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新的途径:从废纸板到颗粒

2021-11-05 13:27:11 新能源网
新的途径:从废纸板到颗粒

Patrick Gall,因纽维克奥罗拉研究所技术开发经理,站在因纽维克颗粒厂的造粒机和存储筒仓旁边。

四年前在美国新泽西州因纽维克开始的一个试点研究项目正在同时处理两个当地关注的问题。第一是研究探索如何减少垃圾填埋场的废纸板数量,估计每年有100吨;第二个与第一个相关,就是着眼于将纸板转化为加热的燃料。

在因纽维克奥罗拉研究所(Aurora Research Institute)技术开发经理Patrick Gall的监督下,用木质颗粒设备生产纸板颗粒作为补充燃料,在日益增长的供暖市场显示出了前景。

他说,这个概念是在讨论如何减少因纽维克的垃圾填埋量时产生的。因纽维克地处偏远,用卡车将废弃的纸板运到回收中心是不现实的。最近的这类设施位于育空地区的道森市和怀特霍斯,这两个地方都需要超过10个小时的运输时间,而且运输到那里的费用也很高。

Gall说:“一些人热衷于用硬纸板做燃料的想法,最终演变成将硬纸板造粒的想法,目的是将它与因纽维克现有的造粒基础设施结合起来。”

在西北地区政府、加拿大经济合作组织和该地区的废物减少和回收计划的资助下,一项可行性研究被启动,为该研究项目的启动做准备。计划是进行纸板样品收集,拟定一份关于颗粒技术和纸板化学的综述文献,并进行环境分析。

研究人员确定,只有瓦楞纸板材料——Gall将其定义为海运集装箱中使用的“经典”纸板——才会用于该研究项目。纸板是从杂货店、医院和其他大型机构获得的,纸板上的订书钉、塑料支架、标签和其他不需要的材料被剥离,然后称重。纸板中的聚合物和非纤维材料的质量也会被称重,以更好地了解在纸板废物流中的占比。

木质颗粒vs纸板颗粒

Gall说,在关于废物利用的最初讨论中,最初的重点是塑料,后来才转向纸板。

研究小组联系了颗粒机制造商,以确定纸板造粒机能否在传统造粒设备厂生产。

Gall解释说:“我们知道这个过程在生产方面肯定是可行的。燃烧方面更具挑战性。”

人们担心产生的灰分,今天生产的纸板颗粒仍在实验室进行测试,以“检查一些问题”。Gall说,他收集的信息是“分散的”,但研究小组已经能够充分利用它们。团队现在对项目的技术、经济和环境考虑有了更好的理解。

从制造的角度来看,木头和纸板颗粒最大的区别在于,纸板最初是通过制浆的过程从木头过渡到纸板纤维。这一过程会将大部分木质素从木材中剥离出来,而木质素是粘合木屑颗粒的主要物质。纸板颗粒需要纤维素纤维来粘合。

Gall说,纸板颗粒的生产温度略高于木屑颗粒生产所需的温度。更大程度上依赖于纤维素纤维来保持纸板颗粒的形状。

用废木材生产木屑颗粒使用比纸板颗粒更高密度的原料。另一方面,碎纸板“超级蓬松”,他补充说,在干燥的气候下,它会让人担心它可能没有被充分压缩。

“这与用锯屑制造木屑颗粒截然不同,”他说。

在颗粒厂调试期间生产的纸板颗粒

测试结果

但是,纸板颗粒的制造过程与木屑颗粒的制造过程类似。一旦原始纸板被剥离掉所有订书钉、塑料和其他不需要的材料,它就会在碎纸机中被粉碎,产生两到三毫米大小的纸板碎片。

Gall说:“(由Shini美国工业公司生产的)碎纸机比同等的木屑切碎机/造粒机组合更加耐用。”

粉碎的纸板被送入颗粒成型机,在那里它们受到相当大的热量和压力。造粒室内部温度可达150℃,而压辊下的压力可达每平方英寸数千磅。

Gall说,颗粒成型机中没有加热器,但施加给原料的压力产生了足够的内摩擦,从而产生了快速的温度上升。

他说,用于研究项目的因纽维克颗粒成型机是为一个中型工场量身定制的。工作空间约40英尺(12.2米)长,10英尺(3米)宽,能够容纳一台碎纸机,存储筒仓和制粒设备。这个装置每小时可以生产200到250磅(90.7-113.4公斤)的颗粒。

Gall说:“这对我们现在的实验来说是完美的,而且我们这里回收的废弃纸板一点也不少。”

燃烧数据表明,5%的纸板颗粒与木屑颗粒混合将产生最理想的热量和灰分结果。

为了让纸板充分燃烧,它需要比木屑颗粒多一点空气。大多数颗粒锅炉都有一个强制空气系统,但其设置被相应地调整,以确保混合燃料燃烧效率最高。

Gall说,数据预测,如果包含纸板颗粒,灰分会更高。使用该值,可以确定纸板颗粒的灰分质量为10%,而木质颗粒的灰分质量在1%到3%之间。建议用于该项目的锅炉灰分不超过5%。

“我们提出了将纸板颗粒与木颗粒混合以稍微放大价值的想法,但我们从未期望灰分含量超过5%,”Gall说,并补充说研究人员与负责的工厂操作员进行了定期沟通,他们同意5%的纸板颗粒含量是最好的。

当压缩成颗粒状燃烧时,纸板的性能会提高。

但是,他说,控制锅炉中的灰分是一个主要问题。

研究还确定,纸板颗粒的热值比木质颗粒低15%。这些信息被用来计算出与木质颗粒相当的价格,使研究团队能够了解他们的制造成本是超过还是低于该价格。他们发现,如果能够引入补贴制度或城市垃圾分流制度,他们至少可以实现收支平衡或有机会盈利。

潜在影响

收集废纸板的成本可能很高,但Gall表示,许多社区企业和组织都渴望直接将他们不需要的纸板垃圾送到工厂,以避免支付垃圾填埋场倾卸费。

大部分送往垃圾填埋场的硬纸板要么脏了,要么损坏了,几乎无法用于颗粒生产,但Gall指出,将其中约60%的硬纸板转移出来,每年就能获得60吨以上的可用原料。

奥罗拉研究所在这个项目上与Delta Enterprises开展合作,Delta Enterprises是Gwich'in拥有的一家当地私营公司,该公司提供了进入其车间安装颗粒机的机会。Delta准备最终接管基础设施的商业运营。

Gall说:“我们正在训练他们,教他们如何使用制粒机,同时解决我们的研究问题。”

为了支付研究项目的费用,由加拿大皇家土著关系和北方事务部提供的Northern REACHE(社区健康和电力的负责任能源方法)提供了95,000美元的赠款。固定成本包括维持每小时250磅的处理速度所需的7.5万美元的设备。这笔赠款除了支付碎纸机、筒仓和制粒机的费用外,还用于支付电力和服务升级的费用。

该项目的预期效益包括创造本地就业机会、节省垃圾填埋场空间,以及减少因纸板垃圾不均匀分解而产生的甲烷气体排放。

(原文来自:生物质杂志 51生物质颗粒交易网,新能源网综合)




责任编辑: 李颖

标签: 纸板颗粒 生物质燃料

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