RU150411U1

RU150411U1 - PELLETS FROM THE PRESSED BIOMASS

Info

Publication number: RU150411U1
Application number: RU2014132745/04U
Authority: RU
Inventors: Виктор Степанович Григорьев; Юрий Александрович Мазалов; Николай Сергеевич Милованов; Виктор Александрович Морозов; Александр Гаврилович Рафаилов; Сергей Александрович Соловьев; Александр Иванович Сороковиков
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2015-02-20

Abstract

1. Пеллеты из прессованной биомассы, выполненные в виде топливных гранул, спрессованных из смеси частиц базовой биомассы из древесных материалов и частиц из древесного угля, корректирующих теплотворную способность пеллет, при этом указанные частицы соединены между собой связующим на основе крахмала, отличающиеся тем, что в топливных гранулах частицы из древесного материала и частицы из древесного угля смешаны между собой при весовой доле древесных частиц в смеси 65-75 %, при этом в топливных гранулах использованы частицы древесного материала, представляющие собой древесные опилки с размером частиц 0,2-2,0 мм, и частицы древесного угля с размерами частиц 0,3-1,5 мм, а в качестве связующего использован водорастворимый крахмал, при этом масса связующего в топливной грануле составляет 1-3% от суммарной массы древесных опилок и частиц древесного угля.2. Пеллеты по п. 1, отличающиеся тем, что водорастворимый крахмал выбирают из группы, включающей в себя кукурузный крахмал, рисовый крахмал или их смесь.1. Pellets from pressed biomass made in the form of fuel granules pressed from a mixture of particles of the basic biomass of wood materials and particles of charcoal, correcting the calorific value of the pellets, while these particles are interconnected by a starch-based binder, characterized in that particles of wood material and particles of charcoal are mixed with each other at a weight fraction of wood particles in the mixture of 65-75%, while particles of wood material are used in the fuel granules la, which are sawdust with a particle size of 0.2-2.0 mm, and charcoal particles with a particle size of 0.3-1.5 mm, and as a binder used water-soluble starch, while the mass of the binder in the fuel granule is 1-3% of the total mass of sawdust and charcoal particles. 2. Pellets according to claim 1, characterized in that the water-soluble starch is selected from the group comprising corn starch, rice starch, or a mixture thereof.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к возобновляемым источникам энергии в частности к изготовлению экологически чистых топливных элементов для разного вида энергетических установок. Чаще всего пеллеты используются в отопительных и нагревательных бытовых и промышленных установках. Помимо экологических преимуществ достоинством пеллет является однородность пеллет по размеру и энергетической эффективности, что существенно упрощает их использование, так как можно заблаговременно с достаточной точностью рассчитать расход пеллет при заданной тепловой нагрузке и очень просто организовать автоматизированную подачу пеллет в топку установки.The utility model relates to renewable energy sources, in particular to the manufacture of environmentally friendly fuel cells for various types of power plants. Most often, pellets are used in heating and heating domestic and industrial installations. In addition to environmental advantages, the advantage of pellets is the uniformity of pellets in size and energy efficiency, which greatly simplifies their use, since it is possible to calculate the pellet flow rate at a given heat load in advance with sufficient accuracy and it is very simple to organize automated feeding of pellets into the furnace of the plant.

Уровень техникиState of the art

Топливные пеллеты относятся к технологии утилизации отходов сельского хозяйства, пищевой и лесоперерабатывающей промышленности и решают важную проблему снижения нагрузки на экологическую систему земного шара, чтобы уменьшить влияние производственной деятельности человека на экологию.Fuel pellets belong to the technology of recycling agricultural waste, food and forestry industries and solve the important problem of reducing the load on the ecological system of the globe in order to reduce the impact of human production on the environment.

Технические проблемы изготовления пеллет связаны в основном с разработкой пеллет, которые, утилизируя наиболее массовые отходы биомассы, могли бы конкурировать по теплотворной способности не только с классическим древесным топливом, но и с топливом на основе низкокалорийных углей и торфа.The technical problems of producing pellets are mainly associated with the development of pellets, which, utilizing the most massive biomass waste, could compete in calorific value not only with classic wood fuel, but also with fuel based on low-calorie coal and peat.

В настоящее время производство пеллет из прессованной биомассы быстро развивается и одним из перспективных направлений является изготовление пеллет из отходов деревоперерабатывающей промышленности, особенно в странах с большим объемом лесозаготовок и развитой деревообрабатывающей промышленностью.Currently, pellet production from pressed biomass is developing rapidly and one of the promising areas is the production of pellets from waste from the wood processing industry, especially in countries with a large volume of logging and developed wood processing industry.

Известны пеллеты, выполненные в виде брикетов, спрессованных из смеси частиц угля, полученных из отходов при помоле угля, частиц биомассы, в том числе частиц из твердых древесных отходов или других горючих отходов и связующего (патентная заявка США №2007006526 кл. C10L 5/40 от 2007-01-11). При использовании для изготовления пеллет смеси из разнообразных отходов трудно получить пеллеты с однородными характеристиками, в частности трудно получить пеллеты с одинаковой теплотворной способностью.Known pellets made in the form of briquettes, compressed from a mixture of coal particles obtained from waste by grinding coal, biomass particles, including particles from solid wood waste or other combustible waste and a binder (US patent application No. 2007006526 C. C10L 5/40 from 2007-01-11). When using a mixture of various wastes for the production of pellets, it is difficult to obtain pellets with uniform characteristics, in particular, it is difficult to obtain pellets with the same calorific value.

Известны пеллеты, выполненные в виде гранул, спрессованных из мелкодисперсных частиц (порошка) древесных отходов и порошка из игл хвойных деревьев при соотношении по весу 85-90% порошок древесных отходов и 15-10% порошок из игл хвойных деревьев (заявка Японии JP 20122116973 C10L 5/44 от 2012-06-21). Использование для изготовления пеллет порошков из игл хвойных деревьев предъявляет особые требования к подготовке исходных материалов для пеллет, что ограничивает возможность массового производства пеллет с заданной теплотворной способностью.Known pellets made in the form of granules pressed from finely dispersed particles (powder) of wood waste and powder from conifer needles with a weight ratio of 85-90% wood waste powder and 15-10% powder from conifer needles (Japanese application JP 20122116973 C10L 5/44 from 2012-06-21). The use of powders from needles of conifers for the manufacture of pellets imposes special requirements on the preparation of raw materials for pellets, which limits the possibility of mass production of pellets with a given calorific value.

Известны пеллеты, выполненные в виде гранул, спрессованных из смеси частиц твердых и мягких пород древесины и связующего (патент Великобритании GB2494293 C10L 5/44 от 2013-03-06). Наличие определенных требований к составу смеси из древесных частиц снижает возможности массового производства пеллет с заданной теплотворной способностью.Known pellets made in the form of granules pressed from a mixture of particles of hard and soft wood and a binder (UK patent GB2494293 C10L 5/44 from 2013-03-06). The presence of certain requirements for the composition of a mixture of wood particles reduces the possibility of mass production of pellets with a given calorific value.

Известны пеллеты, выполненные в виде топливных гранул, спрессованных из смеси частиц из биомассы любого вида, и частиц угля и связующего, в качестве которого используются водоросли или воск. В качестве материала для изготовления пеллет предлагается использовать биомассу из смеси любых отходов сельскохозяйственного производства и в качестве добавок можно использовать частицы древесного угля, опилки и прочие горючие материалы (патент РФ на изобретение №2510660 C10L 5/40 от 10.04.2014). В патенте оговорено, что теплотворная способность пеллет составляет не меньше 16,4 МДж/кг (7000 BTU/фунт), но не указывается какими средствами достигается этот результат. При таком разнообразии исходных материалов трудно организовать массовое производство пеллет с заданной теплотворной способностью.Known pellets made in the form of fuel granules, compressed from a mixture of particles from biomass of any kind, and particles of coal and a binder, which is used as algae or wax. It is proposed to use biomass from a mixture of any agricultural waste as a material for the production of pellets, and charcoal particles, sawdust and other combustible materials can be used as additives (RF patent for the invention No. 2510660 C10L 5/40 of 04/10/2014). The patent stipulates that the calorific value of pellets is not less than 16.4 MJ / kg (7000 BTU / lb), but it is not indicated by what means this result is achieved. With such a variety of starting materials, it is difficult to organize the mass production of pellets with a given calorific value.

Таким образом имеется потребность в разработке пеллет с заданной высокой теплотворной способностью, сырьевые ресурсы для которых достаточны, чтобы организовать массовое производство пеллет.Thus, there is a need to develop pellets with a given high calorific value, the raw materials for which are sufficient to organize the mass production of pellets.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Задачей настоящей полезной модели является разработка пеллет, выполненных в виде топливных гранул, изготовление которых позволит утилизовать отходы лесоперерабатывающей, деревообрабатывающей промышленности и создать топливные гранулы, имеющие достаточную прочность, чтобы выдерживать транспортировку их на значительные расстояния без разрушения гранул под воздействием перегрузок и тряски, теплотворная способность которых будет выше теплотворной способности дров и пеллет на основе чистых древесных отходов, теплотворную способность которых можно легко регулировать при их изготовлении и получать топливные гранулы с заданной теплотворной способностью не ниже 20 Мдж/кг.The objective of this utility model is the development of pellets made in the form of fuel pellets, the manufacture of which will allow the waste from the wood processing and woodworking industries to be created and fuel pellets having sufficient strength to withstand transportation over long distances without destroying the pellets under the influence of overloads and shaking, calorific value which will be higher than the calorific value of firewood and pellets based on pure wood waste, calorific value which can be easily controlled during their manufacture and obtain fuel pellets with a given calorific value not less than 20 MJ / kg.

Для решения указанной задачи предлагаются пеллеты из спрессованной биомассы из смеси частиц базовой биомассы из древесных материалов, частиц из древесного угля, корректирующих теплотворную способность пеллет, и крахмала, используемого в качестве связующего материала, в которых в топливных гранулах частицы из древесного материала и частицы из древесного угля смешаны между собой при весовой доле древесных частиц в смеси 65-75%, при этом в топливных гранулах использованы частицы древесного материала, представляющие собой сухие древесные опилки с размером частиц 0,2-2,0 мм, и частицы древесного угля с размерами частиц 0,3-1,5 мм, а в качестве связующего использован водорастворимый крахмал, при этом масса связующего в топливной грануле составляет 1-3% от суммарной массы древесных опилок и частиц, древесного угля.To solve this problem, pellets made from compressed biomass from a mixture of particles of basic biomass from wood materials, particles from charcoal, correcting the calorific value of pellets, and starch, used as a binder material, in which in the fuel granules particles from wood material and particles from wood, are offered coal mixed together with a weight fraction of wood particles in the mixture of 65-75%, while in the fuel granules used particles of wood material, which are dry wood silt with a particle size of 0.2-2.0 mm, and charcoal particles with a particle size of 0.3-1.5 mm, and a water-soluble starch was used as a binder, while the mass of the binder in the fuel granule is 1-3% of total mass of sawdust and particles, charcoal.

Предпочтительно, что в предлагаемых пеллетах водорастворимый крахмал выбирают из группы, включающей в себя, кукурузный крахмал, рисовый крахмал или их смесь.Preferably, in the proposed pellets, water-soluble starch is selected from the group consisting of corn starch, rice starch, or a mixture thereof.

При указанных размерах частиц древесных опилок и древесного угля с использованием в качестве связующего водорастворимого крахмала можно получить топливные гранулы, прочность которых достаточна, чтобы выдержать транспортировку на большие расстояния и подавать топливные гранулы в топку нагревательной установки как вручную, так и с использованием механических систем подачи. Для изготовления топливных гранул можно использовать опилки любых древесных пород, получаемые при разделке древесины и при обработке древесины при изготовлении мебели. Можно использовать опилки, получаемые из поваленных деревьев, полуобгоревших деревьев, оставшихся после пожара и т.п.Для получения частиц древесного угля можно использовать угольную мелочь, остающуюся при производстве стандартного древесного угля, древесный уголь собранный на лесных пожарах, или организовать собственное промышленное производство частиц древесного угля. При указанном соотношении по весу всегда можно подобрать смесь древесного угля и древесных опилок, чтобы получить теплотворную способность топливных гранул не ниже 20 мдж/кг.With the indicated particle sizes of wood sawdust and charcoal using water-soluble starch as a binder, it is possible to obtain fuel granules whose strength is sufficient to withstand transportation over long distances and to feed the fuel granules into the furnace of the heating installation both manually and using mechanical feed systems. For the manufacture of fuel granules, you can use sawdust of any tree species obtained by cutting wood and processing wood in the manufacture of furniture. You can use sawdust obtained from fallen trees, half-burnt trees left after a fire, etc. To obtain charcoal particles, you can use the fines left over from the production of standard charcoal, charcoal collected from forest fires, or organize your own industrial production of particles charcoal. With this ratio by weight, you can always choose a mixture of charcoal and sawdust to get a calorific value of fuel granules of at least 20 mJ / kg.

Предлагаемая полезная модель позволяет вовлечь в хозяйственный оборот любые отходы деревообрабатывающей промышленности и тем самым снизить воздействие человека на экологическую систему Земли.The proposed utility model makes it possible to involve any waste from the woodworking industry into economic circulation and thereby reduce the human impact on the Earth’s ecological system.

Примеры осуществления полезной моделиUtility Model Examples

В соответствии с предлагаемой полезной моделью пеллеты изготавливаются в виде топливных гранул, получаемых прессованием однородной смеси из частиц биомассы, древесные опилки любых пород дерева, и частиц древесного угля с добавлением в качестве связующего водного раствора водорастворимого крахмала, например, кукурузного крахмала. Топливные гранулы могут иметь любую форму: плоские и выпуклые таблетки, короткие цилиндры, кубики, параллелепипеды, тетраэдры и т.д.In accordance with the proposed utility model, pellets are made in the form of fuel granules obtained by pressing a homogeneous mixture of biomass particles, sawdust of any wood species, and charcoal particles with the addition of water-soluble starch, for example, corn starch, as an aqueous binder. Fuel granules can be of any shape: flat and convex tablets, short cylinders, cubes, parallelepipeds, tetrahedrons, etc.

Основную массу топливной гранулы составляет смесь частиц биомассы - древесные опилки и частиц древесного угля.The bulk of the fuel granule is a mixture of biomass particles - sawdust and charcoal particles.

В предлагаемом техническом решении под древесными опилками понимают любые мелкодисперсные частицы с размером частиц с характерным размером 0,2-2,0 мм, независимо от формы частиц, получаемые либо непосредственно при обработке дерева любых пород, либо путем измельчения до заданного размера отходов от переработки дерева, таких как, стружка, мелкие обрезки, кусочки дерева и т.п. Под характерным размером древесных опилок понимают среднее значение частиц древесных опилок, формирующих основную массу древесных опилок. Исследования, выполненные авторами, показали, что при характерном размере древесных опилок в диапазоне 0,2-2,0 мм удается обеспечить равномерное распределение древесных опилок в смеси с частицами древесного угля и хорошие прочностные характеристики топливной гранулы.In the proposed technical solution, wood sawdust is understood to mean any fine particles with a particle size with a characteristic size of 0.2-2.0 mm, regardless of the shape of the particles, obtained either directly from the processing of wood of any species, or by grinding to a predetermined size of waste from wood processing such as shavings, small pieces, pieces of wood, etc. The characteristic size of wood sawdust is understood to mean the average value of particles of wood sawdust, which form the bulk of sawdust. Studies performed by the authors showed that with a characteristic size of sawdust in the range of 0.2-2.0 mm, it is possible to ensure uniform distribution of sawdust mixed with charcoal particles and good strength characteristics of the fuel pellet.

В соответствии с предлагаемой полезной моделью в топливных гранулах используются частицы древесного угля с характерным размером частиц угля 0,3-1,5 мм. Под характерным размером частиц древесного угля понимают среднее значение частиц древесного угля, формирующих основную массу древесного угля. Диапазон изменения частиц древесного угля определяется условиями формования топливных гранул из смеси древесных опилок и частиц древесного угля с использованием в качестве связующего водорастворимого крахмала, в частности кукурузного крахмала или рисового крахмала. При меньших размерах частиц угля возникают проблемы с прессованием топливных гранул, так как возможно закупоривание отверстий в фильере. При большем размере частиц древесного угля снижается прочность топливных гранул.In accordance with the proposed utility model, charcoal particles with a characteristic coal particle size of 0.3-1.5 mm are used in the fuel granules. Under the characteristic particle size of charcoal understand the average value of the particles of charcoal, forming the bulk of the charcoal. The range of variation of charcoal particles is determined by the conditions for forming fuel granules from a mixture of wood chips and charcoal particles using water-soluble starch, in particular corn starch or rice starch, as a binder. With smaller particle sizes of coal, problems arise with the pressing of fuel granules, since it is possible to plug openings in the die. With a larger particle size of charcoal, the strength of the fuel granules decreases.

В соответствии с предлагаемой полезной моделью в топливных гранулах в качестве связующего используется водорастворимый крахмал, в частности кукурузный крахмал или рисовый крахмал или их смесь в любой приемлемой пропорции. Использование водорастворимого крахмала дает возможность получать топливные гранулы с минимальным содержанием воды, так как для прессования топливных гранул из смеси древесных опилок и частиц древесного угля достаточно воды, поглощенной водорастворимым крахмалом при подготовке связующего, при этом гарантируется, что при прессовании не произойдет насыщение водой древесных опилок и частиц древесного угля, поскольку не требуется дополнительного добавления воды при прессовании топливных гранул.In accordance with the proposed utility model in fuel granules, water-soluble starch, in particular corn starch or rice starch, or a mixture thereof in any acceptable proportion, is used as a binder. The use of water-soluble starch makes it possible to obtain fuel granules with a minimum water content, since for water pellets to be pressed from a mixture of wood sawdust and charcoal particles, water absorbed by water-soluble starch during preparation of the binder is sufficient, and it is guaranteed that wood chips will not be saturated with water during pressing and particles of charcoal, since no additional addition of water is required when pressing fuel granules.

Весовое соотношение древесных опилок и частиц древесного угля определяется в основном заданной теплотворной способностью топливных гранул. Теплотворную способность топливных гранул и весовое соотношение древесных опилок и частиц древесного угля можно рассчитать, зная теплотворную способность используемых древесных опилок и древесного угля. При этом следует учитывать, что стоимость пеллет возрастает с увеличением доли древесного угля и экономически выгодно использовать как можно больше древесных опилок. Однако теплотворная способность древесных опилок, особенно опилок из перестоявших деревьев или низкосортной древесины невелика и необходимо увеличивать долю частиц древесного угля. С увеличением доли древесного угля возрастает стоимость пеллет и снижается механическая прочность топливных гранул. В предлагаемом диапазоне соотношения древесных опилок и частиц угля обеспечивается повышенная теплотворная способность топливных гранул по сравнению в топливными гранулами из «чистой» древесины (выше 20 МДж/кг при массовом производстве) и снижается стоимость производства пеллет, по сравнению с известными смесевыми пеллетами.The weight ratio of sawdust and charcoal particles is determined mainly by a given calorific value of the fuel granules. The calorific value of the fuel pellets and the weight ratio of sawdust and charcoal particles can be calculated by knowing the calorific value of the used wood sawdust and charcoal. It should be borne in mind that the cost of pellets increases with increasing share of charcoal and it is economically feasible to use as much wood sawdust as possible. However, the calorific value of sawdust, especially sawdust from overgrown trees or low-grade wood is small and it is necessary to increase the proportion of charcoal particles. With an increase in the share of charcoal, the cost of pellets increases and the mechanical strength of the fuel granules decreases. In the proposed range of the ratio of wood sawdust and coal particles, the increased calorific value of fuel pellets is ensured compared to “pure” wood pellets (above 20 MJ / kg for mass production) and the cost of producing pellets is reduced compared to the known mixed pellets.

Проведя предварительную сортировку древесных опилок по теплотворной способности можно изготавливать пеллеты с повышенной теплотворной способностью (до 23 МДж/кг и выше).After preliminary sorting of wood sawdust by calorific value, it is possible to produce pellets with increased calorific value (up to 23 MJ / kg and above).

Топливные гранулы прессуются, например, в виде коротких стержней диаметром 5-8 мм и длиной 5-20 мм. Однако данная форма и размеры пеллет приведены только в качестве иллюстрации и ни в коей мере не ограничивают объем защиты полезной модели.Fuel granules are pressed, for example, in the form of short rods with a diameter of 5-8 mm and a length of 5-20 mm. However, this form and dimensions of the pellets are given only as an illustration and in no way limit the scope of protection of the utility model.

Хотя в примерах осуществления описаны пеллеты с использованием водорастворимого кукурузного и рисового крахмала или их смеси для специалиста понятно, что можно использовать и другие виды крахмала, при обработке которых можно получить водорастворимый крахмал.Although pelletizing pellets using water-soluble corn and rice starch or mixtures thereof are known to those skilled in the art, it is understood that other types of starch can be used that can be used to prepare water-soluble starch.

Сырьевые ресурсы для изготовления предлагаемых пеллет достаточны для организации массового производства пеллет в любом количестве. В то же время предлагаемые пеллеты экономически выгодно выпускать даже в малотоннажном производстве.Raw materials for the manufacture of the proposed pellets are sufficient to organize the mass production of pellets in any quantity. At the same time, the proposed pellets are economically feasible to produce even in small-scale production.

Claims

1. Pellets from pressed biomass made in the form of fuel granules pressed from a mixture of particles of the basic biomass of wood materials and particles of charcoal, correcting the calorific value of the pellets, while these particles are interconnected by a starch-based binder, characterized in that particles of wood material and particles of charcoal are mixed with each other at a weight fraction of wood particles in the mixture of 65-75%, while particles of wood material are used in the fuel granules la, which are sawdust with a particle size of 0.2-2.0 mm, and particles of charcoal with a particle size of 0.3-1.5 mm, and as a binder used water-soluble starch, while the mass of the binder in the fuel granule is 1-3% of the total mass of sawdust and charcoal particles.

2. Pellets according to claim 1, characterized in that the water-soluble starch is selected from the group comprising corn starch, rice starch, or a mixture thereof.