CN101970620A - 固体燃料及固体燃料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可用作树木、石油等的替代燃料的固体燃料。一种固体燃料的制造方法，其特征在于，包括将啤酒糟一边搅拌一边加热的第一步骤和在对通过所述第一步骤搅拌了的啤酒糟进行加热的同时压缩成形为固体燃料的形状的第二步骤，所述第二步骤中，以不使所述啤酒糟炭化的条件进行加热。藉此，可以生产对环境友好、品质稳定、火候调节容易的作为工业规格品的柴。此外，由于仅通过搅拌啤酒糟并加热压缩就可获得固体燃料，因此可以简化制造工序。另外，还可以抑制火的粉尘和刺眼的烟雾的产生。此外，还可以提供发出麦所具有的香气的感官上也优良的固体燃料。

Description

固体燃料及固体燃料的制造方法
技术领域
本发明涉及可用于火力发电设备、锅炉、石窑、熏炉、柴炉和陶艺用阶级窑等的固体燃料及其制造方法。
背景技术
作为固体燃料已知的柴被用作用于烹饪或取暖的燃料，对于用来烧制匹萨、面包的石窑、柴炉是重要的燃料源。
此外，在窑业中，通过传统的制法制作陶器、瓷器、砖的窑炉烧制工序中采用柴，还有很多陶艺家为了呈现出由以不均匀的温度烧制所产生的微妙的颜色搭配而坚持使用柴。
作为柴的原料的树木在光合作用中吸入二氧化碳并放出氧气，因此在保护地球环境方面是非常重要的天然资源。因此，应该尽可能避免使用采用树木的柴。
此外，作为柴的原料的树木含有近50％的水分，为了作为柴使其燃烧，必须使其干燥至水分达到15％左右。如果燃烧未充分干燥的柴，存在产生大量焦油或烟灰等问题。此外，规格管理中，仅进行切割木材统一长度的程度的管理，品质不均一，柴之间的偏差非常大，因此火候等的控制困难。
另一方面，还有将锯屑作为原料加工成柴状的成形体来用于燃料等的方法。这些方法由于在加工时进行水分管理且能以工业方式生产相同尺寸的成形体，因此具有用作柴时容易进行火候等的调整的特点。以锯屑为原料的柴也是再循环商品，但锯屑原本以树木为原料。因此，它是只有在采伐对CO2的削减有用的树木后才能获得的资源。而且，使其燃烧后，树木特有的挥发成分引发刺激眼睛的令人不快的烟雾。此外，如果要收集足够作为柴流通的锯屑，也会耗费成本。啤酒糟在啤酒工厂作为垃圾大量产生，与之相比有巨大的差别。
还有，专利文献1中揭示了啤酒糟炭化用成形装置，但发现由该成形装置得到的啤酒糟成形物作为炭材不易点燃，因此作为固体燃料不佳。即，已知这种炭材在附着吸附剂、微生物而使其生长的功能方面优良(非专利文献1)，但燃烧性能低。
专利文献1：日本专利特开2000-33496号公报
非专利文献1：2008年10月30日检索，互联网http://www.japan-hp.com/ksd_hako.html
发明的揭示
因此，希望开发出可成为树木、煤、石油等的替代燃料的固体燃料。
为了解决上述课题，本发明的固体燃料的特征在于，包含以不发生炭化的条件进行了加热处理的啤酒糟的粒子。该固体燃料可以如下制造：将啤酒糟一边搅拌一边加热，在对该经搅拌的啤酒糟进行加热的同时压缩成形为固体燃料的形状。
如果采用本发明，则可以提供能够代替使树木干燥而得的柴等的燃烧特性良好的固体燃料。
实施发明的最佳方式
本发明的特征在于，使用啤酒糟作为固体燃料的材料。为了削减CO2，一直以来被用作固体燃料(柴)的原料的树木的利用大幅度地受到限制，而且以树木为原料的锯屑也无法确保足够作为柴流通的量。
与之相对，啤酒糟是啤酒制造后产生的废弃物。对于作为世界性饮品的啤酒，在世界各国设有啤酒工厂。因此，即使仅从一处啤酒工厂，也可以每天采购大量的啤酒糟。因此，可以大幅削减运输成本和运输所产生的CO2的排放量。石油仅在中东等部分地区生产，供给需要运输，与之相比有巨大的差别。
另外，在寒冷地区等，大多一家备有至少一台用于烧柴的暖炉。因此，可以通过将由啤酒糟形成的固体燃料直接装入暖炉并使其燃烧来取暖。所以，不需要将通过燃烧而获得的能量转换成电力等，可以减少基础设施的问题。燃料电池需要加氢站，与之相比有巨大的差别。
如上所述，由啤酒糟形成的固体燃料与以往的能源相比，具有许多优良的特性。并且，如下所述，由啤酒糟形成的固体燃料的燃烧性能比由树木形成的固体燃料更好，可成为由树木形成的固体燃料的替代物。
以下，对由啤酒糟形成的固体燃料的制造方法进行详细说明。
首先，参照图1、图2和图3对本发明的固体燃料的制造方法进行说明。在这里，图1是用于有效地实施本制造方法的固体燃料的制造装置的简图，图2是构成固体燃料的制造装置的一部分的搅拌成形部的剖视图，图3是搅拌成形部的分解立体图。
这些图中，料斗部20形成为越接近下侧直径尺寸越小的收敛形状，与形成于搅拌成形部10的外壳主体11的投入口11a连接。
如图2所示，搅拌成形部10的外壳主体11形成为筒形，在该外壳主体11的水平方向(X轴方向)的一端部通过连结螺栓13固定有半球状的前端外壳12。
在前端外壳12的内表面形成有多个(本实施例中为10个)具有扭转角的内叶片12a，在前端外壳12的前端部形成有用于排出啤酒糟的排出口12b。前端外壳12的基端部通过连结螺栓19固定于外壳主体11。
在前端外壳12的内部以可旋转的方式收纳有旋转器14，在该旋转器14的外表面形成有具有扭转角的外叶片14a。该旋转器14的外叶片14a相对于前端外壳12的内叶片12a向相反方向扭转。
旋转器14的转轴14b沿X轴方向延伸，通过从图1所示的电动机40传递的驱动力旋转驱动。对于旋转器14的驱动机构，在后文中说明。
套筒15形成为筒状，沿X轴方向延伸。套筒15的X轴方向的一端部固定在安装于前端外壳12的前端部的法兰盘部18。
在旋转器14的X轴方向的一端部安装有延伸至套筒部15的内部的前端螺杆16。
前端螺杆16的螺杆轴16a配置在与旋转器14的转轴14b相同的轴上，通过从电动机40传递的驱动力，旋转器14和前端螺杆16一体地旋转。
将套筒15的内径设为R1，螺杆轴16a的外径设为R2时，R1-R2较好是0.3～0.5mm，更好是0.3mm。在套筒15的外周面设有发热筒17，该发热筒17与套筒15呈同心圆状。该发热筒17通过从未图示的热源传导的热量来发热。
如图1所示，在齿轮箱30中收纳有第一齿轮31和与该第一齿轮31卡合的第二齿轮系32。第二齿轮系32与旋转器14的转轴14b连接，呈旋转器14对应于第二齿轮系32的旋转动作而旋转的结构。
在电动机40的输出轴41安装有输出齿轮42，该输出齿轮42与收纳于齿轮箱30的第一齿轮31连接。因此，如果驱动电动机40，则其驱动力按照输出齿轮42→第一齿轮31→第二齿轮系32的顺序传递，从而可以使旋转器14旋转。
下面，对采用上述制造装置的固体燃料的制造方法进行说明。啤酒制造的最初的工序中，将使作为原料的大麦发芽而得的“麦芽”粉碎，从将该粉碎物煮透而得的醪提取麦汁。将其称为酿造工序。本工序中，因提取麦汁而产生残渣，一般将其称为“啤酒糟”。
该啤酒糟通常含有60～75％的水分，通过料斗20装入外壳11的内部之前，干燥或脱水至水分达到1～15％为止。将上限值设定为15％的理由是因为如果超过15％，则加热时从啤酒糟产生大量的水蒸气，外壳11的内压过度上升。此外，将下限值设定为1％的理由是因为如果低于1％，则将啤酒糟压缩成形时不易成块，无法用作固体燃料。
经干燥处理的啤酒糟通过料斗20装入外壳主体11的内部。在这里，啤酒糟向外壳主体11的供给速度较好是在100kg/h以上，更好是在130kg/h以上。这是因为供给速度在100kg/h以下时，位于套筒15内部的固体燃料的加热时间延长，固体燃料的表面炭化。还有，从不使固体燃料的表面炭化的观点来看，啤酒糟的供给速度可以根据制造装置的装置构成适当变更。
被供给至外壳主体11的啤酒糟通过旋转器14的旋转作用通过形成于旋转器14与前端外壳12之间的间隙，被移送至前端外壳12的排出口12b。这时，啤酒糟的粒子相互接触而产生摩擦热，因此啤酒糟的温度上升。
在这里，由于在旋转器14的外表面设有多个外叶片14a，因此可以加大旋转器14的每旋转一周的移送量。另一方面，通过如上所述设定套筒15的内径：R1和螺杆轴16a的外径：R2，可以限制啤酒糟自前端外壳12向套筒15的供给量。
藉此，可以对在前端外壳12内移送的啤酒糟赋予足够的摩擦热。其结果是，可以将啤酒糟在前端外壳12的排出口12a升温至适合成形的材料温度。啤酒糟的适合成形的材料温度在约90℃以上。
从前端外壳12的排出口12a排出的啤酒糟通过螺杆16的旋转作用被挤出至套筒15内。在这里，由发热筒17获得的套筒15的加热温度较好是250～330℃(预热时390℃)。如果加热温度低于250℃，则固体燃料的表面的裂缝增多，固体燃料变得容易断裂。如果加热温度高于330℃，则固体燃料的表面产生薄皮状的焦糊(炭化物)。
套筒15的加热温度可以根据固体燃料的制造装置的装置构成适当变更。该情况下，对于固体燃料发生裂缝、表面产生薄皮状的焦糊的情况，可以通过肉眼观察进行辨别。因此，通过在肉眼观察从套筒15排出的固体燃料的表面的同时调节套筒15的加热温度，能够以实验方法导出最适合的加热温度。
此外，通过由螺杆16产生的向套筒15的挤压作用，套筒15内的啤酒糟在以与套筒15的内表面及螺杆16的螺杆轴16a的外表面抵接的状态下被压缩的同时移送至套筒15的内部，作为固体燃料排出。
如上所述，能够以作为啤酒制造时的副产物的啤酒糟的粒子为原料，生产对环境友好、品质稳定、火候调节容易的作为工业规格品的固体燃料。此外，由于仅通过搅拌啤酒糟并加热压缩就可获得固体燃料，因此可以简化制造工序。另外，还可以抑制火的粉尘和刺眼的烟雾的产生。此外，还可以提供发出麦所具有的香气的感官上也优良的固体燃料。
(变形例)
可以将咖啡豆的烘培渣、将使用后的酿酒用木桶(酒桶、红酒桶、威士忌桶等)粉碎而得的粒子、果汁的榨汁渣(苹果、橘子等)、啤酒酿造后的啤酒花渣与上述的啤酒糟一起装入搅拌成形部10，赋予固体燃料香味。
(实施例)
以下，示例实施例对本发明进行具体说明。
分别对表面未经炭化处理的由啤酒糟形成的固体燃料A(以下称为实施例)、由木桶材料形成的固体燃料(以下称为比较例)B进行燃料实验，进行比较研究。具体来说，对闪点、发热量、IMO燃烧速度实验和挥发成分进行测定，评价了燃料性能。比较例采用木桶材料的原因是由于由木桶材料形成的柴在市场上有大量出售，购入也容易，因此最适合作为用于评价由啤酒糟形成的固体燃料的燃烧特性的比较对象。
(关于闪点)
关于闪点，按照消防法危险物确认试验实施指南进行。具体来说，闪点测定器具使用闭口杯式的测定器具。试验在株式会社住化分析中心((株)住化分析センタ一)爱媛事业所安全工程研究室进行。实施例的试验条件是，温度为26℃，湿度为58％，气压为1008hPa，试验实施日为2008年8月27日。比较例的试验条件是，温度为24℃，湿度为51％，气压为1010hPa，试验实施日为2008年8月25日。实施例的试验结果示于表1，比较例的试验结果示于表2。
[表1]
  试验名   闪点测定试验
  闪点测定器具   闭口杯式
  试验实施日   2008年8月27日
  试验场所   株式会社住化分析中心爱媛事业所安全工程研究室
  试验条件   温度(26℃)湿度(58％)气压(1008hPa)
  闪点   217℃
[表2]
  试验名   闪点测定试验
  闪点测定器具   闭口杯式
  试验实施日   2008年8月25日
  试验场所   株式会社住化分析中心爱媛事业所安全工程研究室
  试验条件   温度(24℃)湿度(51％)气压(1010hPa)
  闪点   246℃
可知实施例和比较例的闪点分别为217℃和246℃，实施例的闪点比比较例低，更容易点燃。
(关于发热量)
关于发热量，按照JIS M 8814指南进行。试验在株式会社住化分析中心爱媛事业所安全工程研究室进行。试验条件是，温度为22℃，湿度为78％，气压为1007hPa。实施例的试验结果示于表3，比较例的试验结果示于表4。
[表3]
  试验名   燃烧热量(总发热量)测定
  测定方法   JIS M 8814
  试验实施日   2008年8月27日
  试验场所   株式会社住化分析中心爱媛事业所安全工程研究室
  试验条件   温度(22℃)湿度(78％)气压(1007hPa)
  测定结果   19940J/g
[表4]
  试验名   燃烧热量(总发热量)测定
  测定方法   JIS M 8814
  试验实施日   2008年8月27日
  试验场所   株式会社住化分析中心爱媛事业所安全工程研究室
  试验条件   温度(22℃)湿度(78％)气压(1007hPa)
  测定结果   18540J/g
可知实施例和比较例的发热量分别为19940(J/g)和18540(J/g)，实施例的发热量优于比较例。
(IMO燃烧速度实验)
IMO燃烧速度实验在株式会社住化分析中心爱媛事业所安全工程研究室进行。试验条件是，温度为27℃，湿度为84％。关于判定方法，采用下述的基准。即，燃烧速度在2.0mm/秒以上时燃烧危险性评价为大，燃烧速度大于0mm/秒且小于2.0mm/秒时燃烧危险性评价为中，燃烧速度为0mm/秒时燃烧危险性评价为小。此外，在隔热板(厚10mm，0℃时的热导率0.1W/m·K以下)上，使试验片堆积成全长250mm、宽20mm、高10mm的棱柱形状，用液化石油气的点火器具点燃其一端。然后，反应区域前进120mm后，测定其后燃烧再进行100mm的时间。试验对于实施例和比较例都重复6次。实施例的试验结果示于表5，比较例的试验结果示于表6。
[表5]
Figure BPA00001206416200081
[表6]
Figure BPA00001206416200082
可知实施例的燃烧速度比比较例慢，燃烧危险性比比较例低。即，可知实施例与比较例相比，耐烧程度好，安全性高，处理性良好。
(关于挥发成分)
通过JIS K 7217的燃烧装置使实施例和比较例的固体燃料燃烧，将燃烧时产生的气体捕集于泰德拉(Tedlar)采样袋，通过气相色谱法(GC/TCD)对该捕集的气体进行测定。作为燃烧气体发生装置，采用株式会社杉山元医理器(杉山元医理器)制的PCT-1。温度设定为750℃。作为助燃气体，采用空气。助燃气体供给量设定为0.5(L/分钟)。作为气相色谱仪，采用株式会社岛津制作所(島津裂作所)的GC-14B。其分析结果示于表7及表8。表7为实施例的数据，纵轴表示成分量，横轴表示时间。表8为比较例的数据，纵轴表示成分量，横轴表示时间。
[表7]
Figure BPA00001206416200091
[表8]
Figure BPA00001206416200101
实施例中未发现成分的峰的醛、酚衍生物在比较例中显著地检出。醛、酚衍生物被认为是进入眼睛后造成刺激的成分。由这些结果可知，固体燃料A的燃烧性能优于固体燃料B。
附图的简单说明
图1是用于有效地实施本制造方法的固体燃料的制造装置的简图。
图2是构成固体燃料的制造装置的一部分的搅拌成形部的剖视图。
图3是搅拌成形部的分解立体图。
符号的说明
10搅拌成形部
11外壳主体
12前端外壳
13连结螺栓
14旋转器
15套筒
16前端螺杆

Claims (2)

1.一种固体燃料，其特征在于，包含以不发生炭化的条件进行了加热处理的啤酒糟的粒子。
2.一种固体燃料的制造方法，其特征在于，包括
将啤酒糟一边搅拌一边加热的第一步骤、
在对通过所述第一步骤搅拌了的啤酒糟进行加热的同时压缩成形为固体燃料的形状的第二步骤，
所述第二步骤中，以不使所述啤酒糟炭化的条件进行加热。
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