Способ получения брикетов топлива из органического волокнистого материала

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТОВ ТОПЛИВА ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА, преимущественно из древесных отходов, включающий измельчение органического материала до размера частиц не более 85% минимального размера получаемых брикетов , сушку и прессование высушенного материала в брикеты, о т л ичающийся тем, что, с, целью повышения прочности получаемых брикетов, перед прессованием в измельченном материале поддерживают содержание влаги 16-28%, прессование ведут при давлении, обеспечивающем нагрев получаемых брикетов до 163-177°С, и полученные брикеты сушат до содержания влаги 7-8%. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) С 10 Ь 5 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2443804/23-26 (22) 24.01 ° 77 (46) 07.10.83. Бюл. Р 37 (75) РудольФ Вильгельм Гуннерман

Р ю (53) 662.63(088.8} (56) 1; Записка об исследовательской работе FPL-90 Лесной службы CQIA.

Производство древесного топлива.

Иинистерство сельского хозяйства

США. Лаборатория продуктов леса, 1965.

2. Патент CUIA Р 3227530, кл. 44-1, опублик, 1966 °

3. Патент США Р 3492134, кл. 99-229, опублик. 1970 (прототип) „„80„„1047393 А (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТОВ

ТОПЛИВА ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА, преимущественно из древесных отходов, включающий измельчение органического материала до размера частиц не более 85% минимального размера получаемых брикетов, сушку и прессование высушенного материала в брикеты, о т л ич а ю шийся тем, что, с, целью повышения прочности получаемых брикетов, перед прессованием в измельченном материале поддерживают содержание влаги 16-28%, прессование ведут при давлении, обеспечивающем нагрев получаемых брикетов до

163-177 С, и полученные брикеты сушат до содержания влаги 7-83.

1047393

Изобретение относится к топливу, в частности к гранулированному,. предназначенному для промышленного сжигания и полученному путем формования органических волокон в симметричные в осиовном гранулы, однородные по влажности, которые эффективно сгорают без образования большот о количества золы на поверхности гранул.

Древесина, как топливо„ обладает рядом присущих ей преимуществ, она является пополняемым источником топлива, широко распространена и, доступна.

Кроме того, ее можно добывать при помощи простых инструментов и неквалифицированных рабочих, для ее хранения, добычи и обработки не требуется сложное оборудование.

Древесина относительно дешева, если ее добывают во время регулярных лесозаготовок. Древесину можно сжигать во многих типах оборудования при самых различных условиях, при этом соблюдается большая чистота и выделяется минймальное количество золы (которая представляет в какой-то степени ценность как удобрение).

Древесина легко воспламеняется и скорость ее горения можно регулировать, если она соответствующим образом подговлена и сжигается в соответствующем устройстве„ С другой стороны, влажность древесины обычно высока и требуется обычно поштучная подготовка и загрузка; если ее применяют в форме поленьев или недробленых сырых отходов, В любом случае она более объемиста, чем другие виды твердого или жидкого топлива.

Огромный спрос на продукцию из древесины обусловил большой интерес к возможному использованию отходов деревообрабатывающей промышленности. При изготовлении изделий из древесины обязательно образуются отходы, например опилки, стружки, прутья и ветки,и т.п., так как в отличие от пластмасс изделия иэ древеси.ны не могут быть изготовлены путем плавления и последующего формования.

Ранее предлагалось формовать иэ этих древесных и других органических волокон цилиндрические гранулы или брикеты, пригодные для применения в качестве топлива 31).

Йекоторые гранулированные материалы не требуют добавки связующих, так как они сами склеиваются, когда их брикетируют при повышенной тем- . пературе. К таким материалам относится и древесина. При температурах выше минимальной температуры пластич ности (для древесины 163 С ) упругие .деформации, возникающие в материале при давлении брикетирования, полI ностью исчезают и частицы приходят в тесный контакт друг с другом. Когеэия поверхностей раздела, -взаимное проникновение отдельных волокон частиц и возможная адгезия раэ5,мягченного под действием тепла лигнина (природного связующего между волокнами древесины ) все это обуславливает связующее действие, которое сообщает достаточную проч10 ность после из охлаждения при прессовании.

Известен способ брикетирования древесных отходов, основанный на самосклеивающей способности древесных отходов, В данном способе применяют машину, изготовляемую фирмой

Wood. Briguettes, Inc.Lewiston Idsho, которая изготовляет брикеты путем выдавливания отходов древесины (опилок, стружек и других отходов, Измельченных до размеров овсяной муки ) в основную камеру сжатия при помощи шнека под давлейием приблизительно 210 кгс/см4. При таком высоком давлении под действием сил трения выделяется достаточное количество тепла для обеспечения пластичности, необходимой для самосклеивания,.формы представляют собой цилиндрические отверстия диаметром

101,6 мм, расположенные на равных расстояниях по краю большого колеса шириной приблизительно 304,8 мп, причем оси форм направлены параллельно оси колеса и длина формы рав35 на толщине колеса. Дно формы закрыто поршнем с гидравлическим приводом, который удерживает форму закрытой при наполнении и убирается после наполнения. После наполнения фор4р мы колесо немного поворачивается ! так, что следующая пустая форма оказывается на линии заполнения. формовочное колесо охлаждается водой, а брикеты — ниже температуры пластич,ности эа время, когда колесо делает полный оборот. Охлажденный брикет выталкивается иэ формы поршнем, ко- тбрый входит в полость формы перед ее подготовкой к наполнению.

Брикеты размерами 101, 6 к304, 8 мщ изготовленные этой машиной, пригод- . ны для ручного отопления, но не для, .механической загрузки. Брикеты для механического загрузчика производятся на машине другого типа, выпускаемой этой же фирмой, которая выдавливает самосклеенный материал через пучок,сбстоящий иэ восьми круглых отверстий диаметром 25,4 мм, в виде

60 непрерывных прутков. По выходе из экструэионной головки прутки разрезаются на отрезки длиной 25,4 мм вращающимися нажами, в результате получаются брикеты, пригодные для

65 механической загрузки.

1047393

Известен способ 2 1 получения бри- материала составлял не более 85% микетов топлива из органического во- нимального размера формуемых гранул, локнистого материала, преимуществен- а влажность волокнистого материала но из древесных отходов, включающий должна быть в основном равномерной . измельчение органического материала и составлять приблизительно 16, до размера частиц не более 85% мини- 5 28 вес.%, при этом следует формоI мального размера получаемых брикевать и прессовать из волокнистого тов, сушку материала и прессование материала при заданной влажности высушенного материала в брикеты. в основном симметричные гранулы

Частицы лигноцеллюлозы с влаж- с максимальными размерами 12,7 мм. ностью по меньшей. мере 15% экструди- 10 Согласно предлагаемому способу руют через головку при одновременном, сельскохозяйственные или древесные удалении влаги. Экструзия осуществ- . отходы транспортируются конвейером, ляется при повышенных давлении и приспособленным для отделения гортемпературе, благодаря чему влага ных пород, металла и других нежеудаляется из уплотненной массы в )5 лательных материалов, в молотковую виде пара при одновременном измель- мельницу, где арганический волокнисчении частиц. Измельченные частицы тый материал измельчается до частиц, немедленно уплотняются и охлаждают- в основном, однородных по размеру ся, все еще находясь под давлением, - и не более 85% минимального раэмеобразуя в лигноцеллюлоэном матерна- 20 ра формуемых гранул, затем измель ле жесткую кольцевую оболочку иэ ченный материал транспортируется природного связующего. Охлажденный конвейером в сушилку, где влажность продукт содержит обычно 20-25% влаги. доводится приблизительно до 16-28%, Известен способ (3 ) получения после чего продукт с заданными раэбрикетов топлива из органического 25 мером частиц и влажностью подается волокнистого материала, преимущест- на гранулирующую машину, оборудовенно из древесных отходов, включаю- ванную собственным измерительным шиещий иэмельчение органического мате- ковым устройством для загрузки риала до размера частиц не более массы в гранулирующую головку,3a85% минимального размера получаемых тем формуемые гранулы высушивают брикетов, сушку материала и прессо- до влажности, находящейся в равнование высушенного материала в брике- вески с влажностью атмосферы. Воты. локнистый материал получают при

Измельченный материал прессуют повышенном давлении а температура

Э

I при давлении 500-8500 кгс/см и вы- гранулы в головке равна приблизисушивают до влажности 7-9 вес.% до 35 тельно 163-177 С. подачи в таблетировочный пресс. Большинство органических волокПригодны также экструэионные, бри- нистых веществ имеют влажность кетирующие и гранулирующие машины. более 28 вес.%, поэтому их необхоОднако материал, получаемый на димо сушить, однако следует иметь этих машинах и по известным спосо- 40 в виду, что, если гранулированию бам, не вполне пригоден для механи- подлежит материал с влажностью меческой загрузки печей, так как он нее 16%, его влажность следует по проявляет тенденцию.измельчаться, высить до требуемой влажности путем и при горении образует довольно увлажнения или другим способом до много золы. 45 гранулирования. Влажность может

Цель изобретения — повышение меняться в широких пределах приблипрочности брикетов. зительно от 16 до 28 вес.%, однако

Указанная цель достигается тем, лучшие результаты достигаются при что согласно способу, включающему влажности органического волокнистоизмельчение органического матерна- .го материала при гранулировании в ла до размера частиц не более 85% интервале 20-24 вес.%, поэтому пред50 минимального размера получаемых бри- почтительно, чтобы влажность нахокетов, сушку и прессование высушен- дилась в этом более ограниченном ного материала в брикеты, перед интервале. Гранулы можно сушить . прессованием содержанйе влаги в из- продуванием над ними воздуха сразу мельченном материале поддерживают в 55 же по выходе их иэ гранулирующей мапределах 16-28%, прессование ведут шины. при давлении, обеспечивающем нагрев При доведении размеров частиц орполучаемых брикетов до 163-177 С, ганического волокнистого материала

О и полученные брикеты сушат до содер- приблизительно до 85% или менее от жания влаги 7-8%. 60 минимальных размеров формуемых граПредлагаемый способ обеспечивает нул, влажности перед прессованием ,получение гранул такой формы, кото- приблизительно до 16-28% свободной рая удобна для их равномерного сжи-,воды, предпочтительно до 20-24%, и

: гания в печи. Для этого требуется, при температуре формования и прессочтобы размер частиц волокнистого . 65,вания 163-177 C получают гранулы

1047393 с защитной воскообразной поверхностью, образованной вследствие просачивания,из волокнистого материала, которые сгорают в основном равномерно беэ образования нежелательной золы, Чтобы скорость горения гранул была в основном равномерной, гранулы после формования сушат до равномерной влажности, которая находится в равновесии с влажностью окружающей среды. Гранулы могут применяться 10 для отопления любого типа печей промышленного и бытового назначения, легко транспортироваться по наклонному ленточному конвейеру, применяемому в промышленности, или при !5 помощи другого обычного загрузочного оборудования. Гранулы в основном одНородны по размерам и форме и при желании могут транспортироваться .пневматически. Кроме того, топливные gp гранулы могут быть измельчены с це-. лью применения для отопления пылевидным топливом печей, применяемых в сочетании с электрогенераторными установками, или паровых котлов. 2

Измельченные гранулы являются эффективным топливом для прямого сжигания в турбинах. Количество образующейся. золы настолько мало и она такая мягкая, что не оказывает абразивного действия на металл турбины и ее присутствие в турбине не является . нежелательным. .Предпочтительно, чтобы гранулы были в основном цилиндрической, призматической или т.п, формы с мак- З симальным поперечным сечением в пределах приблизительно 3,2-12,7 мм.

Фактический размер гранул определяется по величине внешней поверхности в зависимости от состава материа- 40 ла внутри гранулы, Максимальная толщина гранулы в любом направлении не должна превышать приблизительно

12,7 мм и должна быть не менее 3,2 мм.

Абсолютная йлотность гранул, получен-I 45 ных .предлагаемым способом, более

1,040 г/см и часто бывает более

1,440 смг/см з при влажности 8Ъ.. Плотность частиц, применяемых для изго-. товления гранул, составляет приблизи- gp тельно 0,160-0,480 г/см при такой же влажности.

1

Для достижения оптимальных топливных характеристик необходимо, чтобы вся.масса топлива была однородна по размерам частиц и влажности. Нежелательно и невыгодно сжигать в промышленном масштабе измельченное топливо вследствие ro неоднородности по размерам частиц и высокой влаж-60 насти. Для сжигания такого топлива, требуется большой избыток кислорода, что приводит к охлаждению топлива, боль шим потерям тепла и неэффективному использованию топлива. 65

Способ осуществляют следующим образом.

Сырой материал с произвольным раз-, мером частиц, например опилки или другие древесные отходы, неоднород,ный по влажности, транспортируется обычным пневматическим конвейером в молотковую мельницу, где частицы доводятся в основном до одинакового максимального размера, составляющего приблизительно 85% или менее от минимальной толщины изготовляемых гранул. В пневматическом конвейе.ре куски породы, металла и другие ,посторонние включения отделяются от древесины до ее поступления в молотковую мельницу. Может быть применен конвейер любого другого типа, на котором могут быть отделены от древесины посторонние включения, но предпочтительным является пневматический конвейер. Пцодукт из молотковой мельницы транспортируется во вращающуюся барабанную сушилку, в которой влажность в основном однородных по размерам частиц дреBBcHHbl доводится приблизительно до

16-28 вес.Ъ свободной влаги. Термин свободная влага обозначает влагу, которая может .быть удалена путем испарения при обычной температуре, и не включает кристаллизационную воду, которая может содержаться в волокнистом материале. После того, как влажность частиц доведена приблизительно до 16-28%, они транспортируются, предпочтительно пневматическим конвейером, в гранулирующую машину, Можно применять любую подходящую гранулирующую машину, например машину, выпускаемую фирмой California Pellet Mill Company CaH

Франциско, Калифорния. В это устройство материал поступает через бункер и прессуется в пресс-форме нужной конфигурации. Гранулирующая машина должна развивать давление в пресс-форме во время прессования, которое вызывает повышение температуры волокнистого материала до значений 163-177 С, Например, указанная машина развивает усилие приблизительно 18140 кгс в точке удара роликов. У некоторых машин давление может составлять всего 3629 кгс, а могут применяться давления и более 18140 кгс. Давление в таких пределах обеспечивает необходимое повышение темепратуры при гранулировании. Воскоподобные вещества, содержащиеся в лигноцеллюлозе, просачиваются из нее и образуют поверх ностную оболочку на гранулах, кото рая препятствует измельчению грану лы и быстрому изменению влажности при сжигании топлива.

Гранулы, выходящие иэ гранулирующей машины, раскладываются на вра1047393 щающемся бесконечном ленточном конвейере, где они продуваются воздухом, подаваемым вентилятором, для доведения их температуры и влажности приблизительно до температуры и влажности окружающей среды. Полученный продукт, в основном однородный по влажности, может безопасно храниться или, при желании, сразу же использоваться. Равновесная влажность гранул обычно находится IO в пределах приблизительно 7-8% в зависимости от атмосферной влажности.

Как указано выше, воск и другие смолистые вещества, содержащиеся . в лигноцеллюлозе, образуют поверх- 15 ностное покрытие на гранулах, кото-: рое уменьшает чувствительность гранул к колебаниям влажности при хранении и транспортировании. Нет необходимости добавлять связующее к части цам при условии, что давление при гранулировании достаточно, чтобы .обеспечить повышение температуры в пределах приблизительно 163-177 С; при желании органические вещества, например воск или. т.п., могут быть дабавланы к волокнистому материалу

- в качестве добавки к веществам, которые просачиваются изнутри частиц.

Выполнен ряд экспериментов, чтобы доказать важность доведения влаж-, ности в основном однородных по размерам частиц органического волокнистого материала приблизительно до 20-24% перед гранулированием. В одной серии экспериментов древесная кора, щепки, дубовые опилки и . опилки дугласовой пихты были предварительно высушены до влажности 3-5% и измельчены до частиц тонких размеров. Процесс получения из них rpa- 40 нул был черезвычайно затруднен и замедлен, производительность гранулирующей машины фирмы California мощностью 2"л.с. достигала всего около 1,8 кг/ч. Эта машина развивает 45 давление приблизительно 3629 кгс в точке касания роликов, Когда древесину заменили абсолютной сухой соломой, производительность машины .осталась приблизительно такая же.

Производительность при гранулировании дугласовой пихты была около

3,6 кг/ч, "йо гранулы были такими хрупкими, что их нельзя было обра- . батывать. Когда..применяли только абсолютно сухую древесную кору, то достигали производительность .около 10,8 кг/ч. Однако эти гранулы были очень хрупкими и не допускали обработки. При размерах гранул около 19 мм в них образовывались тре- . 60: щины, доходившие до глубины приблизительно 25-50%. Наблюдалось мяого

ВНИИПИ Заказ 7769/60 ТиР случаев разлома гранул на кусочки размерами 635 мм и менее.

При повышении влажности сырого материала общая производительность возрастает. При влажности приблизи, тельно 20-24% гранулирующая машина California с двигателем мощностью 2 л.с. имеет производительность приблизительно 35-36 кг/ч. Эти гранулы при давлении гранулирования, обеспечивающем температуру приблизительно 163-177 С, имел3и плотность приблизительно 1,5 г/см и сгорали в основном равномерно без образова.ния вредной эолы на поверхности гранул, с равномерным в основном, выделением тепла. При влажности более 24% производительность понижа- . лась и это понижение производитель,ности. становилось значительным при влажности более 28%.

Нежелательно сушить продукт после молотковой мельницы до влажности приблизительно ниже 20%, но если имеется материал, влажность которого не превышает 16%, его можно применять. Для понижения влажности от 12 до 7% требуется почти в три зараза больше времени, чем для пониже, ния влажности от 40 до 20%.

Очень важно, чтобы максимальная толщина или длина гранул была приб» лизительно 3,2-12,7 мм. В противном слуиае не.удается высушить гранулы до однородной влажности в экономически выгодное время. Кроме того, гранулы, изготовленные предлагаемым способом размерами приблизительно 12,7 мм, сгорают в основном равномерно с выделением приблизительно 4720-5000 ккал/кг, Наиболее целесообразно формовать гранулы цилиндрической формы„ однако допускается формование ч; стиц любой .симметричной конфигурации.

Например, гранулы могут иметь форму куба или параллелепипеда.

Очень важно, чтобы гранулы были высушены до равномерной влажности, находящейся в равновесии с влажностью окружающей среды, перед хранением в больших количествах,так как влажность хранящихся в больших объемах гранул не станет однородной при любом практически наблюдаемзм времени хранения, Всегда будет разница между влажностью гранул в центре штабеля и на его поверхнос ти. Поэтому изобретение предусматривает сушку воздухом или т.п. рассыпанных гранул в основном до однородной влажности, находящейся в равновесии с влажностью атмосферы, или приблизительно до 7-8 вес.%. аж 503 Подписное

Филиал ППП "Патент", гсужгород,ул.Проектная,4