CC BY
57
УДК 62-662.3
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ И ПЕЛЛЕТ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
TECHNICAL AND ECONOMIC COMPARISON OF FUEL BRIQUETTES AND
WOOD PELLETS PRODUCTION
Куницкая О.А., Григорьев И.В. (Якутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Якутск, РФ) Мануковский А.Ю. (Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова, г. Воронеж, РФ)
Kunitskaya O. A., Grigorev I. V.
(Yakutsk state agricultural Academy, Yakutsk, Russia) Manukovsky A. Yu. (Voronezh state forest engineering University named after G. F.
Morozov, Voronezh, Russia)
Рассмотрены технико-экономические аспекты выбора направления переработки древесины и древесных отходов на твердое биотопливо
Technical and economic aspects of choosing the direction of processing wood and wood waste for solid biofuels are considered
Ключевые слова: древесные отходы, биотопливо, топливные брикеты, пеллеты Key words: wood waste, biofuels, fuel briquettes, pellets
За последние годы принципиально новых технологий и оборудования на рынке производства твердого биотоплива из древесины и отходов деревообработки не появилось [1]. С точки зрения производства топливных брикетов, наиболее распространены холодное брикетирование, экструзионное брикетирование, и ударное брикетирование.
Принцип этих технологий брикетирования измельченной древесины, как, в принципе, и пеллетирования, один и тот же - за счет высокого сжатия древесной фитомассы разрушаются клетки, освобождается внутриклеточный лигнин, с помощью которого происходит так называемое «спекание» массы и формируется брикет. Дальше идут различные вариации по реализации этого принципа, и нарастает степень автоматизации работы оборудования.
Основным отличием пеллетирования является разница в размерах получаемой готовой продукции. Через узкую фильеру также проталкивается материал, также происходит разрушение клеток и высвобождение лигнина.
Принципиально, на выходе получают тот же продукт, что и при брикетировании, даже по свойствам во многом схожий. Основная качественная разница заключается в калорийности, примерно на 10%, в пользу пеллет, по сравнению с брикетами. Данная разница обусловлена большей плотностью продукции, получаемой при пеллетировании. На более качественном оборудовании, обеспечивающем большее рабочее давление, и при более качественном исходном сырье - получают более качественную продукцию. Это касается как брикетирования, так и пеллетирования.
Особой группой сырья для производства твердого биотоплива из отходов деревообработки можно признать отходы фанерного производства, которые по объему приближаются к 50% от объема исходного фанерного сы-
рья. Особенность данного вида древесного сырья связана с тем, что фанерное сырье, и, соответственно, отходы фанерного производства неоднократно подвергаются различными видам гидротермической и пьезо-механической обработки в процессе основного производства. В результате количество лигнина в этом сырье значительно меньше, чем в стволовой древесине, или отходах лесопиления. Это серьезно затрудняет пеллетирование такого вида сырья. Его можно осуществлять, но только при условии добавки искусственного лигнина или крахмалосодержащих веществ, порядка 1-2% по массе. Кроме того, при пеллетировании отходов фанерного производства сильно падает производительность ведущего оборудования линии - пеллетного пресса (до 30%), поскольку основное сырье для производства фанеры - береза, а она из без того является достаточно твердой породой. С другой стороны, за счет более простого технологического процесса и меньших требований к качеству исходного сырья, отходы фанерного производства можно брикетировать не менее эффективно, нежели другие виды отходов деревообработки.
Единственная рекомендация по выбору брикетного пресса из стандартной линейки прессов, для работы с отходами фанерного производства - оптимальным будет пресс с камерой низкого или среднего предварительного сжатия. Это связано с тем, что исходное сырье уже имеет большую плотность.
Разумеется, при выборе брикетного пресса, в любом случае, учитываются факторы влажности, плотности, и породы исходного сырья. Надо отметить, что топливные брикеты из древесины во всем мире очень успешно заменяют в котельных каменный уголь. При такой замене в котельной не приходится ничего перестраивать, вполне подойдет исходная система подачи топлива.
Для транспортировки потребителю промышленные брикеты фасуются или в биг-бэги, или насыпаются в щеповозы, откуда у потребителя они высыпаются в хранилища, вместо угля, и дальше котельная работает в обычном режиме.
Единственная особенность при переводе котельной с каменного угля на топливные древесные брикеты заключается в том, что калорийность брикетов несколько ниже, чем у угля. Разница в калорийности зависит от качества угля. В среднем она составляет 20%. У древесных брикетов калорийность составляет 4,0-4,5 тыс. Гкал/тонну, у каменного угля она варьируется в пределах 4,5-7,5 тыс. Гкал/тонну. Замена каменного угля на топливные брикеты в котельной дает достаточно большое количество положительных моментов: во-первых, за счет меньшей температуры сгорания древесных брикетов, срок службы котельного оборудования увеличивается; во-вторых, зольность каменного угля достигает 30%, а древесных брикетов - не более 3%. А значит выбросы, в том числе и в атмосферу, снижаются. Снижается отрицательный экологический эффект по выбросам углерода, поскольку при сгорании дерева выбрасывается ровно столько углерода, сколько им было потреблено во время роста.
Неприглядно выглядит прилегающая к угольной котельной территория весной, когда вокруг лежит полутора-сантиметровый слой сажи. А ведь она оседает не только на земле и постройках, но и в легких местных жителей.
При переводе котельной с каменного угля на топливные брикеты окружающая среда вокруг становится намного чище. Также намного чище становится и в самой котельной, в том числе из-за отсутствия угольной крошки с топливного склада.
Конечно, для отопления потребуется больше древесных брикетов, нежели каменного угля, и стоить они будут несколько дороже. Поэтому если судить только по сравнительной стоимости топлива, то перевод котельной с каменного угля на древесные топливные брикеты экономически выгоден не будет. Но если принять во внимание большую сохранность, соответственно, больший срок службы котельного оборудования, вкупе со значительно улучшенной экологической обстановкой, в районе расположения котельной, то такой перевод будет вполне оправдан.
Когда на лесопромышленном предприятии приходят к мнению о целесообразности диверсификации основного производства за счет создания участка по производству твердого биотоплива из древесины, часто встает вопрос - какой вид топлива лучше производить: пеллеты, или брикеты?
При поиске правильного ответа на данный вопрос, в каждом конкретном случае надо отталкиваться от возможностей рынка и наличия древесного сырья.
Принято считать, что на топливные пеллеты выше спрос, и на них выше цена. Хотя маржинальность продукции - пеллет и брикетов, примерно одинакова. Необходимо учитывать, что для того, чтобы получить качественные пеллеты, которые будут соответствовать всем требованиям стандартов Е№, ЕКр1ш-А1, и др., необходимо использовать только качественное сырье и качественное, дорогостоящее оборудование. Поэтому доходный бизнес в пеллетном производстве, имеющий маржинальность на 10-20% больше, чем при производстве брикетов, начинается от объема выпуска 3 т/ч, и начальных капиталовложениях от 3 млн. €. Тогда можно получить корабельные партии продукции, выстроить эффективную логистику, получать стабильные, большие контракты. Меньшие объемы производства пеллет не смогут дать стабильную прибыль. И она не превысит доходность от брикетного производства. Можно, конечно, производить промышленные пеллеты, у которых требования к качеству исходного древесного сырья много меньше, допускается и наличие коры. Но остальная себестоимость их производства (затраты на эксплуатацию пеллетной линии) не меньше, чем у высококачественных, а продажная стоимость меньше.
Брикетное производство требует значительно меньших начальных инвестиций, за счет более простой технологической цепочки.
У пеллетного пресса требования к влажности сырья составляют 6-8%, а фракция должна укладываться в диапазон 1-3 мм. У брикетного пресса, соответственно, по влажности - 0-12% влажности, а размер фракции - от шлифовальной пыли (микрон) - до 10 мм. Поэтому, с точки зрения инвестиций в подготовку древесного сырья, себестоимость топливных брикетов намного ниже, чем пеллет.
При производстве топливных брикетов из кусковой древесины устанавливают, обычно, два уровня измельчения - рубительную машину, а за
ней молотковую дробилку. Получаемая древесная дробленка высушивается.
В пеллетном производстве, как правило, после сушки следует еще один этап измельчения, для получения однородной массы, фракцией 1-2 мм. Прес-су-гранулятору также требуется система стабилизации влажности сырья, поскольку изначально оно, обычно, пересушено. А если, в сырье не хватает лигнина, то требуется также узел смешивания с крахмалосодержащим сырьем. Также пеллетное производство требует больше конвейеров и перегружателей. Помимо стоимости этого оборудования надо помнить и о расходе электроэнергии на его работу. Производство брикетов позволяет этих затрат избежать.
Также обратим внимание, что высококачественные пеллеты можно получить только из предварительного окоренного сырья. Если лесопильная линия не предусматривает предварительной окорки пиловочника, то из отходов данного производства можно будет получить только промышленные пеллеты.
Надо также помнить о кадровой проблеме. Пеллетному производству обязательно нужен грамотный технолог, хорошо знающий все нюансы этого достаточно сложного процесса, и контролирующий все его этапы.
Современные брикетные прессы являются высокоавтоматизированными, и, в принципе, самодостаточными. В штатном диапазоне производительности эти прессы способны к саморегуляции, за счет отслеживания параметров процесса, и автоматической корректировки настроек, они способны контролировать размеры и вес получаемых брикетов. В свою очередь, это позволило выйти к автоматической упаковке получаемых брикетов на поддон. Особенно это актуально в странах с дорогой рабочей силой, например, в Европе. Поэтому это направление там активно развивается.
В России, с достаточно дешевой рабочей силой, особенно если учесть широко используемый на лесопромышленных предприятиях труд гастрабай-теров, это направление развития линий по производству топливных древесных брикетов пока еще недооценено. Хотя ряд наиболее прозорливых предпринимателей, пересчитав фонд заработной платы на год, уже понимают всю перспективность такой автоматизации. И дело здесь не только в заработной плате. Поскольку при отходе упаковщика от брикетного пресса на обед, перекур, другой личной надобности, пресс останавливается, то, в среднем, автоматизация упаковки брикетов может дать повышение производительности в 40-45%.
При этом разница между простым брикетным прессом холодного брикетирования и прессом такого же принципа действия с максимальной автоматизацией составляет около 50%. Соответственно - 5 млн. руб., и 7-8 млн. руб. Прессы холодного брикетирования хорошо подходят для производства с объемом до 2 т/ч. Если требуется большая производительность линии, и нет желания или возможности вкладывать большие инвестиции в подготовку древесного сырья, то лучше использовать ударные механические прессы. Их ниша производительности 1,5-3,0 т/ч.
Список использованных источников 1. Тамби А.А., Морковина С.С., Григорьев И.В., Григорьев В.И. Развитие циркулярной экономики в России: рынок биотоплива // Лесотехнический журнал. 2019. Т. 9. № 4 (36). С. 173-185.
