RO127634A2 - Procedeu şi instalaţie de prelucrare a unor deşeuri de lemn şi biomasă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu pentru prelucrarea unor deşeuri de lemn şi biomasă, şi la o instalaţie pentru aplicarea procedeului. Procedeul conform invenţiei constă din încălzirea materiei prime la temperaturi de 400...500°C, cu obţinerea unui material calcinat ce este sortat granulometric, fracţia grobă de mangal urmând a fi folosită drept combustibil, iar fracţia măruntă este tratată şi condiţionată, pentru a fi folosită ca îngrăşământ natural şi neutralizant pentru solurile acide. Instalaţia conform invenţiei cuprinde nişte coloane (3) de calcinare înclinate sau verticale, prevăzute cu vetre (4) fixate pe un arbore (5), combustibilul necesar încălzirii şi calcinării se arde într-un focar (7), mangalul rezultat este evacuat cu un transportor (11), gazele evacuate, cu temperatura de circa 300°C, fiind prelucrate pentru recuperarea energiei termice.

Description

Invenția se referă la un procedeu de prelucrare a unor deșeuri de lemn și de biomasa prin tratare termică pentru calcinare în scopul obținerii unor materiale prelucrabile pentru producerea de produse combustibile, utilizabile în agricultură și producerea de energie.

- se cunoaște un procedeu de prelucrare a deșeurilor de biomasa prin tratare în bazine pentru fermentare pentru producerea de gaze combustibile și compost utilizat în agricultură;

- un alt procedeu se referă la prelucrarea unor materiale lemnoase pentru obținerea mangalului prin tratare termică;

- un alt procedeu se referă la prelucrarea deșeurilor de lemn și de biomasa prin peletizare, peletele obținute fiind utilizate pentru producere de energie termică.

Dezavantajele procedeelor cunoscute constau în următoarele:

prelucrarea deșeurilor de biomasa pentru producerea de gaze combustibile și compost utilizat în agricultură este un procedeu discontinuu, de capacitate limitată, amplasabil numai în anumite locuri și grea în exploatare;

- procedeul de producere a mangalului prin arderea lemnelor în bocșe este de lungă durată, greoi în exploatare, de productivitate redusă și poluant;

procedeul de prelucrare a deșeurilor de lemn și de biomasa prin peletizare cu utilizarea peletelor pentru producerea energiei termice prin ardere nu a rezolvat în totalitate problema valorificării acestor deșeuri.

Problema tehnică pe care o rezolvă procedeul conform invenției constă în aceea că, procedeul propus permite prelucrarea unei game largi de materii prime și valorificarea complexă a acestora cu ajutorul unor instalații de funcționare continuă și fără poluare.

Instalația conform invenției, înlătură dezavantajele prezentate, prin aceea că,prevede o instalație de prelucrare a deșeurilor din lemn și de biomasa prin tratarea termică pentru calcinare, în coloane de calcinare înclinate sau verticale cu funcționare continuă de capacitate în funcție de necesar, amplasabile în orice lor, cu energia proprie de funcționare și nepoluante. Prelucrarea deșeurilor de biomasa în instalații de capacitate mare se face după o prealabilă selectare și uscare naturală a acestora, iar prelucrarea în instalații de capacitate mică, acestea sunt în prealabil mărunțite. Prelucrarea materialelor lemnoase se face după o prealabilă debitare și mărunțire. Deplasarea materialelor în coloane înclinate se face gravitațional reglându-se unghiul de înclinare în funcție de necesar. în cazul instalațiilor cu coloane verticale de calcinare coloanele sunt prevăzute cu vetre de afânare, încălzire uniformă și oprirea prăbușirii șarjei în vatră. De la calcinare rezultă materiale calcinate cu granulație eterogenă, utilizabile în anumite scopuri ca atare sau sunt prelucrate pentru sortare (în funcție de necesar).

-4// / <λ.-2 O 1 O - O 1 4 13 - 2 9 -12- 20M

Astfel, materialele cu granulație mică sunt utilizate pentru prepararea de îngrășăminte, pentru ardere ca atare sau după o prealabilă peletizare; materialele calcinate cu granulație grobă sunt utilizate pentru ardere în procesul de prelucrare sau în alte scopuri în funcție de necesar.

Procedeu și instalație conform invenției prezintă următoarele avantaje:

permite prelucrarea unei game largi de materii prime;

permite valorificarea complexă a materiilor prime prelucrate;

- instalația poate fi realizată din una sau mai multe coloane (baterii) de calcinare;

- instalația poate fi amplasată în orice loc: se poate realiza la capacități mici pentru uz gospodăresc, sau mai mari de prelucrare (în funcție de necesar);

- folosește energie proprie pentru funcționare;

permite obținerea unor materiale prelucrabile pentru obținerea de îngrășăminte agricole saPa unor materiale combustibile;

permite producerea de apă caldă, apă purificată, abur și energie electrică.

Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a procedeului conform invenției, în legătură cu fig. 1... 4 care reprezintă:

- fig. 1, schema succesiunii fazelor procesului de prelucrare a unor deșeuri celulozice;

- fig. 2, schema instalației de prelucrare a deșeurilor de biomasă agricolă și de lemn cu coloană înclinată de calcinare;

- fig. 3, schema instalației pentru producerea mangalului;

- fig. 4, schema instalației pentru debitare.

Procedeul conform invenției este prevăzut în general cu coloane de calcinare înclinate sau verticale de formă cilindrică sau paralelipipedică prevăzute cu buncăre de alimentare (la capacități mari alimentarea poate fi făcută continuu cu benzi de alimentare) și la evacuarea cu separator granulometric și recuperator de energie termică.

încălzirea coloanelor se face în exterior cu gaze arse care circulă prin manta de încălzire și prin interior, prin circulație în contracurent a șarjei care coboară gravitațional și a gazelor calde care urcă spre partea superioară a coloanei.

Desfășurarea procesului de lucru este următoarea:

- se umple coloana de calcinare cu materiale de prelucrat;

- se încălzește coloana la bază, inițial cu combustibil din exterior (mangal sau combustibil lichid);

după atingerea temperaturii de circa 500° C în materialul de la baza coloanei și circa 400° C la partea superioară, încălzirea continuă prin arderea parțială a gazelor combustibile și a mangalului rezultat din procesul de calcinare, ajuns în focar prin deschiderea prizei de scoatere (placă găurită acoperită de un șiber);

- se deschide șiberul de evacuare a materialului calcinat și se reglează debitul acestuia; materialul calcinat trece peste un separator granulometric;

răcirea materialului calcinat.

CV2 Ο 1 Ο-Ο 1 4 13 - - Α

9 -12- 2010

Materialul calcinat trece la prelucrare pentru utilizare. Astfel, fracțiunea măruntă este tratată pentru condiționare microbiologică și micromineralogică rezultând un îngrășământ natural și un neutralizantîn cazul solurilor acide.

Gazele tehnologice sunt arse într-un cazan de abur, iar gazele arse sunt introduse de asemenea în cazan pentru recuperarea energiei termice.

• Instalație de calcinare cu coloană înclinată.

Principalele faze de lucru:

- se umple coloana cu material;

se încălzește coloana la bază prin exterior, inițial cu mangal sau cu combustibil lichid, prin ardere cu aer;

după atingerea temperaturii în material de circa 500° C se trage șuberul în poziția deschis, permițând arderea parțială a gazelor combustibile și a mangalului din șarjă ieșite din coloană prin intermediul prizei de gaze și de material;

- se deschide șuberul pentru evacuarea materialului calcinat;

- șarja coboară gravitațional din buncărul de stocare și preîncălzire în coloana de calcinare;

- gazele de la baza coloanei urcă în sus încălzind șarja, după care sunt extrase din coloană prin intermediul prizelor de gaze;

materialul calcinat trece peste separatorul granulometric pentru eliminarea impurităților și separarea materialului grob de partea măruntă, materialul calcinat trece ia prelucrare pentru valorificare.

Gazele evacuate de la calcinare cu temperatura de circa 300°C sunt prelucrate pentru recuperarea energiei termice, astfel:

prin arderea avansată într-un cazan pentru producerea aburului;

prin răcirea cu apă într-un schimbător de căldură;

aburul rezultat fiind utilizat pentru producerea de apă caldă, apă purificată ( ex. apă dedurizată) sau pentru acționarea unui motor cu piston;

motorul cu piston este utilizat pentru efectuarea unor lucrări de debitare, mărunțire sau pentru producerea de energie electrică.

• Instalație ^prelucrare a deșeurilor de biomasă, cuprinde: depozit de materii prime (1); alimentator (2); buncăr (3) de stocare și preîncălzire cu gaze arse calde rezultate din procesul de prelucrare. Buncărul este prevăzut cu vetre de afânare (4, 5), fixate pe arborele (6).

Materialul preîncălzit și afânat coboară gravitațional în coloana de calcinare (7), încălzite cu gaze calde prin mantaua (8). Pornirea încălzirii se face prin intermediul focarului (9) prin arderea de mangal, materiale semicalcinate din procesul de prelucrare sau deșeuri celulozice (10). Pentru inițierea încălzirii se mai folosește combustibil lichid (10') prin ardere cu aer prin intermediul arzătorului (11). După atingerea temperaturii de circa 500° C la baza coloanei se deschide șiberul (12) și se oprește încălzirea cu combustibil din exterior, încălzirea continuă și se menține prin arderea parțială a gazelor combustibile și a șarjei prin

0^2010-01415-2 9 -12- 2010 intermediul prizei (7') după atingerea temperaturilor de funcționare în coloană , cca 500° C la baza coloanei și cca 400° C la partea superioară a coloanei se pornește evacuarea materialului calcinat prin deschiderea șiberului (13). Materialul calcinat curge peste separatorul granulometric 14 și apoi în buncărul (15) unde este răcit cu apă prin mantaua (16).

Gazele arse rezultate de la calcinare încălzesc coloana (7) prin mantaua (8), iar gazele tehnologice încălzesc materialul din coloană circulând în contracurent cu acestei gaze tehnologice care sunt evacuate prin intermediul prizelor de gaze (7), Gazele evacuate din coloană cu temperatura de 300 - 400° C sunt arse avansat în cazanul (19) prevăzut cu coloană de calcinare sau preîncălzire (20) și buncărul de stocare (21). Pentru afânarea materialului în coloana (20) și pentru evitarea prăbușirii acestuia în focar, sunt prevăzute

loc în focarul (24), unde mai are loc și arderea mangalului produs de coloana de calcinare (20). Arderea are loc pe vatra (25) cu aer prin intermediul arzătorului (26). Pentru pornirea încălzirii cazanului și optimizarea funcționării acestuia este prevăzută posibilitatea utilizării și a combustibilului lichid (27). Gazele evacuate din cazanul (19) sunt răcite în schimbătorul de căldură (28'). Apa caldă rezultată de la răcirea materialului carbonatat și de la răcirea gazelor este folosită la producerea aburului în cazanul (19). în funcție de necesar se mai folosește apă proaspătă filtrată (29). Aburul produs de cazanul (19) se folosește pentru obținerea de apă caldă (30) și apă purificată (31) prin intermediul schimbătorului de căldură (hidrociclon) (32) • Instalație 4*? prelucrare a deșeurilor celulozice pentru producerea mangalului în coloane verticale, cuprinde: depozit de materii prime (1) (material lemnos debitat), care se stochează în buncărul de stocare și preîncălzire (2) din care trece gravitațional în coloana (sau coloanele) de calcinare (3) (cilindrice sau paralelipipedice) prevăzute cu vetre (4) pentru afânarea, uniformizarea încălzirii și evitarea prăbușirii șarjei în focar. în funcție de necesar, vetrele pot fi orizontale, conice sau polietajate, fixate pe arborele vertical (5).

încălzirea primară a coloanei (coloanelor) se face prin arderea de combustibil lichid (6) sau a mangalul în focarul (7), pe vatra (7'), cu aer prin intermediul arzătorului (8). Reglarea șiberelor (9, 9'fcontinuarea încălzirii se face prin arderea gazelor evacuate din ambele coloane și prin intermediul prizelor de gaze și mangal mărunt aflate la baza coloanelor, arderea având loc pe vatra (7') din focarul (7). Mangalul rezultat coboară gravitațional în buncărul (10), din care este evacuat în transportorul (11). Pentru optimizarea procesului de calcinare gazele calde circulă în spațiul dintre coloane după care sunt evacuate de la partea superioară (după un control al calității sunt arse avansat și apoi tratate pentru recuperarea energiei termice în schimbătorul de căldură (12), apa caldă rezultată se introduce în cazan pentru producerea aburului. Aburul rezultat se folosește la acționarea motorului cu piston (13).

• Instalație pentru debitarea materialelor lemnoase cuprinde cazanul C în interiorul căruia se află coloana de preîncălzire a mangalului sau de producere a acestuia prin calcinare _λ-2 :': -: - · 5 - 2 9 -12 ?tu· U (1), prevăzute cu buncărul de alimentare (2) și arborele vertical (3) pe care sunt fixate vetrele (3') pentru afânare, încălzirea uniformă și oprirea căderii șarjei în focarul (4). Pornirea încălzirii cazanului se face prin arderea în focarul 4 a combustibilului lichid (5) sau/și a mangalului în vatra (6) cu aer prin intermediul arzătorului (7) gazele evacuate din cazan sunt răcite în schimbătorul de căldură (8), apa caldă rezultată fiind utilizată în cazan pentru producerea aburului. Aburul produs de cazan este utilizat pentru acționarea motorului cu piston (9) sau și în alte scopuri.

Claims (6)

1. Procedeu de prelucrare a unor deșeuri celulozice de biomasa si lemn prin calcinare în coloana de tratare termica înclinată a deșeurilor de biomasa uscate natural cu sau fara maruntire si a unor deșeuri si materiale din lemn după prealabila debitare și maruntire, caracterizat prin aceea ca, cuprinde următoarele etape:

a) deșeurile celulozice sunt șarjate într-un buncăr de stocare si preîncalzire, preîncalzirea se face cu gaze arse care circulă prin mantaua de încălzire și cu gaze tehnologice care circula în contra curent cu materialul din șarja, pentru afanarea materialelor de prelucrat și asigurarea unei încălziri uniforme buncărul este prevăzut cu vetre conice fixate pe un arbore vertical:

b) materialul preîncalzit coboara gravitațional în coloana de calcinare avand la partea superioara temperatura de 300-400°C, după umplerea coloanei cu material de prelucrat aceasta este încălzită inițial prin arderea de mangal sau combustibil lichid din exterior, iar după atingerea temperaturii la bază de circa 500°C încălzirea este continuata prin arderea de gaze combustibile si mangal din șarja (arderea parțiala a șarjei) prin aducerea siberului în poziție deschis permițând gazelor și mangalului din șarja să treacă în focar prin priza de extracție cu găuri sau fante, gazele arse încălzesc coloana prin învăluire în exterior. încălzirea interioară a șarjei de material facandu-se prin circulația gazelor tehnologice si a materialului solid in contracurent. coborârea gravitaționala a șarjei are loc atat datorita reglării unghiului de panta în funcție de materialul prelucrat cat si datorita scăderii în volum și greutate a materialului calcinat cu cca 20-40% precum și deschiderii siberului de evacuare a produsului calcinat care trece peste un separator granulometric și apoi în buncărul de stocare prevăzut cu manta de răcire cu apa;

c) materialul calcinat (mangalul) este prelucrat pentru utilizarea care se face in funcție de necesar, astfel: prelucrarea mangalului pentru obținerea de ingrasamant prin tratare pentru condiționare microbiologica si micromineralogica (in funcție de necesar) ingrasamantul rezultat fiind si un bun neutralizant al solurilor acide; prelucrarea materialului calcinat pentru utilizare directa ca, conbustibil sau după o prealabila peletizare

d) gazele conbustibile rezultate din coloana, cu temperatura de circa 300-400°C sunt scoase prin intermediul prizelor de extracție, sunt arse cu aer in focarul cazanului de abur unde sunt introduse si gazele arse din mantaua de încălzire, aici are loc atat un control al arderii cat si recuperarea energiei termice din acestea;

e) aburul produs de cazanul de abur este utilizat pentru acționarea unui motor cu piston (utilizat pentru efectuarea unor lucrări de debitare si maruntire sau pentru producerea de energie electrica) sau este utilizat pentru producerea de apa calda si apa purificata (ex. apa dedurizata) in funcție de necesar, pentru producerea rt “2 Ο 1 0 - Ο 14 1 5 - ^Χ 2 9 -12- 2010 aburului se utilizeazaapa calda de la racirea materialului calcinat, apa calda de la racirea gazelor si in funcție de necesar apa proaspata purificata fizic prin filtrare, preincalzita purificata biologic si chimic prin încălzire cu energie termica si/sau solara.

2>

2 9 -12- 20W

2. Procedeu de prelucrare a unor deșeuri celulozice, materiale lemnoase debitate sau maruntite si mangalului rezultat in coloana verticala de tratare termica, pentru calcinare, caracterizat prin aceea ca, cuprinde următoarele etape.

f) materialul lemnos debitat sau (si) maruntit este stocat intr-un buncăr, din care gravitațional trece in coloana (sau coloanele) de calcinare. instalația de tratare termica conform invenției este prevăzută cu doua coloane de calcinare, care pot funcționa independent sau in paralel, sunt prevăzute cu vetre pentru afanar, asigurarea încălzirii uniforme si oprirea prăbușirii șarjei in vatra, in coloana materialul coboara gravitațional spre focar unde coloanele sunt prevăzute la capete cu prize pentru arderea parțiala a gazelor combustibil si a manglului din șarja.

g) incalzirea inițiala a cazanului si a coloanei de calcinare are loc prin arderea de combutibil lichid din exterior iar după aprinderea mangalului prin interludiul prizelor din vatra cazanului, încălzirea continua prin arderea parțiala a șarjei (gaze combustibile si mangal, in funcție de necesar.)

h) după atingerea temperaturii de circa 500°C in materialul din coloana si arderea parțiala, acesta coboara gravitațional spre focar, caderea (prăbușirea) șarjei in focar fiind oprita de vetrele orizontale (drepte, conice, sau polietajate) montate pe un arbore vertical;

i) după atingerea tempereturii de calcinare. gazele încălzesc si țevile cazanului pentru producerea aburului de la calcinare rezulta gaze si mangal care arde pentru menținerea funcționarii si mangal care trece intr-un buncăr de răcire de unde este scos si transportat la utilizare.

j) gazele arse sunt răcite avansat, apa calda rezultata fiind utilizata la producerea aburului care este utilizat pentru acționarea unui motor cu piston.

3. Procedeul de prelucrare a unordeseuri celuloziceprin calcinare pentru obținerea mangalului din deșeuri din lemn caracterizat prin aceea ca. cuprinde următoarele etape:

l) încălzirea mangalului sau calcinarea lemnelor din coloana de calcinare, mangalul rezultat este ars in vatra cazanului.

m) aburul produs de cazan este utilizat la acționarea unui motor cu piston.

n) in funcție de necesar, pentru acționarea motorului cu piston folosește pentru producerea aburului mangalul sau/si combustibil lichid X' ^2010-01413-- 'ij

4. Instalație pentru aplicarea procedeului definit in revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca, pentru carbonatarea deșeurilor de biomasa,are in componenta un depozit de materii prime (l);alimentator (2);buncar de stocare (3); vetre pentru afanare si oprirea căderii șarjei (4,5) fixate pe arborele vertical (6), coloana de calcinare (7) (sau baterie de coloane de forma cilindrica sau paralelipipedica), încălzită in exterior cu gaze arse care circula prin mantaua (8), încălzirea inițiala se face prin arderea de mangal sicombustibil lichid in focarul (9), după atingerea temperaturii decirca 500°C. in material la baza coloanei se deschide siberul (12) pentru arderea parțiala a șarjei,(gaze si mangal) prin scoaterea acostora prin intermediul prizei (7’), in urma calcinarii materialul pierde din volum si greutate permițând șarjei sa coboare gravitațional, gazele tehnologice circulând in contra curent cu șarja solida ducând la încălzirea acesteia astfel ca la partea superioara a coloanei temperatura ajunge la circa 400°C; prin deschiderea siberului (13),mangalul din coloana trece peste separatorul granulometric (14), trece in buncarele 15, este răcită cu apa prin mantaua de răcire (16): gazele tehnologice din coloana sunt scoase prin intermediul prizelor (7”) sunt arse in focarul cazanului (19), (unde sunt aduse si gazele arse din mataua de încălzire cu temperatura de circa 200°C) gazele calde rezultate din cazan sunt răcite in schimbătorul de căldură (28’), apa calda rezultata fiind utilizata la producerea aburului, aburul rezultat este utilizat pentru acționarea unui motor cu piston (28), sau trec prin schimbătorul de căldură (32), de unde rezulta apa calda (30) si apa purificata (ex.dedurizata) (31); pentru funcționarea independenta a cazanului (19), acesta este prevăzut cu coloana de calcinare (21) cu buncăr de stocare si alimentare (21) si vetre de afanare si oprirea căderii șarjei (22) fixate pe arborele vertical (23).

5. Instalație pentru aplicarea procesului definit in revedicare 2caracterizata prin aceea ca, pentru carbonatarea materialelor lemnoase, are in componenta: un buncăr de stocare si alimentare (2). din care materialul prelucrat coboara gravitațional in coloana (3) prevăzută cu vetre pentru afanare (drepte, conice, polietajate sau mixt (in funcție de necesar) priza de gaze (7)pentru arderea parțiala a șarjei, mangalul degazat rezultat trece in buncărul (10) si, răcit cu apa (1 Γ): gazele calde rezultate din cazan sunt răcite in schimbătorul de căldură (12), apa calda rezultata de la răcire se folosește la producerea aburului in cazanul (C), aburul rezultat este utilizat pentru acționarea motorului (13).

6. Instalație pentru aplicarea procedeului definit in revendicarea 3 caracterizata prin aceea ca ; are in componenta: un cazan pentru producerea a aburului (C); coloana de calcinare (1) cu buncarde stocare si alimentare (2), cu vetre de afanare (3) si focarul (4), in care are loc arderea mangalului sau a combustibilului lichid (5) cu aer prin intermediul arzătorului (7). gazele evacuate din cazan trec prin

Μ 2 3 U - O ' 4 1 3 - 2 9 Ί2- 2010 schimbătorul de căldură (8); apa calda se utilizează la producerea aburului, utilizat la acționarea motorului (9).