Как усовершенствованные пеллетизаторы уменьшают потребление энергии

Проблема энергии в основе гранулирования биомассы

Гранулирование является механически интенсивным процессом. Упаковка рыхлой биомассы — древесных Chips, сельскохозяйственных отходов, энергетических культур — в плотные, однородные гранулы требует постоянного высоконапорного экструзии через кольцевую матрицу. В традиционно спроектированной грануляторной установке это напрямую переводится в высокое специфическое потребление энергии: киловатт-часы, потребляемые на тонну продукции.

Переменные, которые увеличивают эту цифру, хорошо понятны в терминах процесса проектирования: непостоянный поток сырья, создающий нагрузки, перенапряжение моторов фиксированной скорости, работающих на частичной нагрузке, плохо подобранные коэффициенты сжатия матрицы, которые создают избыточное трение, и ручное управление процессом, которое медленно реагирует на изменения в сырье. Систематическое решение каждой из этих переменных отличает улучшенный, специально спроектированный гранулятор от обычной машины.

Для промышленных производителей биомассового топлива, работающих на 2–30 т/ч, кумулятивный эффект этих неэффективностей в крупном масштабе значителен — как в эксплуатационных расходах, так и в углеродной отчетности самого топлива.

Как точная инженерия снижает энергопотребление грануляторов

Контролируемая подача материала

Последовательный, измеренный поток подачи является основой энергоэффективного гранулирования. Когда сырье поступает в камеру матрицы скачками — что является обычным результатом подачи под действием силы тяжести или плохо откалиброванных шнековых подающих устройств — мотор поглощает повторяющиеся ударные нагрузки, значительно превышающие проектные параметры. Каждое колебание требует всплеска мощности; каждая пауза в потоке подачи тратит энергию мотора на незагруженной вращающейся матрице.

Грануляторы Kingwood имеют точные механизмы подачи, которые регулируют поток материала в камеру матрицы на контролируемом, непрерывном уровне, соответствующем номинальной производительности машины. Этот единственный элемент дизайна сглаживает кривую нагрузки мотора, устраняет излишние энергетические затраты во время пикового спроса и одновременно снижает механическое напряжение на матрице и роликах.

Геометрия кольцевой матрицы, оптимизированная для сырья

Кольцевая матрица является компонентом с самым высоким трением в процессе гранулирования. Коэффициент сжатия (отношение длины канала матрицы к диаметру канала), поверхность канала и количество и распределение отверстий по лицевой стороне матрицы определяют, сколько механической энергии потребляется на тонну экструзии гранул.

Матрица, спроектированная для хвойных пород с коэффициентом сжатия, соответствующим содержанию лигнина и размеру частиц этого материала, будет потреблять заметно меньше энергии, чем идентичная машина, оснащенная универсальной матрицей, работающей на том же сырье. Инженеры Kingwood разрабатывают матрицы по специфическим параметрам сырья. Для клиентов, работающих с смешанными или переменными потоками биомассы, это означает работу по характеристике сырья перед спецификацией матрицы — шаг, который окупается в сбережениях кВтч на протяжении рабочего срока оборудования.

Современные конструкции матриц также уменьшают образование дефектных или крошащихся гранул, требующих повторной переработки, устраняя встраиваемые энергетические затраты на доработку.

Интеграция привода с переменной скоростью и автоматизированное управление процессом

Моторы фиксированной скорости, рассчитанные на условия максимальной нагрузки, работают на полной мощности, даже когда условия процесса этого не требуют. Приводы с переменной частотой (VFD) позволяют скорости мотора — а значит, и потреблению энергии — отслеживать фактический процессуальный спрос в реальном времени.

Автоматизированные производственные линии Kingwood, построенные в рамках концепции Трех стандартов (Интегрированные, Без пыли и Автоматизированные), применяют этот принцип ко всей системе гранулирования. Скорость подачи, скорость матрицы, температура сушилки и воздушный поток охладителя под постоянным мониторингом и регулируются непрерывно. Результатом является то, что каждое оборудование работает на своем проектном уровне эффективности, а не циклически между перегрузкой и недогрузкой.

Этот уровень интеграции особенно значителен в полных производственных линиях для влажного корма, где предыдущие процессы сушки и шлифования напрямую определяют состояние материала, поступающего в гранулятор. Подача сырья в гранулятор при стабильном содержании влаги ниже 15% и при постоянном распределении размера частиц уменьшает необходимую силу сжатия и затраты энергии на матрице.

Операционные и коммерческие последствия

Непосредственное снижение затрат для производителей гранул

Энергия является одной из крупнейших переменных статей затрат в производстве гранул. Снижение специфического потребления энергии — измеряемого в кВтч на тонну продукции — напрямую переводится в более низкую стоимость на тонну произведенной продукции. Для предприятия, работающего на двух сменах со скоростью 4–5 т/ч, даже скромное снижение кВтч/тонна приводит к значительным ежегодным сбережениям.

Производственные линии, спроектированные Kingwood, были запущены с мощностями от 1 т/ч до 30 т/ч — включая установку мощностью 30 т/ч в Чунцине, Китай и линию мощностью 24 т/ч во Вьетнаме. На этих уровнях загрузки эффективность на уровне оборудования является первоочередным фактором в экономике проекта.

Установка мощностью 12 т/ч во Вьетнаме достигла возврата инвестиций за 23 месяца — временной промежуток, в котором оптимизированное потребление энергии наряду с высоким качеством выходных гранул стали важными факторами.

Соответствие экологическим стандартам и учет углерода

Для производителей гранул из биомассы, поставляющих продукцию на промышленные рынки топлива в Европе, Японии или Северной Америке, производительность выбросов самих гранул контрактом конкретно прописана. Спецификации гранул Kingwood — теплотворная способность 4,800 ккал/кг, влажность ниже 15%, сера ниже 0.3%, зола ниже 18%, диоксины ниже 0.5 нг TEQ — соответствуют стандартам ЕС, США, Японии и ISO одновременно.

Снижение потребления энергии в процессе производства дополнительно снижает углеродную интенсивность жизненного цикла производимых гранул, что становится все более важным показателем по мере расширения механизмов углеродной пограничной корректировки на ключевых экспортных рынках.

Соответствие стандарту выбросов котлов Китая GB13271-2001 достигается по всем показателям выбросов, когда эти гранулы сжигаются — спецификация, актуальная для растущего внутреннего рынка промышленного тепла и электричества.

Для спецификаций на начальном уровне промышленной модели в линейке вертикальных грануляторов Kingwood смотрите страницу продукта JWZL-420 (1–1.5 т/ч). Для требований к более высокой производительности доступны JWZL-688D (3–3.5 т/ч), JWZL-928 (4–5 т/ч) и горизонтальный JZWH-860 (4–5 т/ч) с полной поддержкой интеграции линий.

Kingwood — Jiangsu Kingwood Industrial Co., Ltd. — проектирует и производит оборудование для гранулирования биомассы с 1999 года, с 20 специалистами по НИОКР, более 2000 планируемых и спроектированных проектов производственных линий, а также установками, работающими в 30 странах. Компания публично торгуется на бирже NEEQ в Китае (код акций: 871765) и имеет сертификаты ISO 9001, ISO 14001 и CE.