CZ30771U1

CZ30771U1 - Tvarované palivo na bázi směsi biomasy a uhelného prachu

Info

Publication number: CZ30771U1
Application number: CZ2017-33470U
Authority: CZ
Inventors: Karel StehlĂk
Original assignee: CARMAN, a.s.
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2017-06-20

Description

Oblast techniky

Technické řešení spadá do oblasti využívání obnovitelných zdrojů energií a týká se složení tvarovaného paliva, zejména briket nebo pelet, vytvořeného na bázi směsi biomasy a uhelného prachu bez použití dalších přísad.

Dosavadní stav techniky

V posledních desetiletích se stále více pozornosti věnuje snaze nahradit klasická fosilní paliva nebo zemní plyn různými druhy odpadu z průmyslové i zemědělské výroby, přičemž jsou ve značné míře využívány zbytky biomasy z různých odvětví zpracování plodin či dřevin. Většinou se pak jedná o paliva, v nichž je biomasa stlačena vysokým tlakem do formy briket či pelet, jak je například popsáno ve spisech CZ 24848 Ul, kde palivo je tvořeno odpadem z mlýnských a pekárenských výrobků, nebo CZ 28846 Ul, týkajícího se paliva z odpadu vzniklého lisováním olejnatých rostlin. Spis CZ 24702 Ul popisuje palivo z odpadů při zpracování bavlny, spis CZ 24699 Ul palivo z palic kukuřice, spis CZ 24678 Ul palivo z jehličí jehličnanů, spis CZ 22263 Ul palivo z kůry listnatých stromů a patent CZ 304541 palivo ze slisovaných lněných stonků.

V řadě případů se pak dendromasa či biomasa smíchává s jinými příměsemi, kde například ve spise CZ 21074 Ul je popsáno palivo na bázi směsi dendromasy a sběrného papíru či lepenky a ve spise EP 2749628 palivo ve formě válcových granulí obsahující 40 až 60 % hmotn. částic dřeva, 20 až 30 % hmotn. odpadů ze zpracování obilí a 10 až 25 % hmotn. prachu z uhlí. Spis CZ 13941 Ul popisuje palivo obsahující minimálně 20% hmotn. uhelné substance ve směsi s biomasou rostlinného původu, spis CZ 19520 palivovou briketu z uhlí s obsahem 0,5 až 30 % hmotn. dextrinu vyrobeného ze škrobu. Spis CZ 5868 Ul popisuje směs pro výrobu briket z hnědého uhlí, kde jako pojivo je použit škrob s příměsí sulfitového výluhu, a spis CZ 15375 Ul směs na bázi hnědého uhlí a tuhých zbytků z procesu pyrolýzy odpadní pryže, když jako pojivo je opět použit škrob. V patentu CZ 302910 je palivo na bázi směsi obilní slámy a spalitelných přísad na bázi hnědého uhlí, černého uhlí nebo čemouhelných kalů o obsahu 0,99 až 20 % hmotnostních. Dále je známo dle spisu CZ 295727 palivo na bázi vysušené směsi rozemletého tvrdého paliva, vybraného ze skupiny dřevěné piliny, rašelina, vody zbavený hnůj, ptačí trus, koksová nebo uhelná drť či textilní zbytky, a pojivá na bázi odpadů ze zpracování ropy nebo kalů z čistíren odpadních vod, které však nevykazuje požadované ekologické parametry. Konečně je známo složení palivové brikety nebo pelety podle patentu CZ 305734, která je tvořena směsí 51 až 98 % hmotn. hnědého uhlí, maximálně 49 % hmotn. biomasy, tvořené štěpkou, slámou, rašelinou nebo dřevním odpadem, a 0,5 až 12 % hmotn. dvousložkového vodného roztoku pojivá s případným doplněním aditiv obsahujícím vápenaté nebo hořečnaté složky.

Většina popsaných paliv obsahuje různé příměsi a aditiva, a proto je není možno považovat za zcela ekologicky nezávadná, přičemž řada postupů pro výrobu vykazuje velkou technologickou náročnost procesu, což je ekonomicky nevýhodné a zvyšuje cenu paliva. Je proto snahou uvést na trh nové ekologicky nezávadné palivo nové generace vytvořené na bázi směsi biomasy a uhelného prachu, které neobsahuje žádná nežádoucí přídavná aditiva, jeho výroba nevyžaduje použití speciálních technologií a je použitelné jak pro malá stacionární topeniště v domácnostech, tak pro velká průmyslová topeniště.

Podstata technického řešení

Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je tvarované palivo na bázi směsi biomasy a uhelného prachu, kde podstata řešení spočívá v tom, že palivo obsahuje 21 až 58 % hmotn. hnědouhelného prachu o zrnitosti 0,001 až 4 mm při obsahu vázané vody v uhelném prachu 10 až 30 % hmotn., obsahu síry do 5 % hmotn., výhřevnosti v původním stavu do 18 MJ.kg'¹, a 42 až 79 % hmotn. dřevní biomasy složené minimálně z 80 % dřeva, jehož hustota je při 10% vlhkosti vyšší jak 650 kg/m³ a v čerstvém stavu vyšší než 1000 kg/m³, sušené na 8 až 15 %

-1 CZ 30771 Ul a drcené na zrnitost 0,001 mm až 2 mm, při 15 % hmotn. volné vody v celkové směsi uhelného prachu a biomasy.

Ve výhodném provedení je dřevní biomasa tvořena dřevním odpadem nebo kůrou nebo pilinami nebo štěpkou a/nebo je tvořena jejich směsí v různých poměrech složení, přičemž palivo má tvar válečku, jehož průměr se pohybuje v rozmezí hodnot 6 až 15 mm a délka v rozmezí hodnot 8 až 35 mm.

Nové palivo vykazuje příznivé parametry z hlediska obsahu síry, popela, výhřevnosti a délky hoření, přičemž umožňuje širokou variabilitu použití pro běžné kotle, které se nemusí upravovat. Hlavní výhodou tohoto technického řešení je, že komprimací a změnou vlhkosti základního materiálu, tj. směsi uhelného prachu a biomasy bez aditivních přídavků, se dosáhne využití energie až o 20 % vzhledem k původním základním materiálovým složkám. Čím je komprimace směsi vyšší, tím vyšší je i výhřevnost pelet/briket. Další předností technického řešení je, že z relativně nekvalitního hnědouhelného prachu s nízkou výhřevností se získá kvalitní nové a ekologické výkonné palivo s minimální popelnatostí do 10 %.

Příklady uskutečnění technického řešení

Složení paliva podle technického řešení je deklarováno níže uvedenými příklady:

Příklad 1

Směs pro výrobu briket pro malá topeniště, určená zejména pro použití v krbech či při vytápění bytů, obsahuje

- 21 % hmotn. hnědouhelného prachu o zrnitosti 0,001 až 4 mm, při obsahu vázané vody v uhelném prachu 10 až 30 % hmotn., obsahu síry do 5 % hmotn., výhřevnosti v původním stavu do ISMJ.kg¹,

- 79 % hmotn. dřevní biomasy tvořené směsí dřevní štěpky a pilin, složené minimálně z 80 % dřeva, jehož hustota je při 10% vlhkosti vyšší jak 650 kg/m? a v čerstvém stavu vyšší než 1000 kg/m³, sušené na 8 až 15 %, drcené na zrnitost 0,001 mm až 2 mm, při 15 % hmotn. volné vody v celkové směsi uhelného prachu a biomasy.

Výroba pelet či briket probíhá na protlačovacích matricových lisech o průměrech matric od 6 do 15 mm a s délkou do 40 mm při použití dřevní biomasy, tvořené směsí pilin a kůry tvrdých dřevin, a uhelného prachu. Délku a tloušťku pelet či briket je možné regulovat typem lisovací matrice v matricovém lisu. Technologicky se na frakčních mlýnech nadrtí směs kůry a pilin na výslednou frakci 2 až 10 mm délky a maximálně 3 mm tloušťky a vysuší na maximálně 12 % vlhkosti. Na frakčních sítech se proseje uhelný prach o maximálním rozměru zrna o velikosti nejvýše poloviny průměru peletky, (např.: do peletky o průměru 8 mm je možné přidat uhelných prach do velikosti zrna maximálně 4 mm, a to z důvodu stability a pevnosti výrobku). Uhelný prach se vysuší do 20 % vlhkosti. Dle typu výsledného poměru obou surovin se na mísícím zařízení šnekového zásobníku provede souběh plnění zásobníku matricového lisu a poté projde smísená surovina při tlaku 5 až 50 MPa matricovým lisem, kde se zahřeje, čímž uvolní lignin, který slepí výslednou peletku do požadovaného tvaru válečku. Proces zahřátí při lisování zároveň sníží vlhkost finálního výrobu na potřebných maximálně 12 % vlhkosti. Výsledný výrobek na sušicím, chladicím a čisticím dopravníku s kontrolními čidly následuje do linky balení, kde je výsledný výrobek balen do paketů, tj. pytlů se zavařením, o hmotnosti 8, 15 nebo 30 kg.

Samotná hotová palivová peleta/briketa na bázi hnědouhelného prachu a dřevní biomasy obsahuje 1 až 15 % vlhkosti, v bezvodém stavu obsahuje do 1,25 % hmotn. síry a do 10 % hmotn. popela, přičemž dále vykazuje v bezvodém stavu při 25 °C spalné teplo 18 až 20 MJ.kg'¹ a výhřevnost 16 až 20 MJ.kg¹.

Příklad 2:

Směs pro výrobu briket pro střední topeniště, určená zejména pro vytápění středně velkých objektů, například vícepodlažních domů nebo společenských objektů, obsahuje

-2CZ 30771 Ul

-41 % hmotn. hnědouhelného prachu o zrnitosti 0,001 až 4 mm, při obsahu vázané vody v uhelném prachu 10 až 30 % hmotn., obsahu síry do 5 % hmotn., výhřevnosti v původním stavu 18MJ. kg'^{1 *},

- 59 % hmotn. dřevní biomasy tvořené směsí dřevního odpadu a kůry, složené minimálně z 80 % dřeva, jehož hustota je při 10% vlhkosti vyšší jak 650 kg/m³ a v čerstvém stavu vyšší než 1000 kg/m³, sušené na 8 až 15 %, drcené na zrnitost 0,001 mm až 2 mm, při 15 % hmotn. volné vody v celkové směsi uhelného prachu a biomasy.

Způsob výroby paliva je v podstatě identický s postupem popsaným v příkladu 1.

Příklad 3:

Směs pro výrobu briket pro velká topeniště, určená zejména pro vytápění průmyslových objektů, napřílďad výrobních hal či skladovacích prostor, obsahuje

- 58 % hmotn. hnědouhelného prachu o zrnitosti 0,001 až 4 mm, při obsahu vázané vody v uhelném prachu 10 až 30 % hmotn., obsahu síry do 5 % hmotn., výhřevnosti v původním stavu do íeMJ-kg'¹,

- 42 % hmotn. dřevní biomasy tvořené směsí dřevní štěpky, pilin a kůry, složené minimálně z 80 % dřeva, jehož hustota je při 10% vlhkosti vyšší jak 650 kg/m³ a v čerstvém stavu vyšší než 1000 kg/m³, sušené na 8 až 15 %, drcené na zrnitost 0,001 mm až 2 mm, při 15 % hmotn. volné vody v celkové směsi uhelného prachu a biomasy.

Příklad 4:

Směs pro výrobu briket pro velká topeniště, určená zejména pro vytápění průmyslových objektů, například výrobních hal či skladovacích prostor, obsahuje

- 30 % hmotn. hnědouhelného prachu o zrnitosti 0,001 až 4 mm, při obsahu vázané vody v uhelném prachu, 10 až 30 % hmotn., obsahu síry do 5 % hmotn., výhřevnosti v původním stavu do 18MJ.kg‘,

- 70 % hmotn. dřevní biomasy tvořené pilinami složené minimálně z 80 % dřeva, jehož hustota je při 10% vlhkosti vyšší jak 650 kg/m³ a v čerstvém stavu vyšší než 1000 kg/m³; sušené na 8 až 15 %, drcené na zrnitost 0,001 mm až 2 mm, při 15 % hmotn. volné vody v celkové směsi uhelného prachu a biomasy.

Průmyslová využitelnost

Tvarované palivo na bázi směsi biomasy a uhelného prachu o složení podle technického řešení je určeno pro využívání na malých, středních i velkých průmyslových topeništích při optimálních rozměrech pelet/briket v obvyklém tvaru válečku, jehož průměr se pohybuje v rozmezí hodnot 6 až 15 mm a délka v rozmezí hodnot 8 až 35 mm.

Claims

1. Tvarované palivo na bázi směsi biomasy a uhelného prachu, vyznačující se tím, že obsahuje

21 až 58 % hmotn. hnědouhelného prachu o zrnitosti 0,001 až 4 mm při obsahu vázané vody v uhelném prachu 10 až 30 % hmotn., obsahu síry do 5 % hmotn., výhřevnosti v původním stavu do 18 MJ.kg¹

-3CZ 30771 U1 a 42 až 79 % hmotn. dřevní biomasy složené minimálně z 80 % dřeva, jehož hustota je při 10% vlhkosti vyšší jak 650 kg/m³ a v čerstvém stavu vyšší než 1000 kg/m³, sušené na 8 až 15 % a drcené na zrnitost 0,001 mm až

2 mm, při 15 % hmotn. volné vody v celkové směsi uhelného prachu a biomasy.

5 2. Tvarované palivo na bázi směsi biomasy a uhelného prachu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dřevní biomasa je tvořena dřevním odpadem nebo kůrou nebo pilinami nebo štěpkou a/nebo je tvořena jejích směsí v různých poměrech složení.

3. Tvarované palivo na bázi směsi biomasy a uhelného prachu podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že má tvar válečku, jehož průměr se pohybuje v rozmezí hodnot až io 15 mm a délka v rozmezí hodnot 8 až 35 mm.