CZ302910B6 - Palivo na bázi obilní slámy - Google Patents

Abstract

Rešení se týká paliva na bázi obilní slámy, pricemž palivo je tvoreno komprimovanou smesí, produkovanou pomocí vytlacovacího nebo tvarovacího lisu s matricí, a tvorenou komprimovanou smesí, obsahující základní energetickou rostlinu ve forme obilní slámy, s obsahem vody do 20 % hmotnostních, v podílu hmotnostním od 50 do 99,0 %, dále spalitelné prísady s podílem hmotnostním od 0,99 do 49,99 %, a to vybrané samostatne nebo v kombinaci ze skupiny hnedé uhlí, cerné uhlí a cernouhelné kaly, kde každá z použitých spalitelných prísad má obsah vody do 60 % hmotnostních, a dále obsahující nespalitelné prímesi a/nebo prísady v podílu hmotnostním od 0,01 do 1 %, pricemž soucasne obilní sláma, spalitelné prísady i nespalitelné prímesi a/nebo prísady jsou použity ve forme cástic o rozmerech od 0,1 do 40 mm, kde soucasne nejvetší rozmer cástic slámy je menší, než rozmer otvoru v matrici a spalitelné prísady jsou použity ve forme cástic o rozmerech rovných nejvýše 50 % prumeru otvoru v matrici vytlacovacího nebo tvarovacího lisu.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká paliv, a sice tuhých paliv na bázi obnovitelných zdrojů, kde obnovitelným zdrojem jsou rostliny, které se pěstují, sklízejí a upravují za účelem získání semen pro převážně potravinářskou výrobu, přičemž části rostlin, které se nepoužijí v potravinářské výrobě, pak slouží k vytvoření či sestavení paliva, používaného ke spalování, kde se získaná tepelná energie použije především k vytápění a k přípravě teplé užitkové vody.

Dosavadní stav techniky

V současnosti je známo používání paliv na bázi rostlin především dřevní hmoty. Vedle dřeva se používá k topení také některých dalších rostlin, které se často přímo k energetickým účelům i pěstují. Někdy dochází i ke spalování travin či obilovin, a to ve formě úsušků či slámy. Použití těchto materiálů není všeobecně rozšířené a k jejich spalování dochází spíše výjimečně a nepravidelně, zpravidla v těch případech, pokud pro tyto materiály momentálně není jiné použití a stávají se v té chvíli odpadovým materiálem, případně pokud dojde k niniioiúdné nadpiodukci a příkladně někdy i obilí v daném období nelze umístit na trhu a jeho skladování je drahé, resp. mimořádné skladové kapacity nejsou momentálně k dispozici. Problém zde spočívá v tom, že pro nepravidelnost nebo spíše výjimečnost dodávky těchto materiálů se nevyplatí investovat do specializovaného zpracovacího zařízení. Takovým zpracovacím zařízením je zpravidla peletizační lis, který vysušené posledně jmenované materiály slisovává na tzv. pelety, tedy na útvary v podobě tablet či válečků, které jsou obvyklým a přijatelným způsobem skladovatelné, dopravovatelné a použitelné v běžných, nebo jednoduše upravených kotlích či kamnech, ale také i v automatických kotlích. Z uvedených důvodů se začalo v poslední době s pěstováním tzv. energetických rostlin, kde, s ohledem na záměrné pěstování plánovaného objemu takové suroviny, již z ekonomického pohledu začíná být reálné investovat do peletizačních lisů, upravených pro zpracování těchto materiálů. U energetických rostlin bývá ovšem problémem, pokud vykazují relativně nízkou teplotu tavení popela. Tím pak dochází drive a ve větší míře k zanášení roštu v kotli, a to s velmi obtížným čištěním. Také bývá problémem u již zhotovených pelet, pokud nemají dostatečnou soudržnost, resp. pokud mají příliš veliký otěr a odrol. Tak například je známo, že pelety na bázi slámy mají celkově malou soudržnost, takže se často rozpadají. To je sice řešitelné dalšími přísadami či úpravami, ale u dosud známých směsí takové přísady ěi úpravy znamenají zpravidla technologické komplikace, zvýšení výrobních nákladů a často i zhoršení vlastností spalin či popela. Jako energetické rostliny jsou dále ještě známy například konopí, hyso, čirok, koriandr, Inička, energetický šťovík, chrastice, kridlatka, případně i řepka, resp. řepková sláma. Z energetických rostlin, vedle dřeva a dřevných odpadů, se zejména jeví jako vhodný energetický šťovík, chrastice, kridlatka, nebo řepková sláma. Co se týče kridlatky, není zpravidla její pěstování povoleno, neboť je považována za invazivní rostlinu. Mezi energetickými rostlinami se jeví jako zvláště výhodný energetický šťovík, neboť dává jedny z nejvyšších výnosů. Pro případ peletizace a následného spalování ovšem šťovík vykazuje relativně nízkou teplotu tání popela, a sice 1160 °C. Také soudržnost pelet vyrobených ze sušeného energetického šťovíku není dostatečně vyhovující. Ani z energetického pohledu není energetický šťovík surovinou, resp. palivem, s mimořádně vysokou výhřevností. Jako energeticky výhodnější, resp. s vyšší výhřevností, se jeví peletizované dřevní odpady, příkladně pelety z pilin, ze štěpků a z kůry. Takových surovin ale nebývá často k dispozici velké množství, pouze v okolí dřevozpracujících podniků, přičemž navíc piliny a štěpky se v poslední době stále více zpracovávají na konstrukční polotovary, příkladně na nábytkové, interiérové či podlahové desky. Byly též činěny pokusy naopak s přidáváním menších množství energetických rostlin do uhelných briket, a to s cílem zlepšovat vlastnosti těchto briket, pokud jde o složení emisí, vznikajících při spalování. Takové brikety, vyráběné stále na bázi uhlí, ale neřešily podstatné a masovější zapojení energetických rostlin jako zdroje obnovitelné energie. Na druhé straně v poslední době přibývá stébelnatých materiálů, zbývajících jako odpad, příkladně obilní sláma nebo sláma z řepky, kde v současnosti ovšem je, jak bylo již řešeno, problém se

- 1 CZ 302910 B6 soudržností pelet a/nebo s teplotou tavení popela. Přitom problém s nízkou teplotou tavení pope< la, zejména pak s nízkou teplotou měknutí materiálu u popela z paliva na bázi obilné slámy, vede k tomu, že takový materiál, jinak energeticky poměrně výhodný a také vykazující příznivé hodnoty u podílu popela a zejména ve složení spalin, se v praxi neosvědčuje, neboť jak při spalování v podobě neupravené, tak v podobě pelet, způsobuje zanášení roštu v kamnech a kotlích, kde vzniklé spečené zbytky škváry a spečené koláče na bázi změklého Či roztaveného popela působí zásadní provozní potíže. Přitom právě u běžných kamen a kotlů, včetně kotlů, upravených na dřevní hmotu a běžné pelety, probíhá hoření při teplotách, kdy zejména u obilní slámy, a to především u pšeničné obilní slámy, dochází k měknutí popela, tedy pri teplotách v rozmezí okolo io 800 °C. Existují sice speciální typy kotlů, upravené pro spalování za nižších teplot, ale zde zase nastává problém s univerzálností jejich použití i pro jiná paliva, neboť v praxi je třeba počítat s možnou variabilitou zdrojů v oblasti obnovitelných zdrojů na bázi rostlinných spalitelných materiálů. Také cena speciálních kotlů je spíše vyšší, což činí jejich použití pro relativně levná paliva, navíc s možností časově proměnného přísunu takových paliv, jako nevýhodné. Co se týče t5 paliva na bázi slámy, je dokonce známo použití paliva, tvořeného komprimovanou směsí na bázi slámy, kde taková sláma může být i obilní sláma, a kde směs obsahuje další spalitelné přísady, a to včetně uhlí, a dále pak nespalitelné přísady a zejména pojivo ve formě melasy. Takové směsi jsou vhodné pro spalování při použití jakékoliv slámy, a často také při použití spalitelných přísad na bázi jiných energetických rostlin, dřeva kůry, apod., je podstatné přidávání melasy, která i v relativně malém podílu znatelně zlepšuje soudržnost materiálu. Nevýhodou je zde ovšem nutnost tuto melasu do směsi přidávat, přičemž relativně malé množství přidávané melasy, kde se jedná o podíl hmotnostní od 0,1 do 1 %, neznamená samo o sobě významnou ekonomickou nevýhodu, ale nevýhodou je především technologická komplikace, tedy nutnost instalovat v příslušné zpracovací lince skladovací, dopravní, dávkovači a mísící ústrojí pro zapracování melasy do směsi, určené k peletizaci.

Podstata vynálezu

Uvedené problémy se v podstatné míře řeší a současně vytvoření technologicky a ekonomicky výhodného paliva s příznivými nejen skladovacími a spalnými vlastnostmi, ale především s popelem s vyšší teplotou měknutí a teplotou tání, se dosahuje palivem na bázi obilní slámy, podle předkládaného vynálezu, kde podstata spočívá v tom, že palivo je tvořeno komprimovanou směsí typu, produkovaného pomocí vytlačovacího nebo tvarovacího lisu s matricí, a sice tvořeného komprimovanou směsí, obsahující základní energetickou rostlinu ve formě obilní slámy, s obsahem vody do 20 % hmotnostních, v podílu hmotnostním od 50 do 99,9 %, dále obsahující spalitelné přísady s podílem hmotnostním od 0,99 do 49,99 %, a to vybrané samostatně nebo v kombinaci z rozsahu: hnědé uhlí, černé uhlí a čemouhelné kaly, kde každá z použitých spalitelných přísad má obsah vody do 60 % hmotnostních, a ještě obsahující nespalitelné příměsi a/nebo pří40 sady v podílu hmotnostním od 0,01 do 1 %, přičemž současně obilní sláma, spalitelné přísady i nespalitelné příměsi a/nebo přísady jsou použity ve formě Částic o rozměrech od 0,1 do 40 mm, kde současně největší rozměr částic slámy je menší, než rozměr otvorů v matrici a spalitelné přísady jsou použity ve formě částic o rozměrech, rovných nejvýše 50 % průměru otvorů v matrici vytlačovacího nebo tvarovacího lisu. Zde je třeba říci, že obsah vody ve slámě je jednak dán obvyklými hodnotami, které se u slámy vyskytují v době sklizně, jednak hodnoty do uvedených 20 % představují optimum z hlediska jak peletizace či jiné komprimační úpravy, tak z hlediska pozdějšího skladování a i spalování. Rozpětí podílu slámy ve směsi zahrnuje pole od optima pro zpracování, v oblasti vyšších podílů slámy, do ještě přijatelných vlastností zpracovacích a do ještě vhodných podílů slámy z pohledu významného podílu využívajícího obnovitelné zdroje, a to v oblasti nižších podílů slámy, neklesajících ovšem pod 50 % hmotnostních. Přitom současně použití spalitelných přísad zásadně na bázi uhlí zajišťuje optimální zvyšování teploty tání, resp. tavení popela, a to již při použití těchto přísad na spodní hranici jejich zde uvedených podílů ve směsi. U nespalitelných příměsí, jsou-li zastoupeny v nárokovaných mezích, lze konstatovat, že jednak jako příměsi doprovázejí ostatní materiály ve směsi, aniž by tam byly záměrně přidávány, jednak při svém obsahu v uvedených podílech neovlivní znatelně hlavní požadované vlastnosti,

-2CZ 302910 B6 resp. nárokovaným složením dosahované vlastnosti, především zvýšení teploty tání a tavení popela, dosažení potřebné soudržnosti výsledných částic paliva a také udržení nízkých podílů škodlivin ve spalinách. Jestliže sláma, spalitelné přísady i nespalitelné příměsi a/nebo přísady jsou použity ve formě částic o rozměrech od 0,1 do 40 mm, tak potom takové částice ještě nevyvolávají neúměrné náklady na třídění či předdrcování surovin a přitom již dobře vyhovují pro technologii zpracování, tedy materiál v lise neklade příkladně extrémní odpor, nebo nezpůsobuje dokonce ucpávání a blokování příkladně matrice vytlačovacího, resp, peletizačního lisu. Komprimovaná směs má podobu částic typu pelet, tablet Či briket. Obecně je sice možno stlačovat směs i v nižším stupni komprimování, ale úprava do pelet, tablet či briket je celkově výhodnější z hlediska skladování, manipulace i spalování, a to i přes poněkud vyšší výrobní náklady, neboť je třeba použít dražších strojů s vyššími energetickými nároky, kde ovšem kladné efekty jsou převažující. Současně spalitelné přísady jsou použity ve formě částic o rozměrech, rovných nejvýše 50 % průměru otvorů v matrici vytlačovacího nebo tvarovacího lisu, což má vliv především na odpory materiálu při komprimací, zejména při vytlačování. Co se týče rozměru slámy ve vztahu k provedení matrice granulačního lisu, pak výhoda, spočívající v podstatném omezení extrémního odporu proti protlačování materiálu matricí, se dosahuje právě tím, že největší rozměr částic slámy je menší, než rozměr otvorů v matrici. Zejména by bylo výhodné, odpovídal-li by největší rozměr částic slámy 60 až 75 % rozměru otvorů v matrici, ale podmínka jen alespoň rozměru častíc vbilm slamy mens ího, nezje rozměr otvoru v matricí lisu, je většinou postačující. Výhodou je, jestliže se ve směsi použije alespoň jednoho druhu spalitelné přísady, o podílu hmotnostním ve směsi od 0,99 do 20 %. Zejména může být i výhodou, jestliže spalitelných přísad jsou oba druhy, kde jeden druh je zastoupen ve směsi v podílu hmotnostním alespoň 3 % a další použitý druh je ve směsi zastoupen v podílu hmotnostním alespoň 1 %. Význam posledně jmenované varianty je v tom, že někdy bude výhodné přidávat přísady, ale jejich počet nebude vysoký, v praxi půjde o jednu až dvě přísady, neboť při větším počtu přísad se zvyšují neúměrně technologické požadavky, aniž by se významně zvyšovalo využití jiných surovin, třeba ΐ surovin s nízkou cenou, a ani skladovací a spalné vlastnosti takto získaného paliva se pak již znatelně nezlepšují. Celkově je výhodou, je-li podíl obilní slámy ve směsi od 90 do 97 % hmotnostních. V každém případě je výhodné, jestliže směs je upravena ve formě briket nebo pelet o měrné hmotnosti od 0,8 do 1,5 g/cm³. Pelety mají s výhodou válcový tvar s průměrem od 6 do 30 mm. Co se týče rozměru slámy ve vztahu k provedení matrice granulačního lisu, pak je výhodou, podstatně omezující extrémní odpor proti protlačování materiálu matricí, jestliže největší rozměr částic slámy je menší, než rozměr otvorů v matrici. Z hlediska odporu, který klade materiál při vytlačování v matrici granulačního či podobného lisuje výhodné, jestliže spalitelnou přísadou je čemouhelný kal, a to v podílu 3 až 10 % hmotnostních. Zejména se jeví jako výhodné, a to jak z hlediska zpracování, tak i konečného energetického využití Je-li sláma ve směsi zastoupena ve formě slámy pšeničné.

Tím se dosáhne vytvoření směsného paliva, na bázi obilní slámy jako základní energetické rostliny, přičemž se jednak využijí další materiály, které jsou navíc někdy samy odpadem, jako černouhelné kaly, a které ve směsi se slámou zvyšují teplotu měknutí a teplotu tavení popela. Také složení spalin se ve směsi nezhoršuje, nebo ještě zlepšuje, podobně jako i výhřevnost. Tyto výhody vynikají především u paliva v podobě pelet, i když v určité míře by se projevily při spalování popsaných materiálů bez peletizace, nebo při nižším stupni slisování, které by se z technického pohledu neoznačilo jako peletizace. Přitom také cena navrženého paliva bude vždy příznivá, neboť základem je energetická rostlina, sama o sobě s primárně potravinářským či krmným použitím, a přísadami jsou buď přímo odpadové materiály, nebo alespoň další energetické materiály s přijatelnou cenou a navíc použité v relativně malém množství. Co se týče neenergetiekých přísad, bude se jednak na jedné straně o nehořlavé příměsi, které se do směsi dostanou nechtěně, například částečky zeminy, zachycené na rostlinném materiálu před sklizní a během sklizně, na druhé straně se může jedna o záměrně vynesené složky, tedy přísady, určené pro zlepšení spalování nebo pro zlepšení spalin, příkladně obdobné, jako se užívají při spalování uhlí, nebo i jako sloky pro zlepšení soudržnosti pelet, kde ovšem zde tyto složky budou zastoupeny nanejvýš jen minimálně, a to s ohledem na záměr co nejjednodušší technologie výroby. Co se týče soudržnosti pelet, pak v tomto ohledu bylo zjištěno, že při použití spalitelných přísad, kde

-3CZ 302910 B6 v rozhodující míře převažuje uhelný materiál, a za současného použití slámy, pokud je tato výhradně představována obilní slámou, není třeba používat další druh přísady s pojivovou funkcí, jako je příkladně v oblasti dosavadního stavu techniky melasa, zde jíž také výše citovaná.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 — složení paliva v procentech hmotnostních

Sláma obilní pšeničná...................................... 95,9 %

Drcené hnědé uhlí.......................................... 4,0 %

Zemina.......................................................... 0,1 %

Příklad 2 - složení paliva v procentech hmotnostních

Sláma obilní žitná........................................... 92,0 %

Ccrnouhelný kal s obsahem vody 30 %........... 7,7 %

Zemina......................................................... 0,3 %

Příklad 3 - složení paliva v procentech hmotnostních

Sláma obilní ovesná........................................ 95,9 %

Drcené Černé uhlí........................................... 4,0 %

Zemina.......................................................... 0,1%

Příklad 4 - složení paliva v procentech hmotnostních

Sláma obilní pšeničná...................................... 55,0 %

Cemouhelný kal............................................. 44,0 %

Zemina.......................................................... 0,5 %

Mletý vápenec............................................... 0,5 %

Příklad 5 - složení paliva v procentech hmotnostních

Sláma obilní pšeničná...................................... 80,0 %

Čemouhelný kal............................................. 15,0 %

Hnědouhelný prach a drť................................ 4,0 %

Zemina.......................................................... 0,9 %

Mletý vápenec................................................ 0,1 %

V tomto případě bylo provedeno měření teploty tání popela s tím, že proti teplotě spékání 780 °C, teplotě měknutí 800 °C a teplotě tání popela 1020 °C, u paliva ze samotné slámy, kde ještě teplota tečení je 1150 až 1160 °C, bylo zde dosaženo teploty tání popela, vzniklého spálením směsi podle tohoto příkladu 5, o hodnotě přes 1300 °C. Též v ostatních příkladech se dosahovalo teplot spékání popela nad 800 °C, což je u většiny běžných kotlů dostačující.

-4CZ 302910 B6

Hospodářská využitelnost t

Předkládaný vynález má využití v oblasti získávání obnovitelných energetických zdrojů, prede5 vším se využití nabízí pro topení a ohřev teplé užitkové vody. Výroba jiných druhů energie tím ovšem není vyloučena, pokud by se použil kotel na palivo, podle předkládaného technického řešení, pro výrobu páry, užité následně v parním stroji či turbíně k pohonu elektrického generáto-

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY ?s

   1. Palivo na bázi obilní slámy, vyznačené tím, že je tvořeno komprimovanou směsí, a to v podobě částic typu pelet, tablet či briket produkovaných pomocí vytlačovacího nebo tvarovacího lisu s matricí, přičemž obsahuje základní energetickou rostlinu ve formě obilní slámy, s obsahem vody do 20 % π πιο mostních, v podílu hmotnostním od 50 do 99,0 %, dále obsahuje spalitelné přísady s podílem hmotnostním od 0,99 do 49,99 %, a to vybrané, samostatně nebo v kombinaci, ze skupiny hnědé uhlí, černé uhlí a čemouhelné kaly, kde každá z použitých spalitelných přísad má obsah vody do 60 % hmotnostních, a ještě dále obsahuje nespalitelné příměsi a/nebo přísady v podílu hmotnostním od 0,01 do 1 %, přičemž současně jsou obilní sláma, spalitelné přísady i nespalitelné příměsi a/nebo přísady použity ve formě částic o rozměrech od 0,1 do 40 mm s tím, že největší rozměr částic slámy je menší, než rozměr otvorů v matrici a spalitelné přísady jsou použity ve formě částic o rozměrech rovných nejvýše 50 % průměru otvorů v matrici vytlačovacího nebo tvarovacího lisu.
2. 2. Palivo na bázi obilní slámy, podle nároku l, vyznačené tím, že ve směsi se použije 30 alespoň jednoho druhu spalitelné přísady s podílem hmotnostním ve směsi od 0,99 do 20 %.
3. 3. Palivo na bázi obilní slámy, podle nároku 1 nebo 2, vyznačené tím, že spalitelných přísad jsou dva druhy, přičemž jeden druh je zastoupen ve směsi v podílu hmotnostním alespoň 3 % a druhý použitý druh je ve směsi zastoupen v podílu hmotnostním alespoň 1 %,
4. 4. Palivo na bázi obilní slámy, podle některého z nároků laž3, vyznačené tím, že podíl obilní slámy ve směsi je od 90 do 97 % hmotnostních.
5. 5. Palivo na bázi obilní slámy, podle nároků Ϊ až 4, vyznačené tím, že směs je upra40 véna ve formě briket nebo pelet o měrné hmotnosti od 0,8 do 1,5 g/cm³.
6. 6. Palivo na bázi obilní slámy, podle nároků laž5, vyznačené tím, že pelety mají průměr od 6 do 30 mm.

   45
7. 7. Palivo na bázi obilní slámy, podle nároků laž6, vyznačené tím, že spalitelnou přísadou je čemouhelný kal, a to v podílu 3 až 10 % hmotnostních.
8. 8. Palivo na bázi obilní slámy, podle nároků 1 až 7, vyznačené tím, že obilní sláma je ve směsi zastoupena ve formě slámy pšeničné.