CN109022090A - 一种生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质颗粒燃料及其制备方法，该生物质颗粒燃料的原料包括秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳、山楂核、润滑剂和添加剂，该生物质颗粒燃料的制备方法包括以下步骤：一是对原料进行粉碎、筛分；二是将所有的原料进行搅拌混匀；三是挤压造粒；四是干燥，即得生物质颗粒燃料；本发明的原料易得、成本低，变废为宝，该燃料燃烧时间长、发热量大、密度较大、含硫量低、含水量也较低、灰分含量较低，该燃料是一种热值高、清洁无污染的环保产品，该燃料燃烧充分，积少灰，不结渣，性能良好，可以进行推广和使用。

Description

一种生物质颗粒燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物质燃料技术领域，具体是一种生物质颗粒燃料及其制备方法。
背景技术
在过去几十年里，煤炭在中国能源构成中占据主导地位，近年来，随着我国对石油、天然气等能源的开发量不断增加，煤炭在中国能源构成中的比例有所减少，但其主导地位仍未改变。大量化石燃料的消耗和使用，使得环境污染越来越严重，我国有许多城市的空气质量状况都较差，严重威胁着人们的健康。随着时间的推移，化石能源会枯竭，加强可再生能源的开发利用是应对日益严重的能源危机和环境污染的必由之路，也是人类社会可持续发展的必由之路。
以木屑、竹屑、树枝、秸秆、植物壳等为原料，经过专业机械、特殊工艺，无任何化学添加剂，高压低温压缩成型的颗粒状燃料统称为生物质颗粒燃料，生物质颗粒燃料发热量高，清洁无污染，是替代化石能源的高科技环保产品。生物质燃料属于可再生能源，只要有阳光存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能源就不会枯竭，生物质颗粒燃料在燃烧时所释放出的CO2大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2，温室气体保持动态平衡，不会造成任何的环境污染问题。
中国是一个农业大国，每年可生产作物秸杆6亿多吨，大量的剩余秸杆都是放火烧掉或自然烂掉，既浪费了大量的自然资源，又污染了环境；另外我国每年种植大量的坚果类植物和果树，坚果果壳和水果果核极为丰富，但长期未能得到有效利用，果壳和果核随意丢弃、腐烂，既造成生物质能源浪费，又造成土壤和环境的污染。利用秸杆、果壳、果核等生物质资源制成可以燃烧的生物质颗粒燃料，该燃料能足以代替木材、煤炭等用来发电、采暖，减少了人们对化石能源的依赖，提高了秸杆、果壳、果核等资源的利用率，减轻了化石能源消耗给环境造成的污染；同时还可以利用秸杆、果壳、果核制成的生物质颗粒燃料的剩余物草木灰加工有机肥，形成产业闭环，产生一定的利润。
近年来，以秸杆、果壳、果核等为原料制成的生物质颗粒燃料存在着一些问题，例如燃烧时间短、热量不高等，因此，需要开发一种新的以秸秆、果壳、果核等为原料的生物质颗粒燃料至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质颗粒燃料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物质颗粒燃料，包括以下重量份的原料：秸秆30-50份、花生壳20-40份、棉杆10-20份、黄烟杆20-30份、腰果壳30-50份、山楂核20-40份、润滑剂1-4份和添加剂2-5份。使用秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳、山楂核作为原料，这些原料易得，成本低，废物利用，这些原料中含钾、钠较少，用它们制成的生物质颗粒燃料燃烧的干净充分，并且不易引发锅炉设备的积灰、积渣。
作为优化，润滑剂为机械油、蓖麻油、牛脂、硅油、油酸中的一种或多种。在挤压制粒的过程中，生物质颗粒与生物质颗粒之间以及生物质颗粒与模具之间都存在着摩擦，摩擦会减少颗粒之间传递的径向力与轴向力，进而出现掉颗粒、掉粉的问题，容易造成生物质原料的浪费和粉尘污染。为了减少生物质颗粒在制粒过程中的摩擦，本发明在生物质颗粒燃料中添加了润滑剂，润滑剂可有效减少这种摩擦，增加了颗粒的流动性，减少掉颗粒、掉粉现象的发生，使制得的生物质颗粒燃料完整光洁。
作为优化，添加剂包括氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土。添加剂中的氯酸钾和硝酸钾可分解产生O2，O2可进一步促进生物质颗粒燃料的燃烧，大大提高燃烧效率；添加剂中的硅藻土和高岭土能明显提高生物质颗粒燃料的灰熔点，抑制烧结的产生，具有优异的抗结渣效果。
作为优化，秸秆为稻草秸秆、麦秸秆、玉米秸秆中的一种或多种。
一种生物质颗粒燃料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)对秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为50-80目的筛分料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、润滑剂和添加剂放入搅拌机中搅拌混匀，得混合料；
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，得直径为6-10㎜、长度为3-5㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，干燥至水分含量为1-6％，即可获得生物质颗粒燃料。
作为优化，步骤(1)中将秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核晾晒至水分含量为15-25％。
作为优化，步骤(2)搅拌机的搅拌速度为：3000-5000r/min,搅拌时间为1-3h。
作为优化，步骤(3)中挤压造粒的条件为：压力50-150MPa，温度70-90℃。在挤压制粒的过程中，压力是一个重要的影响因素，刚开始压力较小，颗粒之间的空隙被相邻颗粒相互填充，颗粒间的位置不断更新，当颗粒间所有较大的空隙都被进入的颗粒占据后，随着压力的继续增大，颗粒本身发生变形，这时，颗粒在垂直于最大主应力的平面上被延展，当颗粒被延展到相邻两颗粒相互接触的时候，再增大压力，颗粒就会相互结合，分散的颗粒被挤压成型。制粒过程另一个重要的影响因素是温度，生物质原料的化学成分以纤维素、半纤维素和木质素为主，纤维素和半纤维素受到挤压后会发生搭桥，木质素具有软化点，当温度为70-90℃时，其粘合力开始增加，此时在一定的压力下，木质素可以充当粘结剂，把木质素和已搭桥的颗粒粘结在一起，从而保证了生物质颗粒燃料良好的成型性。
作为优化，步骤(4)中干燥的条件为：温度80-100℃，时间2-4h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一是本发明利用秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核作为原料，变废为宝，将农作物秸秆、果壳、果核等废弃物变成清洁燃料，燃料燃烧时间长、燃烧充分、灰分含量低，发热量大，热值均在5200kcal/kg以上，与天然煤效果相当，本发明既充分利用了资源，又保护了环境，是一种低成本、高热值的环保能源产品；
二是本发明所制得的生物质颗粒燃料的密度大，外形可调整，因此占地少、方便运输和贮存，清洁卫生，取用方便；
三是本发明所制得的生物质颗粒燃料含氢量高、挥发分高，易于引燃；该燃料含氧量高，易于燃烧和燃尽，灰烬中残留的碳量较少，有利于燃料燃烧效率的提高；
四是本发明所制得的生物质颗粒燃料燃烧后的灰烬可进一步加工成有机肥，形成产业闭环，产生一定的利润；
五是本发明所制得的生物质颗粒燃料在燃烧时基本无含硫气体排出，避免了含硫气体的排放对大气造成的污染；本发明属于可再生能源，可以替代化石燃料，能有效降低温室气体的排放。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种生物质颗粒燃料，包括以下重量份的原料：稻草秸秆30份、花生壳20份、棉杆10份、黄烟杆20份、腰果壳30份、山楂核20份、机械油1份、氯酸钾0.5份、硝酸钾0.4份、硅藻土0.5份和高岭土0.6份。
一种生物质颗粒燃料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)对稻草秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，晒至水分含量为15％，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为50目的筛分料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、机械油、氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土放入搅拌机中搅拌混匀，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为1h，得混合料；
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，压力为50MPa，温度为70℃，得直径为6㎜、长度为3㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，温度为80℃，时间为2h，干燥至水分含量为1％，即可获得生物质颗粒燃料。
实施例2：
一种生物质颗粒燃料，包括以下重量份的原料：麦秸秆35份、花生壳25份、棉杆12份、黄烟杆22份、腰果壳35份、山楂核25份、蓖麻油1.5份、氯酸钾0.7份、硝酸钾0.7份、硅藻土0.8份和高岭土0.8份。
一种生物质颗粒燃料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)对麦秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，晒至水分含量为18％，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为60目的筛分料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、蓖麻油、氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土放入搅拌机中搅拌混匀，搅拌速度为3500r/min，搅拌时间为1.5h，得混合料；
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，压力为80MPa，温度为75℃，得直径为7㎜、长度为3.5㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，温度为85℃，时间为2.5h，干燥至水分含量为2％，即可获得生物质颗粒燃料。
实施例3：
一种生物质颗粒燃料，包括以下重量份的原料：玉米秸秆40份、花生壳30份、棉杆15份、黄烟杆25份、腰果壳40份、山楂核30份、牛脂2份、氯酸钾1份、硝酸钾1份、硅藻土1份和高岭土1份。
一种生物质颗粒燃料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)对玉米秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，晒至水分含量为20％，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为65目的筛分料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、牛脂、氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土放入搅拌机中搅拌混匀，搅拌速度为4000r/min，搅拌时间为2h，得混合料；
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，压力为100MPa，温度为80℃，得直径为8㎜、长度为4㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，温度为90℃，时间为3h，干燥至水分含量为3％，即可获得生物质颗粒燃料。
实施例4：
一种生物质颗粒燃料，包括以下重量份的原料：稻草秸秆20份、麦秸秆25份、花生壳35份、棉杆18份、黄烟杆28份、腰果壳45份、山楂核35份、蓖麻油1.5份、油酸1.5份、氯酸钾1.2份、硝酸钾1份、硅藻土1.2份和高岭土1.2份。
一种生物质颗粒燃料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)对稻草秸秆、麦秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，晒至水分含量为22％，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为70目的筛分料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、蓖麻油、油酸、氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土放入搅拌机中搅拌混匀，搅拌速度为4500r/min，搅拌时间为2.5h，得混合料；
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，压力为120MPa，温度为85℃，得直径为9㎜、长度为4.5㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，温度为95℃，时间为3.5h，干燥至水分含量为4％，即可获得生物质颗粒燃料。
实施例5：
一种生物质颗粒燃料，包括以下重量份的原料：麦秸秆25份、玉米秸秆25份、花生壳40份、棉杆20份、黄烟杆30份、腰果壳50份、山楂核40份、牛脂2份、硅油2份、氯酸钾1.5份、硝酸钾1份、硅藻土1.5份和高岭土1份。
一种生物质颗粒燃料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)对麦秸秆、玉米秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，晒至水分含量为25％，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为80目的筛分料；为5000r/min，搅拌时间为3h，得混合料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、牛脂、硅油、氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土放入搅拌机中搅拌混匀，搅拌速度
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，压力为150MPa，温度为90℃，得直径为10㎜、长度为5㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，温度为100℃，时间为4h，干燥至水分含量为6％，即可获得生物质颗粒燃料。
对本发明实施例1至5中所制得的生物质颗粒燃料的性能进行检测，检测指标主要有：热值、灰分、含水量、含硫量、密度和焦渣特性，热值、灰分、含水量、含硫量和密度的检测结果如表1所示，焦渣特性的检测结果如表2所示，其中，采用灰熔融自动测试仪对实施例1至5所制备的生物质颗粒燃料做灰熔融性实验。
表1实施例1至5制备的生物质颗粒燃料的性能检测
从表1中可以看出，本发明实施例1至5所制备的生物质颗粒燃料，发热量大，热值均在5200kcal/kg以上，密度较大，密度值均在1.20㎏/m3以上，含硫量低，含硫量均在0.04％以下，含水量也较低，均在6.0％以下，灰分含量较低，灰分含量均在1.0％附近，这些数值表明，本发明所制得的生物质颗粒燃料是一种热值高、清洁无污染的环保产品。
表2实施例1至5制备的生物质颗粒燃料的焦渣性能检测
注：灰熔融特征温度是为判别灰渣粘结而建立的指标。
用变性温度DT判断燃料结渣性界限为：
DT＞1289℃不结渣；
DT＝1108～1288℃中等结渣；
DT＜1107℃严重结渣。
用软化温度ST判断燃料结渣性界限为：
ST＞1390℃不结渣；
ST＝1260～1389℃中等结渣；
ST＜1260℃严重结渣。
从表2中可以看出，本发明实施例1至5所制备的生物质颗粒燃料的变性温度均在1289℃以上，软化温度均在1390℃以上，均不结渣，表明本发明所制备的生物质颗粒燃料燃烧充分，积少灰，不结渣，性能良好，可以进行推广和使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种生物质颗粒燃料，其特征在于：包括以下重量份的原料：秸秆30-50份、花生壳20-40份、棉杆10-20份、黄烟杆20-30份、腰果壳30-50份、山楂核20-40份、润滑剂1-4份和添加剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种生物质颗粒燃料，其特征在于：所述润滑剂为机械油、蓖麻油、牛脂、硅油、油酸中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种生物质颗粒燃料，其特征在于：所述添加剂包括氯酸钾、硝酸钾、硅藻土和高岭土。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种生物质颗粒燃料，其特征在于：所述秸秆为稻草秸秆、麦秸秆、玉米秸秆中的一种或多种。
5.一种生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(1)对秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核进行晾晒，然后用粉碎机进行粉碎，得粉碎料，将粉碎料通过筛分机进行筛分，得到粒径大小为50-80目的筛分料；
(2)将步骤(1)所得的筛分料、润滑剂和添加剂放入搅拌机中搅拌混匀，得混合料；
(3)将步骤(2)所得的混合料送入挤压成型机中进行挤压造粒，得直径为6-10㎜、长度为3-5㎝的颗粒；
(4)将步骤(3)所得的颗粒送入干燥室中进行干燥，干燥至水分含量为1-6％，即可获得生物质颗粒燃料。
6.根据权利要求5所述的一种生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中将秸秆、花生壳、棉杆、黄烟杆、腰果壳和山楂核晾晒至水分含量为15-25％。
7.根据权利要求6所述的一种生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)搅拌机的搅拌速度为：3000-5000r/min,搅拌时间为1-3h。
8.根据权利要求7所述的一种生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中挤压造粒的条件为：压力50-150MPa，温度70-90℃。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的一种生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中干燥的条件为：温度80-100℃，时间2-4h。
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