Autorzy opracowania wytworzyli brykiety z węgla i biomasy. W przedsięwzię-ciu tym wykorzystano węgiel pozabilansowy (muł węglowy) z Przedsiębiorstwa Wzbogacania Węgla Kamiennego „Carbo-Concentrat” S.A. w Mysłowicach, zaś tro-ciny sosnowe dostarczono z Zakładów Przemysłu Drzewnego w Toruniu.
Przedmiotem patentu nr 126 731 pt. „Sposób wytwarzania tabletek paliwo-wych z włóknistego materiału organicznego” jest brykietowanie bez użycia le-piszczy [20]. Zgodnie z tą publikacją, odpady drzewne nie wymagają lepiszcza dodatkowego, ponieważ mają własność samosklejania podczas brykietowania w wyższej temperaturze. Opisany tutaj sposób obejmuje rozdrobnienie włókniste-go materiału organicznewłókniste-go do wielkości cząstek nieprzekraczającej 85% minimal-nego wymiaru formowania tabletek, suszenie oraz sprasowywanie osuszominimal-nego materiału. Jak podaje opis materiał przed sprasowaniem suszony jest do uzyskania zawartości wilgoci w przedziale 16–28% wagowych a najlepsze efekty uzyskuje
102 AGLOMERYZACJA BIOMASY – BRYKIET Y, PELET Y
się przy wilgoci wynoszącej 20–24% wagowych. Warunkiem wystąpienia natural-nych procesów samosklejania podczas sprasowywania materiału, oprócz odpo-wiedniej wilgotności materiału wyjściowego, jest zastosowanie takiego ciśnienia podczas etapu sprasowywania, aby tabletka opuszczająca matrycę tabletkarki miała temperaturę w zakresie 163–177°C. W takim to zakresie temperatury zosta-ją uwolnione naprężenia sprężyste z materiału, jakie powstały w nim pod ciśnie-niem brykietowania, co umożliwia ścisłe zetknięcie się powierzchniowe cząstek. Spojenie powierzchni cząstek, zespalanie się włóknistych części cząstek drewna oraz połączenie się drzewnika, będącego naturalnym lepiszczem pomiędzy włók-nami drzewnymi, wszystko to powoduje wzajemne wiązanie cząstek drzewnych, nadając brykietom dostateczną wytrzymałość po ochłodzeniu pod ciśnieniem. Stwierdzono ponadto, że dla uzyskania równomiernego spalania otrzymanych w ten sposób tabletek paliwowych konieczne jest ich osuszenie do wilgotności równoważnej z wilgotnością otoczenia, tj. około 7–8% [21,22].
Przygotowanie próbek do brykietowania poprzedzone było określeniem wil-gotności materiałów wyjściowych na wagosuszarce. Brykiety z trocin sosnowych oraz brykiety mieszane otrzymano na prasie ręcznej typu LPR-250. Przed zbrykie-towaniem materiał został poddany rozdrobnieniu. Trociny sosnowe i muł węglowy zostały ze sobą dokładnie wymieszane następujących w proporcjach:
70% mułu węglowego, 30% trocin sosnowych; •
50% mułu węglowego, 50% trocin sosnowych; •
30% mułu węglowego, 70% trocin sosnowych. •
Wilgotność zmierzona na wagosuszarce dla mułu węglowego wynosząca śred-nio 14,40% i dla pyłu sosnowego 11,32% nie gwarantowała wymaganej w opisie patentowym wilgotności surowców do brykietowania w zakresie 16–28%, dlatego próbki przed wygrzaniem zostały nawilżone odpowiednią ilością wody.
Do matrycy tabletkarki wprowadzono około 12 g surowca. Ciśnienie praso-wania wynosiło 40 MPa. Materiał pozostawał pod ciśnieniem w tabletkarce przez czas pięciu minut. Prasowanie odbyło się zarówno na zimno, jak i w podwyższonej temperaturze (w zakresie 160–200°C).
W wielu typach urządzeń brykietujących, np. w granulatorze ślimakowym temperatura prasowania znacznie wzrasta na skutek tarcia surowca o elementy układu roboczego. Dostępna prasa pozbawiona była takich możliwości. Problem uzyskania pożądanej temperatury rozwiązano umieszczając matrycę wraz z su-rowcem w rozgrzanej do 200°C suszarce. Taka temperatura zapobiegała ostygnię-ciu surowca poniżej 160°C podczas przenoszenia matrycy z powrotem do prasy ręcznej. Czas wygrzewania matrycy z surowcem wynosił 1 godzinę.
Efekt zastosowanych podczas brykietowania zabiegów zbadano porównując wytrzymałość mechaniczną brykietów powstałych w podwyższonej temperatu-rze, z brykietami (o takim samym składzie), których wytwarzanie przebiegało bez etapu wygrzewania materiałów w matrycy.
Wzrost temperatury powoduje zwiększenie wytrzymałości brykietów a także gęstości, co można przypisać właściwości uplastycznionej ligniny. Brykiet
sosno-103 WY T WARZANIE I BADANIE BRYKIETÓW Z WĘGLA I BIOMASY
wy powstały w rozgrzanej matrycy nie rozpada się po dziesięciokrotnym zrzuce-niu z wysokości 2 m, a ubytek jego masy także jest niewielki. Choć wytrzymałość brykietu sosnowego otrzymanego na zimno jest wyraźnie mniejsza, to można zaobserwować na jego przykładzie dużą zdolność do wiązania mechanicznego badanych tu odpadów drzewnych. Wiązania tego typu związane są z zaklinowy-waniem i zazębianiem cząstek brykietowanego materiału. Czynnikiem zwiększa-jącym wytrzymałość jest wzrost zawartości trocin sosnowych w składzie brykietu, natomiast im większa przewaga mułu węglowego tym stopień związania surow-ców jest słabszy.
Rys. 12. Brykiet zawierający a) 100% trocin sosnowych, b) 70% trocin sosnowych i 30% mułu węglowego, c) 50% trocin sosnowych i 50% mułu węglowego, d) 30% trocin sosnowych i 70% mułu węglowego
Wzrost wytrzymałości brykietów mieszanych wzrasta istotnie wraz z tempe-raturą prasowania. Efekt ten przypisać można własności komponentu drzewnego i zawartej w nim ligniny, a także w mniejszym stopniu jego zdolnościom mecha-nicznego wiązania. Potwierdza to wzrost wytrzymałości brykietów wraz ze wzro-stem przewagi trocin względem mułu węglowego.
Przyczyną powstawania tego typu wiązania może być zaklinowanie i zazę-bianie cząstek brykietowego materiału. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że:
Dodawanie substancji wiążących do odpadów drzewnych w celu umożli-1)
wienia ich dobrego zbrykietowania jest zbędne. Drewno posiada natural-ne substancje wiążące, których działanie wyzwala wysoka temperatura.
104 AGLOMERYZACJA BIOMASY – BRYKIET Y, PELET Y
Możliwe jest brykietowanie odpadów drzewnych w temperaturze pokojo- 2)
wej, dobrze rozdrobnione surowce mają dużą zdolność do łączenia się w spo-sób mechaniczny (na zasadzie zaklinowywania i zazębiania się cząstek). Wzrost temperatury wpływa pozytywnie na wytrzymałość zarówno bry-3)
kietów jednorodnych – sosnowych, jak i mieszanych, tj. węglowo- sosno-wych.
Łączenie dwóch niejednorodnych surowców, takich jak trociny sosnowe 4)
i muł węglowy wpływa negatywnie na wytrzymałość brykietu, która male-je wraz ze wzrostem udziału tego ostatniego składnika.
Możliwe jest wytwarzanie brykietów mieszanych, łączących odpady drzew-5)
ne i muł węglowy techniką bezlepiszczową, warunkiem jest odpowiednia temperatura i przewaga zawartości biomasy. Jednakże produkcja brykie-tów tego typu z przewagą węgla wymaga dodatku substancji wiążącej. Biomasa jako paliwo może być wykorzystana do współspalania z węglem. 6)
Dzięki swej niskiej popielności redukuje ilość uciążliwych odpadów sta-łych powstających jako produkt spalania, co ma szczególne znaczenie przy rozwiązywaniu problemów związanych z zagospodarowywaniem paliw niskiej jakości, takich jak muł węglowy.