Пеллеты из прессованной биомассы

Полезная модель относится к возобновляемым источникам энергии в частности к изготовлению экологически чистых топливных гранул для разного вида энергетических установок. Пеллеты из спрессованной биомассы, выполнены в виде топливных гранул, спрессованных из смеси из частиц древесных опилок и частиц из древесного угля. Указанные частицы соединены между собой связующим на основе крахмала. 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. Масса связующего в топливной грануле составляет 1-3% от суммарной массы древесных опилок и частиц древесного угля. Используя предлагаемую полезную модель можно получить топливные гранулы с теплотворной способностью 20-23 мдж/кг и вовлечь в хозяйственный оборот любые отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности и тем самым снизить воздействие человека на экологическую систему Земли. 1 н.п.; 1 з.п.

Область техники

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.

Уровень техники

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Таким образом имеется потребность в разработке пеллет с заданной высокой теплотворной способностью, сырьевые ресурсы для которых достаточны, чтобы организовать массовое производство пеллет.

Сущность полезной модели.

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.

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.

Предпочтительно, что в предлагаемых пеллетах водорастворимый крахмал выбирают из группы, включающей в себя, кукурузный крахмал, рисовый крахмал или их смесь.

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.

Предлагаемая полезная модель позволяет вовлечь в хозяйственный оборот любые отходы деревообрабатывающей промышленности и тем самым снизить воздействие человека на экологическую систему Земли.

Примеры осуществления полезной модели

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.

Основную массу топливной гранулы составляет смесь частиц биомассы - древесные опилки и частиц древесного угля.

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.

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.

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.

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.

Проведя предварительную сортировку древесных опилок по теплотворной способности можно изготавливать пеллеты с повышенной теплотворной способностью (до 23 МДж/кг и выше).

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.

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.

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.

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.