CN105623773A - 一种生物质燃料及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质燃料，包括生物质原料和石英砂，各物质的重量分数为生物质原料95~97%、石英砂3~5%；由以下步骤制备：原料洗涤，将生物质原料放置在室外，使用雨水或PH值在5.5~6.5之间的水冲洗后，晒干，使其含水量在50~60%之间；粉碎和筛分；干燥；除杂；混料：用水将石英砂表面喷湿，将重量分数为4%的石英砂与96%经除杂处理后的颗粒混合形成混合料备用；成型；冷却包装：成型后的产品通过冷却设备冷却到35℃以下，包装，即得生物质固体燃料产品。本发明原料种类多，生产工艺简单，仅需添加石英砂，依靠成型机高压挤压成型，成本低廉，同时生产中无废渣、废气、废水排放，不会形成二次污染，适用于推广应用。

Description

一种生物质燃料及其加工方法

技术领域

本发明涉及固体燃料制造领域，具体涉及一种生物质燃料及其加工方法。

背景技术

目前，我国工业锅炉中燃煤锅炉占主导地位，低廉的燃料成本是工业燃煤锅炉的一大优势。由数十年实践经验可知，燃煤锅炉有两点不可回避的弊端：一是锅炉热效率较低，一般在70％左右，燃料燃烧不充分；二是烟气黑度大，SO2、NOX含量高，环境污染严重。因此清洁能源发展和全球气候变化成为了当前国际社会共同关注的焦点，全世界200多年的工业化历程中，只有不到10亿人口的发达国家实现现代化，但全球资源和生态却为此付出了沉重代价，在此背景下，以欧美为代表的许多国家都纷纷加大了对生物质能源化利用的重视和投入。

生物质燃料是将农业废弃的生物质压缩成型转换成能量密度高、使用方便、高效环保的成型燃料。近年来，由于原材料的种类多且杂，造成了生产出的生物质燃料灰分重，且容易结焦，对燃烧设备的热性能造成影响，燃烧设备易腐蚀，降低传热效率，从而降低燃料的利用率和燃烧效率。因此在秸秆类生物质燃料燃烧过程中，要添加防结焦添加剂，以减少结焦，提高其燃烧特性。

如中国专利CN201410478707.3公开的一种生物质基燃料及制备方法，包括生物质和生物质添加剂、干燥基全硫分小于0.9的低硫煤、低硫煤添加剂，其中，所述生物质添加剂为高炉炉渣，所述高炉炉渣包括CaO、SiO2、A12O3、MgO、MnO、FeO、CaS，余量为杂质；所述低硫煤添加剂为钢渣和瓦斯泥中的一种或两种按照任意重量比混合而成。本发明分别将添加剂复合掺入到生物质与低硫原煤中，同时实现了固硫和改善灰熔融性，防止结焦。但是上述生物质燃料的制备方法较为繁琐，且添加剂的种类繁多，难以获得；虽然添加剂是利用一些工业生产的废弃物，但是对于废弃物内物质的成分和重量比无法保证其同一性，使生产出的生物质燃料各批次之间差别较大；同时，添加剂内也不是所有重量比都能改善灰熔融性，因此也无法确保其防结焦的特性。

发明内容

本发明意在提供一种生物质燃料，以解决现有技术在对生物质燃料制备时使用工业废弃物作为添加剂，生产出的生物质燃料各批次之间差别较大、且确保其防结焦特性的缺陷。

本方案中的一种生物质燃料，包括生物质原料和石英砂，各物质的重量分数为生物质原料95~97%、石英砂3~5%。

进一步，所述各物质的重量分数为生物质原料97%、石英砂3%。

进一步，所述生物质原料包括锯末、玉米秸秆、花生壳、玉米芯、大豆秸秆、药渣、茶籽壳、酒糟和菌包中的一种或几种。

进一步，所述石英砂的粒径为5~20目。

本发明的有益效果：（1）生物质燃料在制造过程中不可能只保证一种原料加工而成，而是多种原料混合加工，因此也存在种类繁多、杂质较多（掺有泥土、细沙）、灰份高、碱金属含量高的问题，生物质燃料结焦主要是指在燃料燃烧后的产生的灰份，由于生物质锅炉所燃烧的生物质燃料的灰熔点较低，且积灰容易附着在炉膛、过热器的管壁上，如果燃料中水分过大，燃烧中产生的水汽就会软化灰分中的钾，钾在受热后久而久之造成结焦。而石英砂可提供大量表面积来捕捉精细的飞灰聚集物，使之远离炉膛和过热器的管壁，使积灰的熔点升高100~200℃，从而防止结渣。（2）添加剂采用石英砂，成分和含量较为单一，且方便易得，添加进生物质原料中，可以使每一批的生物质燃料的燃烧特性保持一致。（3）采用占总重量分数为3~5%的石英砂，石英砂中的主要成分是二氧化硅，碱金属与少量的二氧化硅反应生成低熔点的共晶体，共晶体的存在降低了秸秆灰分的熔点，使秸秆灰极易结渣，但是当二氧化硅的含量逐渐升高时，灰熔点反而越高，越不易结焦，但是超过5%，由于石英砂的含量高，使得生物质燃料的燃烧效率降低，利用率降低，因此石英砂的含量优选为3~5%。（4）生物质成型燃料的原料为富含木质素的农业生产和工业生产的废弃物，包括锯末、玉米秸秆、花生壳、玉米芯、大豆秸秆、药渣、茶籽壳、酒糟和菌包；使用的原料来自于农业生产和工业生产的废弃物，原料总类多，且廉价易得；在废物利用的同时，通过制成生物质燃料来减少一次能源的利用率，有效缓解商品能源有效供给不足的问题。

生物质燃料的加工方法，包括以下步骤制备：

步骤1、原料粉碎、筛分：使用粉碎机将生物质原料粉碎成直径为1～3mm的颗粒，过筛，筛分后的颗粒送入干燥机中干燥；

步骤2、干燥：采用干燥机对筛分后的颗粒进行干燥，使颗粒的含水率降至10~12%；

步骤3、除杂：干燥后的颗粒进入除杂设备内进行除杂处理；

步骤4、混料：用水将石英砂表面沾湿，以不滴水为宜，按比例与步骤3中经除杂处理后的颗粒混合形成混合料；

步骤5、成型：将步骤4中混合料送入成型装置中，依靠压辊和模具与原料之间的摩擦产生的热量软化原料中的木质素，将原料黏结压制成型，形成棒状固体燃料；

步骤6、冷却包装：成型后的产品通过冷却设备冷却到35℃以下，包装，即得生物质固体燃料产品。

进一步，所述步骤1中的原料在粉碎之前，先经雨水或PH值在5.5~6.5之间的水冲洗，再晒干。

进一步，所述步骤1和步骤2之间设有除铁操作。

本发明的有益效果：（1）依靠压辊和模具相对运动碾压经粉碎干燥后的原料，依靠碾压物料产生的摩擦热，使物料软化和黏合，最终在模具成型孔中挤出；（2）原料在粉碎之前，增加先经雨水冲洗，再晒干的步骤，有利于碱金属被脱出，使用经过雨水冲洗的原料，由于雨水呈酸性，使用雨水对原料进行洗滤，可脱除秸秆中95％的碱金属，从而减少灰分；（3）增加了除铁质和除杂的步骤，避免了杂质对后续步骤带来影响。本发明原料种类多，生产工艺简单，仅需添加石英砂，依靠成型机高压挤压成型，成本低廉，同时生产中无废渣、废气、废水排放，不会形成二次污染，适用于推广应用。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1，使用木材加工厂的锯末为生物质原料：

步骤1、洗涤：将锯末放置在室外，使用雨水或PH值在5.5~6.5之间的水冲洗后，晒干，使其含水量在50~60%之间。

步骤2、原料粉碎、筛分：将步骤1中晒干后的锯末使用粉碎机粉碎成直径为3mm的颗粒，除铁后过筛进行筛分，将尺寸过大颗粒筛分出来进行再粉碎或作为燃料供给热风炉，尺寸适宜的的颗粒则运输到滚筒干燥机内干燥。

步骤3、干燥：采用滚筒干燥机对步骤2粉碎筛分后的颗粒进行干燥，滚筒干燥机的转速为700r/min，筒内干燥温度330℃，筒壁温度410℃，滚筒干燥机出口处颗粒的含水率为12%。

步骤4、除杂：干燥后的颗粒经风机的牵引进入除石器，去除石头等杂质，再进入旋风分离器除尘，扬尘进入布袋除尘器统一回收，除杂后的颗粒进入下一步骤。

步骤5、混料：用水将石英砂表面喷湿，将重量分数为3%的石英砂与97%步骤4中经除杂处理后的颗粒混合形成混合料备用。

步骤6、成型：混合料进入平模式成型设备，压力为400t，依靠压辊和模具与原料之间的摩擦产生的热量软化原料中的木质素，将原料黏结压制成型，成型后的产品为直径6cm×长度2~10cm的棒状固体燃料。

步骤7、冷却包装：成型后的固体燃料通过筛孔尺寸为1~3cm的网带输送机运输到冷却设备内，将产品冷却到35℃以下，然后统一包装，即得生物质固体燃料产品。

实施例2，使用玉米秸秆、花生壳、玉米芯、大豆秸秆和木材加工厂的锯末为生物质原料：

步骤1、洗涤：将生物质原料放置在室外，使用雨水或PH值在5.5~6.5之间的水冲洗后，晒干，使其含水量在50~60%之间。

步骤2、原料粉碎、筛分：将步骤1中晒干后的生物质原料按照重量分数为10%的玉米秸秆、5%的花生壳、10%的玉米芯、5%的大豆秸秆以及70%的木材加工厂的锯末混合，使用粉碎机粉碎成直径为3mm的颗粒，除铁后过筛进行筛分，将尺寸过大颗粒筛分出来进行再粉碎或作为燃料供给热风炉，尺寸适宜的的颗粒则运输到滚筒干燥机内干燥。

步骤3、干燥：采用滚筒干燥机对步骤2粉碎筛分后的颗粒进行干燥，滚筒干燥机的转速为700r/min，筒内干燥温度330℃，筒壁温度410℃，滚筒干燥机出口处颗粒的含水率为12%。

步骤4、除杂：干燥后的颗粒经风机的牵引进入除石器，去除石头等杂质，再进入旋风分离器除尘，扬尘进入布袋除尘器统一回收，除杂后的颗粒进入下一步骤。

步骤5、混料：用水将石英砂表面喷湿，将重量分数为4%的石英砂与96%步骤4中经除杂处理后的颗粒混合形成混合料备用。

步骤6、成型：混合料进入平模式成型设备，压力为400t，依靠压辊和模具与原料之间的摩擦产生的热量软化原料中的木质素，将原料黏结压制成型，成型后的产品为直径6cm×长度2~10cm的棒状固体燃料。

步骤7、冷却包装：成型后的固体燃料通过筛孔尺寸为1~3cm的网带输送机运输到冷却设备内，将产品冷却到35℃以下，然后统一包装，即得生物质固体燃料产品。

实施例3：使用药渣、茶籽壳、酒糟、菌包和木材加工厂的锯末为生物质原料：

步骤1、洗涤：将生物质原料放置在室外，使用雨水或PH值在5.5~6.5之间的水冲洗后，晒干，使其含水量在50~60%之间。

步骤2、原料粉碎、筛分：将步骤1中晒干后的生物质原料按照重量分数为2%的药渣、4%的茶籽壳、4%的酒糟、10%的菌包以及80%的木材加工厂的锯末混合，使用粉碎机粉碎成直径为3mm的颗粒，除铁后过筛进行筛分，将尺寸过大颗粒筛分出来进行再粉碎或作为燃料供给热风炉，尺寸适宜的的颗粒则运输到滚筒干燥机内干燥。

步骤3、干燥：采用滚筒干燥机对步骤2粉碎筛分后的颗粒进行干燥，滚筒干燥机的转速为700r/min，筒内干燥温度330℃，筒壁温度410℃，滚筒干燥机出口处颗粒的含水率为12%。

步骤4、除杂：干燥后的颗粒经风机的牵引进入除石器，去除石头等杂质，再进入旋风分离器除尘，扬尘进入布袋除尘器统一回收，除杂后的颗粒进入下一步骤。

步骤5、混料：用水将石英砂表面喷湿，将重量分数为5%的石英砂与95%步骤4中经除杂处理后的颗粒混合形成混合料备用。

步骤6、成型：混合料进入平模式成型设备，压力为400t，依靠压辊和模具与原料之间的摩擦产生的热量软化原料中的木质素，将原料黏结压制成型，成型后的产品为直径6cm×长度2~10cm的棒状固体燃料。

步骤7、冷却包装：成型后的固体燃料通过筛孔尺寸为1~3cm的网带输送机运输到冷却设备内，将产品冷却到35℃以下，然后统一包装，即得生物质固体燃料产品。

实验对照数据：选择中国专利CN201410478707.3生产的生物质基燃料做为对照组1；选择本工艺方法但是原料仅为锯末的生物质燃料为对照组2；选择实施例1的原料，但是省略步骤1操作的生物质燃料为对照组3；本发明的实施例1为实验组1，实施例2为实验组2，实施例3为实验组3，通过分析和燃烧试验对比如下：

表1：

通过表1可以看出，利用本发明的工艺生产的生物质燃料的灰分低于对照组的灰分，主要是在粉碎时先经洗涤处理的效果，从而减少结焦；生物质干燥高位发热量Qgr,ar(Cal/g)的数值相差不大；没有添加石英砂的生物质燃料的结焦温度低于700℃，而本发明的结焦温度均高于700℃，实验组1的结焦温度最高，高达798℃，说明随着石英砂的重量分数从3%上升到5%时，灰熔点越高，越不易结焦；结焦率通过锅炉结焦清理周期来观察，对照组1/2/3的清理时间较为频繁，器结焦率高，而实验组清理的次数较少，结焦率低。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种生物质燃料，其特征在于，包括生物质原料和石英砂，各物质的重量分数为生物质原料95~97%、石英砂3~5%。

2.根据权利要求1所述的生物质燃料，其特征在于：所述各物质的重量分数为生物质原料97%、石英砂3%。

3.根据权利要求2所述的生物质燃料，其特征在于，所述生物质原料包括锯末、玉米秸秆、花生壳、玉米芯、大豆秸秆、药渣、茶籽壳、酒糟和菌包中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的生物质燃料，其特征在于，所述石英砂的粒径为5~20目。

5.加工如权利要求1~4所述的生物质燃料的方法，其特征在于：包括以下步骤制备：

步骤1、原料粉碎、筛分：使用粉碎机将生物质原料粉碎成直径为1～3mm的颗粒，过筛，筛分后的颗粒送入干燥机中干燥；

步骤2、干燥：采用干燥机对筛分后的颗粒进行干燥，使颗粒的含水率降至10~12%；

步骤3、除杂：干燥后的颗粒进入除杂设备内进行除杂处理；

步骤4、混料：用水将石英砂表面沾湿，按比例与步骤3中经除杂处理后的颗粒混合形成混合料；

步骤5、成型：将步骤4中混合料送入成型装置中，依靠压辊和模具与原料之间的摩擦产生的热量软化原料中的木质素，将原料黏结压制成型，形成棒状固体燃料；

步骤6、冷却包装：成型后的产品通过冷却设备冷却到35℃以下，包装，即得生物质固体燃料产品。

6.根据权利要求5所述的生物质燃料的加工方法，其特征在于，所述步骤1中的原料在粉碎之前，先经雨水或PH值在5.5~6.5之间的水冲洗，再晒干。

7.根据权利要求5所述的生物质燃料的加工方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2之间设有除铁操作。