DK150630B

DK150630B - Process for making briquettes of straw or similar material

Info

Publication number: DK150630B
Application number: DK9084A
Authority: DK
Inventors: Hans Ditlev Poulsen
Original assignee: Poulsen H D
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1984-01-10
Publication date: 1987-04-27
Also published as: DK150630C; DK9084A; DK9084D0

Description

150830150830

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af brændbare briketter af organisk halmmateriale.The present invention relates to a process for producing combustible briquettes of organic straw material.

Overskuddet af halm fra landbruget afbrændes ofte på marken, men det er allerede erkendt, at dette mnteriale er 5 udmærket anvendeligt til indfyring i både små og store ovne, når det komprimeres til en kompakt form, der gør materialet økonomisk transporterbart over forholdsvis lange afstande. For denne kompaktering er det tilstrækkeligt at tilsætte et egnet bindemiddel til halmmaterialet og 10 at sammenpresse materialet i en briketteringspresse eller ekstruder, hvorved kompakte og sammenhængende, brændbare piller eller briketter er lette at fremstille.The surplus of straw from agriculture is often incinerated in the field, but it has already been recognized that this material is very useful for firing in both small and large furnaces when compacted to a compact form that makes the material economically transportable over relatively long distances. For this compacting, it is sufficient to add a suitable binder to the straw material and to compress the material into a briquetting press or extruder, thereby making compact and coherent, flammable pellets or briquettes easy to manufacture.

Det hidtil foretrukne bindemiddel er et cellulosebaseret middel, f.eks. som kendt under varemærket Wafolin. Det 15 anvendes med en indblanding på kun ca. 5% for frembringelse af den nødvendigste kohærens i det briketterede produkt; det pågældende middel er imidlertid forholdsvis dyrt, og dets anvendelse minimeret helt ned til det punkt, hvor pillerne eller briketterne dårligt nok udgør virkeligt sammen-20 hængende emner, hvorved det er sædvanligt at pillerne eller briketterne leveres til fyringsanlæg med en mere eller mindre opløst struktur, hvilket giver anledning til et mærkbart spild. Briketterne kan stabiliseres ved forøgelse af indblandingsprocenten af bindemidlet, men dette vil-25 le true økonomien i denne art af brændsel.The hitherto preferred binder is a cellulose-based agent, e.g. as known under the trademark Wafolin. It is used with a mixture of only approx. 5% to produce the necessary coherence in the briquette product; however, the agent in question is relatively expensive and its use minimized down to the point where the pellets or briquettes poorly constitute truly coherent items, whereby it is usual for the pellets or briquettes to be delivered to firing plants with a more or less dissolved structure. , which gives rise to a noticeable waste. The briquettes can be stabilized by increasing the binder percentage of the binder, but this will threaten the economy of this kind of fuel.

Opfindelsen har til formål at angive en fremgangsmåde, ved hvilken halmbriketterne kan fremstilles til lav pris på en sådan måde, at de udviser en høj eller i hvert fald tilstrækkelig formfasthed.The invention has for its object to provide a method by which the straw briquettes can be manufactured at low cost in such a way that they exhibit a high or at least sufficient mold strength.

30 i henhold til opfindelsen er det konstateret, at et bemærkelsesværdigt effektivt bindemiddel til anvendelse i halmbriketter er det produkt, som er almindeligt kendt under betegnelsen flyveaske, dvs. spildaske fra moderne kulfyre- 2 150630 de kraftstationer. Flyveaske produceres i store mængder og opfattes i almindelighed som et spildprodukt, der er vanskeligt at skaffe af vejen, omend der er fundet visse acceptable anvendelser for det. I forbindelse med opfin-5 delsen er anvendelsen af flyveaske imidlertid ikke blot acceptabel, men særdeles fordelagtig, da dens virkning nærmest fuldt ud kan sidestilles med bindervirkningen af de langt dyrere bindemidler, som har været anvendt hidtil. Briketproduktionen vil derfor kunne være økono-10 misk endog selvom der skulle benyttes en forhøjet indblandingsprocent for flyveasken til sikring af en pålidelig fasthed af briketterne. Imidlertid vil det ofte være tilfældet, at indblandingsprocenten ikke behøver at forøges i forhold til den kendte fremgangsmåde.In accordance with the invention, it has been found that a remarkably effective binder for use in straw briquettes is the product commonly known under the term fly ash, ie. wastewater from modern coal-fired power stations. Fly ash is produced in large quantities and is generally perceived as a waste product that is difficult to obtain, although certain acceptable uses have been found for it. In connection with the invention, however, the use of fly ash is not only acceptable, but extremely advantageous, since its effect can be almost fully equated with the binding effect of the far more expensive binders used to date. The briquette production could therefore be economical even if an increased interference percentage for the fly ash should be used to ensure a reliable firmness of the briquettes. However, it will often be the case that the percentage of mixing does not need to be increased in relation to the known method.

15 Det er ydermere en kendsgerning, at sædvanlig flyveaske alt efter dens art opviser et vist indhold af uforbrændt kul, hvorved asken anvendt som bindemiddel i halmbriketter ikke udelukkende er en termisk inaktiv bestanddel. Indblandingen af flyveasken i briketterne vil naturligvis 20 bidrage til askedannelsen ved forbrændingen af briketterne, men dels er flyveaskeindholdet lille og dels er det værd at bemærke, at den aske, som frembringes af flyve-aske-bindemidlet vil være uskadeligt for ovnen, da det vil forblive uændret som allerede produceret aske bortset 25 fra afbrændingen af dets restindhold af kul.Furthermore, it is a fact that customary fly ash according to its nature exhibits a certain content of unburned coal, whereby the ash used as binder in straw briquettes is not exclusively a thermally inactive component. The incorporation of the fly ash into the briquettes will, of course, contribute to the ash formation in the burning of the briquettes, but partly the fly ash content is small and partly it is worth noting that the ash produced by the fly ash binder will be harmless to the furnace as it will remain unchanged as already produced ash except 25 for the burning of its residual coal content.

Flyveasken er effektiv som bindemiddel, når den anvendes som et tørt pulver, der blandes med halmmaterialet inden briketteringspresningen af dette. Det er bemærkelsesværdigt, at man ellers ikke behøver at ændre noget ved den 30 konventionelle produktion af halmbriketter bortset fra udskiftningen af det anvendte bindemiddel, dvs. den tørre flyveaskebinder kan påregnes at blive aktiveret ved det tryk, som materialet udsættes for ved kompakteringen i en pillepresse eller - oftest - en ekstruderingsindretning 35 til frembringelse af en "brudt" pølse af kompakteret, snittet halmmateriale, f.eks. med en diameter på 5-20 cm og 3The fly ash is effective as a binder when used as a dry powder which is mixed with the straw material prior to briquetting pressing thereof. It is noteworthy that otherwise there is no need to change anything about the conventional production of straw briquettes other than the replacement of the binder used, ie. the dry fly ash binder can be expected to be activated by the pressure to which the material is subjected to compaction in a pellet press or - most often - an extrusion device 35 to produce a "broken" sausage of compacted, cut straw material, e.g. with a diameter of 5-20 cm and 3

15053C15053C

med tendens til afbrækning i briketlængder af ca. samme størrelse, når fremstillingen foregår ved brug af et effektivt bindemiddel. Ved anvendelse af konventionelle bindemidler for halmmateriale vil det som nævnt kræve en 5 uøkonomisk mængde eller procentdel af bindemiddel for at gøre de enkelte briketter eller stykker af "knækpølsen" formfaste eller sammenhængende til undgåelse af for meget støv og smuld, medens man ved brug af en fuldt acceptabel mængde eller procentdel af flyveaske som binde-10 middel kan frembringe briketterne som praktisk taget fuldt formfaste emner med høj brændværdi.with tendency to break in briquette lengths of approx. the same size when the preparation is carried out using an effective binder. When using conventional straw material binders, as mentioned, it will require an uneconomical amount or percentage of binder to make the individual briquettes or pieces of the "crack sausage" form solid or coherent to avoid too much dust and crumb while using a fully acceptable amount or percentage of fly ash as binder can produce the briquettes as practically fully moldable items with high calorific value.

Der er grund til at tro, at en væsentlig faktor i aktiveringen af flyveasken som bindemiddel er den forholdsvis høje temperatur, som frembringes ved materialets kompri-15 mering i briketteringspressen eller -ekstruderen, idet denne temperatur går op til 80-250°, fortrinsvis 100-200°C.There is reason to believe that a major factor in the activation of the fly ash binder is the relatively high temperature produced by the compression of the material in the briquetting press or extruder, this temperature going up to 80-250 °, preferably 100 -200 ° C.

Med andre ord bør briketteringspressen eller -ekstruderen være afpasset til at kunne frembringe en sådan temperaturstigning i materialet hovedsagelig eller udelukkende 20 på grundlag af det tilførte mekaniske tryk.In other words, the briquetting press or extruder should be adapted to produce such a temperature rise in the material mainly or solely on the basis of the applied mechanical pressure.

En del af forklaringen på den konstaterede høje brændværdi af briketterne er antagelig den omstændighed, at vandet fordampes fra produktet ved den nævnte høje briketteringstemperatur, og i praksis kan man iagttage en sky af damp 25 ved ekstruderingsdysen af en ekstruder, som arbejder i henhold til opfindelsen. Sædvanlig flyveaske kan indeholde f.eks. 2-3% vand, medens halmen typisk vil indeholde f.eks.Part of the explanation for the found high calorific value of the briquettes is probably the fact that the water evaporates from the product at said high briquetting temperature, and in practice a cloud of steam 25 can be observed at the extrusion nozzle of an extruder operating in accordance with the invention. . Usual fly ash may contain e.g. 2-3% water, while the straw will typically contain e.g.

10-25% vand.10-25% water.

Flyveaske har tidligere været foreslået til anvendelse som 30 bindemiddel, men under ganske andre betingelser. Således er der i den europæiske patentansøgning nr. 80300631.1, publikationsnummer 35.610 foreslået flyveaske anvendt som en bestanddel i en vandig opslemning af fast brændbart 150630 4 affaldsmateriale, idet flyveasken anvendes sammen med en hydraulisk cement i opslemningen, idet denne tillades at afbinde, hvorefter produktet pulveriseres til dannelse af et brændsel. Materialet bliver ikke komprimeret eller bri-5 ketteret, og flyveaskens evne til at aktiveres som et bindemiddel ved tryk og varme er ikke erkendt i den pågældende publikation.Fly ash has previously been proposed for use as a binder, but under quite different conditions. Thus, in European Patent Application No. 80300631.1, publication number 35610, fly ash is used as an ingredient in an aqueous slurry of solid combustible waste material, the fly ash being used in conjunction with a hydraulic cement in the slurry, allowing it to settle and then pulverizing the product. to form a fuel. The material is not compressed or briquetted, and the ability of the fly ash to act as a binder under pressure and heat is not recognized in the particular publication.

I USA patentskrift nr. 4.309.190 er beskrevet en fremgangsmåde til fremstilling af kulbriketter til gassifice-10 ring eller devolatilisering, hvorved kulpulver blandes med 10-30% aske og derefter briketteres. Asken omtales ikke som flyveaske, selvom denne art af aske ville være tilgængelig i langt større mængder end de typer af aske, der er specificeret i eksemplerne i det pågældende patent-15 skrift, og det er ikke nærmere omtalt, hvordan eller hvorfor askeindholdet frembringer en bindevirkning. Det er anført, at kulbriketterne uden askeindholdet ville indeholde så mange luftlommer, at de ikke ville være stærke nok. Imidlertid er der ingen identikation m.h.t. styrke-20 kravene, f.eks. med hensyn til sammenhængsevnen ved transport over lange afstande. Den mod kompakteringen af briketmaterialet forbundne temperatur er angivet til 20-100°c, hvilket generelt er for lidt til aktivering af flyveasken som bindemiddel. Selvom en temperatur på 80° i sjældne 25 tilfælde kan være tilstrækkelig, bør dog kompakteringstem-peraturen ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen normalt være over 100°, typisk ca. 150° op til 200°C.U.S. Patent No. 4,309,190 discloses a process for producing carbon briquettes for gasification or devolatilization, whereby coal powder is mixed with 10-30% ash and then briquetted. The ash is not referred to as fly ash, although this kind of ash would be available in far greater quantities than the types of ash specified in the examples in the patent specification, and it is not further discussed how or why the ash content produces a Volume effect. It is stated that the coal briquettes without the ash content would contain so many air pockets that they would not be strong enough. However, there is no identification with regard to the strength requirements, e.g. in terms of the cohesiveness of long distance transport. The temperature associated with the compacting of the briquette material is set to 20-100 ° C, which is generally too low for activation of the fly ash binder. Although a temperature of 80 ° in rare cases may be sufficient, however, the compaction temperature of the process according to the invention should normally be above 100 °, typically approx. 150 ° up to 200 ° C.

De kendte bidrag til anvendelsen af flyveasken eller endog lignende materialer rummer således ikke essensen af den 30 foreliggende opfindelse, nemlig flyveaskens evne til at virke som et effektivt bindemiddel i et forholdsvis tørt miljø, når den udsættes for tilstrækkeligt høje temperatur- og trykforhold i forbindelse med en briketterings-kompaktering af det pågældende materiale. Denne evne synes 5Thus, the known contributions to the use of the fly ash or even similar materials do not contain the essence of the present invention, namely the ability of the fly ash to act as an effective binder in a relatively dry environment when exposed to sufficiently high temperature and pressure conditions in conjunction with a briquetting compaction of the material in question. This ability seems 5

15 O S S O15 O S S O

at være universel, dvs. stort set uafhængig af, hvilket materiale der i øvrigt indgår i briketterne.to be universal, i.e. largely independent of what material is included in the briquettes.

På den anden side er bindevirkningen af flyveasken udtalt også, når der kun forekommer en ringe mængde af andet ma-5 teriale eller eventuelt slet intet andet materiale, dvs. der vil ikke være nogen øvre grænse for den mulige procentdel af flyveaske i produktet. Det kan synes urealistisk at foretage en ekstrem overdosering af bindemiddel i noget materiale, men en undtagelse vil være det tilfælde, i 10 hvilket de ønskede egenskaber ved produktet er sammenfaldende med bindemidlets egne egenskaber. I nærværende forbindelse vil en sådan overensstemmelse forekomme m.h.t. brændværdien, dvs. indholdet af flyveaske-bindemidlet kan være stort, når den anvendte type af flyveaske har et højt 15 restindhold af uforbrændt kul. Det er en bemærkelsesværdig kendsgerning, at nogle typer af flyveaske har et meget højt indhold af uforbrændt kul, endda op til 80-90%, medens andre typer ikke indeholder mere end ca. 10% kul, og det vil derfor forstås, at et attraktivt brændbart briket-20 materiale vil kunne produceres ud fra den førstnævnte type af flyveaske med ringe eller endog ingen indblanding af andet brændbart materiale såsom halm. Flyveasken virker fortsat som bindemiddel, når det udsættes for tryk og en tilhørende høj temperatur, endog når det alene bin-25 der imod sig selv.On the other hand, the binding effect of the fly ash is also pronounced when there is only a small amount of other material or possibly no other material, ie. there will be no upper limit to the possible percentage of fly ash in the product. It may seem unrealistic to make an extreme binder overdose in any material, but an exception would be the case in which the desired properties of the product coincide with the binder's own properties. In this context, such conformity will occur. the calorific value, i.e. the content of the fly ash binder may be large when the type of fly ash used has a high residual content of unburned coal. It is a remarkable fact that some types of fly ash have a very high content of unburned coal, even up to 80-90%, while other types contain no more than approx. It is understood that an attractive combustible briquette material can be produced from the former type of fly ash with little or even no interference with other combustible material such as straw. The fly ash continues to act as a binder when subjected to pressure and an associated high temperature, even when it binds to itself alone.

Ifølge dette aspekt af opfindelsen kan det være en attraktiv mulighed at underkaste ethvert flyveaskeprodukt en kompakterende behandling, endog når flyveasken er uegnet til varmefrembringelse, nemlig for at bringe flyveasken 30 til en fast form, hvori den vil være let at håndtere og oplagre som et rent spildprodukt.According to this aspect of the invention, it may be an attractive option to subject any fly ash product to a compacting treatment even when the fly ash is unsuitable for heat generation, namely to bring the fly ash 30 into a solid form in which it will be easy to handle and store as a clean waste product.

Som nævnt kan residualindholdet af kul i flyveaske variere betydeligt alt efter typen af flyveasken eller snarere typen af det fyringsanlæg, som har produceret asken, såle- 6 150830 des som det er velkendt i fagkredse. Udmærkede brændselsbriketter kan fremstilles ved kompaktering af ren flyveaske af en type, der indeholder 80-85% kul, og generelt vil det naturligvis være ønskværdigt i forbindelse med op-5 findelsen at arbejde med flyveaske med et højt kulindhold i brændselsbriketterne. Flyveaskens evne til at aktiveres som et bindemiddel ved tryk og varme synes ikke at være særligt afhængig af flyveaskens kulindhold. Når flyveasken kun anvendes med en lille indblandingsprocent i det mate-10 riale, der skal briketteres, er det naturligvis mindre væsentligt, om flyveasken har et højt kulindhold, og flyveaske med et kulindhold på kun ca. 10% er udmærket anvendelig i halmbriketter, når disse kun indeholder f.eks.As mentioned, the residual content of coal in fly ash can vary considerably depending on the type of fly ash or rather the type of combustion plant which has produced the ashes, as is well known in the art. Excellent fuel briquettes can be produced by compacting pure fly ash of a type containing 80-85% coal, and in general it will be desirable in connection with the invention to work with fly ash with a high carbon content in the fuel briquettes. The ability of the fly ash to act as a binder under pressure and heat does not appear to be particularly dependent on the carbon content of the fly ash. Of course, when the fly ash is only used with a small admixture percentage in the material to be briquetted, it is less important if the fly ash has a high carbon content and fly ash with a carbon content of only approx. 10% is very useful in straw briquettes when they contain only e.g.

5% flyveaske.5% fly ash.

15 I det følgende beskrives opfindelsen ved angivelse af et eksempel: Briketter af hvedehalm blev fremstillet ved blanding af halmmaterialet med 4,5% af et flyveaskepulver indeholdende 20% kulstof, idet blandingen førtes til en ekstruder med en diameter af ekstruderingsdysens indfø-20 ringsåbning på 5 cm og med et kompakteringsstempel med lidt mindre diameter. Uden for forenden af stemplet i dettes forreste stilling var dysekanalen udvidet til en diameter på 6,6 cm, idet kanalen fortsatte fremad gennem et kort konisk indsnævrende stykke til en dyseudgang med 25 diameter 6 cm. Et stempeltryk af størrelsen 10-20 ton blev anvendt for at drive materialet gennem dysen i en sådan mængde, at en kompakteringstemperatur på ca. 150° blev frembragt. Produktet var en ekstruderet stang, der tenderede til at brække til frembringelse af sammenhængen-30 de briketemner med en længde på 10-20 cm. Vandindholdet i produktet var 7%, medens den benyttede halm oprindeligt udviste 15% vand.In the following, the invention is described by way of example: Wheat straw briquettes were prepared by mixing the straw material with 4.5% of a fly ash powder containing 20% carbon, the mixture being fed to an extruder having a diameter of the extruder nozzle feed opening of 5 cm and with a compacting piston with a slightly smaller diameter. Outside the front end of the piston in its forward position, the nozzle channel was extended to a diameter of 6.6 cm, the channel continuing forward through a short conical narrowing piece to a 25 cm diameter nozzle outlet. A piston pressure of the size of 10-20 tons was used to drive the material through the nozzle in such an amount that a compaction temperature of approx. 150 ° was generated. The product was an extruded rod which tended to break to produce contiguous briquettes with a length of 10-20 cm. The water content of the product was 7%, while the straw used initially showed 15% water.

Det formodes at være væsentligt, at ekstruderdysen opviser en konisk indsnævrende del for frembringelse af en hurtig 35 temperaturstigning i materialet som et resultat af stemp- 7 150530 lets kompakteringsvirkning. Det nødvendige modtryk kan muligvis nok skabes ved hjælp af en lige dysekanal, nemlig som følge af friktionsindgrebet mellem materialet og kanalvæggen, men kanalen skulle i såfald være temmelig 5 lang for at frembringe det nødvendige modtryk, og dette ville indebære en spredning af varmeudviklingen og en tilhørende udbredt køling af materialet i kompakteringsfasen, hvorved den ønskede høje temperatur til aktivering af flyveaskebindemidlet næppe ville være opnåelig eller i 10 det mindste kun med et stort spild af tilført energi.It is believed essential that the extruder nozzle exhibit a conical narrowing portion to produce a rapid rise in temperature in the material as a result of the compacting action of the piston. The necessary backpressure may possibly be created by a straight nozzle duct, namely as a result of the frictional engagement between the material and the duct wall, but the duct would then have to be fairly long to produce the necessary backpressure, and this would involve a spread of the heat generation and a associated widespread cooling of the material during the compaction phase, whereby the desired high temperature for activating the fly ash binder would hardly be achievable or at least only with a large waste of energy supplied.

I praksis kan briketterne ifølge opfindelsen fremstilles på samme måde som briketter baseret på cellulose-bindemid-del, med den undtagelse, at flyveasken erstatter det dyrere cellulosebindemiddel, ligesom der skal drages omsorg 15 for at udføre kompakteringen på en sådan måde, at der frembringes en forholdsvis høj temperatur i materialet, hvilket imidlertid er et spørgsmål om faglig tilpasning af kompakteringsstykket og betingelserne til de pågældende krav. Det skønnes derfor unødvendigt at give nogen 20 nærmere beskrivelse af et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, da sådanne apparater kan være praktisk taget de samme som allerede kendes til fremstillingen af briketter baseret på brugen af cellulosebinder. Dette forhold er naturligvis en yderligere væse. tlig 25 fordel ved opfindelsen.In practice, the briquettes of the invention can be made in the same way as briquettes based on cellulose binder, except that the fly ash replaces the more expensive cellulose binder, and care must be taken to perform the compaction in such a way as to produce a relatively high temperature in the material, which, however, is a matter of professional adaptation of the compaction piece and the conditions of the requirements in question. It is therefore considered unnecessary to provide some further description of an apparatus for carrying out the method of the invention, since such apparatus may be practically the same as is already known in the manufacture of briquettes based on the use of cellulose binders. This relationship is of course a further being. advantage of the invention.

Der er allerede udviklet fremgangsmåder til udtrækning af tungmetaller og visse andre komponenter fra flyveaske, hvorved den således behandlede aske vil være endnu mere fordelagtig som briketteringsbindemiddel, dels 30 på grund af den tilhørende forøgelse af kulindholdet, og dels i almindelighed på grund af den miljømæssige betydning af det rensede produkt.Methods for extracting heavy metals and certain other components from fly ash have already been developed, whereby the ash thus treated will be even more advantageous as a briquetting binder, partly due to the associated increase in the carbon content and partly to the environmental importance. of the purified product.

Det skal nævnes, at halmbriketter med flyveaske som binde- 150630 δ middel synes at beholde deres form under afbrændingen, indtil alt brændbart materiale er opbrugt; dette er fordelagtigt ved at gøre briketterne velegnede til brug i sædvanlige kulfyrede anlæg. I adskillige sædvanlige ked-5 ler, også i store kraftværker, er det ønskeligt at anvende brændselspiller af ringe størrelse, f.eks. stavformede piller med en diameter på 1 cm og en længde på en eller nogle få centimeter, og det har ved opfindelsen vist sig muligt at fremstille sådanne piller ved hjælp af en sæd-10 vanlig matricepresse med excentrisk roterende trykstempel.It should be mentioned that straw briquettes with fly ash as binder seem to retain their shape during firing until all combustible material is exhausted; this is advantageous in making the briquettes suitable for use in conventional coal-fired plants. In several conventional boilers, also in large power plants, it is desirable to use small size fuel pellets, e.g. rod-shaped pellets having a diameter of 1 cm and a length of one or a few centimeters, and it has been found in the invention to produce such pellets by means of a conventional matrix press with eccentric rotary piston.