PL218469B1 - Sposób i urządzenie do zmniejszenia wilgotności słomy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszenia wilgotności słomy i urządzenie do zmniejszenia wilgotności przeznaczone do przygotowania słomy w procesie jej peletyzacji.

Dla wytworzenia peletu w wysokowydajnych i energooszczędnych liniach technologicznych wymagane jest zastosowanie odpowiedniego surowca, na przykład słomy o niskiej zawartości wilgoci. Problemem jest uzyskanie takiego surowca w sytuacji pozyskiwania słomy w różnym jej stanie sprasowania, wilgotności i różnym stopniu zanieczyszczeń. Znane są sposoby osuszania słomy z zastosowaniem źródeł ciepła i urządzeń, na przykład w suszarni bębnowej zwykle stosowanej w suszeniu biomasy. Proces peletyzacji słomy we wspomnianej suszarni polega na obniżeniu wilgotności słomy przez jej osuszenie metodą ogrzewania spalanej biomasy. Koszt energii elektrycznej potrzebnej do osuszania jest dość wysoki. Możliwe jest też stosowanie paleniska gazowego, ale to podnosi koszty jeszcze bardziej. Również koszty związane z zakupem i utrzymaniem instalacji konwencjonalnej, bębnowej suszarni nie są niskie. Dla przykładu, suszarnia bębnowa przystosowana do instalacji o wydajności około 10 t, to oprócz kosztu zakupu instalacji, także zużycie 75 kW/h energii elektrycznej oraz ok. 500 - 800 kg biomasy służącej do ogrzania paleniska.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 204464 sposób wytwarzania peletu lub brykietów paliwowych, w którym podłoże popieczarkowe, składające się ze słomy z nieznacznym udziałem nawozu kurzego z torfem oraz grzybnią poddaje się wstępnemu mieszaniu w dowolnym mieszalniku dla uzyskania jednorodności w masie i oddzielenia zanieczyszczeń. Tak otrzymany substrat poddaje się wstępnemu suszeniu, aż do uzyskania wilgotności zbliżonej do 25%. Otrzymany składnik uzupełniający miesza się w proporcji od 30% do 50% w przeliczeniu na suchą masę ze składnikiem podstawowym w postaci trocin, wiórów i ścinek drzewnych wchodzących w skład biomasy, z kolei tak otrzymaną mieszaninę poddaje się prasowaniu w dowolnego typu urządzeniu do peletyzacji lub brykietowania, uzyskując żądany, ostateczny kształt produktu. W odmianie realizacji składnik uzupełniający miesza się z biomasą zmieszaną wstępnie w odpowiedniej proporcji z miałem węglowym i taką mieszaninę poddaje się prasowaniu w urządzeniu formującym ostateczny kształt produktu.

Znany jest ze zgłoszenia opisu patentowego EP 1987947 sposób produkcji peletu z włóknistych materiałów, takich jak słoma czy drzewo, w którym wstępnie wysuszone i rozdrobnione surowe materiały o wilgotności 15 - 18% poddawane są procedurze obróbki parą, a następnie peletyzacji w temperaturze 60 - 70°C.

Znany jest ze zgłoszenia polskiego opisu patentowego PL 215280 sposób wytwarzania granulatu biomasowego oraz linia do produkcji granulatu biomasy z wykorzystaniem lepiszcza naturalnego. Sposób wytwarzania granulatu charakteryzuje się tym, że rozdrabnia się biomasę w postaci drewna, słomy, odpadów produkcji rolnej itp. do poziomu frakcji o wielkości do 10 mm dla odpadów produkcji rolnej i innych oraz słomy, zaś do 5 mm dla drewna, następnie rozdrobnioną masę suszy się wymuszonym obiegiem ciepłego powietrza w hali suszarniczej do uzyskania wilgotności od 7 do 10%, jednocześnie podsusza się substrat pofermentacyjny powstały w wyniku procesu biogazowego do uzyskania właściwości kleistych o wilgotności 20 - 30%, przy czym odparowaną w tym procesie wodę skrapla się i wprowadza do procesu oczyszczania, zaś do rozdrobnionej i wysuszonej biomasy, dodaje się lepiszcze o temperaturze ok. 60 - 70°C i poddaje mieszaniu mechanicznemu, następnie mieszaninę o temperaturze korzystnie 50°C poddaje się prasowaniu do uzyskania zagęszczenia i właściwości fizycznych granulatu o wymiarze ziarna od 35 do 40 mm, który podlega wentylowanemu magazynowaniu.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu osuszania słomy i urządzenia o zmniejszonych niż uzyskiwane zwłaszcza w suszarniach bębnowych kosztach energii, szczególnie urządzenia o stosunkowo prostej budowie i niskich kosztach jego wykonania.

Istota sposobu według wynalazku polega na napowietrzaniu drobnej frakcji słomy powietrzem o obniżonej wilgotności względnej, korzystnie nie większej niż 3%, uzyskanymi w osuszaczu, zwłaszcza w przemysłowym osuszaczu absorpcyjnym. Osuszone powietrze pod ciśnieniem doprowadza się do osuszanej sieczki od dołu za pomocą kanałów drenażowych umieszczonych na dnie zbiornika. W zbiorniku sieczka jest podawana przemieszczaniu i obracaniu. W zależności od wyniku pomiaru wilgotności sieczki reguluje się czas oddziaływania osuszonego powietrza na sieczkę aż do osiągnięcia jej wilgotności o wartości mniejszej niż 15%. Za pomocą zgarniaczy

PL 218 469 B1 sieczka przesuwana jest w kierunku podajnika ślimakowego i następnie do zbiornika. Rozdrobnioną słomę w postaci sieczki pobiera się ze zbiornika korzystnie za pomocą transportu pneumatycznego. Transport sieczki odbywa się za pomocą wentylatorów, które zasysają znajdującą się z zbiorniku sieczkę wraz z dostarczonym wcześniej osuszonym powietrzem. Osuszone powietrze pod ciśnieniem doprowadza się do osuszanej słomy od dołu za pomocą dysz połączonych z rzędami kanałów drenażowych, których wloty zasilane są powietrzem o obniżonej wilgotności względnej, dostarczanym poprzez kolektor dolotowy. Urządzenie do zmniejszenia wilgotności słomy polegające na napowietrzaniu drobnej frakcji słomy, sieczki powietrzem z okresowym albo ciągłym jej obracaniem i przemieszczaniem w zbiorniku, według wynalazku wykonane jest w postaci podłużnego zbiornika w którego dnie wykonanych jest szereg otworów drenażowych wyposażonych w dysze, doprowadzające powietrze osuszone w przemysłowym osuszaczu absorpcyjnym. Szeregi dysz w dnie zbiornika połączone są z rzędami kanałów drenażowych, których wloty połączone są poprzez kolektor dolotowy z osuszaczem.

Podobna technologia nie była wcześniej stosowana w instalacjach produkcji peletu. Koszty związane z osuszaniem według wynalazku są w porównaniu z konwencjonalnymi instalacjami, suszarniami bębnowymi, zwykle stosowanymi w suszeniu biomasy znacznie niższe. Efektem jest mniejsza o 70% energochłonność procesu i zwiększenie kaloryczności peletu o 10%. Urządzenie do osuszania powietrza wyróżniają małe gabaryty i duża funkcjonalność. Urządzenie do osuszania jest urządzeniem stosunkowo małym i cichym w przeciwieństwie do suszarni bębnowej.

Sposób zmniejszenia wilgotności słomy przedstawiony jest w poniższych przykładach.

Proces polega na traktowaniu drobnej frakcji słomy (sieczki) powietrzem o obniżonej wilgotności, gdzie suche powietrze absorbuje wilgoć zawartą w słomie.

P r z y k ł a d 1 ₃

Zmielona słoma o wilgotności 20% i wadze 1000 kg zajmuje powierzchnię 12,8 m³. Celem jest doprowadzenie wilgotności słomy do poziomu 14%. W związku z powyższym należy odprowadzić 60 kg wody. W procesie osuszania zastosowano osuszacz o wydajności 330 kg/h. Proces osuszania słomy ma szacunkową sprawność na poziomie 20%. Biorąc pod uwagę powyższe założenia, okres przez jaki należy traktować słomę osuszonym powietrzem to średnio 60 min, przy wilgotności powietrza procesowego dochodzącego do 60% w temperaturze 20°C. Powietrzem procesowym jest powietrze atmosferyczne, powietrze pobierane z otoczenia.

P r z y k ł a d 2 ₃

Zmielona słoma o wilgotności 20% i wadze 1000 kg zajmuje powierzchnię 12,8 m³. Celem jest doprowadzenie wilgotności słomy do poziomu 9%. W związku z powyższym należy odprowadzić 110 kg. Zastosowano osuszacz o wydajności 330 kg/h. Proces osuszania słomy ma szacunkową sprawność na poziomie 20%. Biorąc pod uwagę powyższe założenia, okres przez jaki należy traktować słomę osuszonym powietrzem to średnio 100 min, przy wilgotności powietrza procesowego średnio 60% w temperaturze 20°C.

P r z y k ł a d 3 ₃

Zmielona słoma o wilgotności 20% i wadze 1000 kg zajmuje powierzchnię 12,8 m³. Powietrze procesowe ma wilgotność ok. 40% i temperaturę 15°C. Dla doprowadzenia wilgotności słomy do poziomu 9%, a w związku z powyższym dla odprowadzenia 110 kg wody, zastosowano osuszacz o wydajności 330 kg/h. Proces osuszania słomy ma szacunkową sprawność na poziomie 20%. Biorąc pod uwagę powyższe założenia, okres przez jaki należy traktować słomę osuszonym powietrzem to średnio 80 min.

P r z y k ł a d 4 ₃

Zmielona słoma o wilgotności 30% i wadze 1000 kg zajmuje powierzchnię 12,8 m³. Powietrze procesowe ma wilgotność ok. 40% i temperaturę 15°C. Celem jest doprowadzenie wilgotności słomy do poziomu 9%. W związku z powyższym należy odprowadzić 300 kg wody. Zastosowano osuszacz o wydajności 330 kg/h. Proces osuszania słomy ma szacunkową sprawność na poziomie 20%. Biorąc pod uwagę powyższe założenia, okres przez jaki należy traktować słomę osuszonym powietrzem to średnio 4,5 h.

P r z y k ł a d 5 ₃

Zmielona słoma o wilgotności 25% i wadze 1000 kg zajmuje powierzchnię 12,8 m³. Powietrze procesowe ma wilgotność ok. 40% i temperaturę 20°C. Dla doprowadzenia wilgotności słomy do poziomu 12% wymagane jest odprowadzenie z niej 120 kg wody. Zastosowano osuszacz,

PL 218 469 B1 o wydajności 80 kg/h. Proces osuszania słomy ma szacunkową sprawność na poziomie 20%. Biorąc pod uwagę powyższe założenia okres przez jaki należy traktować słomę osuszonym powietrzem to średnio 7,5 h.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 ukazuje widok urządzenia z boku, a fig. 2 - widok od czoła, a fig. 3 - widok z góry.

₃

Osuszanie sieczki odbywa się w zbiorniku 1 o pojemności kilkuset m³. Przepływ osuszonego powietrza wymuszony jest za pomocą kanałów drenażowych 2 umieszczonych na dnie zbiornika 1. Ciśnienie 1000 Pa uzyskane z wentylatorów osuszacza 3 najpierw jest uspokojone i wyrównane w kolektorze dolotowym 4, a następnie rozprowadzone we wcześniej wspomnianych kanałach 2. Na powierzchni dna zbiornika 1 rozmieszczonych jest kanałów 11 wyposażonych w 45 dysz 5. Łącznie zbiornik 1 zaopatrzony jest w niespełna 500 dysz 5 podających osuszone powietrze. Powietrze „wilgotne” odprowadzane jest na zewnątrz zbiornika 1 za pomocą kanałów umieszczonych w suficie. W zbiorniku 1 sieczki słoma jest w ciągłym ruchu. Za pomocą zgarniaczy sieczka przesuwana jest w kierunku podajnika ślimakowego, który kieruje ją do zbiornika 1. Zmielona słoma w postaci sieczki pobierana jest ze zbiornika 1 za pomocą transportu pneumatycznego. Transport sieczki odbywa się za pomocą wentylatorów, które zasysają znajdującą się w zbiorniku 1 sieczkę wraz z dostarczonym wcześniej osuszonym powietrzem. Dzięki temu osuszone powietrze znajduje się również w dalszej części procesu technologicznego.

Całe urządzenie wyposażone jest również w przemysłowy kompresor, którego zadaniem jest między innymi oczyszczanie systemu filtracyjnego oraz doprowadzenie sprężonego powietrza w miejsca, gdzie potrzebne jest do ogrzewania lub oczyszczania.

Urządzenie służące do osuszenia wymaganej ilości powietrza to przemysłowy osuszacz 3 absorpcyjny. Zasadniczym podzespołem osuszacza 3 jest efektywny silikażelowy rotor obrotowy. Matryca rotora wykonana jest z na przemian umieszczonych warstw folii falistej i płaskiej, wykonanych z żelu krzemionkowego i krzemianów metali związanych chemicznie z komórkami włókien nieorganicznych. Warstwy folii nawijane są cylindrycznie tworząc duże ilości kanałów powietrznych. Duża powierzchnia wewnętrzna rotora w połączeniu ze specjalną mikrostrukturą jego materiału daje maksymalną powierzchnię kontaktu między powietrzem a absorbentem, w konsekwencji efektywne wychwytywanie wilgoci z powietrza. Rotor posiada cylindryczną budowę, jest osadzony na łożyskach tocznych i obraca się dookoła nieruchomego wału. Napęd rotora stanowi silnik trójfazowy zasilany z przemiennika częstotliwości, współpracujący z przekładnią mechaniczną wyposażoną w koło pasowe. Osuszacz 3 pracuje nieprzerwanie obrabiając jednocześnie dwa niejednakowej wielkości strumienie przepływającego przez niego powietrza. Stosunek ilościowy strumieni zwykle wynosi 3:1. Ten większy strumień nazywany powietrzem procesowym jest osuszany przy przejściu przez rotor, natomiast ten mniejszy nazywany powietrzem regeneracji podgrzewa materiał sorpcyjny rotora, przyczyniając się do odprowadzenia wcześniej zaabsorbowanej pary wodnej. Do regeneracji rotora standardowo stosowane są trzystopniowe nagrzewnice elektryczne.

Zastosowany w przykładzie wykonania wynalazku osuszacz 3 doprowadza do układu 13 500 ₃

[m³/h] osuszonego powietrza i w zależności od warunków atmosferycznych ma wydajność pochłaniania wilgoci na poziomie ok. 85 [kg/h].

Claims (4)

1. Sposób zmniejszenia wilgotności słomy, polegający na napowietrzaniu drobnej frakcji słomy, sieczki powietrzem z okresowym albo ciągłym jej obracaniem i przemieszczaniem w zbiorniku, znamienny tym, że napowietrzanie drobnej frakcji słomy przeprowadza się powietrzem o obniżonej wilgotności względnej, korzystnie nie większej niż 3%, uzyskanym w osuszaczu (3), zwłaszcza w przemysłowym osuszaczu absorpcyjnym, gdzie osuszone powietrze pod ciśnieniem doprowadza się do osuszanej słomy od dołu za pomocą kanałów drenażowych (2) umieszczonych na dnie zbiornika (1) i proces osuszania prowadzi się aż do osiągnięcia przez sieczkę wilgotności mniejszej niż 15%, a następnie sieczkę pobiera się ze zbiornika (1) korzystnie za pomocą transportu pneumatycznego, poprzez zasysanie znajdującej się w zbiorniku (1) sieczki wraz z dostarczonym wcześniej osuszonym powietrzem.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że osuszone powietrze pod ciśnieniem doprowadza się do osuszanej słomy od dołu za pomocą dysz (5) połączonych z rzędami kanałów (2)

PL 218 469 B1 drenażowych, których wloty zasilane są powietrzem o obniżonej wilgotności względnej, korzystnie nie większej niż 3%, dostarczanym poprzez kolektor dolotowy (4).

3. Urządzenie do zmniejszenia wilgotności słomy polegające na napowietrzaniu drobnej frakcji słomy, sieczki powietrzem z okresowym albo ciągłym jej obracaniem i przemieszczaniem w zbiorniku, znamienne tym, że w dnie podłużnego zbiornika (1) ma wykonane szeregi otworów drenażowych wyposażonych w dysze (5) połączone z rzędami kanałów drenażowych (2), których wloty połączone są poprzez kolektor dolotowy (4) z osuszaczem (3).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że osuszaczem (3) jest korzystnie przemysłowy osuszacz absorpcyjnym.