Технология производства топливных брикетов: Технология производства топливных брикетов из влажного измельченного сырья — — из влажного мелкого сырья

Содержание

Технология производства топливных брикетов из влажного измельченного сырья — — из влажного мелкого сырья

Технология производства топливных брикетов из влажного измельченного сырья

По этой технологии можно производить топливные брикеты из влажных мелких древесных отходов (опилки, стружки, щепа), куриного помета с подстилкой, обезвоженного ила очистных сооружений ЦБК, фрезерного торфа, лигнина, сортированных твердых бытовых отходов (ТБО), навоза (после ферментации) и костры льна.

Характеристики сырья: влажность – до 65%, размер частиц – до 50х25х10 мм.

Сырьё подвозится автотранспортом (либо погрузчиком) и ссыпается на механизированный склад “подвижный пол” (1). Стокеры подвижного пола имеют гидравлический привод и под его действием совершают возвратно-поступательные движения. Лопатки (“крылья”) стокеров имеют клиновидную форму, поэтому при движении стокеров сырье с регулируемой скоростью подачи направляется к цепному (скребковому) транспортеру (2), далее сырье подается на дисковый сепаратор (3).

На нем от сырья отделяется камни, коренья и т.п. примеси, которые попадают в переносной контейнер (на схеме не показан), а сырьё через самотёк попадает в загрузочную секцию Агрегата Сушки-измельчения (4). Сюда же подаются продукты горения из теплогенератора (5) (подробнее – в статье «Технология сжигания биомассы») и засасывается холодный атмосферный воздух через аварийно-растопочную трубу (6). Первоначально смешиваются продукты горения и холодный воздух, пропорция смешивания регулируется автоматически, что обеспечивает поддержание заданной температуры теплоносителя. Затем теплоноситель смешивается с влажным сырьем и засасывается в Агрегат Сушки-измельчения (4). В нем сырье измельчается и затем высушивается, поднимаясь в потоке теплоносителя к динамическому классификатору, находящемуся в головной секции Агрегата Сушки-измельчения. Динамический классификатор, частота которого задаётся с пульта управления (15), пропускает мелкое и сухое сырье, а крупные и влажные частицы сырья возвращает к ротору Агрегата, этот процесс повторяется до получения необходимой влажности и степени измельчения сырья (подробнее – в статье «Технология сушки-измельчения»).
Измельчённое и высушенное сырьё (с этого момента его принято называть мукой) засасывается в осадочный циклон (8) за счет разряжения, создаваемого дымососом (не виден). В циклоне мука осаждается за счет центробежной силы и двигается вниз, а отработанный теплоноситель выбрасывается в дымовую трубу (16). Из циклона мука через шлюзовой затвор подаётся в шнековый или цепной транспортер (9), далее поступает в бункер брикетного пресса (10). Внутри бункера находится устройство, препятствующее слеживанию муки. Из бункера мука шнековым питателем с регулируемой скоростью подачи направляется в брикетный пресс (11).  В прессе мука сначала попадает в камеру (или 2 камеры) предварительного прессования, откуда шнеком (или двумя встречно направленными шнеками) подается в камеру прессования.  В камере прессования мука вдавливается подвижным поршнем (пистоном) в коническую неподвижную матрицу, где под действием большого давления происходит формирование непрерывного брикета (далее для простоты – «брикетов»).
Брикеты, выходящие из пресса, имеют высокую температуру и непрочны, поэтому они направляются в тоннельный охладитель брикетов (12). В процессе охлаждения влажность брикетов уменьшается за счет испарения влаги, и в них происходят физико-химические изменения. В результате они приобретают необходимую твердость, влажность и температуру. Продвигаясь по туннелю охладителя, который в данном случае является одновременно и транспортером, непрерывный брикет проходит металлодетектор (13) и поступает в автоматическую пилу (14), где происходит его нарезка на брикеты заданной длины. Далее брикеты поступают на участок упаковки и склад готовой продукции (подробнее — в статье «Технологии упаковки»).

 Теплогенератор в данной схеме может загружаться топливом как в ручном (через дверцу), так и в автоматическом режиме — из бункера топлива (7). Пополнение бункера топлива происходит автоматически за счет возврата части муки от осадочного циклона (8) системой пневмотранспорта (17). Опционально бункер топлива может пополняться дополнительным транспортером с отдельного склада топлива (не показан).

 Технологии производства топливных шайб и четвертаков имеют незначительные отличия от технологии производства брикетов. Перейти к описанию технологии производства топливных шайб и четвертаков.

 Технология производства топливных брикетов в форме параллелепипедов (кирпичиков) имеет незначительные отличия. Перейти к описанию технологии производства топливных брикетов в гидравлических прессах.

Брикеты

Брикеты — спрессованные частицы растительного происхождения, имеющие форму цилиндров диаметром более 25 мм. (либо имеющие в сечении многоугольник, иногда — с отверстием в центре). Брикеты могут быть изготовлены из древесины, тростника, торфа, куриного помета, лузги, соломы, угольной пыли и многих других видов растительного сырья, а также твёрдых бытовых отходов, макулатуры, использованных автопокрышек. Чтобы получить качественные брикеты, необходимо выполнить 3 основных условия: использовать качественное оборудование, строго соблюдать технологию производства, и использовать качественное сырье.

Экономика производства топливных брикетов

Статья «Экономика производства топливных гранул» дает представление об основных экономических показателях процесса производства топливных пеллет. Аналогично обстоят дела с древесными брикетами, их,  наконец-то, распробовали и в России. «Евродрова» охотно покупают и для отопления загородных домов, и для бань, и для каминов. Последнее время спрос на брикеты значительно превышает предложение, из-за чего цена на них иногда доходит до 12 000 руб/т. Такой спрос обеспечивается несколькими серьезными преимуществами брикетов: высокой калорийностью (почти в два раза больше дров) и, самое главное, — длительностью горения — до 12 часов. Экономика производства топливных брикетов по состоянию на апрель 2013 года — в полном тексте статьи.

Топливные брикеты — Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Форма подготовки различных отходов деревообработки, торфа, отходов сельского хозяйства и т. п. для использования в качестве топлива

Топливные брикеты — форма подготовки различных отходов деревообработки, торфа, отходов сельского хозяйства и т.

п. для использования в качестве топлива; прессованные отходы деревообработки (опилки, щепа, стружка и др.), сельского хозяйства (солома, шелуха, кукуруза и др.), торфа, древесного угля.

В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс прессования отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т. п.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением (при нагревании или без него). Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. 

Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.

Одним из наиболее популярных методов получения топливных брикетов является экструзия с использованием специальных экструдеров.

Технические характеристики:

Параметр Значение
Плотность брикетов, т/м³ 1,0-1,2 ˜˜
Теплотворность, ккал/кг 4600-4900
Зольность брикетов, % 0,5-1,5

Топливные брикеты применяются в качестве твердого топлива для каминов и печей любых видов, в том числе твердотопливных котлов систем отопления.  

Т. к. топливные брикеты являются экологически чистым продуктом и горят практически бездымно, идеально использовать их для обогрева жилых помещений, бань, палаток, теплиц, овощных ям и т. д.

В основном различают 3 типа брикетов: 

  • прямоугольные — они же RUF-брикеты, представляющие по форме небольшие кирпичи, которые изготавливаются на гидравлических прессах при давлении 300-400 бар; 


  • цилиндрические брикеты спецификации Нестро или Нильсен — брикеты с радиальным отверстием или без него, изготавливающиеся на гидравлических или ударно-механических прессах при давлении 400-600 бар;


  • Пини-Кей — 4- или 6-гранные брикеты с радиальным отверстием, изготавливающиеся на механических (шнековых) прессах посредством сочетания очень высокого давления — 1000-1100 бар, а также термической обработки.


Брикеты Пини-Кей за счет термической обработки имеют характерный черный или темно-коричневый цвет наружной поверхности.

Их достоинства: стойкость к механическим повреждениям, высокая влагостойкость. Брикет отличается высокой калорийностью и длительным временем горения.

станки-прессы для изготовления брикетов из опилок и угля, ручные и шнековые брикетные прессы

Топливные брикеты – особый вид топлива, постепенно набирающий популярность. Пеллеты используют для отопления частных построек и промышленных зданий. Изделия привлекают доступной ценой и отличными эксплуатационными характеристиками. Стоит подробнее рассмотреть особенности изготовления брикетов и виды оборудования.

Особенности экструдера

Для начала стоит разобраться, что представляют собой евродрова.

Это абсолютно экологичный тип топлива, в качестве материала для которого используют:

  • отходы лесозаготовки, к которым относятся опилки, мелкая стружка, древесная кора и листва, также нередко применяют хвою, оставшуюся в результате деревообработки;
  • отходы предприятий, которые перерабатывают сельскохозяйственную продукцию;
  • солому, тростник, мелкие фракции торфяных грунтов;
  • птичий помет, который образуется в больших количествах 1–2 раза за сезон.

К плюсам усовершенствованного топлива относят небольшое содержание зольности, долгий срок службы и уменьшение эмиссии углекислого газа примерно в 10–15 раз. Производство топливных брикетов – модернизированный технологический процесс, посредством проведения которого удается склеить частицы между собой.

  1. Сначала сырье тщательно очищают, удаляя посторонние примеси. Также на данном этапе выполняют предварительное дробление древесных отходов на мелкие частицы.
  2. Далее проводят сушку материала. Важно опустить показатель влажности до 8–12%, чтобы получить желаемый результат.
  3. Отходы снова дробят с целью получения еще более мелких фракций, которые будет проще подвергнуть прессованию.
  4. Четвертый этап подразумевает обработку сырья паром для повышения показателя влажности до определенных значений.
  5. Только после этого приступают к прессованию материала посредством использования экструдеров – специальных установок.
  6. Затем готовые брикеты охлаждают и проводят финишную сушку.

Последний этап заключается в фасовке получившейся продукции.

Теперь подробнее об экструдере. Это машина, посредством которой удается через размягчение или плавление материала придать ему требуемую форму. Процесс представляет собой выдавливание спрессованной массы через предусмотренные отверстия.

Основными элементами конструкции пресса являются ниже перечисленные.

  1. Миксер. Обеспечивает эффективное перемешивание нескольких видов сырья и позволяет получить однородную смесь.
  2. Матрица. С ее помощью удается придать сырью необходимую форму.
  3. Пуансон. Оказывает давление на исходную смесь.
  4. Рабочий механизм, оснащенный приводом. Он необходим для перевода электрической энергии в механическую, представляющую собой усилие сжатия.
  5. Станина. Основание, на котором стоят остальные элементы конструкции.

Также в составе экструдера есть корпус, нагревательный элемент, шнек и головка для формирования брикетов определенной формы.

Пресс – особый аппарат, при помощи которого производят компактные и пригодные для длительного хранения и использования брикеты.

Разновидности прессов

Производители выпускают разные виды машин для производства топливных брикетов. По принципу действия агрегаты делят на две разновидности.

  1. Прерывистые брикетные установки. В этом случае оборудование повторяет один и тот же цикл: загружает сырье, сжимает и выпускает из формы готовый продукт. Число повторений не ограничено.
  2. Непрерывного действия. К этой категории как раз относятся экструдеры. Процесс производства брикетов происходит через подсыпку в установку сырья с последующим выдавливанием продукта. Также оборудование отвечает за разрезание брусков.

В свою очередь, экструдеры тоже делятся на разные группы.

Ручные

Такие мини-прессы представляют простую конструкцию из стальных элементов, в составе которой есть:

  • пресс-форма;
  • опорная часть;
  • поршень;
  • рукоять.

При необходимости такой экструдер можно собрать самостоятельно. К плюсам оборудования относят небольшой вес и удобство транспортировки. Агрегат больше подходит для работы с небольшими объемами.

Гидравлические

Отличаются наличием поршневого насоса, посредством работы которого удается отрегулировать производительность установки. Также конструкция включает электродвигатель и бак, в котором находится гидравлическое масло. Особенности станков:

  • прерывистый способ производства брикетов;
  • создание усилия для прессовки угля или другого сырья путем нагнетания масла в специальную полость;
  • высокое удельное давление – до 1500 кг/см2.

Для получения брикетов сырье загружают в пресс заранее рассчитанными порциями. После сжатия машина выпускает готовые пеллеты. Ключевым преимуществом гидравлического станка является небольшая цена. Также производители отмечают возможность изготовления брикетов в форме кирпича, что в разы упрощает транспортировку и хранение материала. Среди минусов выделяют небольшую производительность.

Ударно-механические

Предназначены для формирования брикетов по принципу ударной экструзии. Конструкция пресса включает поршень, который размещают горизонтально внутри насоса в форме цилиндра. Основные параметры подобных агрегатов:

  • способ изготовления материала – непрерывный;
  • рабочий орган – коленвал, оснащенный шатуном;
  • максимальное давление – 2500 кг/см2.

Оборудование относится к категории установок среднего сегмента, если рассматривать стоимость. При этом машина демонстрирует отличную производительность, способна работать с большими объемами сырья.

Отдельной категорией выступают шнековые экструдеры, посредством которых удается организовать беспрерывный поток изготовления брикетов. В качестве рабочего органа в машине выступает вращающийся шнек, а показатель максимального давления достигает отметки в 3000 кг/см2.

Работа пресса основана на принципе экструзии:

  1. шнек прессует смесь;
  2. компоненты выдавливаются в специальное отверстие – фильеру;
  3. коническая форма канала обеспечивает необходимое сжатие сырья, формируя брикет.

Похожее действие реализовано в процессе по вбиванию клина в щель. К плюсам шнековых машин относят:

  • производство брикетов высокой плотности, что позволяет добиться длительного горения и большей теплоотдачи материала;
  • повышенную производительность, благодаря которой удается за единицу времени получить больше брикетов, чем на гидравлическом устройстве;
  • надежную форму полена – 6-угольное сечение со сквозным отверстием в центре, что обеспечивает приток воздуха к внутренним слоям.

Материал, выпущенный шнековым экструдером, полностью сгорает и практически не оставляет после себя золы.

Единственный минус установки – высокая цена.

Рынок оборудования для производства топливных евродров представлен широким ассортиментом экструдеров. Поэтому не всегда бывает просто определиться с тем, какая модель будет более оптимальной для проведения надежного и быстрого процесса. При покупке пресса стоит учитывать ниже перечисленные моменты.

  1. Мощность двигателя. Она напрямую зависит от пропускной рычажной способности автоматического выключателя, который находится на вводе в дом, а также определяется сечением кабелей. Лучшим вариантом являются шнековые агрегаты: у них максимальный показатель производительности.
  2. Габариты. Для домашнего использования подойдут небольшие установки, можно отдать предпочтение экструдеру ручного типа.
  3. Объем производимого сырья. Если планируется беспрерывный выпуск брикетов, предпочтение стоит отдать крупным агрегатам с высоким показателем производительности. Для домашнего использования подойдут установки ручного типа, пригодные для формирования небольшого количества заготовок.

Покупка станка для евродров требует тщательного подхода. Дополнительно стоит учесть производителя и характеристики. Не стоит игнорировать отзывы людей, которые уже воспользовались приобретенным оборудованием. Специалисты не советуют обращать внимание на цену, так как она не является определяющим фактором.

Другое оборудование на линии

Топливные брикеты изготавливают из древесных отходов разного типа, а также из остатков биологического происхождения.

Самые жаркие изделия получаются при использовании масляных и злаковых культур.

Полноценная линия производства, помимо экструдеров, включает ряд дополнительных установок, каждая из которых отвечает за определенный этап.

Для производства качественных евродров используют также названные ниже приспособления.

  • Дробилки и измельчители. В основном применимы, если речь идет о формировании брикетов из соломы, древесных отходов. Установки такого типа направлены на тщательное измельчение сырья. Чем мельче будут частицы, тем более плотным получится брикет, а это значит, что его эксплуатационные характеристики тоже будут выше.
  • Калибраторы. С их помощью отсеивают частицы требуемых размеров, которые затем идут дальше на изготовление брикетов. Остальное сырье, не прошедшее отбора, направляют на дополнительную переработку.
  • Сушильные камеры. Здесь все просто: сырье наполнено влагой, и после измельчения необходимо позаботиться об уменьшении показателя влажности древесины. Только так удастся улучшить работу брикета. Стоит отметить, что сушильные камеры используют как до, так и после измельчения сырья. Чем суше будет брикет, тем лучше будут его свойства. Большинство установок дают возможность регулировки параметров.
  • Брикетировочный станок. Другими словами, экструдер, который делят на несколько видов. В зависимости от типа используемого оборудования разнится не только окончательная форма брикета, но также его характеристики. Современные модели повышают температуру в камере, проводят таким образом термическую обработку сырья с целью формирования защитной оболочки.
  • Упаковочная установка. Включается в работу на последнем этапе. Евродрова помещают в целлофан, чтобы предотвратить увлажнение готовых изделий и продлить таким образом срок их хранения.

При необходимости любой станок можно усовершенствовать. Для этого потребуется гидравлический домкрат или специальный пресс, тоже работающий на гидравлике.

Дополнительно для достижения желаемого результата стоит предусмотреть покупку крепежных материалов и других элементов будущей конструкции. Перед приобретением необходимых товаров рекомендуется изучить схему будущего станка, которую без труда можно найти в сети. Перечислим основные этапы модернизации.

  1. В качестве основания используют швеллеры, которые сваривают между собой. Стойками выступят уголки 100х100.
  2. Формовочной матрицей обычно делают стальную трубу с толстыми стенками. Диаметр определяют исходя из размеров изделий, которые планируется изготавливать. Дополнительно в трубе предусматривают отверстия диаметром в 4–5 мм, чтобы организовать своевременный вывод воды при сжатии.
  3. К матрице крепят съемное дно, которое будет использоваться впоследствии для извлечения готовых брикетов.
  4. Шток формируют из трубы диаметром 30 мм, которую дополнительно оснащают пуансоном. Второй конец трубы монтируют в гидравлический механизм.

Прежде чем загружать оборудование, следует тщательно перемешать смесь в матрице. Поможет в этом самодельный барабан, который изготавливают из листовой стали. Также можно воспользоваться уже существующим барабаном из стиральной машины.

Наконец, последним этапом становится сборка лотка с последующим монтажом. Конечно, подобное оборудование не позволит получить евродрова максимальной плотности. Зато установка оперативно справится с поставленной задачей.

Производство топливных брикетов — Ямальский ЛПК

Топливные брикеты — экологически чистое топливо с содержанием золы, как правило, не более 3 %. При их производстве используются отходы лесопильных производств.

 По теплоотдаче на единицу веса древесные топливные брикеты превосходят обычные дрова в 2-3 раза и практически равны каменному углю. При покупке топливных брикетов по минимальной цене (от 1 тонны) евродрова обойдутся Вам дешевле, чем эквивалентное по теплоотдаче количество дров.

 Длительность горения и тления — в 2-3 раза выше обычных дров.

 Брикеты безопаснее — горят без запаха, не стреляют и не искрят, практически не дают дыма, копоти, угарного газа и др. вредных веществ, в отличие от дров или угля. Не взрывоопасны при хранении, в отличие от газа, дизельного топлива и т.п.

         Древесные топливные брикеты типа «НЕСТРО» (далее брикеты), представляют собой цилиндры 50 мм в диаметре, длиной от 5 до 15 см., изготовленные из отходов древесины, не включают в себя никаких вредных веществ, в том числе клея и фальмадегиды.

Древесные брикеты имеют широкий спектр применения. Они могут использоваться, во  всех видах твердотопливных, воздухо-грейных и комбинированных котлах. При этом отлично горят и эффектно тлеют в каминах, грилях и т.п. Большой ценностью брикетов является постоянство температуры при сгорании (тлении) на протяжении 3 часов, а при их использовании, Вы и Ваша одежда останетесь чистыми, в отличие от торфобрикетов, угля и обычных дров.

Теплоотдача брикетов из древесных опилок 4600-5100 ккал или 19,3-21,4 MДж.

Сравнительные характеристики теплотворной способности некоторых видов топлива:
-дерево (твердая масса, влажная) ― 2450 кКал.
-дерево (твердая масса сухая) 2930 кКал.
-бурый уголь 3900 ― 4800 кКал.
-брикеты из древесных отходов 4600 ― 5100 кКал (фактические данные испытаний)
-черный уголь 5000 ― 6000 кКал. Антрацит – 7000 кКал.

Брикетом топить – лес сохранить.

Как было ранее замечено, производство брикетов налажено на отходах древесного производства. Основным компонентов для производства брикетов служат опилки. Другим положительным аспектом при использовании брикетов в виде топлива является их минимальное влияние на окружающую среду, при сгорании по сравнению с классическим твердым топливом при одинаковой теплотворной способности как, например уголь, но в 15 раз меньшим содержанием золы (макс 1. 0%), которую можно использовать в виде минерального удобрения.  Например:
― при сгорании бурого угля возникает от 40% до 55% золы
― при сгорании черного угля возникает от 30% до 45% золы

– при сгорании березовых дров возникает до 15%
― при сгорании древесных брикетов возникает 0,5-1% золы

Дополнительно к выше сказанному можно добавить, что при топке брикетами, Вы реально начинаете экономить время, требуемое для загрузки брикетов (примерно в 3 раза реже вы загружаете брикеты) и выгрузки золы (чистка не чаще 1 раза в неделю).

Считается, что дерево не приносит в атмосферу СО2, так как выделяемый при горении древесины СО2, это лишь тот угарный газ, что был поглощен при жизни растущим деревом.
Сравнение классического топлива с древесными брикетами по выделению СО2:
― кокс- содержание СО2 в 30 раз выше
― уголь- содержание СО2 в 50 раз выше

Сравнительная таблица по применению топливных брикетов.

Критерий

Брикеты

Березовые дрова

Каменный уголь

Природный газ

Дизельное топливо

Количество топлива для производства 16000 МДж энергии

542 кг

1567 кг

546 кг

503 м3

375 л

Теплотворная способность видов топлива, МДж/кг

26 ― 29,5

10,2

22-29,3

31,8

42,7

Зольность, %

0,5 ― 1,5

8 – 15

30 ― 45

-

-

Выделение СО2, кг/ГДж

-

-

94

55

71

Электричество

0

0

0

требуется

требуется

Экология

Для производства брикетов используются отходы деревопереработки, что позволяет сохранять леса для наших детей и очищать от отходов место своего проживания.

Ежегодно сотни тысяч кубометров леса сжигается на отопление. Леса это источник кислорода, кислород это источник жизни на земле. Рубим леса – губим себя.

Ежегодно 60 млн. тонн газа СО2 отравляет нашу планету создавая парниковый эффект. Остановимся и переработаем в топливо отходы деревопереработки.

Источник СО2. Смотри комментарий для каменного угля.

При попадание дизельного топлива в почву и воду, топливо отравляет все живое вокруг.

Примечание

Требуется малая площадь для размещения (1 тонна – 1,3 м3). Сохраняется чистота помещений при хранении и использовании. При горении брикетов не происходит искрообразование.

Требуется большая площадь для размещения, чем для брикетов (1 тонна ― 2 м3). Возможно искрообразование, что повышает риск возникновения пожара.

Трудно содержать в чистоте помещение для хранения угля и котельной. Для того чтобы топить углем, на 1 тонну угля потребуется около 3 м3 дров.

Стоимость газового отопления постоянно растет. Существует риск утечки газа.

Не будет работать при отсутствии электричества. Невозможно установить в жилом помещение ― будет неприятный запах. Дизельное топливо значительно дороже альтернативных видов топлива.

Как мы видим, брикеты устойчиво лидируют по совокупности показателей. Именно поэтому все больше владельцев промышленных помещений, частных домов и дач выбирают «евродрова», как альтернативу углю и обычным дровам.

Оборудование для производства топливных брикетов



Описание линии


угольные топливные брикеты

Данная линия производства топливных брикетов перерабатывает дерево, опилки, ветки, солому, стебли, кукурузные кочаны, ореховую скорлупу и другие подобные сельскохозяйственные отходы в топливные брикеты.

Данные древесные брикеты используются в качестве качественного чистого топлива. Топливо получается бездымным, незагрязненным, без запаха. Время горения данных угольных брикетов — в три раза дольше обычного угля. Содержание углерода: около 85%, калорийность: 7000-9000 ккал (сильно зависит от изначального сырья).
Данное топливо применяется в металлургической, химическом, пищевой промышленностях, а также в быту.

Есть три основных комплектации оборудования производства брикетов из опилок:
MT700 — 700 тонн в год (полуавтоматическая)
MT1500 — 1500 тонн в год (автоматическая)
MT3000 — 3000 тонн в год (автоматическая)

Состав линии

Мини завод по производству топливынх брикетов состоит из 3 основных агрегатов — дробилка сырья, сушилка, брекитеровщик. Если идет производство угольных брикетов, то требуется печь карбонизации. Технология производства:
1. Сырьё дробится до необходимого размера на дробилке.
2. Размельчённое сырьё сушится в сушилке, в зависимости от влажности. Некоторые виды сырья можно не сушить (сухая солома).
3. Сухое измельчённое сырьё экструзируется брикетировщиками, принимает конечную форму.
4. Брикеты карбонизируются в печке, выход готовой продукции.

Сушилка самостоятельно разгружает сырьё, её производительность равна четырём брекетировщикам. Брекитировщики автоматически регулируют температуру, могут изменить плотность брикетов.

Полуавтоматическая линия производительностью 700 тонн в год

Оборудование Кол-во Мощность
Измельчитель сырья 1 30 кВт
Сушилка измельчённого сырья 1 5. 5 кВт
Формующий брикетировщик 3 11 кВт
Печь карбонизации 3 1.5 кВт

Требуется работников: 2-5, в зависимости от автоматизации.

Данное оборудование изготовления топливных брикетов является полуавтоматическим. Для большей автоматизации необходимо приобретение вибрационное сито для измельчённого материала, ленточный конвейер, шнековый конвейер и шнековый распределитель.

Автоматическая линия производительностью 1500 или 3000 тонн в год

Печь карбонизации — возможно как приобретение железных печей, так и строительство печи на месте. Для помощи в строительстве печи и наладки линии завод посылает своих инженеров.


Автоматическая линия


Схема расположения автоматической линии топливных брикетов


Состав линии:
Оборудование К-во
Ременный транспортёр 1
Вибросито 1
Автоматический питатель 2
Печь для сушилки чертёж
Печь воздухопотоковая 2
Вентиляторы (для печи) 2
Трубопровод для печи 2
Циклонный сепаратор 2
Установка пожаротушения 1
Бак хранения и транспортировки сырья 1
Транспортная труба 2
Винтовой брикетировщик 10
Сетковый транспортёр 2
Установка вывода дыма 1
Печь карбонизации чертёж


Печь карбонизации для угольных брикетов


Технологический процесс автоматического производства топливных брикетов


Измельчитель сырья

Измельчитель сырья используется для дробления изначального материала до необходимого размера с целью последующей обработки.

Сушилка

Данная сушилка используется для высушивания измельчённого материала с целью последующего брекитерования.

Принцип действия: Сушилка имеет змеевидную форму. Перед сушилкой расположено подающее устройство — камера с шнековым податчиком. В змеевидной трубе материал под действием горячего воздуха высушивается и перемещается. В конце сушилки расположен циклонный сепаратор, который разделяет материал по размеру.

Состав: сушилка состоит из нагревателя воздуха, подающего механизма, змеевидной трубы, циклонного сепаратора и вентилятора.

Модель SJ-1 SJ-2 SJ-3
Мощность (кВт) 3 5.5 11
Камер (шт) 2-3 2-3 2-3
Производительность (т/час)
с 45% влажных опилок до 15%
0. 3-0.4 0.6-0.8 1-1.2
Способ нагрева Уголь или органика Уголь или органика Уголь или органика
Занимаемая площадь 50 м 50 м 50-60 м
Вес (тонн) 1.2 1.8 2.5

Брикетировщик


Брикетировщик служит для выдавливания (экструзирования) брикетов из сухого органического материала. Полученный брикет необходимо карбонизировать в печи коксования.


Шнек и форма брикетировщика
Производительность >100 кг/час >140 кг/час
Мощность двигателя 11 кВт 11 кВт
Мощность нагрева 4. 5 кВт 4.5 кВт
Размер брикетов Φ50 X 15 мм Φ55 X 15 мм

Печь карбонизации

Данная печь карбонизации используется для коксования топливных брикетов после их формования.


Готовые угольные брикеты после коксования

Видео

Видео работы оборудования для брикетов на разных заводах


Оборудование для древесных брикетов

Оборудование для производства топливных брикетов: брикетирования

  1. Главная
  2. Оборудование для брикетирования

Важно! Изготовим и доставим наше оборудование в любою точку Молдовы, Украины, Белоруссии, России, Армении, Азербайджана, Грузии, Казахстана, Узбекистана, Кыргызстана, Туркменистана, Таджикистана.

Брикетирование – это процесс прессования сырья (опилок, лузги, соломы) под действием высоких температур с целью придания ему удобной для потребителя формы брикета.

 

Технология брикетирования

Чтобы получить на выходе брикеты высокого качества, с максимальными показателями теплоемкости, сырье должно быть хорошо измельчено, просушено и спрессовано.

Сначала сырье измельчается и высушивается. Это подготовительный этап. Влажность сырья к моменту формирования брикетов не должна превышать 12%.

Процесс прессования происходит под высоким давлением при температуре 280–400⁰С. От действия высокой температуры показатель влажности еще уменьшается. Влажность готового брикета не превышает 3–6%.

Такой способ брикетирования позволяет обойтись без дополнительных связующих веществ. В составе брикетов присутствует лишь натуральное связующее вещество – лигнин, который содержится в клетках растительной биомассы, предназначенной для брикетирования. Такая технология обеспечивает экологическую чистоту процесса производства и самого продукта.

 

Оборудование для брикетирования

Оборудование для производства топливных брикетов из опилок, стружки, соломы и других видов биомассы, состоит из аэродинамической сушилки и шнекового пресса. Если сырье требует дополнительного измельчения, в комплектацию линии для брикетирования может входить измельчитель.

Качество брикетов

Качественные топливные брикеты должны быть плотными (для удобной транспортировки и использования) и иметь максимальную теплоотдачу.

Плотность и форма, влияющие на их потребительские показатели, достигаются за счет максимального прессования и сушки сырья. Хорошо спрессованные брикеты похожи на дрова, но использовать их гораздо удобнее. Брикеты обладают более высокой теплоемкостью, что делает их применение экономически более выгодным, чем традиционных видов топлива.

Проектирование линии брикетирования

Качество производимых брикетов зависит от всех этапов производства, а не только от завершающего – формования и уплотнения сырья. Поэтому, во время планирования производства и проектирования линии, нужно знать:

  • Какое сырье будет использоваться для производства топливных брикетов: древесные отходы (опилки, стружка, щепа), лузга подсолнечника, солома?
  • Каковы его фракция и влажность?
  • Сколько сырья необходимо переработать?

Исходя из этого, определяются состав, мощность и другие технические характеристики оборудования для производства брикетов. Ответив на перечисленные выше вопросы, Вы сможете решить, нужна ли будет на Вашем производстве дробилка (измельчитель), какой тип пресса выбрать, оборудование какой мощности и производительности необходимы именно Вам.

Шнековые прессы

Хотя для производства топливных брикетов используются различные виды прессования (и, соответственно – прессов), самыми популярными стали шнековые. Их несомненные преимущества перед другими видами – простая конструкция, несложное управление и, как следствие этого – высокая надежность.

Шнековые прессы идеальны для небольших производств, где объем перерабатываемого сырья не превышает 500 килограмм в час.

Процесс прессования происходит автоматически: сырье подается в пресс при помощи специального механизма. Процесс производства контролируется автоматически, практически не требуя внимания обслуживающего персонала. Все это снижает стоимость продукции и обеспечивает безопасность людей, работающих на производстве.

Заказ оборудования для брикетирования

Производство топливных брикетов, как и любое другое, требует неукоснительного соблюдения технологии. Поэтому покупать оборудование для брикетирования лучше у профессионалов, имеющих опыт в данной отрасли, владеющих всей необходимой информацией и способных ответить на все интересующие Вас вопросы. Компания EcoTronex готова предложить вам выгодные условия изготовления и поставки высокотехнологичного оборудования полностью соответствующее вашим индивидуальным потребностям.

Мы успешно продаем свою продукцию как в Молдове, так и в странах Евросоюза, России и СНГ и успели зарекомендовать себя как надежных поставщиков.

Брикетирование — обзор | ScienceDirect Topics

7.8 Интегрированный комплекс

Сельские населенные пункты в развивающихся странах подключены к питьевому водоснабжению без канализационной системы. В других местах городских и пригородных населенных пунктов нет сетей очистки сточных вод. Вместо этого под каждым домом построен септик, в который сточные воды собираются или подключаются напрямую к ближайшему каналу через трубу из ПВХ. Некоторые жилища перекачивают свои сточные воды из септика в канализационную машину один или два раза в неделю и сбрасывают их в другом месте, обычно в отдаленном месте.

Вообще в этих поселках образуется огромное количество сточных и твердых отходов, как коммунальных, так и сельскохозяйственных. Из-за отсутствия канализационной системы и системы сбора твердых бытовых отходов сточные воды, а также мусор сбрасываются в водоканалы. Это, а также сжигание сельскохозяйственных отходов в поле вызывают загрязнение почвы, воды и воздуха, а также проблемы со здоровьем. Некоторые каналы используются для орошения, другие каналы используются в качестве источника воды для питья.

Сельские общины имеют сельскохозяйственные традиции на протяжении тысячелетий и планы на будущее по расширению.Чтобы объединить старые традиции с современными технологиями для достижения устойчивого развития, отходы следует рассматривать как побочный продукт. Основными проблемами, с которыми сталкиваются сельские районы в настоящее время, являются сельскохозяйственные отходы, сточные воды и твердые бытовые отходы. Они представляют собой кризис устойчивого развития сельских сел и национальной экономики. Тем не менее, было проведено несколько исследований по использованию сельскохозяйственных отходов для компостирования и/или корма для животных, но ни одно из них не было реализовано в устойчивой форме.В этой главе все основные источники загрязнения/отходы, образующиеся в сельской местности, объединены в один комплекс, называемый экологическим сельским парком (ERP) или экологически сбалансированным сельским комплексом отходов (EBRWC) для производства удобрений, энергии, кормов для животных и других продуктов в соответствии с рынком. и нужно.

Идея интегрированного комплекса заключается в объединении вышеперечисленных технологий под одной крышей, объекта, который поможет утилизировать все сельскохозяйственные отходы наиболее подходящей техникой, соответствующей характеристикам и форме отходов.Суть этого комплекса заключается в распределении отходов по четырем основным технологиям – корм для животных, брикетирование, биогаз и компостирование (ABBC) – поскольку это может варьироваться от одной деревни к другой в зависимости от потребности и рынка сбыта продукции. Комплекс является гибким, и количество выхода кондиционера почвы, брикетов и корма для животных можно контролировать каждый год в соответствии с ресурсами и потребностями.

Распределение этих отходов по четырем технологиям (ABBC) должно основываться на:

Необходимость утилизации всех сточных вод (0.5–1,0 % твердого вещества) с использованием биогазовой технологии.

Добавление сельскохозяйственных отходов в сточные воды для доведения содержания твердых частиц до 10 % в биогазовой системе.

Производство биогаза для работы брикетировочной машины и другого электрооборудования.

Смешивание удобрений из биогазовой установки (разложившиеся органические вещества) с компостом для повышения питательной ценности.

Использование стеблей хлопчатника в технике брикетирования, так как они твердые и громоздкие для всех других методов и имеют высокую теплотворную способность.

Исходя из вышеперечисленных критериев, экологически сбалансированный сельский мусорный комплекс (ЭБСК) будет объединять все отходы, образующиеся в сельской местности, в один комплекс для производства ценных продуктов, таких как брикеты, биогаз, компостирование, корма для животных и другие методы переработки для твердые отходы, в зависимости от наличия отходов и в соответствии со спросом и потребностью.

Блок-схема, описывающая поток материалов от отходов к продукту, показана на рис. 7.2. Во-первых, сельскохозяйственные отходы собираются, измельчаются и складируются, чтобы гарантировать непрерывную подачу отходов в комплекс. Затем в соответствии с желаемой производительностью сельскохозяйственные отходы распределяются по четырем основным технологиям. Биогаз должен быть рассчитан на производство достаточного количества электроэнергии для комплекса; вторичный выход биогаза (навозной жижи) смешивается с компостной кучей для добавления влаги и улучшения качества компоста. И, наконец, брикеты, комбикорм и компост — основная продукция комплекса.

РИСУНОК 7.2. Схема движения материалов

Экологически сбалансированный сельский мусорный комплекс (ЭБСК), показанный на рисунке 7.3 можно определить как выборочный набор совместимых видов деятельности, расположенных вместе на одной территории (комплексе) для минимизации (или предотвращения) воздействия на окружающую среду и затрат на очистку сточных вод, твердых бытовых отходов и сельскохозяйственных отходов. Типичный пример такого комплекса сельских отходов состоит из нескольких совместимых технологий, таких как кормление животных, брикетирование, анаэробное сбраживание (биогаз), компостирование и другие методы переработки твердых отходов, расположенных вместе в комплексе сельских отходов. Таким образом, EBRWC является самодостаточной единицей, которая получает все свои ресурсы из сельских отходов, добиваясь нулевого уровня отходов и загрязнения.Тем не менее, некоторые выбросы могут быть выброшены в атмосферу, но этот уровень выбросов будет значительно меньше, чем выброс от необработанных отходов, поступающих на сельский мусорный комплекс.

РИСУНОК 7.3. Блок-схема EBRWC

Основой EBRWC является извлечение материалов путем вторичной переработки. Типичный сельский мусорный комплекс будет использовать все сельскохозяйственные отходы, сточные воды и твердые бытовые отходы в качестве источников энергии, удобрений, кормов для животных и других продуктов в зависимости от состава твердых бытовых отходов.Другими словами, все неиспользуемые отходы будут использоваться в качестве сырья для получения ценного продукта в соответствии со спросом и потребностью в сельском мусорном комплексе. Таким образом, сельский комплекс отходов будет состоять из ряда таких совместимых видов деятельности, причем отходы одного из них будут использоваться в качестве сырья для других, не образуя внешних отходов комплекса. Этот метод позволит производить различные продукты, а также предохранит сельскую среду от загрязнения сельскохозяйственными отходами, сточными водами и твердыми отходами.Основным преимуществом комплекса является помощь народному хозяйству для устойчивого развития сельской местности.

Система сбора и транспортировки является важнейшим звеном в комплексном комплексе утилизации сельскохозяйственных отходов и сточных вод. Это связано с неравномерным распределением сельскохозяйственных отходов в зависимости от сезона уборки урожая. Эти отходы необходимо собирать, измельчать и складировать в кратчайшие сроки, чтобы избежать захвата сельскохозяйственных угодий, распространения болезней и пожаров.

Сточные воды не создают проблем при транспортировке, так как транспортируются по подземным трубам из магистральной канализационной трубы поселка в систему. Сточные воды также можно транспортировать ассенизаторскими автомобилями, которые наиболее распространены в сельской местности, поскольку трубопроводы могут оказаться дорогими.

Твердые бытовые отходы

Твердые бытовые отходы представляют кризис для сельской местности, где люди сбрасывают свои отходы в водоканалы, вызывая загрязнение воды, или сжигают их на улице, вызывая загрязнение воздуха.Твердые бытовые отходы состоят из органических материалов, бумаги и картона, пластиковых отходов, консервных банок, алюминиевых банок, текстиля, стекла и пыли. Количество меняется от одной сельской общины к другой. Очень трудно организовать перерабатывающие предприятия в сельской местности, где количество отходов невелико и меняется от одного места к другому. Рекомендуется иметь перегрузочные станции в каждом сообществе для разделения отходов, их уплотнения и передачи в ближайший центр переработки, как описано в Главе 5.Перегрузочная станция состоит из сортировочного конвейера, который отделяет все ценные отходы от органических отходов, которые затем уплотняются гидравлическим прессом. Собранные органические отходы можно смешивать с другими сельскими отходами для компостирования или получения биогаза, как описано выше.

Продукция EBRWC представляет собой ценные и необходимые товары. EBRWC является гибким и может быть скорректирован с помощью соответствующих расчетов для каждой деревни; кроме того, входы и выходы комплекса могут корректироваться каждый год в соответствии с основными культурами, выращиваемыми в деревне, которые обычно меняются из года в год.Ключевым элементом успеха этого решения является интеграция этих технологий ABBC, чтобы гарантировать наиболее эффективное использование каждого типа отходов.

Брикеты для ульев (технология биобрикетов)

Описание технологии

Брикет для улья представляет собой твердое топливо, изготовленное из угля, полученного путем карбонизации остатков биомассы. Он используется в качестве заменителя дров или керосина для приготовления пищи или отопления помещений. Технология изготовления ульевых брикетов предусматривает частичную карбонизацию отходов биомассы, смешивание полукокса со связующими с последующим брикетированием.Для изготовления брикета в виде улья из глиняной смеси используется специальная металлическая форма, показанная на рисунке ниже. Отходами биомассы могут быть листья, ветки, ветки или любые другие виды отходов лесного хозяйства и сельскохозяйственных отходов. Этот улей, также известный как соты, брикеты намного превосходят любые другие формы брикетов. Для печи используется только один брикет, который обеспечивает чистое сжигание газа, как сжиженный газ. Помимо удобства, на них приятно смотреть, они подходят как для приготовления пищи, так и для обогрева помещений.Его очень легко зажечь, и он не производит много дыма на кухне, за исключением первого зажигания. Брикет имеет цилиндрическую форму, диаметр 130 мм и высоту 90 мм. В его корпусе 19 отверстий, каждое диаметром 13 мм. Из-за этого его называют ульевым брикетом. Поскольку брикет для улья изготовлен из биомассы, он не выделяет дыма, кроме как во время воспламенения. Брикет из улья можно использовать для приготовления пищи в домашних условиях и для обогрева помещений.Одного брикета хватает на час-полтора, поэтому одного брикета достаточно для приготовления полноценного обеда на семью из пяти человек, используя его вместо дров.

Особенности

Используется в качестве заменителя дров или керосина для приготовления пищи или отопления помещений. Особым спросом на эти брикеты пользуются для массажа младенцев и кормящих мам.

Ключевые слова (максимум 5)

Брикет улья, отходы биомассы, карбонизация, бентонитовая глина, Барабан для обжига

Преимущества/Преимущества

Технология проста, не загрязняет окружающую среду и не наносит вреда окружающей среде.Это бездымное бытовое топливо легко воспламеняется с устойчивым равномерным горением. Он может заменить топливную древесину и другую импортную нефть

.

Области применения/Возможности для бизнеса

Брикеты из пчелиного улья можно использовать как для приготовления пищи в домашних условиях, так и для обогрева помещений. Эти брикеты улья превосходят любую другую форму брикетов. В печи используется только один брикет, который обеспечивает чистое сжигание газа, как сжиженный газ. Девятка

Список используемых компонентов

a) Печь с вертикальным барабаном или барабан для обжига b) Форма для брикетирования c) Измельчитель древесного угля (электрический) d) Механическая мешалка или ручное перемешивание e) ручные инструменты, лопаты, ведра, корыта и т. д.

Наименование компонента

Не

Материалы/компоненты

рупий. 67 000/-

Активы

рупий. 67,000/- [ N.B. 1 доллар США = непальская рупия примерно 83,0]

Оборотный капитал

рупий. 43880/- в т.ч. оплата труда за I месяц

Компоненты, которые уже есть в наличии

Земляной сарай

Стоимость рабочей силы

рупий. 39,000/- в месяц

Прочие расходы

9480 рупий/- включая амортизацию оборудования

Транспорт

рупий.2000/- за грузовик для продажи брикетов.

Всего инвестиций

67 000 рупий/- и дополнительные расходы на землю, сарай и т. д.

Условия передачи технологии

Наименование организации

Исследовательский центр прикладных наук и технологий (RECAST)

Адрес/Почтовый индекс

Исследовательский центр прикладных наук и технологий (RECAST) Университет Трибхуван, Киртипур, Катманду.

Телефон/факс

977-1-4330348 Факс:977-1-4331303

Изучение возможностей и будущего технологии брикетов из биомассы для устойчивой энергетики

* Автор корреспонденции: Айшвария С., Департамент текстиля и одежды, Авинашилингамский институт домоводства и высшего образования для женщин, Тамилнад, Индия, тел.: +91 87549, электронная почта: [email protected]

Дата получения: 27 ноября 2018 г. / Дата принятия: 11 декабря 2018 г. / Дата публикации: 17 декабря 2018 г.

Ключевые слова: биомасса; Брикет; Органические отходы; управление отходами; Утилизация отходов; Брикетирование

Введение

Увеличение количества твердых отходов представляет собой серьезную угрозу в современном мире.Это вызывает большую озабоченность в наименее развивающихся странах (НРС) из-за проблем со здоровьем и окружающей средой, связанных с удалением отходов. Наблюдение за 52% органических отходов и 26% вторсырья, которые фактически могут быть переработаны, это игнорирование переработки отходов и неэффективность существующей системы управления отходами является центральной темой этой статьи [1]. В текущем сценарии постоянно растущих цен на топливо мы видим, что дрова и СУГ становятся слишком дорогими, а в случае прежнего материала — загрязняющим веществом.Мы не можем позволить себе больше рисковать с и без того тревожными изменениями парниковых газов и озона [2]. Чрезмерная эксплуатация природных ресурсов является результатом увеличения численности населения, что подразумевает рост спроса на новые источники энергии. Многократно растущая цена на топливо — еще одна важная движущая сила, вызывающая необходимость изучения инновационных источников энергии.

Биомасса

Биомасса – это природный материал, который можно использовать в качестве источника топлива. Такие органические отходы могут либо разлагаться микроорганизмами (биохимически), либо термически уплотняться (термохимически) для преобразования в форму энергии.Последний выбирается при брикетировании биомассы. Преимущества использования биомассы заключаются в использовании свободной биомассы и, таким образом, предотвращении загрязнения воздуха. В такой биомассе будет больше кислорода и меньше углерода, что является хорошим свойством для брикета [3]. Процесс помогает увеличить плотность и долговечность брикета, так как задействовано давление 1000 кг/м3. Кроме того, важным фактором является то, что различные отрасли промышленности по всему миру используют уголь для обогрева/обогрева, что приводит к выбросу парниковых газов, что станет причиной климатических изменений.Это брикетирование биомассы станет хорошим источником дохода для сельских жителей в дополнение к обеспечению экологически чистой энергии с устойчивостью.

Природа биомассы

Отходы природы, такие как листья, древесина, древесные отходы, сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства и водные отходы, могут быть использованы в качестве брикетов биомассы ( Рисунок 1 ). Они обычно доступны бесплатно или по низкой цене. В такой стране, как Индия, с большим разнообразием флоры и фауны, неограниченный источник природных ресурсов открывает перспективы для переработки органических отходов в источник энергии. Обычно природные материалы состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и золы [4].

Как правило, биомассу нельзя использовать напрямую, так как она рыхлая, имеет неравномерную форму и низкую плотность. Послеуборочный период фермеры считают их огромной проблемой, учитывая время, затрачиваемое на разложение, сжигание или захоронение на свалке, и место, занимаемое при хранении отходов [5]. Выбор сырья огромен и разнообразен. Сюда входят опилки, шлифовальная пыль, второстепенные куски дерева, кора и ветки деревьев, сосновые иголки, дикая трава, кофейная шелуха, отходы подсолнечника, рисовая шелуха, скорлупа арахиса, скорлупа миндаля, стебли хлопка, жмых сахарного тростника, листья, мусор и безграничные возможности природы.Прочая бамбуковая пыль, шелуха/стебли горчицы, сосновые иглы, отходы сахарного завода, отходы джута, сердцевина кокосовой пальмы и другие отходы и остатки, такие как скорлупа клещевины, стебли красного грама, стебли табака, чайные отходы, пыль шлифовальной машины, кора деревьев, дикие травы и кустарники. .

Брикетирование

Брикет из биомассы используется в бедных развивающихся странах в качестве альтернативы топливу для приготовления пищи. Из-за технических ограничений и недостатка знаний технология брикетирования не очень популярна в различных частях мира. Возникновение эксплуатационных проблем и различное качество сырья являются важными факторами снижения популярности технологии брикетирования.Это метод, который включает прессование мелких частиц органических отходов со связующим в течение определенного периода времени, в результате чего получают гранулы или брикеты (, рис. 2, ).

Преимущества брикетирования

Брикеты имеют более высокую теплотворную способность, низкую зольность и равномерную скорость сгорания, а также дешевле угля. Низкая влажность и высокая плотность брикетов обеспечивают лучшую эффективность котла. Нефть, уголь, бурый уголь, однажды использованные, не могут быть заменены, но брикеты биомассы могут быть переработаны в качестве компоста. Отсутствие в брикетах серы, золы-уноса делает их экологически чистыми [6]. Дополнительным преимуществом является структура идеального размера для полного сгорания. Брикеты имеют низкое дымление без запаха и устойчивое пламя. Существует хорошая воля к тому, чтобы нести экологически чистый ярлык, потому что сокращение до сих пор загрязняющих отходов формирует главную цитату для маркетинга и его популярности.

С другой стороны, брикеты могут быть альтернативой дизельному топливу, керосину, мазуту, лигниту, углю и дровам [7]. Каждая промышленность и домашнее хозяйство используют топливо и энергию, средства использования альтернативного топлива, такого как брикеты из биомассы, могут быть очень обнадеживающими для сектора возобновляемых источников энергии в мире.Готовый рынок, высокая прибыль, хороший потенциал роста, широкий выбор сырья, легкодоступность сырья делают брикетирование легким выбором. Простота хранения и транспортировки, заменитель угля, являются основными причинами для рассмотрения брикетов из биомассы в качестве альтернативы энергии.

Процесс брикетирования

Ожидается, что влажность сырья будет менее 12%. Чтобы снизить значение в случае высокой влажности, его можно сушить на солнце или использовать роторную/турбосушилку на биомассе [8].Собранные агроотходы обычно собирают и подвергают дроблению, затем сушке и дальнейшему брикетированию. Путь проходит от шнекового конвейера к бункеру, затем к купе через двигатель. По мере увеличения сжатия, повышения давления и температуры лигнин действует как естественное связующее и способствует уплотнению. Продукт будет извлечен, а затем охлажден для получения готового продукта ( Рисунок 3 ).

Методы брикетирования

Существует три метода брикетирования: гидравлический, штамповочный и винтовой брикетный пресс ( Рисунок 4 ).Каждый из них имеет сырье разного размера и влажности, плотности, емкости, энергии, срока службы пресс-формы, ПЛК, шума, рабочей среды и пользователей, которые перечислены в таблице 1 ниже.

  Гидравлическая машина для брикетирования Брикетировочная машина штамповочного типа Машина для брикетирования с винтовым прессом
Размер исходного материала / мм 3-20 мм 3-20 мм 3–5 мм
Требуемая влажность сырья 6%-18% 10%-20% 8%-12%
Описание продукта
Φ=70 мм

Φ=70 мм
Пеллеты: 8 мм, 10 мм, 22 мм, 30 мм

Φ=40 мм, 50 мм, 60 мм, 70 мм
Плотность продукта/ г/см 3 0.8-1.2 0,9-1,3 1-1,3
Производительность/ кг/ч 125 800-1200 180-1000
Потребление энергии/кВт/т 40-60 40-50 70-80
Срок службы формы 1000–1500 ч, охлаждение не требуется для пресс-формы 1000–1500 ч, требуется охлаждение для формования 1500-2000
ПЛК да Да и виброустойчивость н/д
Шум Ниже 70 дБ Выше 85 дБ Около 80 дБ
Рабочая среда Без пыли Без пыли С дымом и пеплом
Пользователи Высокие требования с автоматическим управлением и рабочей средой, сложный компонент сырья. Высокая производительность (1-5 т/ч) Как правило, брикеты далее перерабатываются в брикеты древесного угля

Таблица 1: Различные типы брикетировочных машин и характеристики каждого из них.

Испытание брикетирования биомассы

Содержание влаги в сырье является наиболее важным параметром при выборе источника брикетирования биомассы. Экспресс-анализ и содержание влаги при 100 градусах Цельсия.Теплотворная способность представляет собой теплотворную способность брикета из биомассы. Его можно найти с помощью бомбового калориметра. Другие тесты включают температуру пламени, термогравиметрический анализ, время воспламенения, время горения, отсутствие токсичных газов в сожженном брикете биомассы, связанный углерод, плотность брикета, зольность, летучие соединения в газе [4,9].

Применение брикетов из биомассы

Брикеты из биомассы могут использоваться в текстильной промышленности, полиграфии, молочной промышленности, керамических, химических и экстракционных установках, кожевенной промышленности, производстве кирпича и тепловых установках. Lehra Fuel Tech Pvt. Ltd, Пенджаб (одобрено IREDA) является одним из крупнейших производителей брикетов в Индии [10].

Компании, занимающиеся брикетированием

Биомасса может быть переработана в гранулы или брикеты. Есть много успешных компаний, которые работают с этим, а именно: German Pellets, Enviva, Pinnacle Renewable Energy Group, Pacific BioEnergy Corporation, Выборгская целлюлоза, Rentech, Graanul Invest Group, RWE Innogy, Lignetics, E-pellets, Drax Biomass, General Biofuels, BlueFire. Renewables, Pfeifer Group, Biomass Secure Power, Viridis Energy, Westervelt, Energex, Fram Renewable Fuels, Protocol Energy, Premium Pellet Ltd., Гранулы LG, Enova Energy Group, Древесные пеллеты Corinith, Древесные пеллеты из штата Мэн, Аппалачские древесные пеллеты, Bear Mountain Forest Prod, Агропеллеты, West Oregon Wood Prod, Bayou Wood Pellets, Neova Vaggeryd, Aoke Ruifeng, DEVOTION, Sinopeak-bioenergy, Senon Renewable Energy, Equstock, Weige Bio-tech Energy, New Biomass Holding LLC, Verdo Renewables и Binderholz [10,11].

Исследовательские исследования по получению энергии за счет брикетирования

Многие исследования проводятся по использованию органических отходов для брикетирования.Водяной гиацинт, самое быстрорастущее растение, может быть экономичным, экологически чистым и считается эффективным материалом для брикетирования. Материал может быть использован в качестве агента совместного сжигания на электростанциях, участвующих в производстве энергии. Остатки биомассы в виде брикетов имеют прогрессивное будущее, так как зола после сжигания может быть использована в качестве компоста для улучшения почвы растений с лучшими химическими и гидрофизическими свойствами [12]. Изучение технологии брикетирования позволяет найти экономически выгодное и экологически безопасное решение.Исследование было проведено с использованием отходов хлопкоочистки для брикетирования и показало, что 52% потребности компании в тепле может быть удовлетворено за счет этого нового источника, альтернативного мазуту [6,13].

Также можно сравнить размер частиц, давление прессования и качество брикетов. Уменьшенный размер частиц и повышенное давление снизили скорость горения. Вместо использования потенциального источника энергии путем сжигания и выделения парниковых газов можно провести исследования для повышения эффективности и качества производимых брикетов из биомассы.Поскольку биомасса изготовлена ​​из материалов, которые помогают уменьшить содержание CO 2 в воздухе, они считаются нейтральными по отношению к CO 2 . Обращение с отходами в этой технике также является гигиеничным [5,12].

Изделие из соломы, рисовой шелухи и опилок также может быть объединено в брикет по технологии составного рычажного (деревянного) пресса, который уплотняется без помощи тепловой энергии. Комбинация связующего и биомассы варьировалась и тестировалась. Соотношение связующего и биомассы снижает теплотворную способность, летучесть, влажность, зольность (древесина имеет минимальную зольность), связанный углерод увеличивается [11]. Исследования были сосредоточены не только на соломе и шелухе, но и на ветках, падающих с деревьев. Другое исследование использования веток Pterocarpus indicus для брикетирования объясняет, что веточки были смешаны с крахмалом тапиоки в различных пропорциях, из которых 90:10 имеет самую высокую теплотворную способность. Доказано, что чем меньше размер частиц, тем выше качество брикета. Эксперименты также подтвердили, что чем выше давление, тем лучше качество брикета. Частицы размером 60 меш уплотняли при давлении 2 МПа.Температура пламени 515°С, время воспламенения 251 секунда, время горения 6590 секунд и скорость горения 0,00303 г/сек [5].

Рисовая и кофейная шелуха, маниока и глина в качестве связующих были превращены в брикеты. Физические свойства, прочность при падении и теплотворная способность зависят от типа используемого связующего. Механическую целостность и целостность брикета при хранении можно определить с помощью испытания брикета на падение. ВТС маниоки с кофейной и рисовой шелухой составляли 22-23 МДж/кг и 16-17 МДж/кг. Для глины с кофейной и рисовой шелухой значения составили 13-20 МДж/кг и 10-14 МДж/кг.По сравнению с глиной и маниокой последний проявил себя как превосходное связующее с пределом прочности при падении до 94%.

Скорлупу арахиса и отходы сахарного тростника (багассу) смешивали с мукой из маниоки (тапиоки) и пшеничной мукой в ​​качестве связующих веществ. Два типа, а именно карбонизированный и некарбонизированный, были взяты и сопоставлены при двух разных уровнях давления. Отобранные источники (агроотходы) карбонизировали и 1000 г полученного материала (биоуголь из скорлупы арахиса и багассы) смешивали с 30, 50, 70, 90 г вяжущих и брикетировали при низком давлении.Другой комплект брикетов высокого давления был разработан со связующим и без него. Образец 1 содержал 1000 г скорлупы арахиса без связующего, образец 2 с 250 г связующего из муки маниоки, образец 3 с 250 г связующего из пшеничной муки, брикетированного при высоком давлении 230 МПа. Теплофизические свойства оценивали с помощью термогравиметрического анализа. Бомбовый калориметр для определения теплотворной способности. Также была проверена температура пламени. Испытание на падение было проведено для проверки уплотнения частиц в брикете.Было обнаружено, что теплотворная способность и прочность при падении ненауглероженных брикетов являются хорошими со значениями 16 МДж/кг и 99%. Карбонизированные брикеты из отходов скорлупы молотых орехов и багассы имеют теплотворную способность 21-23 МДж/кг [9].

Рисовые отруби, шелуха и пальма были брикетированы с использованием местного многопоршневого пресса. Отруби-отруби и все три отруби-оболочка-пальма обладали хорошими топливными свойствами ( Рисунок 5 ). Результаты показали, что теплотворная способность меньше, чем у древесного угля, а также меньшее время запуска [9].

Заключение

Брикетирование или гранулирование – это процесс улучшения характеристик биомассы как возобновляемого источника энергии путем уплотнения. Уплотнение означает меньший объем, необходимый для того же количества выходной энергии. Брикетирование сырья должно иметь цель повысить ценность существующего продукта. Это может быть снижение транспортных расходов или возможность использования материала в качестве топлива, цель должна быть ясной. Крошечный размер частиц (от 60 до 1200 кг/м3), повышение эффективности горения на 40%, отсутствие дыма и золы и простота транспортировки являются ключевыми факторами в продвижении брикетов для энергосбережения.

Ссылки
  1. Bundhoo ZMA (2018) Управление твердыми отходами в наименее развитых странах: Текущее состояние и проблемы. J Mater Cycles Waste Manag 20: 1867-1877.
  2. Мухаммед С.Н., Мухаммед А.А., Абдул Н., Анджум М. (2016) Проектирование и изготовление экструдера для биомассы с диаметром брикетов 50 мм. Innov Ener Res 5: 128.
  3. Акхирадж Б., Анирбан С., Димбендра К. (2018). Экспериментальное исследование по улучшению свойств топлива из биомассы методом брикетирования.Int J Innov Res Sci Eng Technol 7: 9431-9438.
  4. Джадхав П.В., Шашикант Д., Кедарнатх С. (2016). Система брикетов из биомассы: экологически чистые тепловые энергетические ресурсы. Int J Innov Res Sci Eng Technol 5: 1165-1171.
  5. Anggono W, Sutrisno, Suprianto FD, Evander J, Gotama GJ (2018) Исследование брикетов биомассы из отходов веток pterocarpus indicus в качестве альтернативной возобновляемой энергии. Int J Renew Energy Res 8: 1393-1400.
  6. Хуанг Б., Чжао Дж., Гэн Й., Тянь Й., Цзян П. (2017) Выбросы парниковых газов, связанные с энергетикой, в текстильной промышленности Китая.Ресурс Консерв Рецикл 119, 69-77
  7. Резания С., Понрадж М., Дин М.Ф., Сонгип А.Р., Сайран FM и др. (2015) Разнообразное применение водного гиацинта с упором на устойчивую энергетику и производство для новой эры: обзор. Обновите Sust Energ Rev 41: 943-954.
  8. Лубвама М., Йига В.А. (2018) Характеристики брикетов, изготовленных из рисовой и кофейной шелухи для домашнего приготовления пищи в Уганде. Возобновить энергию 118: 43-55.
  9. Ndindenga SA, Mbassib JEG, Mbachamc WF, Manfula J, Graham-Acquaaha S, et al.(2015) Оптимизация качества брикетов из побочных продуктов переработки риса. Energy Sustain Develop 29: 24-31.
  10. Лубвама М., Йига В.А. (2017) Разработка скорлупы арахиса и брикетов жома в качестве устойчивых источников топлива для приготовления пищи в домашних условиях в Уганде. Renew Energ 111: 532-542.
  11. https://medium.com/@ReportsonIndia/india-biomass-briquette-market-efad1a33cd36
  12. https://www.jaykhodiyar.com/how-to-briquette-the-biomass/
  13. https://energypedia.info/wiki/Биомасса_Брикеты_%E2%80%93_Производство_и_Маркетинг

Уплотнение агроотходов для устойчивого производства энергии: обзор

Abstract

Глобальный спрос на устойчивую энергию растет из-за урбанизации, индустриализации, роста населения и развития. Преобразование больших объемов ресурсов биомассы, таких как агроостатки/отходы, могло бы повысить энергообеспеченность и улучшить структуру энергопотребления. Остатки биомассы, созданные в сельских и промышленных центрах, огромны, и плохое управление этими остатками приводит к нескольким неописуемым угрозам для окружающей среды.Энергетический потенциал этих остатков может обеспечить возможности трудоустройства и доходов для наций. Производство и использование разнородной биомассы в качестве сырья для производства энергии посредством уплотнения может увеличить разнообразие энергетических культур. Увеличение спроса на возобновляемую и чистую энергию, вероятно, приведет к увеличению спроса на остатки биомассы для производства возобновляемой энергии посредством уплотнения. Это уменьшит экологические проблемы, связанные со сжиганием и сбросом этих остатков в открытом поле.Уплотнение – это процесс уплотнения частиц вместе посредством приложения давления с образованием твердого топлива. Товарное уплотнение обычно осуществляется с использованием обычных процессов, работающих под давлением, таких как экструзия, винтовой пресс, поршневой пресс, гидравлический поршневой пресс, валковый пресс и паллетный пресс (кольцевая и плоская матрица). На основе уплотнения методы уплотнения можно разделить на уплотнение высокого давления, среднего давления и низкого давления. Обычными процессами уплотнения являются брикетирование, гранулирование, прессование и кубирование.Они производят твердое топливо с требуемыми топливными характеристиками — физическими, механическими, химическими, тепловыми и горючими характеристиками. Топливные брикеты и пеллеты имеют множество преимуществ и областей применения как в бытовых, так и в промышленных условиях. Однако для рационального и эффективного использования биомассы в качестве твердого топлива ее необходимо охарактеризовать, чтобы определить ее топливные свойства. Здесь представлен обзор уплотнения остатков биомассы как источника устойчивой энергии.

Ключевые слова: Биомасса, Брикетирование, Уплотнение, Топливо, Сырье, Гранулирование, Устойчивая энергетика

Введение

Устойчивая энергетика является основой социально-экономического развития любой страны. Он играет значительную роль в национальной и межконтинентальной дипломатии. Это рыночный продукт для получения национального и международного дохода, который может финансировать государственные программы развития и инноваций (Ajimotokan et al. 2019a). Энергия является вкладом в производство продуктов и услуг в промышленности, транспорте, здравоохранении, образовании и сельском хозяйстве, а также инструментом политики и безопасности. Стремление обеспечить чистую, экологически чистую, возобновляемую и устойчивую энергию в течение длительного времени продолжало расти как попытка уменьшить ухудшение состояния окружающей среды из-за использования ископаемого топлива.Это необходимо для обеспечения здорового образа жизни и зеленой окружающей среды.

Устойчивая энергетическая система — это надежный, экологически безопасный и экономичный источник энергии, который эффективно использует местные ресурсы в качестве основного сырья или сырья для своего производства (Ojolo et al. 2016; Suberu et al. 2012; Ahmad et al. др. 2016). Это энергия, которая не вызывает деградации окружающей среды, как при использовании ископаемого топлива. Он гибок по отношению к новым технологиям, рентабельности и правительственным решениям.Среди возобновляемых источников энергии, которые демонстрируют свойства устойчивости, энергия биомассы продемонстрировала благоприятные характеристики, которые должны быть многообещающими и доступными в течение последних нескольких десятилетий. Этот источник энергии широко использовался, возможно, из-за его изобилия, экономической эффективности и природной природы (Донепуди, 2017 г.). Кроме того, поскольку биомасса сохраняет замкнутый углеродный цикл без чистого увеличения содержания углекислого газа в атмосфере, это связано с операциями по пересадке предыдущего урожая, в которых используется двуокись углерода, выделяемая обычными источниками энергии.

Глобальный спрос на устойчивую энергию растет из-за роста урбанизации, индустриализации, роста населения и развития. К сожалению, доступная инфраструктура для снабжения, особенно в сельской местности, ограничена. Согласно глобальной оценке, более половины населения Земли не имеет доступа к устойчивой форме энергии (Ahmad et al. 2016; Мухаммед 2019; Manouchehrinejad and Mani 2018; Meda and Dumonceaux 2018; Tuates et al. 2016a). Больший процент этого населения проживает в развивающихся странах и обычно находится в неблагоприятном положении.Они в основном зависят от примитивной биомассы как основного источника энергии, что вызвало опасность для здоровья и несколько неописуемых рисков. Исследования показали, что в большинстве сельских районов имеется множество доступных ресурсов для производства возобновляемой энергии (Oyedepo et al. 2019). Несмотря на доступность, у многочисленного населения мало доступа к чистой энергии. Преобразование изобилия ресурсов биомассы, таких как сельскохозяйственные отходы, которые большую часть времени утилизируются путем захоронения и сжигания для производства полезной энергии, могло бы увеличить предложение энергии за счет продвижения энергетического баланса. Энергетический потенциал этих отходов может обеспечить возможности трудоустройства и доходов для стран, а не создавать опасности для окружающей среды.

Ресурсы биомассы могут быть преобразованы в полезную энергию с помощью нескольких методов обработки, таких как уплотнение. Потребление продуктов уплотнения увеличилось с 2 миллионов до 37 миллионов тонн с 2000 по 2015 год из-за увеличения мирового спроса на энергию. Это привело к увеличению потребления энергии примерно на 92% (Gauthier 2015). С 2011 года, когда производство и потребление пеллет достигли равновесия, многие электростанции в Соединенном Королевстве полностью перешли на использование твердого топлива из биомассы в качестве сырья (IEA 2011).В 2013 году в мировом производстве пеллет лидировал ЕС (50–12,2 млн тонн), за ним следуют США (и Канада (31%), Китай (9%), Россия (7%) и остальные (4%). ), все вместе составило около 24,5 млн т. Мировое потребление окатышей шло в следующем порядке: Европа и Великобритания (23,2 млн т), США и Канада (2,7 млн ​​т), Россия (1 млн т), Азия (0,9 млн т). тонн), а остальные около 0,3 млн тонн (Solorzano et al. 2017). Аналогичная тенденция наблюдалась в 2016 году, когда общее потребление пеллет составило ~27.8 миллионов тонн (Готье и др., 2017). Ожидается, что с учетом недавней тенденции глобального перехода к энергетике и государственной политики в отношении использования энергии биомассы потребление продуктов уплотнения будет продолжать расти и составит более 50% мировых возобновляемых источников энергии (Solorzano et al. 2017; Готье и др., 2017).

Потребление продуктов других видов обработки биомассы (таких как газификация, анаэробное сбраживание, пиролиз, торрефикация) также растет в последние годы, чтобы достичь цели ЕС по 32% возобновляемой энергии к 2030 году.В 2017 году количество биогазовых и биометановых установок в ЕС выросло примерно до 17 783 с выработкой электроэнергии 65 179 ГВтч (тенденции биогаза на 2021 год; Scarlat et al. 2018). Производство биотоплива также растет, причем в Европе наблюдается самый высокий уровень потребления биодизеля. Биотопливная промышленность в Европе все еще находится на стадии развития, при этом потребление увеличилось примерно на 8% с 2016 по 2017 год (Achinas et al. 2019). Смесь биодизеля в ископаемом топливе Европы выросла примерно до 6.4% в 2019 году. Германия является крупнейшим производителем биотоплива после Европы: около 3000 миллионов литров в 2019 году и годовое потребление около 2600 миллионов литров (европейский рынок биодизеля в 2021 году). Сокращение производства и потребления было зафиксировано в 2020 году из-за пандемии коронавируса. Однако в ближайшие годы ожидается улучшение производства и потребления (Renewables 2020).

В 2015 году ежедневное потребление нефти в мире составляло около 92 миллионов баррелей, что делало ее основным мировым источником энергии.Это составляет около 33% мирового производства энергии, за ним следуют уголь (24%) и природный газ (21%). Оставшийся процент приходится на возобновляемые источники энергии (19,1%) и ядерную энергию (2,6%) (EIA 2021; Годовой отчет о возобновляемых источниках энергии 2015). Примерно 50% мировых возобновляемых источников энергии получают из биомассы — дрова/биоуголь (23%), биотопливо (22%), биогаз (5%). Остальные 50% получены из гидроэлектроэнергии, энергии ветра, солнца и геотермальной энергии, примерно 26, 18, 4 и 2% соответственно (Ren et al.2014).

Энергия биомассы составляет около 15% от общего объема энергоснабжения в мире, и они в основном используются для отопления и приготовления пищи, особенно в развивающихся странах (Rabiu et al. 2019). Прогнозируется, что к 2060 году использование биомассы для производства энергии увеличится примерно до 200 эксаджоулей по сравнению с уровнем применения в 1990-х годах (Adeleke et al. 2019). Исследования также показали, что к 2050 году доля возобновляемых источников энергии в общем объеме потребляемой энергии увеличится с 55% до примерно 75%.Поэтому Европейский союз полон решимости и в настоящее время работает над увеличением доли биомассы в поставках возобновляемой энергии примерно до пятидесяти процентов (Swiechowski et al. 2019).

В настоящее время практически невозможно полностью заменить традиционные виды топлива возобновляемыми источниками энергии. Тем не менее, использование разнородной биомассы в качестве сырья может способствовать увеличению разнообразия сырья из биомассы и энергетических культур. Ожидается, что увеличение доли возобновляемой энергии приведет к увеличению спроса на биомассу из агроотходов, что уменьшит экологические проблемы, связанные с их утилизацией.

В настоящее время агроотходы являются одним из общих ресурсов в развивающихся странах, которые могут решить топливно-энергетические и экологические проблемы. Он имеет ограниченные недостатки, такие как низкая объемная плотность и плотность энергии, проблемы с обращением, неправильные размеры, низкое содержание связанного углерода, высокое содержание летучих веществ, низкая теплотворная способность, низкая эффективность сгорания и т. д. (Crawford et al. 2015; Sedlmayer et al. 2018). ; Пимчуай и др., 2010). В большинстве случаев эти ограничения обычно затрудняют использование биомассы в качестве топлива. Однако были разработаны технологии, позволяющие свести к минимуму, если не устранить, эти ограничения. Технологии предлагают привлекательную среду для использования некоторых групп биомассы для обеспечения потребностей в энергии как сельских, так и городских районов за счет уплотнения. Уплотнение – это процесс уплотнения частиц друг с другом за счет приложения давления с образованием твердого топлива. Давление уплотнения заставляет частицы сырой биомассы сцепляться и слипаться во время обращения, транспортировки, сжигания. Эти процессы включают брикетирование, гранулирование, брикетирование и кубирование (Akogu and Waheed 2019).Уплотнение биомассы необходимо для уменьшения или устранения проблем, связанных с непосредственным использованием биомассы. Уплотнение уменьшит проблему больших объемов хранения и транспортировки, связанную с прямым использованием биомассы. Это улучшает структурную однородность, плотность энергии и теплотворную способность сырой биомассы. Это уменьшит чрезмерную зависимость от древесины в качестве топлива. В целом, уплотнение делает биомассу пригодной для использования в дальнейших процессах конверсии, таких как процессы предварительной термической обработки.При сравнении сырой биомассы с продуктом уплотнения сырая биомасса демонстрирует низкую тепловую эффективность, плохую эффективность сгорания, высокое содержание влаги, низкую теплотворную способность, низкую плотность энергии, высокие выбросы дыма и парниковых газов, неоднородность по размеру и форме, трудности в обработке. используются и утилизируются, и они образуют пыль, которая представляет опасность для здоровья окружающих.

Таким образом, в этой рукописи представлен обзор уплотнения биомассы как устойчивого источника энергии для различных применений.Статья состоит из восьми разделов. Раздел 1 — «Введение». Общий обзор технологии уплотнения представлен в разд. «Уплотнение биомассы». В разделе «Формы уплотнения биомассы» обсуждались различные формы технологий уплотнения, а в разд. «Характеристика сырья и продуктов уплотнения» посвящена характеристике сырья и продуктов уплотнения. Преимущества, недостатки и применение уплотнения перечислены в разд.«Преимущества, недостатки и применение уплотнения и его продуктов», а недавние исследования по уплотнению биомассы представлены в разд. «Недавние исследования». В разделе «Недостатки и предлагаемые возможные решения» указаны недостатки, связанные с уплотнением биомассы, и предлагаемые решения. Рекомендации по дальнейшим исследованиям приведены в разд. «Рекомендация для дальнейшего исследования». Рукопись заканчивалась перечислением резюме и выводов в разд. «Заключение».

Уплотнение биомассы

В этом разделе обсуждалась необходимость уплотнения биомассы. Были обсуждены различные виды сырья, которые можно использовать, и процедуры процессов уплотнения. В этом разделе также были освещены химические процессы, лежащие в основе процессов уплотнения: влияние давления и размера частиц. Формы процесса уплотнения были перечислены, а общие формы процессов уплотнения подробно рассмотрены в следующем разделе.

Необходимость уплотнения биомассы

Обработка огромного количества биомассы требует больших затрат энергии и труда, что является одним из основных финансовых факторов, препятствующих использованию биомассы для устойчивого производства энергии и тепла. Уплотнение биомассы является многообещающим решением проблемы высокой емкости хранения и транспортировки, ограничивающей использование биомассы. Это улучшает структурную однородность, плотность энергии и автоматическую подачу в котлах непрерывного действия (Stelte et al. 2010; Chico-santamarta et al. 2012). Продукты уплотнения, такие как пеллеты/брикеты, предпочтительнее древесной щепы по теплотворной способности и содержанию влаги во многих разветвлениях. Для этих продуктов требуется меньше контейнеров для транспортировки того же количества энергии, что и для сырья (Poyry 2015).

Уплотнение биомассы – признанный механический технологический процесс, который набирает популярность уже более века. Самая ранняя запатентованная процедура уплотнения биомассы была зарегистрирована в Чикаго в 1880 году Уильямом Гарольдом Смитом (Stelte 2011). Преобразование биомассы в твердое топливо высокой плотности может решить проблему, вызванную твердыми отходами и высокой зависимостью от древесины в качестве топлива в развивающихся странах (Аканде и Олоруннисола, 2018; Тембе и др. , 2014). Это эффективный способ использования сельскохозяйственных отходов для производства чистой энергии и социально-экономического развития (Ikubanni et al.2019).

Сырье и механизм уплотнения

В настоящее время сырьем, используемым для уплотнения, в основном являются древесные отходы (такие как щепа, древесная стружка и опилки), травы (зерновые остатки или энергетические культуры) и сельскохозяйственные отходы (включая сельскохозяйственные, промышленные отходы и агроотходы). Большую часть времени биомасса оценивается с использованием коэффициентов преобразования плотности всплывающего запаса, который часто рассчитывается по объему в м 3 . Уплотнение биомассы в виде твердого топлива делает биомассу однородной по размеру и форме для удобной обработки (Oyelaran and Sanusi 2019; Jiang et al.2016). Это делает его пригодным для использования в процессах термической конверсии, например, при газификации, совместном сжигании угля, сжигании и пиролизе (Базарган и др. , 2014).

Механизмы уплотнения можно разделить на пять категорий: межфазные силы и силы притяжения, образование прочных мостов, капиллярное давление, адгезия и когезия, а также механическое сцепление (Пенг и др., 2015; Митчуал, 2014). Во время уплотнения естественная адгезия заставляет частицы вступать в тесный контакт, в то время как механическое давление заставляет частицы сцепляться.Это приводит к образованию твердых мостиков за счет затвердевания компонентов стеклования в частицах вследствие сжатия и нагревания. Механическое давление расплавляло или размягчало природное связующее (лигнин) в процессе уплотнения, что приводило к образованию блокирующих и прочных мостиков между частицами. В период уплотнения твердые мостики образуются в результате спекания, химических реакций, отверждения вяжущего, кристаллизации размягченных компонентов и затвердевания нагретых веществ (Tumuluru et al.2011, 2010). Приложенное давление снижает температуру плавления частиц исходного сырья, заставляя их течь навстречу друг другу. Это приводит к увеличению площади поверхности контакта и смещению температуры плавления в новое равновесное состояние. Если давление уплотнения высокое, это может привести к дроблению частиц исходного сырья, что приведет к открытию клеточной структуры и раскрытию пектина и белка, которые действуют как естественные связующие вещества, повышающие прочность продуктов уплотнения (Crawford et al.2015 г.; Митчуал 2014; Бермудес и Фидальго, 2016 г.). При повышенном давлении выдающиеся прочностные свойства достигаются благодаря улучшенному притяжению и силам Ван-дер-Ваальса, а также Н-связям, которые сокращают расстояние между концами частиц (Zhai et al. 2018).

Товарное уплотнение обычно осуществляется с использованием ортодоксальных процессов, управляемых давлением, таких как экструзия и поршневой тип (Rabiu et al. 2019; Tilay et al. 2015; Mopoung and Udeye 2017; Nicksy et al. 2014). Наиболее распространенными процессами уплотнения являются брикетирование и гранулирование.Они производят твердое топливо с желаемыми топливными свойствами. Подробные характеристики обычных процессов уплотнения биомассы обсуждаются в разд. «Формы уплотнения биомассы».

Формы уплотнения биомассы

В этом разделе обсуждаются различные формы уплотнения биомассы. Также представлены достоинства и недостатки каждой формы уплотнения. Обсуждаются некоторые существенные факторы, влияющие на их работу и выпуск продукции.

Брикетирование

Брикетирование является одним из традиционных процессов уплотнения, используемых для производства твердого топлива (Karunanithy et al.2012 г.; Кумар и др. 2017). Он включает смешивание частиц исходного сырья и приложение давления. Это процесс уплотнения однородных или негомогенных сыпучих горючих материалов в продукт более высокой плотности для целей производства топлива (Кумар и др., 2017; Оладеджи, 2015; Аджобо, 2014; Супатата и др., 2017). Биомасса с низкой насыпной плотностью путем брекетирования преобразуется в топливные брикеты с высокой концентрацией энергии и плотностью. Он улучшает физико-механические свойства и свойства горения (Ajiboye et al. 2016; Туатес и др. 2016б; Оладеджи и др. 2016). Высокое механическое давление делает частицы сырья слипшимися и слипающимися, что гарантирует отсутствие разделения во время хранения, сжигания и транспортировки (Promdee et al. 2017; Thulu et al. 2016). Брикетирование может быть выполнено с использованием связующего вещества или клея или без них. Связующие агенты добавляются, чтобы помочь скрепить частицы сырья, особенно материал биомассы без пластичности (Zubairu and Gana 2014; Ikelle et al. 2014). Предполагается, что связующий материал горюч.Однако можно использовать негорючее связующее, эффективное в небольших количествах. Некоторые материалы, используемые в качестве связующих, включают глину, крахмал, магнезиальную известь, деготь, пек, гипс, асфальт, сульфитный раствор, смолу, патоку и цемент (Zubairu and Gana 2014). Для производства высококачественных брикетов рекомендуется оптимальная пропорция связующего/клея в диапазоне 5–25% (Оладеджи и Энверемаду, 2012 г.; Эспуэлас и др., 2020 г. ; Аджимотокан и др., 2019b). Брикетирование может осуществляться как с применением тепла, так и без него.Применение тепла в большинстве случаев улучшает механическую прочность конечных продуктов (Deiana et al. 2004; Alhassan and Olaoye 2015).

Для адекватного понимания пригодности сырья для брикетирования крайне важно знать физико-химические и термические характеристики сырья, которые могут влиять на его свойства как топлива. Физические свойства включают объем пустот, содержание влаги и насыпную плотность, а химические характеристики включают предварительный и конечный анализы и теплотворную способность.Рабочие параметры, учитываемые во время брикетирования, включают давление, время пребывания и температуру, а параметры сырья включают содержание влаги, размер частиц и внешние добавки (Oladeji 2010). Эти параметры можно оптимизировать, чтобы можно было производить брикеты хорошего качества. Оптимальные температура и давление брикетирования находятся в диапазоне от 100 до 250 °C и 50–250 МПа соответственно, а оптимальное время пребывания составляет от 4 до 25 мин (Stelte 2011; Ahiduzzaman and Sadrul Islamic 2013; Alaru et al. 2011 г.; Чоу и др. 2009 г.; Марш и др. 2007). Для успешного и эффективного брикетирования требуется сырье с влажностью в диапазоне 5–15% и размером частиц 1–10 мм (Mopoung and Udeye 2017; Maia et al. 2014).

На основе уплотнения методы брикетирования можно разделить на три категории: прессование под высоким давлением, под средним давлением (плюс нагрев) и под низким давлением (со связующим) (Oladeji 2015; Grover and Mishra 1996a). Во всех этих методах брикетирования исходным ресурсом является твердое сырье, а частицы сырья можно приблизительно идентифицировать в конечном продукте.Брикетирование под высоким давлением улучшает адгезию и механическое сцепление между частицами сырья. Это приводит к образованию межмолекулярных связей в местах контакта частиц. Лигнин (естественный связующий агент в биомассе) размягчается при повышенном давлении и температуре, что приводит к образованию адсорбционного слоя внутри частиц сырья биомассы. Приложенная извне сила, такая как давление, увеличивает площадь контактной поверхности и вызывает молекулярные силы, повышающие прочность связи между сцепляющимися частицами. При брикетировании образуются различные связи. Эти связи могут возникать за счет сил притяжения, сил Ван-дер-Ваальса, сил сцепления и адгезии, а также сил блокировки, возникающих в результате приложенного давления, тепла и связующего вещества.

Сырье прессуется в форме, а конечный продукт процесса называется брикетом. Брикеты могут быть разных размеров и форм в зависимости от конфигурации формы (Oladeji 2015). Брикет — это твердое горючее вещество, используемое в качестве топлива для разжигания и поддержания огня (Мохаммед и Олугбаде, 2015 г.).Топливо в виде брикетов является перспективным, поскольку оно содержит мало или совсем не содержит летучей золы и серы. Он имеет высокую эффективность сгорания, легко воспламеняется и имеет тщательно подобранный размер для полного сгорания и длительного времени горения (Alhassan and Olaoye 2015). Если его производить по сниженной цене и предоставлять потребителям, он может служить заменой ископаемому топливу, древесному углю и дровам для домашней кухни и промышленного использования (Wamukonya and Jenkins 1995; Oyelaran and Tudunwada 2015). После высыхания его можно хранить при температуре окружающей среды.Хранение при повышенных температурах может сделать брикеты слишком сухими и затруднить воспламенение. Однако низкая температура хранения может размягчить брикеты и сделать их недолговечными при сгорании. На рисунке (Аджимотокан и др., 2019c) показаны образцы брикетов, а на рисунке (Шарма и др., 2015) показана схема процесса производства брикетов из биомассы. Брикеты производятся на брикетировочной машине. Поршневой пресс и шнековый пресс – это две машины, которые неоднократно применялись для производства топливных брикетов.Брикетирование с использованием шнековых прессов было изобретено в Японии в 1945 г. (Гровер и Мишра, 1996а). В таблице представлены различные типы брикетировочных машин, а также их особенности, достоинства и недостатки.

Образцы топливных брикетов (AJIMOTOKAN et al. 2019C)

График процесса производства биомассы BiOMass (Sharma et al. 2015)

Таблица 1

Таблица 1

Брикетирующая машина с их особенностями, заслуги, и demerits

Изображение Изображение Особенности Особенности Существует Средства Средства Ссылки Piston Press

Free Stathstock сжимается в матрицу от A и FRO Перемещение RAM

Экструзия выполняется по возвратному поршневой

Производимые брикеты, как правило, с концентрическим отверстием

Тип высокого давления

Эффективное и равномерное сгорание благодаря большей площади поверхности

Надежный и долговечный

Простой в обслуживании

5 90 и рвется

Энергопотребление минимальное

Треб. e частое техническое обслуживание

Нельзя использовать для производства карбонизированных брикетов

Полученные брикеты неоднородны

Sharma et al.(2015), Young and Khennas (2003), Ghaffar et al. (2015) Шнековый пресс

Непрерывная экструзия исходного сырья с помощью красителя с внешним подогревом

Экструзия осуществляется с помощью шнека специальной конструкции

Полученные брикеты могут выдерживать нормальную5 и большую твердость4,

сила удара без крошения

Тип высокого давления

Создает меньше шума

Используется как для карбонизированных, так и для некарбонизированных брикетов

Изготовлены брикеты высокого качества

Брикеты однородны и пригодны для газификатора

5 и износ

Высокое энергопотребление

Требуемые специфические свойства сырья

Tuates et al. (2016a), Гровер и Мишра (1996a), Янг и Хеннас (2003), Ghaffar et al. (2015)

с разрешением

Гидравлический Piston Press

Тип низкого давления

Тип низкого давления

Света и уплотненные

Это могут быть брикеты с высоким содержанием Содержание влаги

медленнее с более низкими выходами

обычно имеет меньшую навалочную плотность

Grover и Mishra (1996A), молодые и Хеннас (2003), Шума и Мадира (2019) 9039

гранулирования

гранулирования был принят в качестве метода управления и переработки отходов биомассы и производства твердого топлива для нескольких применений.Продукт гранулирования называют пеллетами — твердым топливом, которое характеризуется большой объемной плотностью и высокой плотностью энергии. Некоторые логистические характеристики, такие как хранение, обработка и транспортировка, выгодны при использовании пеллет. Преобразование биомассы в пеллеты значительно снижает пылеобразование, снижает риски образования агроостатков и негативные последствия при утилизации, обращении и эксплуатации. По сравнению с процессом брикетирования, основное отличие заключается в матрицах. Матрицы для гранулирования обычно имеют меньший диаметр (примерно до 30 мм), и в машине матрицы расположены в виде отверстий в толстом стальном дисковом кольце.Ролик матрицы используется для вдавливания сырья в отверстия. Кольцевая и плоская матрицы являются двумя основными типами грануляторов (Stelte 2011; Djatkov et al. 2018; Bhattacharya and Salam 2014). Гранулы выбрасываются горячими из матриц, а затем разрезаются на куски, примерно в два раза превышающие диаметр (Oladeji 2015). Плоский тип выполнен с круглым диском с отверстиями, на котором вращаются ролики, а кольцевой тип выполнен с вращающимся кольцом с отверстиями, на котором ролики прижимаются к внутренней границе. Производительность пресс-гранулятора не зависит от плотности сырья, что отличает его от поршневых или винтовых прессов. Вальцовый пресс с зубчатым колесом и круглой матрицей является наиболее стандартизированной машиной для производства гранул (Oladeji 2015; Sugathapala and Chandak 2013). Эта машина изначально была разработана для производства кормов для животных. Он работает путем выдавливания гранул через матрицу с множеством отверстий (Oladeji 2015; Sugathapala and Chandak 2013). На рисунке показаны образцы гранул, а на рисунке показана схема пресс-гранулятора.

Образцы пеллет (Graham et al. 2017)

Схема грануляционного пресса с кольцевой матрицей (Klinge et al. 2020)

Производство пеллет с хорошими физико-механическими свойствами в значительной степени зависит от двух основных параметров: параметров процесса и исходного сырья. Гранулометрический состав, содержание влаги и однородное распределение смесевых материалов являются важными параметрами исходного сырья (Kirsten et al. 2016). Параметры исходного сырья существенно влияют на свойства окатышей.Сырье с плотным распределением частиц, скорее всего, даст гранулы высокой плотности. Производство пеллет при оптимальном содержании влаги обычно приводит к получению пеллет с хорошими характеристиками. Однако оптимальная влажность различна для всего сырья. Влажность сырья существенно влияет на долговечность гранул. Кроме того, гранулометрический состав исходного сырья существенно влияет на физико-механические свойства окатышей — насыпную, неспеченную и ненагруженную плотность, прочность на сжатие, ударопрочность и водостойкость, а также долговечность.

К основным параметрам процесса относятся геометрия матрицы, зазор матрицы и ролика, а также производительность пресса (скорость потока). Наиболее важными параметрами процесса являются давление и температура сжатия (Kirsten et al. 2016). Параметры процесса взаимосвязаны; увеличение одного параметра может привести к уменьшению или увеличению другого параметра. Например, повышение температуры может привести к снижению давления гранулирования. Кроме того, давление гранулирования обычно увеличивается по мере уменьшения размера частиц исходного сырья.Геометрия матрицы, зазор между роликами также влияют на характеристики гранул. Диаметр матрицы существенно влияет на плотность и долговечность производимых гранул. Больший диаметр матрицы дает гранулы высокой плотности с хорошими прочностными характеристиками, хотя сообщалось, что влияние длины матрицы на свойства гранул незначительно (Bhattacharya and Salam 2014; Kirsten et al. 2016).

Производство пеллет из биомассы, такой как агроостатки, требует понимания механизма связывания биомассы.Агроостатки обычно удерживаются вместе замковыми связями. Таким образом, для закрытия отверстий и промежутков между частицами при производстве окатышей требуется соответствующее распределение частиц по размерам. Подобно процессу брикетирования, добавление связующего вещества или клея может улучшить сцепление и прочность пеллет из биомассы. Для древесной биомассы частицы удерживаются вместе твердыми мостиками за счет размягчения лигнина и взаимной диффузии соседних частиц. Кроме того, образование мостиков может происходить с природными связующими, такими как белки, крахмал и лигнин, при определенных температурах процесса и содержании воды.Водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса также играют важную роль в формировании древесных гранул (Kirsten et al. 2016; Lestari et al. 2017). В большинстве случаев древесная биомасса является основным сырьем, используемым для производства пеллет. Тем не менее, есть районы, где древесина недоступна или недостаточна для удовлетворения преобладающих рыночных потребностей в топливе из биомассы. Это преобладает в интенсивном сельском хозяйстве, где сельскохозяйственные отходы доступны в больших количествах и по более низкой цене, чем древесина (Дятков и др., 2018).

Следует отметить, что любое сырье, предназначенное для производства пеллет, должно обладать достаточным содержанием энергии.Энергосодержание сырья измеряется с точки зрения плотности энергии – энергии на единицу веса или объема. Плотность энергии на единицу объема сырья имеет большое значение, учитывая объем сырья, который необходимо использовать в процессе преобразования энергии. Сырье с более высокой плотностью энергии требует меньшего объема сырья для производства пеллет с заданным количеством энергии (Zych 2008).

Недавние исследования

В этом разделе представлены последние исследования по уплотнению биомассы.В обзоре основное внимание уделялось статьям, в которых представлены результаты исследований факторов, влияющих на физические, механические и горючие свойства твердого топлива из биомассы.

Методы

Обзор современной литературы был выполнен с применением метода, использованного Thürer et al. (2018). Были проведены поиск и выбор только статей, в которых представлены последние результаты по уплотнению биомассы (агроотходов). В результате большого количества отчетов и точности рецензируемые статьи были получены из базы данных ScienceDirect для получения статей высокого качества.Избранные статьи были ограничены рецензируемыми статьями. Поиск в базе данных ScienceDirect проводился с использованием следующих поисковых терминов: уплотнение; брикетирование; брикет; гранулирование; пеллета; связующее; добавка; выброс парниковых газов; предварительная обработка сырья; физические свойства; механические свойства; тепловые свойства; химические свойства и свойства горения. Ключевое слово «биомасса» использовалось для смещения поиска из базы данных. Чтобы ограничить результаты поиска контролируемой статьей, результаты поиска были ограничены на основе названия статьи и года публикации (с 2019 по 2021 год).Однако в 2017 и 2018 годах было рассмотрено очень мало статей, непосредственно связанных с интересующей областью. Тщательно отобранные статьи были проанализированы на основе метода исследования, результатов и выводов.

Обзор последних публикаций

В связи с возобновившимся глобальным интересом к разработке альтернативных и экологически чистых видов топлива из исходного сырья биомассы для замены традиционных видов топлива, были предприняты большие исследовательские усилия для изучения факторов, влияющих на физические , механические, химические или композиционные, горючие и тепловые свойства производства твердого топлива с использованием биомассы в качестве сырья (Ajimotokan et al.2019в; Юнга и др. 2021; Бердыховский и др. 2021; Тапа и Энгелькен, 2019 г. ). Эти факторы включают, помимо прочего, содержание влаги (Berdychowski et al. 2021; Yang et al. 2021), гранулометрический состав (Olatunji et al. 2020; Matkowski et al. 2020a), температуру процесса (Berdychowski et al. 2021; Yang и др., 2021 г.; Рива и др., 2019 г.), наличие добавок (Сонг и др., 2019 г.), смешивание сырья (Джунга и др., 2021 г.; Тапа и Энгелькен, 2019 г.), совместное смешивание сырья с углем, происхождение сырья, уплотнение давление (Ajimotokan et al.2019в; Бердыховский и др. 2021; Ян и др. 2021; Сонг и др. 2021 г.) и предварительная термическая обработка (Канг и др., 2020 г.; Мартин и др., 2020 г.; Павляк-Кручек и др., 2020 г.). Подробный обзор различных факторов, влияющих на качество твердого топлива, можно найти в Gilvari et al. (2019). Исследование проводилось с использованием сырья различного происхождения, например, из Польши (Berdychowski et al. 2021), Колумбии (Juan and Gonz 2020), Индии (Dhote et al. 2020; Rajput et al. 2020), Миссисипи (Thapa and Engelken 2019), Корея (Парк и др. 2020 г.), Филиппины (Навалта и др., 2020 г.), Нигерия (Аджимотокан и др., 2019b), Китай (Ся и др., 2019 г.), Южная Африка (Шума и Мадьира, 2019 г.) и Польша (Чека и др., 2018 г.) среди других стран. . Некоторое сырье, о котором недавно сообщалось, включает скорлупу орехов кешью (Ifa et al. 2020; Chungcharoen and Srisang 2020), жмых сахарного тростника (John et al. 2020; Setter et al. 2020), опилки (Ajimotokan et al. 2019b; Yang et al. 2021; Afsal et al. 2020; Wang et al. 2020), рисовая шелуха и рисовые мозги (John et al. 2020; Faverzani et al.2020), скорлупа ядра пальмы и гроздь плодов масличной пальмы (Cabrales et al. 2020; Osei et al. 2020), кожура цитрусовых (Faverzani et al. 2020), ель ситхинская и косточка оливы (Trubetskaya et al. 2019), мискантус, пшеница, ячмень (Mitchell et al. 2020), орехи арека (Chungcharoen and Srisang 2020), грибы (Rafael et al. 2020) и продукты на основе древесного угля из биомассы (Ajimotokan et al. 2019b; Lubwama et al. 2020; Jelonek et al. , 2020; Конг и др. , 2020). Как правило, государственная политика в отношении возобновляемых источников энергии, выбросов парниковых газов и спроса на энергию в значительной степени определяет рост использования твердого топлива из биомассы в любом регионе (Bajwa et al.2018). Основное глобальное применение твердого топлива из биомассы – это производство электроэнергии, а также бытовое и промышленное отопление (Bajwa et al. 2018). Были проведены исследования для улучшения характеристик топлива на отдельном сырье, а также на смеси сырья (Шума и Мадьира, 2019 г.; Мартин и др., 2020 г.; Раджпут и др., 2020 г.; Парк и др., 2020 г.; Навалта и др., 2020 г.). Для достижения желаемых характеристик, подобных углю, особенно для промышленного применения, изучалось совместное уплотнение биомассы с углем или коксом (Ajimotokan et al.2019б; Сонг и др. 2019). Уплотнение смесей биомассы и смеси с углем значительно улучшает свойства твердого топлива, такие как физические (плотность), механические (прочность на сжатие), термические (теплотворная способность) и свойства горения (приблизительные) свойства (Навалта и др. 2020). Всесторонний обзор совместного уплотнения биомассы можно найти в Kang et al. (2019).

Улучшающие свойства топлива, такие как физико-механические свойства и свойства горения, связующие (органические, неорганические и составные), а также некоторые химические вещества включаются в качестве добавок в процесс производства твердого топлива (Bajwa et al.2018; Чжан и др. 2018). В литературе сообщается, что различные связующие и смеси связующих влияют на свойства топлива (Zhai et al. 2018; Shuma and Madyira 2019). Примерами связующих, широко используемых при производстве твердого топлива из биомассы, являются крахмал (Ajimotokan et al. 2019c; Navalta et al. 2020; Merry et al. 2018; Hu et al. 2019), меласса (Zhai et al. 2018; Wang et al. al. 2019; Barriocanal 2020), биодеготь (Cong et al. 2021), каменноугольная смола (Barriocanal 2020), ксантановая и гуаровая камеди (Espuelas et al.2020) термопласты (Song et al. 2021), пиролизное масло (Riva et al. 2019), карбонат кальция (Matkowski et al. 2020b), содержание глицерина (Martín et al. 2020; Juan and Gonz 2020; Xia et al. 2019 ; Azargohar et al. 2019), восстановленный поливиниловый спирт (Rajput et al. 2020; Hu et al. 2019), отработанное кулинарное масло и отработанное смазочное масло (Rajput et al. 2020), парафин (Xia et al. 2019; Barriocanal 2020 ), красная глина и гумат натрия (Song et al. 2019), кожура маниоки (Ajimotokan et al. 2019b), щелочной лигнин и L-пролин (Azargohar et al.2019), коровий навоз и кактус (Шума и Мадьира, 2019) и гидроксид кальция (Мерри и др., 2018). Подробный обзор уплотняющих вяжущих и механизмов уплотнения можно найти в Zhang et al. (2018). Были проведены исследования с использованием различного процентного содержания связующего и смесей связующего с другими параметрами процесса, такими как температура процесса и давление прессования, для получения топлива с оптимальными свойствами. Процентное соотношение колеблется в пределах 5–10 % (Espuelas et al., 2020), 2–10 % (Matkowski et al., 2020b), 0–10 % (Juan and Gonz, 2020), 5 % (Ajimotokan et al. 2019b), 1–10 % (Xia et al. 2019), 10–20 % (Wang et al. 2019), 4 % (Merry et al. 2018). Стандарт ISO определяет диапазон процентного содержания (< 4 мас.%) связующего вещества, которое необходимо использовать для разработки твердого топлива. Недавно было разработано связующее (PVA-EPC-пептиды) из животного белка и материалов с особым риском для производства твердых веществ (Shui et al. 2020). При < 3 мас.% связующего разработанное связующее проявляло превосходные свойства связывания. Сообщалось также, что парафин проявлял хорошие связующие свойства при добавлении 4% в производство топлива (Xia et al.2019). Изучив эффект использования различных связующих для целей уплотнения биомассы, Florentino-Madiedo et al. рекомендуемое битумное вяжущее, особенно в сочетании с лигнином вместо мелассы и парафинового вяжущего из-за его большей текучести по Гизелеру, меньшего количества выбросов и лучшей прочности (Xia et al. 2019; Barriocanal 2020). Для улучшения механических свойств настоятельно рекомендуется использовать связующее из l-пролина и поливинилового спирта (Hu et al. 2019; Azargohar et al. 2019). Кроме того, использование биогудрона, термопласта существенно повышает физическую и механическую стабильность топлива (Song et al.2021; Конг и др. 2021). Добавление пластика до 10% при усилии уплотнения 300 кН позволит получить топливо с оптимальными свойствами, сравнимыми с углем (Song et al. 2021). Размер и форма частиц, а также их распределение влияют на механизм связывания, который, в свою очередь, влияет на качество твердого топлива (Matkowski et al. 2020a). Была проведена оценка влияния характеристик естественного связывания сырья на параметры процесса производства брикетов (Афра и др., 2021). Было обнаружено, что нано-лигноцеллюлозные и наноцеллюлозные связующие обладают лучшими связующими свойствами по сравнению с лигниновым связующим.

Использование некоторых присадок отрицательно влияет на свойства топлива. Например, сообщалось, что добавление связующего вещества, такого как биосмола, увеличивает выбросы парниковых газов при сжигании топлива. Однако добавление 3% гашеной извести устраняет или ослабляет воздействие парниковых газов (Конг и др., 2021). Кроме того, подкисленный оксид кальция использовался как десульфурированный, а смесь молибдена и кальмогастрина, как сообщается, использовалась в качестве средства подавления дыма (Song et al.2019). Выбросы сверхдисперсных твердых частиц при сжигании топлива из биомассы представляют большую экологическую угрозу для людей. Но недавно каолин, модифицированный фосфорной кислотой, был разработан в качестве добавки к топливу, чтобы смягчить этот эффект за счет возможности сокращения выбросов и достижения более высокой температуры плавления золы и склонности к шлакообразованию (Kri et al. 2018; Cheng et al. 2021; Gehrig et al. 2019). . Небольшое добавление каолина (0,2 мас.%) может уменьшить выброс твердых частиц. Однако сообщалось, что эмиссионная способность пропорциональна концентрации кислоты (Cheng et al.2021; Гериг и др. 2019).

Уплотнение биомассы можно проводить при комнатной температуре (Espuelas et al. 2020). Однако предварительный нагрев сырья перед уплотнением улучшает физико-механические свойства (Ajimotokan et al. 2019a; Ojolo et al. 2016). Сообщалось, что предварительная термическая обработка улучшает тепловые свойства топлива и характеристики сгорания (Xia et al. 2019; Cong et al. 2021; Sharma and Dubey 2020). Конг и др. сообщили, что повышение температуры уплотнения выше 20 °C негативно повлияет на механические свойства топлива (Cong et al.2021). Напротив, сообщалось, что более высокая температура уплотнения обеспечивает оптимальные характеристики (Junga et al. 2021; Berdychowski et al. 2021; Riva et al. 2019). Согласно отчету Navalta et al., механическое уплотнение не оказывает существенного влияния на характеристики горения твердого топлива (Navalta et al. 2020). Однако механическое уплотнение увеличивает энергию, сжимает и ослабляет плотности (Ajimotokan et al. 2019c). Обработка твердого топлива с помощью термического процесса рекомендуется для улучшения свойств горения, особенно когда топливо предназначено для промышленного применения (Рива и др. 2019; Навальта и др. 2020; Ся и др. 2019; Баджва и др. 2018). Горючие свойства можно улучшить, добавив в сырье лимонную кислоту, KNO 3 или MnO 2 (Song et al. 2019).

Ян и др. рекомендовал давление уплотнения выше 38 МПа при содержании влаги 8–10 % для обеспечения оптимальной долговечности топлива (Янг и др., 2021). Эта рекомендация соответствовала отчету Berdychowski et al. (2021).

Производство и характеристика топливных брикетов из кофейной шелухи как альтернативного источника энергии

На энергию биомассы приходится более 92 процентов общего потребления энергии в Эфиопии.В результате Эфиопия является одной из стран, наиболее зависящих от биомассы в мире. Высокая зависимость от древесного топлива и сельскохозяйственных отходов в качестве топлива наносит ущерб социальному, экономическому и экологическому благополучию общества. Это исследование направлено на создание и проверку качества топливных брикетов из кофейной шелухи. Также построены и изготовлены печь для обугливания/угольной печи, формовочная система с ручным управлением и брикетная печь для сжигания изготовленного брикета. Карбонизатор превращает 15 кг сырой кофейной шелухи в 6 кг обугленного угля за 25 минут, а брикетировочная машина с ручным управлением может прессовать 30 кг в час.Эффективность преобразования сырой кофейной шелухи в карбонизированный уголь составила 40,12%. При геологической съемке Эфиопии в управление геохимической лаборатории поступили тройные образцы топливного брикета древесного угля для анализа. Содержание влаги, содержание связанного углерода, зольность, содержание серы и теплотворную способность определяли с использованием бомбового калориметра и печи с керамической футеровкой. Физические свойства топливных брикетов варьировались от влажности 10,03%, плотности 970 кг/м 3 , 81% связанного углерода, 5.Зольность 15 %, содержание серы 0 %, теплотворная способность выше на 30,54 ккал/кг по результатам лабораторных исследований. По результатам исследования выявлено, что получаемые топливные брикеты из кофейной шелухи имеют больше положительных характеристик. Топливные брикеты были экономичными и экологически безопасными, а также уменьшали вырубку лесов по сравнению с дровами. Это исследование ясно показывает, что брикеты, изготовленные из кофейной шелухи, можно использовать в качестве альтернативного источника энергии при правильном управлении такими отходами.

1. Введение
1.1. История исследований

Ожидается, что потребление топлива будет расти вместе с ростом населения, что вызовет сдвиг в темпах промышленного развития в некоторых странах. Если спрос значительно превышает предложение, может возникнуть топливный кризис, что потребует использования возобновляемых альтернативных источников энергии [1]. В Эфиопии наиболее распространенными видами топлива для приготовления пищи являются дрова и древесный уголь, которые использует большинство сельского населения [2–4]. Сбор древесины является сложной задачей для женщин и девушек. Приготовление пищи на костре из трех камней является обычным явлением, что приводит к загрязнению воздуха в помещениях и неблагоприятным последствиям для здоровья.Кроме того, последствиями являются высокие выбросы CO 2 , обезлесение и деградация земель. Кофейная шелуха является одним из наиболее распространенных сельскохозяйственных отходов, имеющихся в горных районах Эфиопии, которые с помощью различных процессов термохимической конверсии превращаются в различные виды топлива и химического сырья. Кофе — один из самых потребляемых напитков в мире. Согласно исследованиям ФАО, ежедневно на планете выпивается и потребляется более 3,5 миллиардов чашек кофе [5].Кофейные растения культивируют более чем в 70 странах мира [6–8]. Эксперименты показывают, что кофейные брикеты со свойствами горения, подобными дровам, могут использоваться в качестве возобновляемого топлива. Поскольку количество сожженного мусора на открытых площадках уменьшается за счет сжигания брикетов и, следовательно, выбросов, экосистема получит значительную выгоду. В Эфиопии ежегодно производится около 3 300 000 тонн излишков кофе, хлопка, пшеницы и ячменя, но не все из них экономически доступны; даже энергетическое хозяйство Эфиопии существенно сократилось из-за широко распространенного количества отходов централизованных совхозов, которое оценивается в 600 000 тонн [9–11]. Брикетный метод преобразования сельскохозяйственных отходов в однородно сформированные брикеты удобен в использовании, транспортабельности и хранении. Кофейная шелуха в настоящее время является хорошим материалом для брикетирования [12, 13]. В середине 1985 г. Аддис-Абеба открыла в Эфиопии один из немногих известных частных заводов по брикетированию в Африке [14]. Как только появилась информация об аналогичных заводах в Индии, частные лица приобрели поршневую машину низкого давления производства компании «Эко-Брикетт». Сырьем являются опилки (60%), а также кофейная и хлопковая шелуха.Брикеты в основном продаются в отелях Аддис-Абебе среднего класса с изысканными каминами. Система работает надежно, но недостатком является необходимость в связующем, который приходится импортировать из-за границы. Пособие на это трудно получить, а затраты на связующее составляют большую часть эксплуатационных расходов завода. Однако в 1988 году владельцы ожидали, что их производство увеличится примерно до 3000 тонн, если будет получено достаточно сырья. В Эфиопии запланирована крупная программа брикетирования, ориентированная на несколько агропредприятий государственных ферм.Эти работы еще не начались [9, 15–17].

Скорость торрефикации зависит от размера частиц, особенно при высоких температурах. Хотя градиент температуры внутри частиц размером менее 1 мм во время торрефикации очень мал, внутренняя диффузия образующихся паров внутри частиц оказывает влияние на глобальную скорость реакции торрефикации. Модель твердого ядра или безусадочных частиц с реакцией торрефикации первого порядка может достаточно хорошо предсказать данные реакции с эффективным коэффициентом диффузии пара на основе данных.Испытания на уплотнение показали, что для изготовления пеллет из более крупных торрефицированных частиц требуется больше энергии, в то время как испытания пеллет на водопоглощение и твердость по Мейеру показали, что торрефицированные гранулы хорошего качества можно получить из мелких торрефицированных частиц опилок [18]. Повышение температуры в процессе торрефикации сокращает время пребывания, необходимое для достижения максимально высокой теплотворной способности. В результате оптимальные условия торрефикации оливковой биомассы составили примерно 275°С и время пребывания 30 мин.Эта реакция дала оптимальное повышение теплотворной способности на 5830 кал/г [19].

Торрефикация использовалась для превращения низкокачественного сырья в высококачественные брикеты, и их свойства сравнивались с угольными брикетами. Исследовали реакционную способность, состав и структуру полученных материалов. Термогравиметрические исследования показали, что на реакционную способность СО 2 композитного материала и угля наибольшее влияние оказывают температура термообработки, органический состав сырья и пористость материала, при этом зольный состав исходного сырья играет второстепенную роль.Различия в теплотворной способности были частично связаны с содержанием влаги и органическим составом сырья, как определено с помощью 13C CP/MAS и экспресс-анализа. С использованием технологии XCT был разработан новый подход к оценке пористости сырья, обнаруживший в брикете три твердые фазы. Сохранение кварца в частицах природного сырья обнаружено в неорганической части как биомассы, так и угольных брикетов. При торрефикации низкокачественной биомассы были получены ужасные брикеты биомассы с реакционной способностью, сравнимой с угольными брикетами.Результаты этого исследования подчеркивают возможность использования низкокачественной биомассы в энергетике, что приводит к сокращению выбросов CO 2 [20].

Благодаря высокому выходу твердого угля, низкой реакционной способности и более благоприятным значениям теплопроводности Анна Трубецкая с соавт. обнаружили, что оливковые камни размером менее 2 мм после обжига при 270 ° C для 30 мм являются наиболее приемлемым материалом для брикетирования с углем в экспериментальном масштабе. Согласно термогравиметрическим измерениям, состав неорганического вещества и лигноцеллюлозы исходных оливковых косточек в равной степени влиял на внутреннюю реакционную способность материала.Уменьшение размера косточек оливы привело к более высокому содержанию золы в мелких частицах и, следовательно, к более высокой концентрации кальция 40, чем в крупных косточках оливы. По сравнению с материалом, состоящим из более крупных зерен, результаты F-SIMS показали, что оливковые косточки размером менее 0,425 мм содержат больше целлюлозы, чем лигнина на поверхности частиц. Торрефикация оливкового камня имеет большие перспективы для производства устойчивых брикетов биомассы с теплотворной способностью, сравнимой с теплотворной способностью торфа, и значениями теплопроводности ниже пределов взрывоопасности твердого топлива.Результаты этого исследования подчеркивают потенциал использования косточек оливы в энергетической промышленности, что приводит к снижению выбросов CO 2 [18, 21]. Согласно данному исследованию,

Брикеты, изготовленные из кофейной шелухи, обладают большим потенциалом в качестве экологически чистого источника энергии. Это уменьшает количество загрязняющих веществ, а также обеспечивает правильную утилизацию кофейных отходов. Кроме того, производство брикетов из кофейной шелухи помогает увеличить процесс связывания углерода, предотвращая вырубку лесов, обеспечивая возобновляемую, чистую и устойчивую энергию в качестве альтернативы топливной древесине и древесному углю. Эта исследовательская работа включает в себя преобразование кофейной шелухи в уголь в экологически безопасном непрерывном периодическом процессе, брикетирование полукокса в форму твердого топлива и использование брикетов в качестве топлива в надежной, чистой и удобной печи.

Технологии производства брикетов, применяемые на каждом этапе, просты в использовании в сельской местности, что позволяет региону Метту получить доступ к новым источникам дохода. Этот метод обещает превратить отходы кофейной шелухи в дешевое, экологически чистое брикетное топливо для домов, ресторанов и малых предприятий.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

Листовой металл, квадратная труба, круглая труба, шуруп, кофейная шелуха, плоская металлическая пластина, круглый стержень, уголок и глинистая почва являются основными материалами, использованными в этом исследовании. Выбор материалов зависит от стоимости и доступности в регионе.

Угольная печь изготовлена ​​из листового металла. Квадратная труба использовалась для изготовления ножек и рамы машины. Круглая труба сыграла решающую роль в конструкции дымохода, ручки и корпуса формовочной машины.Для подъема и опускания формовочной машины использовался винт. Для изготовления топливных брикетов в качестве вяжущего используется глинистый грунт. Печь поддерживалась рамой из углового железа. Проделывание отверстий под топливные брикеты производилось с помощью круглого бруска. Металлическая плоская пластина использовалась в качестве механизма перемещения печи, а также для снятия крышки печи.

2.2. Описание участка исследования и метод отбора проб

В региональном штате Оромия для данного исследования были выбраны зоны Иллу Аба Бора, город Метту, предприятия по переработке кофе Дагим и Дечаок.Они расположены на 8300° северной широты, 35,583° восточной долготы и на высоте 1605 м над уровнем моря. Две отрасли по переработке кофе были выбраны намеренно в качестве источника огромной кофейной шелухи. Это огромное количество кофейной шелухи позволило нам получить достаточное количество и однородный тип кофейной шелухи. Университет Метту предоставил нам оборудование и услуги для производства углевыжигательных печей, дымоходов и формовочных машин с ручным управлением. Результаты экспериментов с топливными брикетами были получены в Геологической службе Эфиопии, в геохимической лаборатории в Аддис-Абебе.

2.3. Процесс брикетирования

Брикетирование — это одна из легких технологий, позволяющая производить продукт с более высокой объемной плотностью, меньшим содержанием влаги и неизменной формой, формой и характеристиками материала [22]. Брикетформовочная машина с ручным управлением используется для формования древесноугольной смеси в брикеты (рис. 1(а) и 1(б)). Этапы процесса брикетирования показаны на рисунке 2.


2.3.1. Коллекция биомассы

В городе Метту было обнаружено большое количество кофейной шелухи, и эта шелуха выбрасывается.В результате в качестве отходов биомассы для данного завода была выбрана кофейная шелуха влажностью 10,03% (табл. 1). Мы собрали отходы от производителей кофейной шелухи и высушили их на солнце, чтобы сделать пригодными для сжигания (рис. 3).

5 9,2425 9,22403 9024 81

Сер. Пиролизный анализ Значение Стандартные значения

1 Влажность (%)
10-14
2 2 2 12.6 12.6 20-25
3 4 81 50-95
4 Содержание золы (%) 5.15 5.15 3-4
5 9 0.00 0.0
6 HHV (MJ / кг) / ISO 1928 30.54 выше 29.30
7 7 7 7 9 ) 970 до 1000


2.3.
2. Карбонизация кофейной шелухи и конструкция печи для обжига древесного угля

Печь для обугливания (рис. 4) для больших размеров представляет собой портативное цилиндрическое устройство с вырезанным в центре дымоходом. Как видно из рис. 5 и 6, барабан имеет высоту 100 см и ширину 66 см и изготовлен из листового металла толщиной 2,5 мм. Два противопожарных иллюминатора с дверьми (5 см высота x 10 см ширина) были даны на нижней стороне. Над огневым участком закреплен перфорированный железный лист с отверстиями. Нижняя сторона барабана была покрыта листами железа и опиралась на четыре ножки (рис. 5–7).





2.4. Преобразование кофейной шелухи в карбонизированный материал

Перед карбонизацией кофейной шелухе давали высохнуть для извлечения влаги и облегчения процесса карбонизации. 20-килограммовый образец кофейной шелухи карбонизировали отдельно в обедненной кислородом атмосфере для каждой обработки. Этот процесс был проведен еще три раза. Эффективность преобразования сырой кофейной шелухи в карбонизированный материал определяли следующим образом [23, 24]: где КЭ – эффективность карбонизации, %; mc – масса образца карбонизации, г; ms – масса образца до карбонизации, кг.

2.5. Соображения по проектированию углевыжигательной печи/карбонизатора

Когда атмосфера с низким содержанием кислорода нагревается до высокой температуры, образуется углерод. Карбонизатор — это устройство, которое спроектировано, изготовлено и используется для создания атмосферы с низким содержанием кислорода. Карбонизатор состоит из цилиндрической масляной бочки и двух конических металлических профилей, приваренных к земле (рис. 4). Верхняя секция имеет 24 отверстия в земле для удаления дыма, а нижняя секция не имеет желобов, поэтому путь дыма выталкивается вверх цилиндрической трубой, вставленной в центр карбонизатора и спаянной двумя коническими формами.После нанесения высушенной кофейной шелухи ее запечатывают сверху (рис. 4 и 6).

2.5.1. Использование кофейной шелухи для изготовления топливных брикетов

Как показано на рис. 3, кофейная шелуха была собрана с близлежащих заводов по переработке кофе, таких как Дагим и Дечаок. После этого кофейная шелуха была высушена на солнце. Затем высушенную кофейную шелуху обжигали в карбонизаторе в течение от 45 минут до 1 часа (в зависимости от природы кофейной шелухи). Используя этот процесс, мы смогли получить 30% карбонизированного угля (рис. 8(а)).Обугленный уголь измельчали ​​до мелких частиц и смешивали со связующим в соотношении 4 : 1 (рис. 8(b)), что означает, что на каждые четыре килограмма размолотого обугленного угля добавлялся один килограмм связующего. В качестве вяжущего материала использовали глинистую почву. Затем для преобразования смеси в брикеты использовали брикетировочную машину с ручным управлением (рис. 1 (а) и 1 (б)). Это было достигнуто путем заливки смеси в пресс-форму для брикетов с ручным управлением и трамбовки ее с помощью шнека с помощью ручки. Смешанный угольный порошок затем плотно упаковывается в цилиндрическую формовочную машину с ручным управлением. Наконец, цилиндрические брикеты раскладывали на подходящей поверхности для просушки в тепле.

2.6. Подготовка связующего

Связующий материал используется для придания большей прочности брикетам. Различные связующие вещества, такие как коммерческий крахмал, рисовая мука, маниока, макулатура и другие экономичные материалы, такие как глинистая почва, могут быть смешаны с порошком карбонизированного угля в различных количествах и отформованы с помощью брикетировочной машины с ручным управлением.

2.7. Смешивание

Брикетирование включает добавление связующего к угольной мелочи и использование пресса для формования смеси в виде лепешки или брикета. Были опробованы многие связующие, но, как упоминалось ранее, наиболее распространенным связующим является глина. В данной исследовательской работе в качестве связующего используется глина. Однако содержание глины в брикетах должно быть менее 15%. Если в готовом угольном брикете слишком много глины, он может плохо гореть или даже воспламеняться.Перемешивайте до тех пор, пока связующее не будет равномерно диспергировано в карбонизированном угле. Это повысит адгезию древесного угля и позволит получить идентичные брикеты. Глина затвердевает по мере испарения воды, образуя брикет, который можно обрабатывать и сжигать в домашних печах и на решетках, как обычный кусковой уголь.

2.8. Формовочная машина для брикетов с ручным управлением (MOBM)

Формовочная машина для топливных брикетов была спроектирована и сконструирована для производства одного брикета древесного угля ограниченного диаметра 20 см.Как видно из рисунка 1, брикеты были изготовлены в цилиндрической форме с внутренним диаметром 114 мм, высотой 74 мм и стержнем с внешним диаметром 14 мм, вставленным в центр, чтобы сделать отверстие посередине. Отверстие улучшает горение брикета за счет увеличения пористости и подачи кислорода. Держатель пуансона и корпус изготовлены из листового металла. Направляющая пуансона изготовлена ​​из стали. Пуансон, подставка и регулятор формы изготовлены из круглого прутка. Для стояка и ручки используется труба (рис. 1(а) и 1(б)).

Формовочная машина изготовлена ​​из толстого листового металла, приваренного к цельному круглому стальному стержню, и предназначена для производства брикетов высокой плотности с отверстиями для облегчения горения древесного угля. Смешанный полукокс можно трамбовать после того, как он был подан в формовочную машину. Материалы можно прижимать к отверстиям на конце формовочной машины для создания легких брикетов стандартного размера, поскольку конец формовочной формы имеет круглую форму с некоторыми отверстиями (рис. 1 (а) и 1 (б)).

2.9. Процесс сушки и упаковки

Брикеты были собраны в подходящие лотки и высушены на солнце в течение примерно 1–4 дней, прежде чем упаковываться в пластиковые пакеты для конечных пользователей.Солнечный свет используется для извлечения влаги из брикета; в противном случае будет трудно гореть и снизить эффективность огня.

2.10. Лабораторный анализ

Содержание влаги, летучих веществ, содержание золы, содержание связанного углерода, теплотворная способность, объемная плотность и содержание серы определялись в трех экземплярах высушенных брикетов после каждой обработки в Геологической службе Эфиопии, Геохимическая лаборатория в Аддис-Абебе.

2.10.1. Экспресс-анализ

(1) Содержание влаги .Влажность (MC) топливного брикета рассчитывали по стандартной методике Американского общества по испытанию материалов [24–26]. Это достигается на основе сухой биомассы, которая была рассчитана путем взвешивания образцов собранного брикета (W 1 ) и их сушки в печи при 105°C в течение 60 минут до получения постоянной массы (W 2 ). Используя следующее уравнение, определяли разницу в весе (W 1 -W 2 ) для определения процентного содержания влаги в образце:где 2  = конечная масса образца после сушки, в , и MC = влагосодержание в процентах, в %.

(2) Летучие вещества (VM) . Содержание летучих веществ (ЛВ) в брикетах определяли по стандартной методике CEN/TS 15148 [24, 26–32]. Его определяли нагреванием высушенного в печи образца в отсутствие кислорода при 950 o °С в течение шести минут. Летучие вещества рассчитывали как разницу между начальной и конечной массой образца и отношением массы образца брикета. Летучие вещества рассчитывали по следующей формуле [24, 33–35]: где W 1  = начальная масса пробы при 105°С, г, W 2  = конечная масса пробы при 950 o С, г, Вт  = масса навески брикета, г и VM = доля летучих веществ, %.

(3) Зольность . Образец брикета нагревали в тигле при 750°С в течение трех часов в печи для определения зольности. Зольность определяли делением массы золы брикета на массу навески брикета по формуле [24, 33–38]: где Вт 1  = масса пробы при 950°, г, Вт 2  = масса образца при 750°, г, W  = масса образца брикета, г, и AC = доля зольности, %.

(4) Фиксированный углерод . Процентное содержание связанного углерода в брикетах рассчитывали путем вычитания количества летучих веществ, зольности и влажности из 100 и рассчитывали процентное содержание связанного углерода в брикетах [24, 33–35]. где VM = летучие вещества, %, AC = зольность, %, MC = влажность, %, FC = связанный углерод, %

2.10.2. Определение объемной плотности, содержания серы и теплотворной способности

(1) Объемная плотность (BD) .Насыпную плотность брикета выражали как отношение массы брикета к объему брикета [24, 33, 35, 39–42]. навеска брикета, г, и  = объем навески брикета, куб.

(2) Содержание серы (SC) . Содержание серы измеряли на адиабатическом кислородном бомбовом калориметре Parr (1241) путем калориметрического сжигания образца брикета по [24, 33, 34] следующим образом: , г, b_ e  = масса бланка, г, и w_ s  = масса образца брикета, г.

(3) Теплотворная способность (CV) . Теплотворную способность брикета измеряли с помощью адиабатического кислородного бомбового калориметра Parr (1241) следующим образом [24, 33–35]:  = масса образца брикета, в .

3. Результаты и обсуждение
3.1. Лабораторные результаты

Карбонизатор или печь, показанная на рисунке 4, была разработана для производства 5 кг брикетированного древесного угля из 15 кг исходной биомассы и сжигания в течение примерно 25 минут с использованием в этом эксперименте только кофейной шелухи.Ручная формовочная машина имеет мощность прессования 30 кг/ч. Средняя влажность кофейной шелухи составила 10,03 % (табл. 2). Кроме того, летучие вещества кофейной шелухи составляли 12,6 % (табл. 1). Как показано в Таблице 1, степень погружения брикета в уголь будет варьироваться от 80% до 82% или выше, в зависимости от количества и сухости исходного материала в угольной печи. Так как брикеты теряют дым при коксовании в углевыжигательной печи, они не дают дыма и плавно сгорают благодаря низкому содержанию серы. Как показано в Таблице 1, теплотворная способность (HHV) топливного брикета в МДж/кг составляет 30,543 МДж/кг, а его плотность составляет 970 кг/м 3 . Все предварительные анализы кофейной шелухи представлены в таблице 1. Она горюча в течение примерно 2–3 часов, так как польза от нагревания и брикетирования значительно выше. Используя 100-граммовые топливные брикеты, печь может готовить пищу в течение более длительного времени (Рисунок 9).

0 0 0

Серийный номер Тип образца Исходная масса перед сушкой (в гр.) Финальная масса образец после сушки (в гр.)
1
1 Coffee Hack 1 20 18.12 9.40
2 2 9 20 20 18.01 9.95 9.95 3
3
3 20 17. 85 17.75 10.75
Средняя влажность Coffee Husk 10.03


3.2. Обсуждение
3.2.1. Влияние температуры на выход и качество получаемого полукокса

Другие параметры, такие как время нагрева, скорость нагрева и тип материала, должны поддерживаться постоянными, чтобы продемонстрировать влияние температуры. В таблице 3 представлено влияние температуры на выход и полученный уголь.

+ 9024 65.57

C) 5 +

Temp ( O C) Масса кофейной шелухи (кг) Масса Чар (кг) Содержание золы (%) Волатильная материя (%) Связанный углерод (%) Выход (%) Связанный углерод (%)

200 45
8,5 80 52 67 42
300 15 4,75 9,6 39 73 45 68
400 15 1,45 10,2 35 77 43 71
500 15 1,3 10,5 26,4 85 42 95

Как показано на рисунке 10, выход полукокса снижается по мере повышения температуры карбонизатора, но качество полукокса улучшается. Снижение выхода биоугля при повышении температуры может быть связано с усиленным разложением (разложение биомассы на летучие вещества, зольность, смолу и связанный углерод) или вторичным разложением (расщепление летучих фракций на низкомолекулярные жидкости и газы) угля. остатки. Значительное производство биоугля при умеренных температурах предполагает, что пиролизу подверглась только часть материала. Качество угля в значительной степени зависит от содержания связанного углерода, а по мере повышения температуры количество связанного углерода увеличивается, что приводит к повышению качества угля, как показано на рисунке 10.Однако следует учитывать количество (выход) полукокса, а температуру карбонизатора следует поддерживать на уровне 500°C, потому что полукокс имеет хорошее качество, но при этой температуре выход несколько ниже (рис. 10).


3.2.2. Влияние продолжительности нагрева

Влияние теплотворной способности на выход и качество угля представлено в таблице 4. Масса угля.(Кг)

Содержание золы (%) Летучее вещество (%) Связанный углерод (%) Выход (%) Фиксированный выход углерода (%)

1 1 0,38 5,71 38,26 56,03 38 48,4
2 1 0,35 6,01 35,43 58,56 35 50
3 1 0.30 10.53 23.90 65.57 30 58 58

0

Эффект времени отопления почти одинаково относится к температуре. По мере увеличения времени нагрева выход угля падает, но качество угля улучшается, как показано на рис. 11.


фракции разрушаться, тем более, в результате чего вместо угольных фракций образуются низкомолекулярные жидкости и газы. Кроме того, по мере увеличения периода нагревания при высокой температуре может происходить дегидратация гидроксильных групп биомассы и термическая деструкция целлюлозы и лигнина [44] (рис. 11).

3.2.3. Теплотворная способность топливного брикета

Теплота сгорания топливного брикета была определена в лаборатории Геологической службы Эфиопии в Аддис-Абебе. Теплота сгорания определялась с помощью калориметра с кислородной бомбой Парра и адиабатического калориметрического анализа в соответствии со стандартным методом CEN/TS14918 [38].Результаты показали, что топливный брикет из кофейной шелухи имеет теплотворную способность около 8480 кал/г. Теплотворная способность топливных брикетов, полученных в этом исследовании, была выше теплотворной способности топливных брикетов, полученных из травы, которая составила 3817,6 кал/г [34, 45]. Все произведенные брикеты в этом исследовании имеют более высокую теплотворную способность, чем древесина, теплотворная способность которой составляет 3296,82 кал/г [16, 46, 47].

3.2.4. Влияние связующих на теплотворную способность

Связующее — это просто то, что скрепляет топливный брикет во время его перемещения или горения.Адгезия — это самое основное и важное качество, которое нужно искать в связующем. Глина будет действовать как связующее, но порошкообразный остаток блокирует прохождение лучистого тепла, и большая часть теплотворной способности древесного угля теряется. Брикеты, приготовленные из смолы или патоки, должны быть подвергнуты термической обработке для удаления добавленных летучих веществ. Результаты показали, что кофейная шелуха с глиной имеет теплотворную способность 30,543 МДж/кг, кофейная шелуха с крахмалом — 22 МДж/кг, а кофейная шелуха с патокой — 24,098 МДж/кг.Из этих результатов можно сделать вывод, что патока является лучшим связующим. Но у него есть некоторые недостатки. Например, брикет, изготовленный из патоки в качестве связующего, имеет неприятный запах в начальной фазе горения. Чтобы избежать этого, топливный брикет перед использованием следует подвергнуть термической обработке, называемой вулканизацией. Глиняное вяжущее не требует термической обработки. Это способствует повышению теплотворной способности брикета по сравнению с другими типами вяжущих.

3.3. Здоровье, окружающая среда и экономические последствия

С точки зрения здоровья и гигиены, окружающей среды и экономики топливные брикеты, изготовленные из кофейной шелухи, обладают большими преимуществами.

3.3.1. Последствия для здоровья и гигиены

Углеродный брикет из отходов кофейной шелухи имеет больше преимуществ в плане стоимости, здоровья и климата. Напротив, этот топливный брикет является недымящим топливом, так как коксование древесины исчезает. Дым от сжигания древесного угля может спровоцировать ряд респираторных заболеваний при приготовлении пищи в помещении (таблица 5).

4 4 9 4

Сер. Топливный брикет дерева древесный уголь
9022
1
1
1
1
2
2
2 Это демонстрирует более высокий теплый релиз и большее тепловое значение Это показывает медленнее тепло стоимость
3 По сравнению с затратами на покупку древесного угля себестоимость производства низкая Местный рынок имеет высокую себестоимость производства
4 Снижает воздействие вырубки лесов усиливает воздействие обезлесения
5 Имеет длительный период горения (2–3 часа) Способен гореть в течение ограниченного периода времени (1–2 часа)

Это также способ уменьшить количество токсичных твердых отходов. Некоторые твердые сельскохозяйственные отходы трудно перевариваются; его нельзя использовать в пищу. Поскольку это объемная биомасса малой плотности, ее трудно удалить и нельзя сжечь из земли (таблица 6). Поскольку измельченные сельскохозяйственные отходы вызывают много дыма, их нельзя использовать непосредственно в качестве топлива. Сжатие также требует значительных затрат энергии. С другой стороны, органические вещества считаются сгоревшими. Брикеты из кофейной шелухи сгорают эффективнее, дыма не образуется. Как следствие, эти брикеты не вызывают респираторных заболеваний и не загрязняют воздух внутри помещений (таблица 6).

Безопасен в с точки зрения фактора здоровья

Сер. Топливный брикет древесины древесный уголь


1 1 Необходимость копания копания на земле требуется
2
2 Подготовка неглубокой ямы Charring Mobile (его универсальность Немобильный
3 Непожароопасный Иногда пожароопасный
4 Небезопасно

3.
3.2. Воздействие брикета на окружающую среду

Вместо сжигания на полях использование отходов кофейной шелухи в качестве топлива замедляет вырубку лесов, устраняя необходимость вырубки топливных деревьев (таблица 5). Еще одним преимуществом является то, что при сгорании образуется меньше дыма, что приводит к меньшему выбросу в атмосферу. Каждый килограмм древесно-угольного брикета заменяет 1,87 килограммов дров, предотвращая попадание в атмосферу 2,95 килограммов CO 2 . В результате этот топливный брикет предлагает ряд преимуществ, в том числе предотвращение вырубки лесов за счет замены древесного топлива, снижение содержания CO 2 и других загрязняющих веществ в окружающей среде, а также создание чистой окружающей среды путем превращения твердых отходов, таких как кофейная шелуха и другие отходы, в полезные продукты.Поскольку Эфиопия переживает энергетический кризис и загрязнение окружающей среды, особое внимание следует уделить этим видам альтернативных источников энергии (таблица 5).

3.3.3. Экономические последствия

Поскольку топливные брикеты считаются передовым топливом, благодаря их природе чистого горения и способности храниться в течение длительного времени без разложения, это позволяет развивать микробизнес. Брикет может быть изготовлен из сельскохозяйственных отходов и продан любым предпринимателем на местном рынке для личной выгоды.В экономике вместо того, чтобы отвлекать больше денег на международное топливо, индивидуальные предприниматели и страна в целом должны увеличивать свое богатство, превращая то, что ранее не использовалось, в поток доходов (таблица 5).

4. Заключение и рекомендации
4.1. Выводы

Это исследование показало, что брикеты, изготовленные из кофейной шелухи, обладают большим потенциалом в качестве экологически чистого источника энергии. Это снижает загрязнение окружающей среды, а также обеспечивает безопасный способ утилизации кофейных отходов.Кроме того, предлагая возобновляемую, чистую и устойчивую энергию в качестве замены топливной древесине и древесному углю, производство брикетов из кофейной шелухи помогает увеличить процесс связывания углерода за счет сокращения обезлесения. Это исследование предполагает преобразование кофейной шелухи в уголь в экологически безопасном непрерывном периодическом процессе, брикетирование полукокса в форму твердого топлива и использование надежной, чистой и удобной печи, специально предназначенной для брикетов в качестве топлива. Технологии производства брикетов, используемые на каждом этапе, легко внедрить в сельской местности, открывая новые источники доходов в регионе Метту.Технология обещает превратить отходы кофейной шелухи в экономически эффективное и экологически безопасное брикетное топливо для домашних хозяйств, ресторанов и малого бизнеса. Национальные исследовательские институты и Университет Метту должны прилагать согласованные усилия для продвижения, развития и распространения этой технологии брикетирования на благо общества.

4.2. Рекомендации для будущих работ

Топливные брикеты, изготовленные из кофейной шелухи, экономичны, безвредны для окружающей среды и полезны для здоровья, а также снижают воздействие вырубки лесов. В будущем следует рекомендовать следующие задачи: (i) Следующий исследователь может построить автоматическую формовочную машину, которая производит несколько брикетов в периодическом процессе. (ii) Процесс сжигания (карбонизации) кофейной шелухи занимал слишком много времени. . Таким образом, можно свести к минимуму процесс карбонизации кофейной шелухи. (iii) Следующий исследователь может получить свойства воспламенения и эффективность топливного брикета.

Доступность данных

Данные, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы очень благодарны Управлению исследований и передачи технологий Университета Метту за финансовую поддержку. Они также благодарны предприятиям по переработке кофе Dagim и Dechaok и Геологической службе Эфиопии, Лаборатории геохимических испытаний, за предоставление их лабораторного оборудования для проведения экспериментального анализа. И последнее, но не менее важное: они также благодарны Университету Метту, сотрудникам отдела машиностроения и лаборантам за их поддержку в завершении общего исследования.

Топливные брикеты из опилок

Разработка технологии переработки отходов деревообрабатывающей промышленности (опилок) в топливные брикеты типа «опилки-дрова»

Техническая область/область

  • ENV-WDS/Waste Disposal
  • Nne-fue / Powels / неядерная энергия

статус
3 3

3

Дата регистрации

Дата регистрации
09.06.2000

Ведущий институт
Красноармийский научно-исследовательский институт механизации , Россия, Московская обл., Красноармейск

Поддерживающие институты

  • Московский государственный университет инженерной экологии, Россия, Москва

Сотрудники

  • Leidschendam\nInstitut de Recherches Appliquees au Bois, Франция, Париж\nЦентр исследований лесных продуктов, Великобритания, Бакс, Медменхэм-Марлоу\nLogistiqbiz AB, Швеция, Сундсваль\nJacques Whitford Environment Limited, Канада, Северная Каролина, Дартмут\nCentro da Biomassa para a Energia, Португалия, Миранда-ду-Корву

Краткое описание проекта

Цели проекта на ближайшую перспективу – выполнение опытно-конструкторских и изыскательских работ по организации изготовления оборудования для производства топливных брикетов из отходов деревообрабатывающей промышленности (опилок) . Для реализации этой цели необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи: Разработка опытной установки для проверки новых технических идей и усовершенствования процесса экструзии. Изготовление прототипа установки. Проведение экспериментальных исследований по совершенствованию технологии экструзии. Проектирование промышленной установки. Изготовление, усовершенствование и доводка промышленно-установочных изделий. В основе проекта лежит работа, проведенная группой специалистов КНИИМ.Выполнены исследования по совершенствованию технологии переработки опилок в топливные брикеты в рамках конверсионных программ института. В процессе реализации проекта планируется разработка рабочей документации, изготовление и усовершенствование установки по переработке опилок в топливные брикеты.

Ожидаемые результаты: Реализация мероприятий, предусмотренных проектом, позволит: Завершить научно-исследовательские работы по совершенствованию процесса производства экологически чистых топливных брикетов из опилок. В результате будет создана и адаптирована к промышленным условиям промышленная опытная установка по переработке отходов деревообрабатывающей промышленности (опилок) в топливные брикеты. Характеристики будут следующие:

— Производительность установки 3,5-4 тонны в час, что позволит перерабатывать до 10-13 тысяч кубометров отходов в год;

— Потребляемая мощность около 50 кВт/ч;

— Установка проста в обслуживании и дешева в производстве и, следовательно, доступна для пользователей.

Технология прессования и качество горения сферических топливных брикетов из осенних листьев Виктор Боков, Олег Сиса, Владимир Мирзак, Ольга Медведева :: SSRN

Восточно-Европейский журнал корпоративных технологий, 2(1(104)), 60-79. дои: 10.15587/1729-4061.2020.198724

13 страниц Опубликовано: 1 декабря 2020 г.

Посмотреть все статьи Виктора Бокова