Полное руководство по брикетированию различных сельскохозяйственных отходов

Процесс брикетирования сельскохозяйственных отходов включает прессование сыпучей биомассы в плотные, твёрдые блоки, называемые брикетами. Это не только облегчает утилизацию отходов, но и превращает их в ценный источник топлива. Тип сельскохозяйственных отходов существенно влияет на процесс брикетирования и качество получаемых брикетов.

Полное руководство по брикетированию различных сельскохозяйственных отходов

I. Введение в брикетирование сельскохозяйственных отходов

Сельскохозяйственные отходы, побочный продукт сельскохозяйственной деятельности, включают в себя широкий спектр материалов, таких как растительные остатки (солома, стебли, шелуха), навоз и побочные продукты переработки (опилки, жом). Хотя эти материалы часто считаются отходами, они богаты органическими веществами и обладают значительным энергетическим потенциалом. Брикетирование предлагает экологичное решение за счёт:

Сокращение объёма отходов: прессование отходов значительно уменьшает их объём, повышая эффективность хранения и транспортировки.

Создание возобновляемого топлива: брикеты служат отличной альтернативой ископаемому топливу, предлагая более чистый и эффективный источник энергии для отопления, приготовления пищи и промышленного применения.

Экономические преимущества: брикетирование может создать новые источники дохода для фермеров и сельских сообществ.

Экологические преимущества: использование сельскохозяйственных отходов снижает потребность в открытом сжигании, сводя к минимуму загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов.

II. Ключевые факторы, влияющие на брикетирование

Несколько критических факторов определяют успешность и эффективность процесса брикетирования:

Влажность: Это, пожалуй, самый важный фактор. Как правило, для большинства сельскохозяйственных отходов рекомендуется оптимальный диапазон влажности 10–15%. Слишком высокая влажность приводит к получению слабых, рассыпчатых брикетов, а слишком низкая — к трудностям со связыванием и чрезмерному износу брикетировочной машины.

Размер частиц: Однородный и правильный размер частиц необходим для хорошего уплотнения и сцепления. Материалы следует измельчать или измельчать до размера, обычно составляющего 5–20 мм, в зависимости от материала и брикетировочной машины.

Связующие вещества (необязательно): Хотя многие сельскохозяйственные отходы можно брикетировать без связующих веществ благодаря содержанию в них природного лигнина, для некоторых материалов может быть полезно добавление связующих веществ, таких как крахмал, патока или глина, для повышения прочности и долговечности брикетов. Однако добавление связующих веществ может увеличить затраты и потенциально снизить энергоемкость.

Давление и температура: В процессе брикетирования применяется высокое давление для уплотнения материала, а в некоторых системах также применяется нагрев для активации природных связующих веществ (лигнина) в биомассе. Конкретные требования к давлению и температуре варьируются в зависимости от технологии брикетирования и сырья.

Состав материала: Химический состав, в частности, содержание лигнина и целлюлозы, влияет на связующие свойства и теплотворную способность брикетов.

III. Распространенные сельскохозяйственные отходы для брикетирования и особые требования

Ниже представлен подробный обзор различных сельскохозяйственных отходов и особенности их брикетирования:

A. Солома злаковых культур (пшеница, рис, ячмень, кукурузная солома)

Характеристики: Обильная, волокнистая, относительно низкая плотность.

Проблемы: Высокое содержание кремнезема в некоторых видах соломы (особенно рисовой) может привести к повышенному износу брикетирующего оборудования. Неправильная форма может затруднить подачу.

Подготовка: Резка или измельчение до одинаковой длины (например, 10–30 мм) имеет решающее значение.

Влажность: 10–15%.

Брикетирование: Как правило, хорошо брикетируется под высоким давлением.

Качество брикетов: Хорошая теплотворная способность, но содержание золы может быть выше из-за кремнезема.

B. Рисовая шелуха

Характеристики: Абразивность, низкая насыпная плотность, высокое содержание кремнезема.

Проблемы: Высокое содержание кремнезема приводит к значительному износу брикетных матриц. Может быть сложно уплотнить из-за их естественной скользкости.

Подготовка: Обычно требуется измельчение до более мелкого размера частиц (например, < 5 мм) для улучшения уплотнения. Некоторое предварительное уплотнение может быть полезным.

Влажность: 8–12% часто является оптимальным показателем благодаря их собственным свойствам.

Брикетирование: Требует высокого давления, а иногда и более высоких температур для достижения хорошего связывания. Может быть полезно использование связующих веществ или смешивание с другими материалами.

Качество брикетов: Высокая зольность (в основном кремнезема), но обеспечивает постоянное тепловыделение. Часто используется в газификаторах благодаря своим зольным свойствам.

C. Жом сахарного тростника

Характеристики: Волокнистый, изначально с высоким содержанием влаги, часто легко доступен на предприятиях по переработке сахара.

Проблемы: Высокая начальная влажность требует значительной сушки.

Подготовка: Сушка необходима, часто с использованием отходящего тепла от переработки сахара. Измельчение может потребоваться, если волокна слишком длинные.

Влажность: 10–15%.

Брикетируемость: Брикетируется очень хорошо благодаря волокнистой структуре и высокому содержанию лигнина.

Качество брикетов: Высокая теплотворная способность, хорошая горючесть. Часто используется в качестве топлива на сахарных заводах.

D. Опилки и стружка

Характеристики: Широко используются в деревообрабатывающей промышленности, высокая теплотворная способность, относительно постоянный размер частиц.

Проблемы: Может быть пылеобразным; очень мелкие опилки могут потребовать небольшого предварительного прессования или смешивания с более крупным материалом.

Подготовка: Просеивание для удаления слишком крупных частиц и посторонних предметов.

Влажность: 8–12% оптимальна для древесных материалов.

Брикетируемость: Отличный материал для брикетирования, часто образует плотные, прочные брикеты благодаря высокому содержанию лигнина.

Качество брикетов: Высокая теплотворная способность, низкая зольность, популярен как топливо с полным сгоранием.

E. Стебли хлопка

Характеристики: Деревянистые, волокнистые, относительно крупные и неровные куски.

Сложности: Требует значительной предварительной обработки (измельчения/измельчения) из-за древесной природы и размера.

Подготовка: Для уменьшения размера частиц до 10–25 мм требуются мощные измельчители.

Влажность: 10–15%.

Брикетирование: Хорошо брикетируется после надлежащего измельчения.

Качество брикетов: Высокая теплотворная способность.

F. Арахисовая скорлупа (скорлупа арахиса)

Характеристики: Лёгкая, волокнистая, относительно легко обрабатывается.

Сложности: Может быть объёмной; может потребоваться измельчение для лучшего уплотнения.

Подготовка: Легкое измельчение или дробление для получения более крупных кусков.

Влажность: 10–15%.

Брикетирование: Легко брикетируется и образует плотные брикеты.

Качество брикетов: Хорошая теплотворная способность, относительно низкая зольность.

G. Кофейная шелуха/Пергамент

Характеристики: Волокнистая, относительно однородный размер частиц.

Проблемы: Может быть слегка абразивной.

Подготовка: Просеивание для удаления посторонних примесей.

Влажность: 10–15%.

Брикетирование: Хорошо брикетируется.

Качество брикетов: Хорошая теплотворная способность, равномерное горение.

H. Кокосовая сердцевина/Кокосовая шелуха

Характеристики: Высоковолокнистая, хорошо удерживает воду (кокосовая сердцевина), может быть объемной.

Проблемы: Кокосовая сердцевина требует значительной сушки. Кокосовая шелуха требует тщательного измельчения. Высокое содержание лигнина может способствовать связыванию.

Подготовка: Тщательная сушка для кокосовой сердцевины; интенсивное измельчение для кокосовой шелухи.

Влажность: 10–15%.

Брикетирование: Эффективное брикетование, получение плотных и прочных брикетов.

Качество брикетов: Высокая теплотворная способность, длительное время горения.

I. Животный навоз (например, птичий помет, коровий навоз)
Характеристики: Высокая влажность, богато питательными веществами, может содержать посторонние включения.

Проблемы: Требует длительной сушки, часто вызывает неприятные запахи во время обработки, возможно высокое содержание золы при смешивании с почвой/подстилкой. Требует особого обращения с точки зрения гигиены.

Подготовка: Длительная сушка имеет решающее значение. Может потребоваться просеивание для удаления посторонних включений. Смешивание с другими волокнистыми материалами (например, соломой, опилками) может улучшить связывание и снизить содержание золы.

Влажность: 8–15%, часто ниже допустимого значения для лучшей стабильности.

Брикетование: Может быть сложным из-за изменчивости состава и высокого содержания минералов. Часто выгодно смешивать с другой биомассой.

Качество брикета: может использоваться в качестве топлива, но также ценен как удобрение медленного высвобождения благодаря содержанию питательных веществ.
Золу можно использовать в качестве удобрения.

IV. Технологии брикетирования

Существует два основных типа технологий брикетирования:

Механические брикетировочные прессы (плунжерного/поршневого типа): Эти машины используют механический поршень или плунжер для прессования биомассы. Они прочны и могут работать с различными материалами. Некоторые модели оснащены нагревательным элементом вокруг матрицы для активации лигнина.

Гидравлические брикетировочные прессы: Эти машины используют гидравлическое давление для прессования материала. Они обеспечивают точный контроль давления и часто используются для мелкосерийного производства или для обработки определённых типов материалов.

Шнековые брикетировочные прессы (экструдерного типа): Эти машины используют винтовой шнек для прессования и экструдирования биомассы через нагретую матрицу. Трение и выделяемое тепло активируют лигнин, в результате чего получаются очень плотные и часто полые брикеты (благодаря центральному шнеку). Они высокоэффективны для материалов с высоким содержанием лигнина.

V. Этапы процесса брикетирования

Независимо от вида сельскохозяйственных отходов, общие этапы брикетирования следующие:

Сбор и хранение: Соберите сельскохозяйственные отходы и храните их в сухом месте, чтобы предотвратить впитывание влаги и разложение.

Предварительная обработка (измельчение): Большинство сельскохозяйственных отходов необходимо измельчить, порубить или помолоть до однородного размера частиц, подходящего для брикетировочной машины.

Сушка: Если содержание влаги слишком высокое, материал необходимо высушить до оптимального уровня (10–15%). Это можно сделать с помощью солнечных сушилок, роторных сушилок или других промышленных методов сушки.

Смешивание (опционально): При использовании связующих веществ или смешивания различных материалов этот этап включает тщательное перемешивание компонентов.

Брикетирование: Подготовленный материал подается в брикетировочную машину, где он прессуется под высоким давлением, а иногда и нагревается, образуя брикеты.

Охлаждение и хранение: Перед хранением брикетам необходимо дать остыть и затвердеть. Храните в сухом месте, чтобы предотвратить повторное впитывание влаги.

VI. Применение брикетов из сельскохозяйственных отходов

Брикеты из сельскохозяйственных отходов находят широкое применение:

Промышленные котлы: в качестве топлива для парогенерации в различных отраслях промышленности.

Коммерческое и корпоративное отопление: для систем отопления в гостиницах, больницах, школах и т. д.

Бытовое приготовление пищи и отопление: экологичная альтернатива дровам, древесному углю или сжиженному нефтяному газу в жилых домах.

Газификация: брикеты могут использоваться в качестве сырья для газификаторов для получения синтез-газа для выработки электроэнергии.

Производство древесного угля: брикеты можно обугливать для получения высококачественного древесного угля.

VII. Экономические и экологические соображения

Анализ затрат и выгод: сравните стоимость сбора, обработки и брикетирования с рыночной стоимостью брикетов и преимуществами сокращения отходов.

Устойчивое развитие: Брикетирование способствует развитию экономики замкнутого цикла, превращая отходы в ценный ресурс, снижая зависимость от ископаемого топлива и уменьшая загрязнение окружающей среды.

Логистика: продумайте логистику транспортировки сырья на брикетный завод и готовых брикетов на рынок.

VIII. Заключение

Брикетирование сельскохозяйственных отходов представляет собой эффективное и устойчивое решение для управления отходами и производства возобновляемой энергии. Понимание особенностей различных сельскохозяйственных отходов и оптимизация процесса брикетирования позволяют производить высококачественные брикеты, обеспечивающие значительные экономические и экологические преимущества. По мере роста спроса на возобновляемую энергию брикетирование сельскохозяйственных отходов будет играть всё более важную роль в глобальных энергетических стратегиях.