УДК 674.8
ТОПЛИВНЫЕ ГРАНУЛЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА МДФ
,
Гродненский государственный университет имени Янки Купалы
В настоящее время спрос на гранулы и топливные брикеты растет. Вызвано это ежегодным ростом цен на энергоносители. В частности, для использования в отопительных системах в свое время был выгоден дешевый природный газ. Но в настоящее время цены на отопление газом и пеллетами почти сравнялись. А факт того, что пеллеты можно использовать даже в обычных котлах для твердого топлива и обычных печах, делает их весьма привлекательным в качестве топлива. Кроме того, законодательное ограничение потребления минерального топлива во многих странах заставило пересмотреть применение невозобновляемых источников энергии взамен возобновляемым источникам, таким как пеллеты, брикеты [1-2].
Однако надо иметь в виду, что существуют и недостатки применения пеллетов, одним из которых является проблема их транспортировки на большие расстояния, в ходе которого происходит частичное или полное разрушение значительного количества транспортируемых пеллет, а также снижение их теплотворных свойств [2-4]. В связи с чем целью работы является получение топливных гранул повышенной прочности из отходов МДФ.
Для производства топливных гранул с последующим их исследованием применяли отходы (пыль) при производстве изделий из МДФ. Опыты проводились в лаборатории. Грануляцию топливных гранул производили на вертикальном прессе при давлении запрессовки – 10 МПа. Гранулы формовали в сборной пресс-форме, которая изображена на рисунке 1.
1 – пуансон; 2 – втулка; 3 – поддерживающая пластина (основание)
Рисунок 1. – Пресс-форма для формования топливных гранул
Разместив втулку (2) на поддерживающую пластину (3), помещали пыль МДФ в отверстие цилиндра с внутренним диаметром 8 мм. Уплотняли данный материал вручную cпомощью пуансона (1), заполняли отверстие втулки, оставляя до верхнего её края приблизительно 10 мм, для того, чтобы пуансон (1) был зафиксирован в цилиндре (рисунок 1).
Для экспериментов применяли два технологических способа изготовления пеллет (см. рисунок 2), которые позволили оценить влияние температуры на предел прочности при сжатии полученных пеллет.
При первом способе заполненную пресс-форму спрессовывали при помощи вертикального пресса при температуре окружающей среды в лаборатории – 20°С.
а) б)
Рисунок 2. – Изготовление пеллет: а) прессование пеллет при н. у.; б) прессование пеллет после нагрева в муфельной печи до 100°С
При втором способе производили нагрев заполненной пресс-формы до 100°С в течение 30 минут в муфельной печи с последующим спрессовыванием аналогично первому способу.
Для определения прочностных показателей топливных пеллет применяли гидравлический пресс ВМ-3.4Д. При испытаниях нагрузку постепенно увеличивали до разрушения образцов. Предел прочности пеллет при сжатии
, МПа, вычисляли по формуле:
, (1)
где Р — разрушающая нагрузка или нагрузка, при которой происходит значительное нарастание деформаций, без увеличения усилий, Н;
F — площадь начального поперечного сечения образца, см
.
Для получения пеллет высокого качества применяли рекомендуемые диапазоны значений влажности исходного сырья от 8 до 10%, размер пылевидных частиц МДФ – от 0,01 до 0,5 мм.
Испытания образцов пеллет проводили в соответствии с принятыми методиками: истинной плотности (EN 15150:2005), насыпной плотности (EN 15103:2005).
Проведенные лабораторные опыты показали удовлетворительные технические характеристики (истинная, насыпная плотности и предел прочности при сжатии) разработанных топливных гранул на основе отходов производства МДФ, которые представленыв таблице.
Таблица – Результаты исследования технических характеристик разработанных топливных пеллет из отходов МДФ
Температура обработки Характеристики | 20°С | 100°С |
Предел прочности при сжатии, МПа | 5,4 | 6,0 |
Насыпная плотность, г/см3 | 0,75 | 0,8 |
Истинная плотность, г/см3 | 1,41 | 1,46 |
Анализ данных таблицы показал, что свойства топливных пеллет, полученных гранулированием муки МДФ зависят от температуры обработки: предел прочности при сжатии при температуре обработки 100°С выше на 10% по сравнению с гранулами, полученных при температуре обработки 20°С, что объясняется улучшением когезионных свойств частично полимеризованного лигнина (выделяется из древесины, при термическом воздействии) и древесных частиц; с увеличением температуры обработки истинная плотность увеличилась не значительно: в среднем на 3,5%, а насыпная плотность – на 6,7%.
Результаты лабораторных исследований технических характеристик разработанных топливных пеллет из отходов МДФ показали соответствие их качества по СТБ 2027-2010 [4].
Список литературы
1. Галяветдинов, получения древесных топливных гранул с повышенной энергетической эффективностью / // Вестник КГТУ. – 2013. – С 214-215.
2. Биотопливо из древесного сырья / [и др.]. / М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. – 384 с.
3. Шафранович, О. Востребованныепеллеты / О. Шафранович // Лесное и охотничье хозяйство. – 2009. – № 9. – С. 11–12.
4. Гранулы древесные топливные: СТБ 2027–2010. – Введ. 01.07.10. / Минск: Государственный комитет по стандартизации Республики Беларусь; БелГИСС, 2010. – 20 с.
