Kahl-Gruppe

Holzpelletieranlagen

Die Kompaktierung von Säge- und Hobelspänen aus Holzabfällen

Seit mehr als 60 Jahren stellt die Firma AMANDUS KAHL Pelletpressen her, die sich durch ihre robuste Bauweise, ihre Wirtschaftlichkeit und ihre Laufruhe bewährt haben. Unsere Maschinen eignen sich hervorragend für die Kompaktierung unterschiedlichster Produkte.

Bei der Pelletierung von Trockenschnitzeln in Rübenzuckerfabriken zum Beispiel, ist Amandus Kahl seit Jahrzehnten Marktführer in Westeuropa. Bei der Verarbeitung dieser Produkte ist eine solide Bauweise und eine hohe Verfügbarkeit für den ununterbrochenen Dauerbetrieb Voraussetzung.

Seit vielen Jahren arbeiten KAHL-Pressen auch für die Holzpelletierung, z.B. in Belgien, Bosnien + Herzegovina, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, Japan, Kanada, Kroatien, Lettland, Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Russland, Schweden, Schweiz, Slowakei, Spanien, Slowenien, Tschechien und den USA zur vollsten Zufriedenheit unserer Kunden. Die produzierten Presslinge werden vorwiegend als Brennmaterial oder als Tiereinstreu verwendet.

Was sind Pellets und wie unterscheiden sich diese von Briketts oder Granulat?

Zur Kompaktierung, d.h. der Herstellung von gleichmäßigen Körpern aus pulver- oder staubförmigen, aus pastösen oder stückigen Produkten, werden verschiedene Verfahren der Kompaktierung eingesetzt. Abhängig vom Verfahren und seiner Form, wird das Endprodukt als Granulat, Pellet, Pressling oder Brikett bezeichnet. Eine eindeutige Begriffsdefinition gibt es nicht, jedoch könnte man sinnvollerweise wie folgt festlegen:

Produkt: Granulat / Pellet bzw. Pressling / Brikett

Größe: 0,5 - 3 mm / 2 - 30 mm / 30 - 60 mm

Form: undefiniert jedoch nicht staubförmig / zylindrisch / geometrisch definiert

Prinzipiell werden zwei verschiedene Verfahren der Kompaktierung unterschieden:

1.) Die Aufbaugranulation

Hierbei wird die Partikelhaftung nicht durch von außen wirkende mechanische Drücke, sondern durch eine Bewegung mit der Hilfe von Flüssigkeiten und anschließender Trocknung erreicht.      

Diese Verfahren sind für die Kompaktierung von Säge- und Hobelspänen nicht geeignet.

2.) Die Pressagglomeration

Verfahren, bei denen die Partikelhaftung durch von außen wirkende Kräfte erzeugt wird. Dabei wird das Material durch geeignete Presswerkzeuge so stark verdichtet, dass sich Agglomerate mit ausreichender Festigkeit bilden.

Innerhalb der Verfahren der Pressagglomeration hat sich die “Pelletierung” immer dann bewährt, wenn größere Produktmengen unter möglichst wirtschaftlichen Aspekten verarbeitet werden müssen. Das gilt insbesondere auch dann, wenn die natürlichen Bindekräfte der Produkte nicht sehr stark sind und der Zusatz von Bindemitteln nicht zulässig ist.

KAHL Pelletpressen werden in einer Grundausführung gebaut:

Als Flachmatrizenpresse, bei der die Koller auf einer horizontal angeordneten Scheibe rotieren und das Material von oben nach unten durch die Bohrungen der Matrize gedrückt wird. (Abbildung 1)

Das Pressverfahren und die Pressorgane

Die wichtigsten für den Pressvorgang nötigen Werkzeuge sind die Kollerrollen und die Matrizen.

Die Verdichtung erfolgt in offenen Presskanälen, die sich in der Matrize befinden. Das Produkt wird im freien Fall senkrecht von oben in den Pressenraum eingespeist und gleichmäßig verteilt. Auf der Matrizenlauffläche bildet sich ein Materialteppich, der von den Kollern überrollt und verdichtet wird.

Die Druckkraft steigt beim Rollen in Richtung Presskanal stetig an, bis diese so groß geworden ist, dass der im Kanal befindliche Materialpfropfen ein Stück weitergeschoben wird. Dabei darf die Reibkraft innerhalb des Presskanals nicht größer sein als die wirksame Presskraft des Kollers. Andererseits muß die entstehende Reibkraft groß genug für eine ausreichende Verdichtung des Produktes zu einem festen Agglomerat sein. (Abbildung 2)

In den Presskanal wird eine kleine Scheibe eingewalzt, die sich durch den Druck und die Bindekräfte des Produktes zu einem Pressling verbindet. Der Pressling tritt dabei als Endlosstrang aus dem Presskanal aus und wird von den rotierenden Messern in die gewünschten Zylinderlängen zerteilt.

Bei den Kollern ist ein großer Außendurchmesser und eine solide Lagerung erforderlich. Das Profil der Lauffläche kann variiert werden, hat jedoch keinen so großen Einfluss wie die Ausführung der Matrize. Kahl Pressen werden mit Kollerrollen bis zu 450 mm Durchmesser und 192 mm Breite eingesetzt. Bei den Profilen der Laufflächen unterscheidet man im wesentlichen genutete, gelochte und geriffelte Oberflächen.

Der Kollerkopf rotiert mit ca. 60 Upm. Dadurch ist die Laufgeschwindigkeit und somit die Geräuschentwicklung der Flachmatrizenpresse sehr gering. Durch die Anzahl der Koller ist gewährleistet, dass dennoch eine hohe Überrollungsfrequenz erreicht wird, die für hohe Durchsatzleistungen erforderlich ist.

Eine sehr große Bedeutung kommt der jeweiligen Ausführung der Matrize zu. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Bohrungen und der Länge des Presskanals wird als “Pressverhältnis” bezeichnet und bestimmt zusammen mit den Produkteigenschaften die jeweils entstehende Reibkraft. Demnach muss das Pressverhältnis dem Produkt sehr genau angepasst werden, um optimale Ergebnisse hinsichtlich der Pelletqualität und der Durchsatzleistung der Maschine zu erzielen. Dabei wird berücksichtigt, dass sich das Verhältnis der Pelletoberfläche zum Volumen mit abnehmendem Pelletdurchmesser verändert.

Demnach können Matrizen, die zur Pelletierung von Futtermitteln, Trockenschnitzeln oder anderer Produkte hergestellt wurden, in der Regel für die Kompaktierung von Holz nicht eingesetzt werden.

Wichtige Kenngrößen der Matrizen sind außerdem die Anzahl der Löcher und damit die zur Verfügung stehende “offene Lochfläche”, die sich zusammen mit der zur Verfügung stehenden Antriebsleistung unmittelbar auf die Durchsatzleistung der Presse auswirkt.

Die Presshydraulik

Eine Presshydraulik zur exakten Justierung der Koller auch während des laufenden Betriebes ist heute “Stand der Technik”.

Durch den Materialteppich auf der Matrize stellt sich zwischen den Kollern und der Matrize ein Spalt ein, der einen wichtigen Einfluss auf die Kompaktierung hat. Deshalb ist es wünschenswert, den Spalt auch während der Produktion verändern zu können und den Betriebszustand der Presse anhand des Produktdruckes gegen die Kollerrollen zu kontrollieren.

Unsere Presshydraulik ist ein bewährtes Zubehör, das dem Bediener der Presse diese Möglichkeiten anbietet. Das Verfahren kann überwacht und während des Betriebes optimiert werden. Darüber hinaus bietet die Presshydraulik durch ein integriertes Druckentlastungsventil Sicherheit gegen evtl. in die Presse gelangte Fremdkörper. (Abbildung 3)

Materialzuführung und Scherwirkung

Das zu kompaktierende Produkt wird über eine geeignete Speiseschnecke lastabhängig in die Presse eingespeist. Durch den großen Presseninnenraum finden auch voluminöse Produkte ausreichend Platz. Eine Zwangsspeisung, die u. U. zu schnellen Blockaden führt, ist nicht notwendig.

Durch individuell angepasste Einweiser erfolgt eine gleichmäßige Produktverteilung auf die Matrize.

Die Flachmatrizenpresse wird vor allem bei rohfaserreichen Produkten, wie Holz, mit zylindrischen Kollern ausgerüstet, die bei ihrem Lauf auf der Kreisbahn der Matrize zu einen Schereffekt führen. Dieser erwünschte Effekt führt zu einer Verdrillung und Vorzerkleinerung des Produktes auf der Matrize, so dass das Produkt besser verpresst werden kann.

Besonderheiten bei der Pelletierung von Holz

Voraussetzung für einen optimalen Betrieb ist eine kontinuierliche Speisung in die Presse und ein homogenes Produkt, welches in ausreichend vorzerkleinerter Form vorliegt. Die Feuchtigkeit sollte sehr konstant in einem Bereich zwischen 12- 15 % gehalten werden.

Durch die starke Volumenreduzierung bei der Kompaktierung von Holz und Holzspänen, insbesondere Hobelspänen von ca. 100 auf 600 kg/m³, muss das Fassungsvermögen der Maschine, d.h. der Presseninnenraum möglichst groß sein. Weitere Anforderungen, die die Holzindustrie generell an alle Maschinen stellt, sind eine robuste Bauweise und eine hohe Verfügbarkeit der Anlage, um der geforderten Betriebssicherheit zu entsprechen.

Eine ausreichend hohe Durchsatzleistung mit geringstmöglichen spezifischen Energieverbräuchen und guter Pelletqualität sind weitere Forderungen, die mit dem Ziel einher gehen, möglichst lange Standzeiten der Verschleißteile zu erreichen.

Im Vergleich zu anderen Produkten verfügt Holz nicht über starke eigene Bindemittel, wie z.B. stärkehaltige Futtermittel. Auch die Gleiteigenschaften sind nicht gut ausgeprägt. Daher baut sich sehr schnell eine hohe Reibkraft innerhalb der Presskanäle auf, die jedoch auch benötigt wird, um dieses Produkt mit seiner geringen Eigenbindung zu verpressen.

Hierbei fällt auf, dass es starke Unterschiede bei der Verarbeitung verschiedener Holzarten gibt, die teilweise sehr vom Harzgehalt abhängen. Harthölzer wie Buche oder Eiche erfordern höhere Presskräfte als Weich- und Nadelhölzer. Die Presskräfte führen zum “spezifischen Energieverbrauch”, der bei der Verarbeitung von Holz im Bereich zwischen 40 und 60 kWh/t liegt.

Durch den hohen Reibwiderstand und die geringen Bindekräfte einiger Holzarten ist die Vorkonditionierung, das heißt die Vorbehandlung des Produktes vor der eigentlichen Verpressung sehr wichtig.

Hierbei spielen die Produktfeuchtigkeit und die Produkttemperatur sowie der Zerkleinerungsgrad eine Rolle. Um die Feuchtigkeit im Produkt zu erhöhen, ist es sinnvoll, das Wasser teilweise in Form von Dampf zuzugeben und das aufgefeuchtete Holz vor der Pelletierung eine Zeitlang verweilen zu lassen, damit die Feuchtigkeit in das Produkt eindringen kann.

Eine ideale Anlage verfügt deshalb über eine Möglichkeit zur Produktzerkleinerung, z.B. durch Einsatz einer geeigneten Hammermühle, einen kontinuierlichen Durchlaufmischer zur Einbringung von Dampf und Wasser und einer Langzeitkonditionierung für die Verweilzeit vor der Pelletierung. (Abbildung 4)

Speziell für die Pelletierung von Holz hat Firma Amandus Kahl Pelletpressen entwickelt, die durch ihre verstärkte Lagerung und verschiedene weitere Konstruktionsdetails den rauen Anforderungen bei der Holzpelletierung gerecht werden.

Die Kollermühle

AMANDUS KAHL hat sich auf die Tradition der altbekannten Kollermahlgänge besonnen und die auf diesem Prinzip basierende bekannte KAHL-Flachmatrizen-Pelletpresse zu einer Lochmatrizen-Kollermühle weiterentwickelt. Das Mahlverfahren wurde anlässlich der „BioEnergy Europe“-Messe 2008 in Hannover mit dem Innovationspreis für das Jahr 2009 des Deutschen Landwirtschaftsverlags DLV ausgezeichnet.

Nasse und trockene Biomasse bzw. Holzhackschnitzel werden problemlos zerkleinert und die Leistung der Kollermühle steigt mit der Feuchte des Rohmaterials. Schwierigkeiten bei sehr feuchtem Holz gibt es nicht. Die Kollermühle schafft Leistungen von wenigen 100 kg/h bis zu 40 t/h und kann je nach Rohmaterial die Hammermühle ersetzen.

Vorteile gegenüber Hammermühlen sind die auch unter Volllast leise Betriebsweise, geringer Raumbedarf und der minimale Energieverbrauch. Außerdem können sie ohne Entstaubungseinrichtung, Zyklon, Filter und Abluftanlage sowie frei von ATEX-Auflagen arbeiten.

Neu für den Einsatz in Kraftwerken ist das Co-Firing von nasszerfaserter Biomasse. In einem 2-Stufigen Prozess wird die Biomasse auf Korngrößen < 2mm zerfasert und direkt mit dem Kohlenstaub in die Verbrennung eingeblasen. Die frischen zerfaserten Holzhackschnitzel werden nicht getrocknet oder pelletiert, wodurch der Energieverbrauch drastisch reduziert werden kann.