本发明的领域是生物质基燃料领域。
更确切地，本发明涉及一种由木片制造用于工业锅炉的可燃材料的方法和设备。
本发明还可用于工业炉以及家用锅炉和火炉的可燃材料的制造中。
背景技术：
我们从例如文件ca1141376或文件wo2006/006863中知道基于“蒸汽爆炸”过程由木质纤维素材料制造颗粒或小球的技术。
这些已知的技术基于在反应器中分批生产颗粒，所述反应器被填充，然后在将木质纤维素材料暴露于加压蒸汽中数十秒至数十分钟再使反应器容器快速减压后将其清空。
它们具有实施复杂且昂贵的缺点，因为每批必须清空反应器。并且，在膨胀过程中，蒸汽明显冷却且不再可用。
发明目的
因此本发明特别地旨在弥补现有技术的上述缺点。
更具体地，本发明旨在提供一种限制材料损失的制造可燃材料的技术。
本发明的目的还在于提供一种由木片制造可燃材料的技术，该技术使得可以获得具有大于或等于5.29mwh/t，且优选地大于或等于5.6mwh/t的低热值的可燃材料。
本发明的目的还在于提供一种以高生产率制造可燃材料的技术。
本发明的另一个目的是提供一种由木片制造可燃材料的技术，该技术使得可以获得吸水率被限制为10质量％的可燃材料。
本发明的另一个目的是提供一种由木片制造可燃材料的技术，该技术使得可以获得可燃材料，该可燃材料在浸入1小时后的机械耐久性损失小于2％和/或灰尘形式的损失小于3％。
本发明的另一个目的是提供一种由木片制造可燃材料的技术，该技术使得可以获得具有大于或等于650kg/m3，且优选地大于或等于700kg/m3的密度的可燃材料。
本发明还旨在提供一种制造可靠、易于使用且成本低的可燃材料的技术。
技术实现要素：
这些目标以及之后出现的其他目标，将通过使用由大部分源自硬木的木片制造具有5.29mwh/t或更大的低热值、尤其是用于工业锅炉的可燃材料(的方法来实现。
根据本发明，这样的方法包括以下步骤：
-由所述木片获得水分含量为5至25％的木碎片；
-将每分钟预定体积的所述获得的木碎片连续地引入到加压反应器中，向所述反应器供应在所述反应器中在15.6至23.2巴的压力和200至220℃的温度下的基本饱和的蒸汽；
-将引入所述反应器中的木碎片暴露于所述蒸汽中足以获得蒸汽裂化的5至9分钟的时间，选择所述暴露时间的值和所述基本饱和的蒸汽的温度的值，使得强度系数在4.05与4.15之间；
-通过向在基本上大气压下的导管开口的至少一个孔口，从所述反应器中连续抽取每分钟相同预定体积的木碎片，从而引起从所述反应器中抽取的所述木碎片在所述导管中的爆炸性减压；
-分离从所述反应器抽取的所述减压的木碎片和残余蒸汽，分离后获得的所述木碎片形成所述可燃材料。
因此，本发明以一种新的方式提出，通过利用使用压力为15.6至23.2巴、温度为200至220℃的蒸汽的“蒸汽爆炸”处理来连续地制造可燃材料，暴露在蒸汽中的时间为5到9分钟，选择温度值和暴露时间，以使强度系数在4.05与4.15之间。
结果是可燃材料，无论木片的组成如何，其具有大于或等于5.29mwh/t的低热值，并且具有适当的生产率，可将所述材料转化为小球，同时将材料损失限制到小于8质量％。
确实，发明人令人惊讶地且出乎意料地发现，高于4.05的强度系数，可以从所有木材种类中获得具有大于或等于5.29mwh/t的低热值(lhv)的可燃材料。此外，对于4.15或更小的强度系数，无论木材种类如何，材料以小球形式成粒相对容易且质量损失小于8％。相反，对于高于4.15的强度系数，事实证明材料太易破坏以致无法正确加工成小球，和/或材料损失过高而使材料在经济上不受欢迎。图3示出了发明人针对由不同的硬的和软的硬木品种(橡木、白蜡木、山毛榉木、杨木)或软木(云杉木)制成的燃料材料测量的lhv值，其作为反应器中处理的强度系数的函数。在区域31中，制成的燃料材料的低热值小于3.29mwh/t，可能不足以用于工业锅炉。在对应于高于4.15的强度系数的区域32中，发明人发现材料的质量损失高于8％和/或材料的粒化难以获得。
为了本发明的目的，应理解，当至少10wt％的木片由硬木组成时，大部分木片源自硬木。在不超出本发明范围的情况下，可以设想使用不同木材、硬木或软木的片的混合物。
最后，应注意，在本发明的上下文中，强度系数fs是使用以下公式以本身已知的方式计算的：
其中t是反应器中蒸汽的温度(以℃为单位)，δt是反应器中的暴露时间(以分钟为单位)。
根据本发明的特定方面，所述木片由至少50wt％的硬木形成。
为了本发明的目的，所述木片也可以由重量比例比硬木小的软木制成。
在本发明的一个特定实施方案中，所述木片由至少70wt％的硬木形成。
在本发明的一个特定实施方案中，所述木片由至少80wt％的硬木形成。
在本发明的一个特定实施方案中，所述木片由至少90wt％的硬木形成。
在本发明的一个特别有利的实施方案中，木碎片暴露于反应器中所述蒸汽的时间为6至8分钟。
在本发明的一个特别有利的实施方案中，反应器中蒸汽的温度为205至210℃。
在本发明的一个有利的实施方案中，如上所述的制造方法进一步包括将所述可燃材料转变成小球的步骤。
根据本发明的特定方面，所述木片完全由硬木制成。
根据本发明的一个优选方面，所述获得的木碎片的水分含量为8至12％。
在本发明的一个有利的实施方案中，在暴露步骤期间，选择所述暴露时间的值和所述基本饱和的蒸汽的温度的值，以使得强度系数为4.05至4.10。
在本发明的另一个有利的实施方案中，在暴露步骤期间，选择所述暴露时间的值和所述基本饱和的蒸汽的温度的值，以使得强度系数为4.10至4.15。
在本发明的一个特定的实施方案中，所述木碎片大部分是尺寸为0.5至14mm的较大木碎片。
在本发明的一个特定的实施方案中，由木片获得的所述木碎片的质量的至少80％由具有3.15mm至45mm的较大尺寸的木碎片组成。
在本发明的一个特定的实施方案中，由木片获得的所述木碎片的质量的少于0.5％由具有大于或等于85mm的较大尺寸的木碎片组成。
在本发明的一个特定的实施方案中，由木片获得的所述木碎片的质量的少于1％由具有大于或等于45mm的较大尺寸的木碎片组成。
在本发明的一个特定的实施方案中，由木片获得的所述木碎片的质量的少于5％由具有小于或等于3.15mm的较大尺寸的木碎片组成。
在本发明的一个特定实施方案中，在所述从所述反应器中连续抽取每分钟相同预定体积的木碎片的步骤期间，所述抽取通过向在基本上大气压下的导管开口的多个孔口进行。
根据本发明的一个特定实施方案，所述获得水分含量为5％至25％的木碎片的步骤包括研磨天然木片和/或回收的木片的步骤以及干燥所述研磨后木片的步骤。
有利地，所述将所述木碎片引入反应器的步骤包括用螺杆压实和推动所述木碎片的步骤。
在本发明的一个特定实施方案中，所述反应器是立式反应器，并且引入所述反应器中的所述木碎片在重力的作用下朝向靠近所述反应器底部的抽取区驱动。
在本发明的另一个特定实施方案中，所述反应器是水平的，并且暴露步骤包括在所述反应器中的引入区和抽取区之间运输所述碎片的步骤。
优选地，所述分离步骤包括离心所述木碎片的步骤和/或使所述木碎片和残余蒸汽通过旋风分离器的步骤。
在本发明的一个特定实施方案中，如上所述的制造方法包括润湿所述可燃材料以改善其转变为小球的能力的步骤。
本发明还涉及一种用于由大部分源自硬木的木片制造具有5.29mwh/t或更大的低热值、尤其是用于工业锅炉的可燃材料的设备，所述设备包括：
-用于将所述木片转变为水分含量为5至25％的木碎片的装置；
-用于产生压力为15.6至23.2巴、温度为200至220℃的在基本上饱和的压力下的蒸汽的装置；
-加压反应器，其具有用于抽取木碎片的孔口和用于将每分钟预定体积的所述木碎片连续地引入所述反应器中的装置，所述反应器被配置为使得引入到所述反应器中的木碎片可以保留在所述反应器中5至9分钟的时间；
-用于向所述反应器供应由所述产生装置产生的蒸汽的装置；
-用于将每分钟预定体积的所述木碎片连续引入所述反应器的装置；
-用于从所述反应器连续抽取每分钟相同预定体积的木碎片的装置；
-在约大气压下的导管，所述孔口向其中开口；
-用于分离从所述反应器抽取的所述减压的木碎片和残余蒸汽的装置，分离后获得的所述木碎片形成所述燃料材料；
所述反应器、所述连续引入和连续抽取装置彼此相对配置，使得在反应器中处理的强度系数在4.05与4.15之间。
本发明还涉及通过实施上述方法获得的可燃材料，其在完全浸入水容器中一小时并沥干30分钟后，质量增加小于或等于10％。
本发明还涉及通过实施如上所述的可燃材料的制造方法而获得的可燃材料，其低热值大于或等于5.6mwh/t。
附图说明
当阅读以下作为简单说明性和非限制性示例给出的本发明实施方案的描述以及附图时，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的用于制造可燃材料的设备的实施方案的实施例的示意图；
图2通过概观方式以框图形式示出了根据本发明的用于制造可燃材料的方法的实施方案的另一实施例的步骤；
图3示出了仅由橡木、白蜡木、山毛榉木、杨木或云杉木片制成的燃料材料的lhv做为反应器中强度系数的函数的变化。
具体实施方式
本发明实施方案的实施例
图1示出了根据本发明的由木片制造可燃材料的设备的实施方案的实施例。
在本发明的该特定实施方案中，所使用的木片是橡木和山毛榉木片。在本发明该实施方案的变型中，可以设想使用任何合适种类的天然木片，例如硬木、软木，例如云杉、...和/或再生木，例如a级或b级木材。
该设备10包括锤式粉碎机11，所述锤式粉碎机11通过螺旋输送机12供给木片，所述螺旋输送机12通过带抽取梯的筒仓13拾取木片。粗木分离器在木片进入削片机11之前去除过大尺寸的材料。在该湿式切碎机11中，将木片切碎成较大木材片，大部分大小在4至6毫米之间。筒仓13通过斗式装料机填充，所述斗式装料机从地面存储区域中形成的堆中移取木片。
在本发明的该特定实施方案的变型中，可以预见到实现一种自动生产线，该自动生产线直接将原木剥皮并压碎为木碎片的形式，并配备有用于装载筒仓的输送机。
这些木碎片从切碎机11排出到配备有称重带的传送带14上，传送带14在低温下将它们传送到热空气干燥器15的进料斗中。在本发明的该实施方案中，干燥器中的热空气的温度约为80℃。在该实施方案的变型中，热空气的温度可以在70℃至75℃之间，在75℃至80℃之间或在80℃至85℃之间。
在本发明的该特定实施方案中，该干燥器15是双层网干燥器。进入干燥机的碎片通过第一进料螺杆均匀地分布在网上。形成的木碎片层通过干燥机传送到网上，然后再排出到第一排出螺杆上。借助附加的螺旋输送机，木片被转移到第二进料螺杆，其在干燥机中第一层的顶部沉积第二层。在第二次通过干燥机的一半之后，水分含量现在低于10％的干燥木碎片被分离、卸载并输送到缓冲存储筒仓16中。
湿度传感器连续监控离开干燥机的木碎片的水分含量，并自动调节网速度，以使离开干燥机的木碎片的水分含量保持恒定。
在干燥机中，排气扇通过热交换器吸入周围的空气，在热交换器中，空气被分两个阶段加热，然后吹到木碎片上。这种空气流确保将木碎片压在带上，并且很少有灰尘逸出。热交换器是水/空气交换器，来自热电联合厂的热水在其中循环。
在本发明的该实施方案的变型中，还可以设想实现旋转鼓式干燥机。
应注意，在缓冲筒仓中，干燥木碎片的水分含量发生了部分均化。
干燥木碎片通过行星螺杆从筒仓16中抽取并沉积在传送带上，传送带将其输送到反应器18的进料筒仓17中，反应器18可以连续处理每小时15吨的木碎片。
反应器18是加压反应器，在其底部在19巴的压力和250℃的温度下向其中注入过热蒸汽。该垂直定向的反应器是圆锥形的，以避免形成塞。从反应器上部的反应器中抽取蒸汽流。在反应器的出口处，蒸汽返回到产生蒸汽的锅炉ch中。
应注意，在反应器18中，蒸汽的温度为209℃，压力为18.7巴。
筒仓17为截去顶端的椭圆体形状，以利于木碎片的流动。
此外，在筒仓17中，使用旋转刮刀将木碎片推向抽取螺旋钻19。
该锥形螺旋钻19的横截面随着螺旋钻进入反应器18而逐渐变细，它连续地从筒仓17中移取预定体积的干燥木碎片，将其预压缩并在压力下通过螺旋钻中的开口将其推入反应器18。圆锥孔口和螺旋杆的尺寸相对彼此进行选择，以使反应器中的压力损失最小，并排出木碎片中所含的空气。
应注意，由螺杆施加在碎片上的压缩力有利地排出了木碎片中存在的一些残留水。
在螺杆19的末端处，压实的木碎片形成压实的块，其通过蒸汽流分散在反应器中。
然后，分散的木碎片通过重力落入反应器中，被蒸汽流加热，并沉降在于它们之前堆积在反应器底部上的碎片上，在此继续被蒸汽流加热。
应注意，在反应器18中，木碎片的保留时间根据已堆积在反应器底部上的木碎片的水平来控制。在本发明的该特定实施方案中，将其设置为7.5分钟，这对应于4.08的强度系数。
在反应器18的底部上，安装成在垂直轴上枢转的刮刀(图1中未示出)将木碎片推向蜗杆20，蜗杆20从反应器18中抽取木碎片。
该排出螺杆20将木碎片朝着具有受控开度的阀21从反应器中推出。连续调节该阀的开度，以控制从反应器中抽取的木碎片的流量。
在反应器和/或螺杆20中存在的蒸汽的推力作用下，木碎片以非常高的速度连续地通过阀开口21排出到膨胀线22中，并在膨胀线22中由与这些木碎片一起离开反应器的蒸汽流携带到分离单元23。
应注意，在膨胀线中，压力逐渐降低，直到在分离器处达到约1.1bar的压力。由于存在于木碎片中的部分冷凝水的再蒸发，因此发生了木碎片的爆炸性减压。水蒸气的这种突然膨胀导致剪切力在整个木碎片中累积，从而导致木材结构机械破裂。
在本发明的这种制造方法的变型中，在分离器处达到的压力等于1.2、1.3、1.4或1.5巴。
在分离单元23中，木碎片和蒸汽的混合物切向地渗透到快速旋转的叶片。由该叶片产生的离心力使木碎片被投入排出管道24，同时蒸汽通过阀从分离器排出。
在本发明的该实施方案的变型中，可使用加压旋风分离器将木碎片与残余蒸汽分离。
应注意，排出的蒸汽包含可以有利地在锅炉中燃烧的挥发性物质。
随排出管道24落下的木碎片被排出到储料筒仓25中，以被加工成直径约为7毫米，平均长度为22毫米的小球。
为此目的，它们通过链式输送机或气动输送机输送到造粒压机26，在造粒压机26中将它们压制成小球。
然后将所得的小球送至散装车装载站或装袋和码垛站。
这些小球的低热值等于5.295mwh/t，密度等于710kg/m3。将其完全浸入水容器中1小时，然后沥干30分钟后，其质量增加了9.5％。
在本发明该特定实施方案的变体中，分离后获得的木碎片可以直接用作工业锅炉中的可燃材料。
本发明的实施方案的另一个实施例
在图2中以框图的形式表示了根据本发明的由木片制造可燃材料以用于工业炉的方法的实施例的步骤。
在第一步骤201中，由剥皮的橡木木片生产5毫米的较大尺寸的木碎片。在此阶段，将木片在湿磨机中研磨(阶段2011)，然后将研磨后得到的木碎片在干燥机中干燥(阶段2012)，直到其水分含量约为22％。
在阶段202中，通过螺杆连续地将体积为0.32m3的干燥木碎片引入到加压反应器中，该加压反应器中进料有19巴的压力的略微过热的蒸汽。
在反应器中，将木碎片暴露于水蒸气流中8分钟(步骤203)。
然后，它们通过膨胀导管中的孔口或阀连续抽取(阶段204)，并通过离开反应器的蒸汽在该导管中运输到旋风分离器，在旋风分离器中木碎片将与残留蒸汽分离(阶段205)。
然后将在分离器出口处收集的木碎片干燥，直至其水分含量达到10％(阶段206)，然后将其压制成小球(阶段207)，以用作工业炉中的燃料。
本发明的其他特点和优点
在本发明的上述实施方案的变型中，还可以提供：
－润湿分离后得到的木碎片，以利于造粒；
－实现水平延伸的反应器和用于在反应器中在引入区和抽取区之间运输所述碎片的装置，包括例如螺旋输送机。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种由木片制造特别是用于工业锅炉的低热值大于或等于5.29mwh/t的可燃材料的方法，至少10wt％的所述木片源于硬木，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-由所述木片获得水分含量为5至25％的木碎片；
-将每分钟预定体积的所述获得的木碎片连续地引入到加压反应器中，向所述反应器供应在所述反应器中在15.6至23.2巴的压力和200至220℃的温度下的基本饱和的蒸汽；
-将引入所述反应器中的木碎片暴露于所述蒸汽中足以获得蒸汽裂化的5至9分钟的时间，选择所述暴露时间的值和所述基本饱和的蒸汽的温度的值，使得强度系数fs在4.05与4.15之间，所述强度系数定义为：
其中t是反应器中蒸汽的温度(以摄氏度表示)，δt是反应器中的暴露时间(以分钟表示)；
-通过向在基本上大气压下的导管开口的至少一个孔口，从所述反应器中连续抽取每分钟相同预定体积的木碎片，从而引起从所述反应器中抽取的所述木碎片在所述导管中的爆炸性减压；
-分离从所述反应器抽取的所述减压的木碎片和残余蒸汽，分离后获得的所述木碎片形成所述可燃材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述木片含有至少50wt％的硬木。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述木片含有至少80wt％的硬木。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述木片基本上排他性地源自硬木。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于所述木碎片暴露于反应器中所述蒸汽的时间为6至8分钟。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于反应器中所述蒸汽的温度为205至210℃。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于其进一步包括将所述可燃材料转化为小球的步骤。
8.根据权利要求1和7中的任一项所述的方法，其特征在于所述获得的木碎片的水分含量是8至12％。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于所述获得水分含量为5％至25％的木碎片的步骤包括研磨天然木片和/或回收的木片的步骤以及干燥所述研磨后木片的步骤。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于所述将所述木碎片引入反应器的步骤包括用螺杆压实和推动所述木碎片的步骤。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于所述反应器是立式反应器，并且引入所述反应器中的所述木碎片在重力的作用下朝向靠近所述反应器底部的抽取区驱动。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其特征在于所述反应器是水平的，并且暴露步骤包括在所述反应器中的引入区和抽取区之间运输所述木碎片的步骤。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于所述分离步骤包括离心所述木碎片的步骤和/或使所述木碎片和残余蒸汽通过旋风分离器的步骤。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其特征在于其包括润湿所述可燃材料以改善其转化为小球的能力的步骤。
15.一种通过实施根据权利要求5所述的方法获得的可燃材料，所述可燃材料在完全浸入水容器中一小时并沥干30分钟后，质量增加小于或等于10％。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
