Installations de granulation de bois

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Le compactage de la sciure et des copeaux de bois

Depuis plus de 60 ans, la Sté AMANDUS KAHL produit des presses à granuler qui se sont avérées bonnes grâce à leur construction robuste, leur rentabilité et leur stabilité de fonctionnement. Nos machines conviennent parfaitement au compactage des produits différents.

Dans le domaine de la granulation des pulpes sèches dans les sucreries par exemple, la Sté Amandus Kahl est le leader en Europe occidentale depuis des dizaines d'années. Une construction solide ainsi qu'une disponibilité importante pendant le service continu non-interrompu sont indispensables pour le traitement de ces produits.

Depuis longtemps, les presses à granuler KAHL sont employées aussi pour la granulation de bois, par exemple en Allemagne, en Autriche, en Belgique, en Bosnie-Herzégovine, au Canada, en Croatie, au Danemark, en Espagne, en Estonie, aux États Unis, en Finlande, en France, en Grande-Bretagne, en Irlande, en Italie, au Japon, en Lettonie, en Norvège, aux Pays-Bas, en Pologne, en République tchèque, en Russie, en Slovaquie, en Slovénie, en Suède et en Suisse  - et cela avec l'entière satisfaction de nos clients. Les granulés produits sont utilisés principalement comme combustibles ou comme litière pour animaux.

Qu'est-ce qu'un granulé et quelle est la différence par rapport aux briquettes ou miettes?

Pour le compactage, c'est-à-dire la production des corps uniformes à partir des produits pulvérulents, pâteux ou de structure grossière, des procédés de compactage différents sont utilisés. En fonction du procédé choisi et de la forme obtenue, le produit fini est qualifié de granulat, granulés (pellets) ou briquettes. Il n'y a pas de définition exacte des termes, mais on pourrait les distinguer comme suit:

 

Granulat

Granulé/Pellet

Briquette

Taille: 

0,5 - 3 mm

2 - 30 mm

30 - 60 mm

Forme: 

non-définie mais pas pulvérulente

cylindrique

définie géométriquement

En principe, on distingue deux procédés de compactage:

1.)   L'agglomération structurelle

Dans l'agglomération structurelle, l'adhésion des particules n'est pas atteinte par des pressions mécaniques agissant de l'extérieur, mais par le mouvement du produit en ajoutant des liquides et ensuite par le séchage.

Ces procédés ne sont pas appropriés pour le compactage de la sciure et des copeaux.

2.)   L'agglomération par compression

C'est un procédé pendant lequel l'adhésion des particules est atteinte par des forces agissant de l'extérieur. Pendant ce procédé, les éléments de granulation compactent le produit si fortement que des agglomérés d'une stabilité suffisante sont formés.

Parmi tous les procédés de l'agglomération par granulation, la "granulation" est le procédé le plus approprié si des quantités importantes de produit doivent être traitées en tenant compte des points de vue économiques; en particulier, si les forces d'adhésion naturelles ne sont pas très fortes et si l'addition de liants n'est pas admissible.

Il y a une construction de base des presses à granuler KAHL:

Une presse à filière plate dont les galets tournent sur un disque horizontal de sorte que le produit est pressé à travers les trous de haut en bas. (Figure 1)

Le procédé de granulation et les éléments de granulation

Les outils les plus importants requis pour le procédé de granulation sont les galets et les filières.

Le compactage s'effectue dans les trous de compression qui sont percés dans la filière. Le produit est alimenté en chute libre, par le haut, dans la chambre de granulation et est distribué uniformément. Une couche de produit se forme sur la surface de roulement de la filière. Les galets tournent sur cette couche de produit et la compactent.

Pendant l'écoulement vers le trou de compression, la pression augmente de plus en plus jusqu'à ce elle soit devenue suffisamment élevée pour que le bouchon de produit qui se trouve dans le trou soit poussé légèrement en avant. Pour assurer ceci, la force de friction dans le trou de compression ne doit pas excéder la force de compression effective du galet. D'autre part, la friction résultant doit être assez élevée pour permettre un compactage suffisant du produit pour obtenir un aggloméré dur. (Figure 2)

Un petit disque est forcé dans le trou de compression où il s'unit avec le produit et forme un granulé par la pression et les forces d'adhésion du produit. Un granulé sans fin sort du trou de compression et est coupé aux longueurs souhaitées par des couteaux qui tournent.

En ce qui concerne les galets, un grand diamètre extérieur ainsi qu'un roulement solide sont requis. Le profil de la surface de roulement peut être varié, mais l'influence de l'exécution de la filière est plus importante. Des presses à granuler Kahl avec un diamètre allant jusqu'à 450 mm et une largeur de 192 mm sont utilisées. On distingue principalement les profils de la surface des galets suivants: rainurés, perforés et cannelés.

La tête de galets tourne à env. 60 tr/mn. Pour cette raison, la vitesse de marche ainsi que le niveau de bruit de la presse à filière plate sont très bas. Cependant, le nombre de galets garantit une haute fréquence de tours des galets sur la filière, ce qui est nécessaire pour obtenir des débits importants.

L'exécution de la filière est très importante. La relation entre le diamètre des trous et la longueur des trous de compression est qualifiée de "rapport de compression" et, en combinaison avec les propriétés du produit, il détermine la friction qui en résulte. Le rapport de compression doit donc être adapté très exactement au produit pour obtenir des résultats optimaux quant à la qualité des granulés et au débit de la machine. Il faut prendre en considération que le rapport de la surface des granulés au volume change au fur et à mesure que le diamètre des granulés diminue.

Il s'ensuit que les filières fabriquées pour la granulation des aliments pour animaux, des pulpes sèches ou d'autres produits ne sont pas utilisées pour le compactage du bois, en général.

Un autre paramètre important des filières est le nombre de trous et ainsi la "surface perforée ouverte" disponible qui, en combinaison avec la puissance motrice disponible, se répercute immédiatement sur le débit de la presse à granuler.

Le système hydraulique de la presse à granuler

Un système hydraulique de la presse à granuler pour l'ajustage exact pendant le service est aujourd'hui l'aboutissement de la technique.

A cause de la couche de produit sur la filière, un écartement se produit entre les galets et la filière qui a une influence importante sur le compactage. Pour cette raison il est souhaitable de pouvoir modifier cet écartement pendant la production et de contrôler l'état de fonctionnement de la presse à granuler à l'aide de la pression du produit contre les galets.

Notre système hydraulique est un accessoire éprouvé qui offre cette possibilité à l'opérateur de la presse à granuler. Le procédé peut être monitoré et optimisé pendant le service. En plus, le système hydraulique de la presse à granuler est équipé d'une soupape intégrée de détente de pression qui protège la presse contre des éléments étrangers qui peuvent y entrer. (Figure 3)

Alimentation de produit et effet de cisaillement

Le produit à compacter est alimenté dans la presse à granuler en fonction de la charge par une vis d'alimentation appropriée. Grâce à l'intérieur spacieux de la presse, il y a assez de place même pour des produits volumineux. Une alimentation forcée qui peut causer des blocages rapides n'est pas nécessaire.

Les tôles-guides ajustées individuellement permettent une distribution de produit uniforme sur la filière.

Surtout en cas de produit riches en fibres brutes comme par exemple le bois, la presse à filière plate est équipée de galets cylindriques qui créent un effet de cisaillement en tournant sur la surface de roulement de la filière. Cet effet souhaité mène à une torsion et à un broyage préalable du produit sur la filière qui rendent la granulation de ce produit plus facile.

Particularités de la granulation de bois

Ce qui est indispensable pour le fonctionnement optimal, c'est une alimentation continue dans la presse et un produit homogène suffisamment prébroyé. La teneur en humidité devrait être maintenue très constante dans une gamme de 12 à 15 %.

Le volume de réception des produits à granuler dans la presse étant important, la partie intérieure de la presse doit avoir un volume maximum pour travailler des produits de faible densité, comme de la sciure ou des copeaux de raboteuse. La densité de ces produits est réduite d'environ 100 à 600 kg/m³ dans certains cas. Les autres exigences générales de l'industrie du bois pour toutes les machines sont une construction robuste et une disponibilité élevée pour répondre à la demande concernant la sécurité d'exploitation.

Un débit suffisant à une consommation d'énergie spécifique aussi réduite que possible et une bonne qualité de granulés sont d'autres exigences qui s'ajoutent au désir d'obtenir une durée de vie élevée des pièces d'usure.

Par rapport aux autres produits, le bois n'a pas de fortes forces d'adhésion propres comme par exemple les aliments amylacés pour animaux. Ses qualités de glissement ne sont pas très prononcées non plus. Ainsi, une force de friction élevée s'établit rapidement dans les trous de compression. Celle-ci est requise pour compacter le produit avec ses faibles forces d'adhésion propres.

Ce qui est frappant c'est qu'il y a des différences importantes en ce qui concerne le traitement des essences de bois, différences qui dépendent partiellement de la teneur en résines. Les bois durs comme le hêtre ou le chêne exigent des forces de pression plus élevées que les bois tendres ou les conifères. Les forces de compression déterminent ”la consommation d'énergie spécifique" qui s'élève à 40 à 60 kWh/t pour le traitement du bois.

A cause de la résistance due au frottement et les faibles forces d'adhésion de quelques essences de bois, le conditionnement ou le traitement préliminaire du produit avant la granulation propre, est très important.

La teneur en humidité du produit, la température du produit et le degré de broyage jouent un rôle important. Pour augmenter l'humidité dans le produit, il est utile d'ajouter l'eau partiellement sous forme de vapeur. Ensuite il faut faire reposer le produit pendant un certain temps avant la granulation de sorte que l'humidité puisse pénétrer le produit.

Pour cette raison l'installation idéale est équipée d'un système de broyage de produit, par exemple d'un broyeur à marteaux approprié, d'un mélangeur en continu pour l'ajout de vapeur et d'eau et d'un conditionneur à longue durée pour assurer le temps de séjour avant la granulation (Figure 4).

Particulièrement pour la granulation de bois, la Sté Amandus Kahl a développé des presses à granuler qui satisfont aux exigences difficiles de la granulation du bois par leurs paliers renforcés et par divers autres détails de construction.

Broyeur-granulateur

Amandus Kahl s'est souvenu de la tradition des unités de galets bien connues, et a développé le broyeur-granulateur avec filière perforée à partir de la presse à filière plate KAHL qui est inspirée par ce principe des unités à galets. Sur le salon «BioEnergy Europe» 2008 à Hanovre, le procédé de broyage a remporté le Prix de l'innovation de l'année 2009 de la maison d'édition "Deutscher Landwirtschaftsverlag DLV".

Non seulement il est possible de broyer de la biomasse ou des plaquettes de bois humides et sèches sans problème, mais aussi la capacité du broyeur-granulateur augmente au fur et à mesure que l'humidité de la matière première augmente. Il n'y a pas de difficultés si le bois est très humide. Le broyeur-granulateur atteint des capacités allant de quelques 100 kg/h à 40 t/h et, selon la matière première, peut remplacer le broyeur à marteaux.

Parmi les avantages du broyeur-granulateur par rapport aux broyeurs à marteaux, on peut citer aussi le fonctionnement silencieux même en pleine charge, le faible encombrement et la consommation d'énergie minimale. En plus, ils peuvent être utilisés sans dispositifs de dépoussiérage, cyclone, filtre et installation d'évacuation d'air et sans exigences ATEX.

Une nouvelle possibilité d'application dans les centrales électriques est la co-combustion de la biomasse défibrée en état humide. Dans un processus en deux étapes, la biomasse est défibrée à la taille des particules <2 mm et ensuite directement injectée dans la combustion avec la poussière de charbon. Les plaquettes de bois défibrées ne sont pas séchées ou granulés, ce qui réduit drastiquement la consommation d'énergie.