому необходимо эффективное измельчение.

Практический совет: настройте входной контроль для регистрации видов, влажности и загрязнений, чтобы вы могли решить, требуется ли партии дополнительная предварительная обработка.

4. Предварительная обработка: измельчение, фрезерование и просеивание

Стружка от переработки бревен или лесные отходы должны быть измельчены до размера частиц, подходящего для гранулятора. Типичная цепочка: измельчение → молотковая/ножевая мельница → вибрационный грохот.

• Дробилка: Преобразует крупные куски и ветки в удобные для дальнейшей переработки щепу. Выберите размер измельчителя в соответствии с вашим сырьем и производительностью.

• Молотковая мельница: Большинство заводов по производству гранул используют молотковую дробилку для получения порошкообразного сырья. Целевой средний размер частиц должен быть менее 3 мм; частицы, превышающие этот размер, снижают когезию гранул и увеличивают износ матрицы. Эффективность и износ зависят от скорости ротора и конфигурации молотков.

• Экраны и классификаторы: Эти отдельные крупногабаритные куски могут потребовать повторного измельчения. Эффективная просеивание снижает нагрузку на сушилку и гранулятор.

Переработка чипов в однородный мелкий порошок требует больших затрат энергии, но является необходимым процессом; некачественное измельчение является наиболее распространенной причиной низкого качества гранул.

5. Контроль влажности и цели сушки

Влажность является наиболее важным фактором, влияющим на качество гранул. Необходимо помнить о двух фактах:

• Целевая влажность: Большинство промышленных предприятий стремятся достичь влажности древесных гранул на уровне 8–12 % перед гранулированием; такой баланс позволяет пластифицировать лигнин и получить прочные гранулы. Более высокая влажность снижает производительность и может привести к образованию крошащихся гранул; более низкая влажность увеличивает энергию измельчения и может снизить связывание.

• Типы сушилок: Для стружки обычно используются барабанные и ленточные сушилки. Конструкция сушилки должна обеспечивать баланс между производительностью, источником топлива и допустимым количеством отводимого тепла. Некоторые заводы используют кору или технологическое топливо для нагрева сушилок.

Стратегия контроля: контролируйте температуру на входе/выходе и, по возможности, используйте встроенные датчики влажности, чтобы продлить срок службы матрицы и обеспечить качество гранул. Конечная влажность гранул после охлаждения обычно составляет около 4–6 процентов, что идеально подходит для длительного хранения.

6. Гранулирование: машины, матрицы, валки и рабочие параметры

Гранулирование является основным этапом процесса. Используются два распространенных типа мельниц:

• Гранюлятор с кольцевой матрицей: Предпочтительны для средних и крупных предприятий, обеспечивают более высокую производительность и более длительную непрерывную работу. Вращающаяся кольцевая матрица с роликовыми узлами сжимает материал через отверстия матрицы. Кольцевые дробилки более эффективно обрабатывают древесную щепу (после измельчения) и обеспечивают более длительный срок службы матрицы при интенсивном использовании.

• Пресс для гранул с плоской матрицей: Чаще используется для мелкосерийного или домашнего производства. Это более простой способ, но он имеет меньшую производительность и, как правило, более высокую трудоемкость. Для производства щепы и гранул в промышленных масштабах чаще всего предпочитают использовать кольцевую матрицу.

Ключевые параметры, которые настраивают операторы:

• Скорость подачи и скорость винта для поддержания постоянного заполнения матрицы.

• Температура матрицы подвержены трению и могут способствовать размягчению лигнина.

• Давление ролика и зазор, которые определяют плотность гранул.

• Размер отверстия для достижения целевого диаметра гранул (обычно 6, 8 или 10 мм для топливных гранул).

Примечание: древесина содержит природный лигнин, который при нагревании и сжатии действует как внутреннее связующее вещество; синтетические связующие вещества обычно не требуются для гранул из чистой древесины, если достигнуты целевые показатели по размеру частиц и влажности.

7. Этапы после гранулирования: охлаждение, просеивание, хранение и упаковка

После экструзии гранулы горячие и хрупкие; немедленно необходимо выполнить следующие действия:

• Охлаждение: Противоточный охладитель снижает температуру гранул и затвердевает поверхностный лигнин, повышая механическую прочность. Охлажденные гранулы также достигают стабильного равновесия влажности.

• Скрининг: Вибрационные грохоты отделяют мелкие частицы и пыль. Мелкие частицы возвращаются в молотковую дробилку или смешиваются с будущими партиями.

• Хранение: Хранить в сухих, вентилируемых складах или в герметичных биг-бэгах, чтобы избежать поглощения влаги и биологического разложения. При хранении навалом необходимо учитывать возможность самовозгорания в глубоких штабелях.

• Упаковка: Автоматизированные системы упаковки в мешки повышают эффективность труда; для промышленных клиентов обычно используется массовая погрузка в грузовики или контейнеры.

Планировка завода, которая сводит к минимуму перемещение материала между гранулятором, охладителем и упаковочной машиной, снижает количество поломок и повышает выход продукции.

8. Показатели качества и лабораторные испытания

Клиенты и органы по стандартизации ожидают измеримых показателей качества. Обычные тесты включают:

• Содержание влаги после охлаждения (целевой показатель 4–6 процентов для готовых гранул).

• Насыпная плотность (кг/м3) – более высокая плотность улучшает экономику транспортировки.

• Долговечность или механическая прочность, измеренная с помощью испытаний на барабанном измельчении; приемлемые значения для гранул премиального топлива обычно превышают 95 процентов прочности.

• Содержание золы – чем ниже, тем лучше; высокое содержание золы может привести к образованию нагара в котлах.

• Теплотворная способность (высшая теплота сгорания), выраженная в МДж/кг или БТУ/фунт.

• Распределение частиц по размеру и процентное содержание мелких частиц после просмотра.

Стандарты и требования покупателей варьируются в зависимости от рынка; внедрите простую процедуру контроля качества для каждой производственной смены.

9. Типичная компоновка оборудования и конфигурации установок

Конструкция установки зависит от производительности. Типичные модули для небольших и средних установок:

• Приемка и хранение: крытые отсеки, конвейеры и измельчители

• Первичный измельчитель и молотковая дробилка: ступенчатые редукторы, магниты и сита

• Линия сушки: барабанная сушилка или ленточная сушилка с пылеулавливателем и дымоотводом

• Остров гранулирования: гранулятор(ы), питатели и панели управления

• Охлаждение и просеивание: охладитель, экран и возвратные конвейеры для мелких фракций

• Упаковка и паллетирование: упаковочная машина, паллетайзер и стретч-упаковщик

Для обеспечения непрерывной работы необходимо предусмотреть резервирование критически важных запасных частей: дополнительный набор матриц, запасные ролики и второй молотковый дробилка, если производительность или изменчивость подачи высоки. Планировка завода может быть модульной, чтобы масштабироваться в соответствии со спросом.

10. Энергопотребление, урожайность и приблизительные расходы

Потребность в энергии и выход будут варьироваться в зависимости от начальной влажности, вида и эффективности установки. Некоторые практические правила:

• Потеря урожая: объем и масса уменьшаются во время сушки; ожидайте заметной потери массы при доведении зеленых щепок до влажности гранул.

• Потребление энергии: измельчение, сушка и гранулирование являются основными источниками энергопотребления. Эффективная сушка и рекуперация тепла снижают эксплуатационные расходы. Использование отходов производства, таких как кора, в качестве топлива для сушилок может снизить расходы на топливо.

Для планирования проекта выполните картирование сырья, расчет размера сушилки и простую модель окупаемости инвестиций, которая включает капитал для измельчителей, молотковой дробилки, сушилки, гранулятора, охладителя, грохотов и упаковки, а также оборотный капитал для сырья. Отчет WSU и региональные примечания по расширению являются полезными справочными материалами для моделирования осуществимости.

11. Экологические, безопасности и нормативные соображения

Рассмотрите следующие операционные императивы:

• Контроль загрязнения и риск взрыва: Заводы по производству пеллет производят горючию пыль. Установите надлежащие системы пылеулавливания, заземления и взрывозащиты или системы подавления взрыва.

• Выбросы от сушильных машин: Газы сгорания и твердые частицы должны соответствовать местным требованиям по выбросам в атмосферу. Для промышленных сушилок может потребоваться очистка дымовых газов.

• Законность источников: Проверьте правила закупки древесины и обязательства по обеспечению устойчивости, требуемые некоторыми покупателями или программами сертификации.

• Противопожарная защита: Глубокие бункеры для хранения сыпучих материалов могут самонагреваться; контролируйте температуру в штабелях и разработайте меры по предотвращению возгорания.

Решение этих вопросов на раннем этапе снижает регуляторные барьеры и укрепляет доверие покупателей.

12. Соответствие продукции LansonMachines и примечания по покупке

Для клиентов, рассматривающих возможность приобретения оборудования, ключевые вопросы, которые необходимо согласовать с поставщиком и бизнес-моделью:

• Какова ваша проектная производительность в тоннах в час и в год?

• Какое качество и влажность поступающих чипов мы должны ожидать?

• Вы будете использовать технологическое топливо или электричество для сушилки?

• Требуется ли уровень автоматизации и удаленный мониторинг?

LansonMachines поставляет грануляторы, молотковые дробилки и модульные линии по производству гранул по заводским ценам с возможностью индивидуальной настройки под сырье и производительность. При сравнении поставщиков отдавайте предпочтение гарантиям на металлургию матриц, наличию запасных частей и местному сервису. (Для окончательного выбора рекомендуется использовать страницы с техническими характеристиками и спецификациями конкретных компаний.)

13. Таблицы

Таблица 1: Типичные целевые характеристики древесных гранул (использование в качестве топлива)

Таблица 2: Сравнение оборудования – малого, среднего и большого масштаба

Таблица 3: Краткий перечень действий по переработке щепы в гранулы

14. Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли изготавливать гранулы непосредственно из щепы без измельчения?
   Нет. Щепа слишком грубая, чтобы сформировать прочные гранулы; для получения частиц размером менее 3 мм необходима молотковая дробилка или другое устройство для измельчения.

2. Какой должна быть влажность щепы перед гранулированием?
   Стремитесь к тому, чтобы влажность, поступающая в гранулятор, составляла 8–12 процентов; после охлаждения влажность готовых гранул должна составлять около 4–6 процентов.

3. Требуются ли связующие вещества для древесных гранул?
   Чистые древесные гранулы обычно содержат природный лигнин и не требуют добавления связующих веществ, если размер частиц и влажность соответствуют требованиям. Некоторые виды сырья с низким содержанием лигнина могут потребовать добавления небольшого количества связующего вещества.

4. Какой тип гранулятора лучше всего подходит для щепы?
   Кольцевые дробилки предпочтительны для среднего и крупного производства гранул из стружки, поскольку они обеспечивают более высокую производительность и способны выдерживать интенсивную эксплуатацию.

5. Как контролировать риск образования пыли и взрыва?
   Установите надежную систему пылеулавливания, поддерживайте порядок, заземлите оборудование и при необходимости используйте взрывозащитные клапаны или системы подавления взрыва.

6. Какие породы деревьев лучше всего подходят для производства гранул?
   Как твердая, так и мягкая древесина могут использоваться для производства качественных гранул; выбор породы зависит от устойчивости к золе, тепловых потребностей и региональной доступности.

7. Сколько массы теряется при сушке?
   При сушке зеленых щепок до влажности гранул происходит значительная потеря веса; планируйте объемы сырья с учетом этого. Точная потеря зависит от начальной влажности.

8. Можно ли повторно использовать штрафы?
   Да. Мелкие частицы обычно возвращаются в дробильную дробилку для повышения производительности. Однако чрезмерное количество мелких частиц указывает на проблемы на предыдущих этапах производства.

9. Экономично ли гранулировать небольшие объемы?
   Мелкомасштабное гранулирование технически возможно, но зачастую нерентабельно из-за затрат энергии на измельчение и сушку; экономия за счет масштаба благоприятна для средних и крупных предприятий.

10. Как проверить качество гранул?
    Измерять влажность, насыпную плотность, механическую прочность и содержание золы с помощью стандартных методов испытаний; проводить рутинный отбор проб в каждой смене.

15. Практический чек-лист для начала производства гранул из щепы

1. Составьте карту доступности сырья и сезонных тенденций влажности.

2. Выберите спецификацию гранул, соответствующую требованиям вашего рынка (диаметр, зольность, теплотворность).

3. Подберите размер сушилки и молотковой дробилки с учетом производительности и типичной влажности щепы.

4. Выбирайте размер гранулятора с кольцевой матрицей в зависимости от планируемой производительности и времени работы.

5. Включите модули охлаждения, просеивания и упаковки в поток материалов.

6. Включите меры по контролю за запыленностью и противопожарной защите в проект здания.

7. Бюджет запасных частей и график профилактического обслуживания матриц и валков.

8. Запустите пилотные партии для проверки контроля качества и при необходимости отрегулируйте влажность или измельчение.