CN101613614A - 秸秆烧烤型炭及其制备方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种秸秆炭的制备方法，包括形成秸秆的未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层，上述各层从上方往下方的位置依次为未燃烧层、干馏层、燃烧层，和炭化层；其中所述燃烧层使紧邻上方的干馏层受热干馏，分解出挥发份，并被吸入燃烧层燃烧；燃烧层产生的烟气，被吸入燃烧层下面的炭化层，以供给炭化层的秸秆炭化需要的热量，同时空气从上方未燃烧层的顶部连续吸入，烟气经过炭化层后从下方导出；燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动。本发明还公开了利用秸秆制备秸秆炭的炭化装置、利用秸秆炭制备的快速引燃和慢速引燃的烧烤型炭，及其制备方法。本发明烧烤型炭不用木炭，且具有使用方便、洁净环保、加工成本低等优势。

Description

秸秆烧烤型炭及其制备方法和装置

技术领域

本发明涉及一种利用秸秆炭制备烧烤型炭及其制备方法，以及所述秸秆炭的制备方法和装置。

背景技术

由于其数量巨大且无法充分合理利用，秸秆已成为世界的包袱。根据国际能源署(IEA)统计，2006年全世界废弃的秸秆数量为53亿吨。它蕴藏的能量，相当于世界年产109亿吨一次能源的30％，目前，这些巨大的“可再生能源”却被废弃了，且当其被迫在野外焚烧时，还对环境造成很大危害。因而，需要一种经济地高附加值地利用秸秆的方法。

另一方面，随着人们回归自然的趋势和人民生活水平的提高，烧烤传统日益时兴，烧烤炭需求量日增。国际烧烤炭市场的贸易额也以每年2％的幅度迅速增长。然而，为防止地球变暖、保护生态和森林，各国纷纷立法禁伐林木，不少国家近年也相继禁止木炭的生产或出口(例如传统出口卵形烧烤型炭的美国，也不得不决定逐步转向进口烧烤型炭，停止在美国国内生产)。这使木炭资源迅速枯竭，国际市场的烧烤炭供不应求，价格上涨。因而，需要一种新的炭材，尤其是生产烧烤炭用的炭材，以替代传统的木炭。

目前虽已有若干秸秆炭化技术正提交专利申请，或已公开、授权，例如：申请号分别为200410014451.7、200720085610.1和200710007486.1的中国专利申请。但现有技术所产秸秆炭质量低，只能用于家庭炊事、塑料种植大棚保温等初级用途，而无法用做烧烤炭；现有技术的炭化方法，所得的秸秆炭发热量低、燃烧温度低、燃烧时间短，炭化过程污染大；现有技术的秸秆炭窑结构复杂、造价高、金属构件易变形损坏、炭化操作复杂、不易稳定生产。

目前世界各国都只能用100％木炭做烧烤燃料，而不能用秸秆炭。原因之一是秸秆有许多缺点，使其难以制得优质秸秆炭，例如，秸秆本身松软、热值低、水份高；秸秆燃烧时间短、火焰温度低；燃烧时烟大呛人、污染大；若就地在野外焚烧则难燃、烟浓、污染环境；且由于秸秆容易烧成“灰”而难成“炭”，导致秸秆出炭率低。另外，即使制得秸秆炭，其还具有燃烧时有烟和臭味、燃烧温度低、燃烧时间短、炭质疏松而无法压成型炭等缺陷。因此，目前国内外都不能用秸秆炭制备可用于烧烤的型炭，即烧烤型炭。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种用秸秆制备秸秆炭的方法，所述方法能够用秸秆代替木材，制备出达到木炭性能的优质秸秆炭。

根据本发明，提供了一种炭化方法，所述方法包括形成炭化原料未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层，上述各层从上方往下方的位置依次为未燃烧层、干馏层、燃烧层，和炭化层；其中所述燃烧层使紧邻上方的秸秆层受热干馏，分解出挥发份并被吸入燃烧层燃烧，燃烧层产生的烟气(或称高温烟气)，被吸入燃烧层下面的炭化层，以供给炭化层的炭化原料炭化需要的热量，同时空气从上方未燃烧层的顶部连续吸入，烟气经过炭化层后从下方导出；燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动。

在一个实施方案中，所述炭化原料是秸秆。

在一个实施方案中，所述方法形成的炭化原料的未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层层数各为一层。

根据本发明，提供了一种利用秸秆制备秸秆炭的方法，所述方法包括形成秸秆的未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层，上述各层从上方往下方的位置依次为未燃烧层、干馏层、燃烧层，和炭化层；其中所述燃烧层使紧邻上方的干馏层受热干馏，分解出挥发份，被吸入燃烧层燃烧，燃烧层产生的(高温)烟气，被吸入燃烧层下面的炭化层，以供给炭化层的秸秆炭化需要的热量，同时空气从上方未燃烧层的顶部连续吸入，烟气经过炭化层后从下方导出；燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动。

在一个实施方案中，所述炭化层是位于燃烧层下面的、由于缺氧而停止燃烧的、未充分燃烧的秸秆层。

在一个实施方案中，所述燃烧层燃烧的主要物质是从干馏层吸入的挥发份，燃烧层产生的高温烟气，不是向上经过未燃烧层直接排入大气，而是被吸入燃烧层下面的炭化层。

在一个实施方案中，所述方法形成的秸秆的未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层层数各为一层。

在一个实施方案中，所述方法还包括产生炭化层的步骤。

在一个实施方案中，所述方法的炭化层耗热，不断得到所述燃烧层的高温烟气的补给；在高温、基本恒温的条件下进行炭化。

在一个实施方案中，秸秆陆续、断续或连续加入未燃烧层顶部。

在一个实施方案中，所述方法利用顶部可敞开的炭化装置。

在一个实施方案中，所述炭化装置是一种炭化池。

在一个实施方案中，秸秆从所述炭化装置上方加入。

在一个实施方案中，将秸秆破碎至直径或最大尺寸小于25mm再进行炭化。

在一个实施方案中，所述方法的炭化温度达到约510℃±70℃，例如440～480℃，470～520℃，510～560℃，540～580℃。

根据本发明，提供了一种制备秸秆炭的方法，所述方法包括形成秸秆的未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层，上述各层从上方往下方的位置依次为未燃烧层、干馏层、燃烧层，和炭化层；其中所述燃烧层使紧邻上方的干馏层受热干馏，分解出挥发份，并被吸入燃烧层燃烧；燃烧层产生的(高温)烟气，不是向上经过未燃烧层直接排入大气，而是被吸入燃烧层下面的炭化层，以供给炭化层的秸秆炭化需要的热量；其中秸秆从未燃烧层顶部加入，空气也从上方未燃烧层的顶部连续吸入，烟气经过炭化层后从下方导出；燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动；所述炭化层是位于燃烧层下面的(与燃烧层紧密相邻)、由于缺氧而停止燃烧的、未充分燃烧的秸秆层。

可以理解，由于燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动；此时，未燃烧层、干馏层，以及炭化层也将相应地从下向上移动。

根据本发明，提供了一种“倒吸燃烧，暗火无焰供热，恒温、高温炭化”的制备秸秆炭方法。所述方法利用顶部可敞开的炭化装置，秸秆从炭化池上方陆续加入，空气也从炭化池上方秸秆层的顶部连续吸入，烟气则从炭化池下方导出，燃烧层(即火层)从下向上移动，叫“倒吸燃烧”；所述方法的燃烧层被盖在干馏层和未燃烧层的下面，干馏层分解出的挥发份也被吸入燃烧层燃烧，是既看不见“火”也没有“焰”的“暗火无焰”燃烧，燃烧层产生的高温烟气，不是向上经过未燃烧层直接排入大气，而是吸入“燃烧层”下面的“炭化层”，烟气的热量供给秸秆炭化需要的热量，所以叫“暗火无焰供热”；所述方法的“炭化层”耗热，不断得到燃烧层高温烟气的补给，是在“恒温高温”的条件下进行“炭化”的。

本发明方法不同于现有技术采用封闭式炭窑由下方通入空气上方排烟的“正向燃烧，明火有焰升温，闷熄降温炭化”的方式。现有技术方法是从炭窑底部通入空气，燃烧火焰向上，烟气从炭窑顶部直接排入大气，即传统的“正向燃烧”；燃烧有看得见的明火和火焰，并靠这“明火有焰”的燃烧，将窑温从常温升至需要的炭化温度，即所述的“明火有焰升温”；达到要求温度后，即刻关闭窑底通风口，将窑火闷熄，靠窑温储存的热量，传入秸秆内部使之分解、炭化，而窑温则随之相应降低，所以称“闷熄降温炭化”。

本发明炭化方法的优点包括：

(a)不污染环境：根据现有技术，秸秆炭化采取“正向燃烧”的方式，高温层在下方，低温层在上方，空气先通过下方的高温层，再进入上方低温层。这样，刚着火的秸秆，一次分解产生的挥发份和焦油等，从上方的低温层，甚至是未着火的秸秆层排出，会成为呛人的浓烟、焦油雾等物污染环境。相比之下，本发明“倒吸燃烧”方法，上方确保有一层未着火的秸秆层保护，保护层下刚着火的秸秆，一次分解的挥发份、焦油等，被倒吸入下方，经过下方的燃烧层，和穿过高温炭化层排出时，一次分解的产物被燃烧掉或发生二次分解，除去了污染物，从而保护了环境；

(b)秸秆炭质量好：已知秸秆炭化技术用明火燃烧升温，时间长了“成灰”，短了炭化不好，向上燃烧的热量散发到大气中，导致炭化温度低、炭化时间短，秸秆炭质量不好；本发明用暗火无焰燃烧，炭化温度高而稳定，炭化时间长而不会成“灰”，燃烧的高温烟气经下方排出，给炭化层多带入热量，提高了炭化温度，秸秆炭质量好；

(c)出炭率高：已知技术用明火燃烧加热，使相当数量的秸秆被烧掉，过剩空气、火焰辐射、烟气排空等使大量热能损失，从而导致出炭率降低；本发明方法的燃烧层在秸秆层内部，有未燃烧层保温，上方未着火的秸杆分解出的“挥发份”吸入下方燃烧层，在燃烧层燃烧的主要是挥发份，从而大大减少了秸秆的燃烧量，从下方导出烟气，热量又供给秸秆“分解”“炭化”的耗热，没有向开放环境的辐射、对流等热损失，因此出炭率高。

在本发明中，术语“秸秆”是指：农业剩余物和林业废弃物。具体地秸秆可以是成熟或者未成熟的农作物或林作物的茎叶和/或穗部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物收获籽实后的剩余部分。例如，本发明所述的秸秆可包括：玉米秆、玉米芯、高粱秆、豆萁、花生壳、花生秆、棉秆、稻草、麦草、桃核壳、杏核壳、椰壳、红果核、树木剪枝、树皮、锯末、木材碎片或它们的任意混合物等各种农业和林业废弃物。

本领域技术人员可以理解，本发明炭化方法的炭化材料不限于秸秆，例如所述炭化材料可以是木材、包括竹子的其他林木、树枝、竹枝、木屑、竹屑等，以及它们与秸秆的任意混合物。

本发明秸秆炭制备方法实现了对秸秆的无烟、环保炭化。本发明方法能够用低质废弃的秸秆代替优质优价的木材，制备出达到木炭性能的优质秸秆炭；其原料秸秆，来源广泛、价格便宜、不需林木、不用专门种植不占耕地。本发明方法制得的秸秆炭可用做烧烤炭或用于制备烧烤型炭，且完全引燃时间短，对慢速引燃烧烤型炭不用外加引燃剂；烧烤炭直接接触食物的烟气污染物含量低、无异味；使用方便，不易起飞灰等。

本发明的目的在于提供一种由上述方法制备的秸秆炭。所述秸秆炭比现有技术的秸秆炭具有更高的质量，能够用于制备出高质量的烧烤炭。

与现有技术相比，根据本发明方法制备的秸秆炭，具有烟少、无味道、燃烧温度高、燃烧时间长等优点。现有技术的秸秆炭的燃烧时间一般为半小时左右，而本发明秸秆炭的燃烧时间则可达2-3小时；现有技术的秸秆炭的燃烧温度为200～300℃左右，而本发明秸秆炭的燃烧温度最高达400-600℃。

本发明的另一目的在于提供一种利用秸秆制备秸秆炭的炭化装置。所述炭化装置能够按本发明的炭化方法，将各种秸秆制备成优质秸秆炭。

根据本发明，提供了一种炭化装置，尤其是利用秸秆制备秸秆炭的炭化装置，所述炭化装置包括：

一个或者多个具有侧壁和池底的炭化池，所述池底设有若干气体通道；

水平分烟道，所述水平分烟道设在所述气体通道下方，以汇集来自气体通道的气体；以及

集烟道，所述集烟道与所述水平分烟道连通，以汇集来自水平分烟道的烟气，所述烟气经由所述集烟道向外界排出；

其中，所述集烟道上设有气体流量调节装置。

在一个实施方案中，所述集烟道设在水平分烟道下方的中央位置。

在一个实施方案中，所述集烟道在水平方向延伸超过炭化池外侧，所述气体流量调节装置设在集烟道的超过炭化池外侧的部分上。

在一个实施方案中，所述大量生产的工业化装置包括两个以上的炭化池，每个炭化池的集烟道的后半部分(即远离集烟道与水平分烟道的连接处的集烟道部分)汇合形成总烟道。

在一个实施方案中，所述气体通道设置为狭缝的形式。

在一个实施方案中，所述气体流量调节装置包括闸门或转门。

在一个实施方案中，所述气体流量调节装置是一个调风门。所述调风门在炭化过程中用于调节集烟道中的气体流量，优选地，所述调风门在点火并引燃至整个池底后处于开启状态；在出炭时处于关闭状态。通过所述气体流量调节装置可以调节气体流量，并进一步控制炭化池内的炭化温度。

在一个实施方案中，所述炭化池内可以设有一个或多个温度测量装置(例如温度计)，以测量或监控炭化池内的温度。

在一个实施方案中，所述集烟道上设有液体收集井。优选地，所述液体收集井设在集烟道或总烟道末段。所述液体收集井用于收集烟气中的少量热解水、秸秆醋等。井的上方优选设置井盖，以便于取出井中液体，并防止异物落入液体收集井中。所述井盖可以设在所述集烟道或总烟道顶部上，所述液体收集井设在集烟道或总烟道底部，且所述井盖与所述液体收集井在同一垂直的直线上。

在一个实施方案中，所述炭化装置还设有与所述集烟道或总烟道连通的烟囱，以使所述烟气流经所述集烟道或总烟道后，通过所述烟囱从所述炭化装置中排出。

在一个实施方案中，所述烟囱上还设有操作与清扫门。其可用做点火时使集烟道形成负压和清扫积灰。

在一个实施方案中，所述炭化装置可以设有余热回收装置，以利用来自气体通道的烟气的余热。

在一个实施方案中，所述炭化池的侧壁上设有出炭门，以方便将烧好的秸秆炭取出。

在一个实施方案中，所述出炭门设在矩形炭化池的短边，且位于与集烟道出口相对的侧壁上。

在一个实施方案中，本发明炭化装置是一种炭窑(或称为炭化窑)，其为敞开式，主体为一个砖砌、甚至可用泥坯砌或干打垒方式砌的长方形池。

在一个实施方案中，本发明炭窑的基本规格为长5米，宽2米，深2米。本领域技术人员可以根据被炭化的秸秆种类不同和产量大小不同，加大或减少炭化池的尺寸。

在一个实施方案中，提供了一种炭化装置，尤其是利用秸秆制备秸秆炭的炭化装置，所述炭化装置包括：

一个或者多个具有侧壁和池底的炭化池，所述池底设有若干气体通道；

水平分烟道，所述水平分烟道设在所述气体通道下方，以汇集来自气体通道的气体；

集烟道，所述集烟道与所述水平分烟道连通，以汇集来自水平分烟道的烟气；

其中，所述集烟道上设有气体流量调节装置；所述炭化装置还设有与所述集烟道连通的烟囱，以使所述烟气流经所述集烟道后，通过所述烟囱从所述炭化装置中排出。

在一个实施方案中，所述炭化装置具有多个相同规格的炭化池，且相互并排组合成一排或两排或更多排。这种成排炭化池可以一起砌筑、一起炭化生产。这样就可以两个炭化池共用一堵隔墙或侧壁，既节省空间，减少热损失，又降低建筑、生产和管理成本。这时，每个炭化池的集烟道可以汇集到一条(作为集烟道的后半部分的)总烟道后，再与烟囱相连。这种成排的炭化装置尤其适合大规模工业化生产秸秆炭。

在一个实施方案中，以10个左右的炭化池组成两排一组的“炭化生产点”。

根据本发明，提供了一种利用本发明炭化装置进行炭化的方法，所述方法包括：

(1)在炭化池的池底上铺上一层秸秆；

(2)将其点着并基本引燃至整个池底；以及

(3)在已燃烧的秸秆层上再铺一层秸秆；使集烟道形成负压，空气从炭化池的未燃烧层上方吸入到点燃的秸秆层中，燃烧层将紧邻燃烧层上方的秸秆加热干馏分解出挥发份，并被吸入到燃烧层燃烧，产生的高温烟气，被吸入燃烧层下面的炭化层，以供给炭化层的秸秆炭化需要的热量；烟气经过炭化层后从下方导出；燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动。

本发明方法中产生的高温烟气穿过炭化层，烟气将热量传给炭化层而降低温度后，穿过池底的气体通道进入水平分烟道，通过水平分烟道将整个炭池的烟气集中到集烟道中。然后通过烟囱排入大气。当秸秆被炭化成秸秆炭时，即可打开出炭门出炭。

根据本发明，提供了一种利用本发明炭化装置进行炭化的方法，所述方法包括：

(1)在炭化池的池底上铺上一薄层秸秆；

(2)将其点着并基本引燃至整个池底；

(3)再陆续将秸秆铺厚，此时使集烟道形成负压，空气从炭化池的未燃烧层上方吸入到点燃的秸秆层中，使秸秆的着火点逐渐扩大到整个水平面，进而形成一个“燃烧层”，燃烧层使紧邻上方的秸秆受热分解出“挥发份”，这层秸秆叫做“干馏层”，该挥发份被吸入燃烧层燃烧，然后燃烧层从下逐渐上移形成“新燃烧层”，“新燃烧层”燃烧的高温烟气则向下进入“老燃烧层”，此时烟气已不含氧，不会使“老燃烧层”的秸秆再燃烧，只会使“老燃烧层”温度进一步提高，并供给它“分解炭化”过程消耗的热量，这样，“老燃烧层”就变成高温、稳定的“炭化层”；在炭化过程中用调风门调风；

(4)高温烟气穿过炭化层，烟气将热量传给炭化层而降低温度后，穿过池底的气体通道进入水平分烟道，通过水平分烟道将整个炭池的烟气集中到底部中央的集烟道中；然后通过烟囱排入大气。以及

(5)出炭，当满池的秸秆都被炭化成秸秆炭时，打开出炭门出炭。

本领域技术人员可以理解，本发明炭化装置的炭化材料不限于秸秆，例如所述炭化材料可以是木材、包括竹子的其他林木、树枝、竹枝、木屑、竹屑等，以及它们与秸秆的任意混合物。

本发明炭化装置可不需要风机、电机等任何动力，可以不用钢材或只用很少的钢材，结构和操作非常简单，投资、运行费都很低，而且秸秆炭质量好，热损失小、出炭率高。相比之下，已知秸秆炭窑多是全封闭式，结构复杂，外壳、重要部分或运动部分为钢结构，需要风机排烟，甚至进、出料，搅动等都需要动力设备，投资大、运行费高、操作复杂，产量、质量不易稳定。

本发明的另一目的在于提供一种用秸秆炭制备的烧烤型炭，包括球形或蜂窝形快速引燃的烧烤型炭，和棒形或球形慢速引燃的烧烤型炭。所述烧烤型炭的燃烧性能、烟气污染物含量均达到或好于木炭烧烤炭。

根据本发明，提供了秸秆炭在制备烧烤型炭中的应用。

根据本发明的慢速引燃的烧烤炭，技术方案如下：

根据本发明，提供了一种用秸秆炭制备的烧烤炭，所述烧烤炭的配料包括：

(1)炭材，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物；

(2)引燃剂：所述引燃剂为氧化剂，其含量为：以炭材完全燃烧时的理论耗氧量为基准，使得秸秆炭的富氧系数为大于0％或者小于等于3.5；对完全引燃时间要求不高时，也可以不加引燃剂；

(3)清洁添加剂：所述的清洁添加剂为金属氧化物、金属碳酸盐、金属硝酸盐或金属氢氧化物，或它们的任意混合物，所述金属为碱土金属或者碱金属，其用量为使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2；多数秸秆炭含硫量很低，此时可以不加清洁添加剂；以及

(4)粘结剂，所述粘结剂为淀粉，加入量为除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比为100∶2-4。

在一个实施方案中，所述烧烤炭是烧烤型炭。

在一个实施方案中，所述烧烤炭是慢速引燃的烧烤型炭。

在一个实施方案中，所述烧烤型炭为棒形或球形。

在一个实施方案中，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物，所述其他含炭材料的实例包括焦炭、煤炭、木炭、竹炭，或其混合物，其优选以粉末或者颗粒或小块的形式。例如，所述秸秆炭可占炭材总质量的50-100％，60-100％，70-100％，80-100％，90-100％，95-100％，或99-100％。

在一个实施方案中，所述炭材为秸秆炭。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明利用秸秆制备秸秆炭的方法制备的秸秆炭的一种或者任意几种的组合。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明利用秸秆制备秸秆炭的方法制备的秸秆炭，或其他秸秆炭。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明炭化装置制备的秸秆炭。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明炭化装置、且由本发明利用秸秆制备秸秆炭的方法制备的秸秆炭，或其他秸秆炭。

在一个实施方案中，所述烧烤炭含有引燃剂，所述引燃剂为氧化剂，其含量为：以炭材完全燃烧时的理论耗氧量为基准，使得秸秆炭的富氧系数为大于0％小于等于3.5％，优选1.5-3.5％；所述氧化剂可以是碱金属的硝酸盐、或者碱金属的高锰酸盐等，或其混合物，例如硝酸钾、高锰酸钾或其混合物。

在一个实施方案中，所述烧烤炭含有清洁添加剂，所述清洁添加剂含固硫剂，所述固硫剂可以是金属氧化物、金属碳酸盐、金属硝酸盐或金属氢氧化物等，或它们的任意混合物，所述金属可以是碱土金属或者碱金属；所述固硫剂的实例包括CaCO₃、CaO、Ca(OH)₂等，加入量按炭材中的含硫量确定，其用量为优选使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2，进一步优选为1.4-1.6。

本领域技术人员可以理解，本申请所述的“当量”代表元素或化合物在相互反应时重量比例的一种数值。元素的当量是元素与8重量单位的氧或1.008重量单位的氢化合(或从化合物中置换出上述重量单位的氧或氢)时的重量单位，以原子价除以它的原子量即得。

在一个实施方案中，所述清洁添加剂还含有碱金属盐，所述碱金属盐为碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐，或者碱土金属碳酸盐，例如CaCO₃、NaCO₃、NaNO₃等。当所述引燃剂和所述清洁添加剂相同时，用量以引燃剂为准。

在一个实施方案中，本发明提供了一种用秸秆炭制备的棒形或球形的慢速引燃的烧烤炭，所述烧烤炭包括：

(1)炭材，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物；

(2)引燃剂，所述引燃剂为氧化剂，其含量为，以炭材完全燃烧时的理论耗氧量为基准，使得秸秆炭的富氧系数为大于0％小于等于3.5％；

(3)清洁添加剂，所述清洁添加剂为金属氧化物、金属碳酸盐、金属硝酸盐或金属氢氧化物，或它们的任意混合物，所述金属为碱土金属或者碱金属，其用量为使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2；以及

(4)粘结剂，所述粘结剂为淀粉，加入量为除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比为100∶2-4。

在一个实施方案中，除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比约为100∶2-4，更优选100∶2.5-3.5。

在一个实施方案中，所述粘结剂为水溶性的。

在一个实施方案中，所述粘结剂按照如下方法制备：

1)将淀粉与水按照重量比1∶4-1∶10，优选1∶5-1∶8混合；

2)将所得混合物搅拌成浆状物；以及

3)加入NaOH的水溶液，优选饱和水溶液，并搅拌直至半透明，NaOH用量为淀粉重量的9-14％。

上述方法是本发明提供的一种用NaOH糊化淀粉的方法。

根据本发明，作为粘结剂的淀粉包括直链淀粉、支链淀粉及其混合物。所述淀粉可以来源于各种农作物，其实例包括但不限于，绿豆淀粉、马铃薯粉、马铃薯淀粉、小麦面粉、小麦淀粉、甘薯粉、甘薯淀粉、玉米淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉，荸荠淀粉、木薯淀粉等，或它们的任意混合物。所述淀粉可以是经过糊化的淀粉。

在一个实施方案中，本发明采用糊化淀粉做粘结剂，采用干燥方式使水溶性糊化淀粉固结，以保证型炭有良好的强度和燃烧效果。

根据本发明，当所述型炭是慢速引燃的烧烤型炭时，一般不添加引燃剂。

根据本发明，当秸秆炭的含硫量很低时，也可以不加固硫剂，本专利方法生产的秸秆炭有机残留物含量非常低，可以不加其他清洁添加剂。

根据本发明的快速引燃的烧烤炭，技术方案如下：

根据本发明，提供了一种用秸秆炭制备的烧烤型炭，所述型炭的成份包括：

(1)炭材，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物；

(2)引燃剂，所述引燃剂为氧化剂，其含量为，以炭材完全燃烧时的理论耗氧量为基准，使得秸秆炭的富氧系数为8-13％；

(3)清洁添加剂，所述清洁添加剂为金属氧化物、金属盐或助燃剂，所述金属为碱金属或碱土金属，其用量为使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2；以及

(4)粘结剂，所述粘结剂为淀粉，加入量为除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比为100∶2-4，优选为100∶2.5-3.5。

在一个实施方案中，所述型炭是烧烤型炭。

在一个实施方案中，所述型炭是快速引燃的烧烤型炭。

在一个实施方案中，所述烧烤型炭为球形，例如马赛克形、印笼形、蜂窝形等。

在一个实施方案中，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物，所述其他含炭材料的实例包括焦炭、煤炭、木炭、竹炭，或其混合物，其优选以粉末或者颗粒或小块的形式。例如，所述秸秆炭可占炭材总质量的50-100％，60-100％，70-100％，80-100％，90-100％，95-100％，或99-100％。

在一个实施方案中，所述炭材为秸秆炭。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明利用秸秆制备秸秆炭的方法制备的秸秆炭的一种或者任意几种的组合。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明利用秸秆制备秸秆炭的方法制备的秸秆炭，或其他秸秆炭。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明炭化装置制备的秸秆炭。

在一个实施方案中，所述秸秆炭是由本发明炭化装置、且由本发明利用秸秆制备秸秆炭的方法制备的秸秆炭，或其他秸秆炭。

在一个实施方案中，作为引燃剂的所述氧化剂为金属的硝酸盐、金属的高锰酸盐等，或其混合物，例如硝酸钾、高锰酸钾等或其混合物。

在一个实施方案中，所述富氧系数为8-13％，优选为10-11.5％。

在一个实施方案中，作为清洁添加剂的所述金属盐为碳酸盐、硝酸盐，或者它们的任意混合物，例如CaCO₃、CaO、Ca(OH)₂、NaCO₃、NaNO₃等。所述助燃剂可以采用诸如金属硝酸盐、金属氯酸盐等氧化剂。当所述引燃剂和所述清洁添加剂相同时，用量以引燃剂为准。

在一个实施方案中，所述清洁添加剂的用量为使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2；在一个实施方案中，所述碱金属与炭材中硫分子的当量比为1.4-1.6。

在一个实施方案中，所述粘结剂为水溶性的。

在一个实施方案中，所述粘结剂为淀粉、面粉或其混合物。

在一个实施方案中，除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比约为100∶2-4，更优选100∶2.5-3.5。

在一个实施方案中，所述粘结剂按照如下方法制备：

1)将淀粉与水按照重量比1∶4-1∶10，优选1∶5-1∶8混合；

2)将所得混合物搅拌成浆状物；以及

3)加入NaOH的水溶液，优选饱和水溶液，并搅拌直至半透明，NaOH用量为淀粉重量的9-14％。

上述方法是本发明提供的一种用NaOH糊化淀粉的方法。

根据本发明，作为粘结剂的淀粉包括直链淀粉、支链淀粉及其混合物。所述淀粉可以来源于各种农作物，其实例包括但不限于，绿豆淀粉、马铃薯粉、马铃薯淀粉、小麦面粉、小麦淀粉、甘薯粉、甘薯淀粉、玉米淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉，荸荠淀粉、木薯淀粉等。所述淀粉可以是经过糊化的淀粉。

在一个实施方案中，本发明采用糊化淀粉做粘结剂，采用干燥方式使水溶性糊化淀粉固结，以保证型炭有良好的强度和燃烧效果。

本发明引燃剂可以增加型炭点燃时的“富氧系数”，使烧烤型炭能用火柴或打火机直接点燃，使“完全引燃时间”明显缩短。

烟气中的主要污染物为二氧化硫和未完全燃烧的残留有机物，本发明清洁添加剂中的碱金属盐与二氧化硫化合成硫酸盐或亚硫酸盐固定在炭灰中，未完全燃烧的残留有机物在助燃剂的帮助下，燃烧完全，以消除有机残留物，从而使烧烤炭烟气变得清洁，不污染烧烤食物。

在一个实施方案中，干燥后型炭的水份小于3.5％。优选地，干燥后型炭的水份小于1.5％，在储运过程中吸潮后的型炭水份小于3.5％。

本发明的秸秆烧烤型炭的优势包括：

(a)不用“木炭”：本发明采用废弃的可再生能源秸秆做原料，以本发明的炭化方法制得的优质“秸秆炭”代替“木炭”，制备出优质的烧烤型炭：棒形烧烤型炭的“烧烤温度”最高达550--700℃，“有效烧烤时间”达到200-240分钟；马赛克形烧烤型炭的“烧烤温度”最高达450--600℃，“有效烧烤时间”达到110-150分钟；“有效烧烤时间”是指从完全引燃时间开始，205℃以上的燃烧时间，所述完全引燃时间是指从烧烤炭的点火引燃开始，到烧烤炭表面完全发白的时间；

(b)快速引燃、使用方便：本发明在配料中配入硝酸盐等引燃剂，使烧烤型炭不用任何引燃物即可用火柴或打火机直接点着，其“完全引燃时间”从现有技术的25-35分钟，缩短至本发明的5分钟以内；

(c)洁净环保：本发明烧烤型炭燃烧充分，使“有机物总排放量”降至0.005Lb/次，只有世界最严格的烧烤炭标准即“美国1174号文件”规定值的1/4；加入清洁添加剂如碱金属盐固硫，使SO₂的排放量减少99.9％以上，并使“烧烤炭”的灰渣凝结成薄壳，4-5级风也刮不起炭灰，避免在室外烧烤时食物被炭灰污染；

(d)加工成本低：烧烤炭已知技术需要加入5-8％的淀粉，经加热糊化后做粘结剂，本发明将加热糊化淀粉的技术，改为不用加热的NaOH糊化技术，简化了糊化工艺，提高了糊化淀粉的粘结性，使淀粉加入量从5-8％降低到2-4％，节省粘结剂费用等，更重要的是：由此可以省去原料的干燥作业，降低湿球水份和产品干燥费用。

本发明的另一目的在于提供一种用秸秆炭制备烧烤炭，尤其是烧烤型炭的装置，包括制备球形、蜂窝形快速引燃烧烤型炭和棒形或球形慢速引燃烧烤型炭的方法。这种方法能够用秸秆炭代替木炭，制备出优质秸秆烧烤型炭，其燃烧性能(例如完全引燃时间、有效烧烤时间、燃烧效率等指标)，均达到并好于木炭烧烤炭。

根据本发明，提供了一种用秸秆炭制备烧烤炭，尤其是烧烤型炭的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配料：将各种成分(例如炭材、引燃剂、清洁添加剂和粘结剂)按配比配合；

(2)粉碎：将所得配料粉碎至粒度为大于0、小于等于4mm；

(3)混捏：将粉碎后的混合物混匀、捏合、调和；

(4)成型：将混捏步骤的产物用成型机成型；以及

(5)固结：将成型步骤的产物干燥固结。

在一个实施方案中，所述配比为上述烧烤炭成分的配比。

在一个实施方案中，如果炭材粒度较粗可以采用先粉碎后配料的流程，如果炭材粒度较细，可以采用先配料后粉碎或取消粉碎作业。

在一个实施方案中，配料作业：可采用皮带电子称连续配料，或斗式称量装置间歇式配料。

在一个实施方案中，粉碎作业：采用锤式粉碎机或鼠笼式粉碎机或反击式粉碎机，使物料粉碎至大于0、小于等于4mm，优选为大于0、小于等于3mm，最佳成型粒度根据炭材的种类和烧烤炭质量要求不同而异。

在一个实施方案中，混捏作业分为混匀、捏合、调和三个工序，混匀工序采用浆式搅拌机使各种成分混匀，混匀时间为4-10分钟，优选为5-7分钟。捏合工序采用轮碾机捏合疏松的秸秆炭，捏合时间为7-15分钟，优选为9-12分钟；调和工序，用调和机调和3-8分钟，优选4-6分钟。

所述捏合工序捏合疏松的秸秆炭，使其能压成良好强度的型炭，并改善其燃烧性能，如提高燃烧温度，增长有效烧烤时间等。所述调和工序把配料调至最佳成型特性，使炭材颗粒表面与粘结剂、水份更好润湿，成型过程内摩擦减小，提高成型率和进一步提高燃烧性能。

在一个实施方案中，混匀工序采用浆式搅拌机；捏合工序采用双碾轮轮碾机；调和工序采用立式调和机。根据秸秆种类不同、生产线产量大小不同和上述作业时间长短，本领域技术人员可以选定这些作业的设备的具体型号大小。

在一个实施方案中，将混捏步骤所得产物用辊式成型机压成卵形；或用螺旋挤压机，压成棒形。

在一个实施方案中，快速引燃烧烤型炭成型为球形或蜂窝形，慢速引燃烧烤型炭成型为棒形或者球形。

在一个实施方案中，本发明球形快速引燃烧烤型炭的成型作业选用对辊式成型机，压辊线速为0.46-0.62米/秒，成型压力为3000-5200N/cm²，优选为3800-4500N/cm²；本发明棒形慢速引燃的烧烤型炭的成型作业选用螺旋挤压成型机，螺旋转速为180-260转/分，成型压力为1500-4500N/cm²，优选为2000-3000N/cm²。

固结方法和条件可采用本领域常规的固结方法和条件。

在一个实施方案中，本发明采用导热油通过翅片热交换器加热空气，用热空气做热载体干燥型炭，而已知技术采用直接用燃烧烟气，或热风炉的热风做热载体的方法干燥型炭，不如本发明更加安全、节能。

本发明方法把日本类似的成型工艺的16步混捏流程，改至三步，大大简化了操作步骤，并获得了性能更优秀的烧烤型炭。

在一个实施方案中，在配料和粉碎作业中采用防尘措施。

按用户需要，本发明烧烤型炭产品经适当的包装即可销往用户。

根据本发明用秸秆炭制备烧烤型炭的方法的一个优选实施方案，所述方法可用图7所示框图表示。

另外，对于本领域技术人员而言，在阅读本说明书之后，本发明其余的优点和特征也是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的炭化装置的一个实施方案的示意性俯视图；

图2是图1所示炭化装置沿A-A线的剖面图；

图3是图1所示炭化装置沿B-B线的剖面图；

图4是根据本发明的炭化装置的另一个实施方案的示意性结构图，该炭化装置包括两排、共10个基本规格的炭化池；

图5是图4所示炭化装置沿A-A线的剖面图；

图6是图4所示炭化装置沿B-B线的剖面图；以及

图7是根据本发明利用秸秆炭制备烧烤型炭的方法的一个实施方案的流程框图。

具体实施方式

应该理解，本领域技术人员基于此处公开的内容，可以对本发明进行各种不偏离本发明精神和范围内的各种修改和改进。它们应当都落在本申请的权利要求定义的专利保护范围内。此外，应当理解，此处提供的实施例仅用于说明本发明的目的，而不应解释为对本发明的限制。

参见图1-图3，其示出了根据本发明炭化装置的一个实施方案，该炭化装置包括：

一个炭化池10，其具有侧壁11和池底12，所述池底12设有若干气体通道13；多个水平分烟道20(参见图2和图3，图1仅示出其顶部上方的位置)，所述水平分烟道20设在所述气体通道13的直接下方，以汇集来自气体通道13的气体；一个集烟道30，所述集烟道30设在水平分烟道20的下方，与所述水平分烟道20连通，以汇集来自水平分烟道20的烟气，所述烟气流经所述集烟道30后流入烟囱61，最后经烟囱61所述炭化装置中排出；所述集烟道30上设有气体流量调节装置40。炭化池内可以设置一个或多个温度测量装置(例如温度计)，以在炭化过程中测量或监控炭化池10内的温度。

在图1-图3所示的实施方案中，该炭化池是长5米，宽2米，深2米的基本规格的炭化池10。炭化池10的侧壁11上设有出炭门14，以方便将烧好的秸秆炭取出。

所述气体通道13可以设置为狭缝的形式，或者其他适宜的形式，在图1-图3所示实施方案中，池底用砖铺设而成，并设有气体通道13。

气体通道13下方是水平分烟道20，水平分烟道20是在水平方向延伸的通道，用于汇集来自气体通道13的烟气，并将汇集的烟气进一步汇集到位于其下方的集烟道30中。在图1-图3所示实施方案中，水平分烟道20具有基本矩形的截面，水平分烟道20在炭化池整个池底之下均有分布，以便充分汇集炭化池的烟气。

在图1-图3所示实施方案中，所述集烟道30设在水平分烟道20下方的中央位置，其走向与矩形炭化池10的长边侧壁平行，且具有一基本矩形的横截面；其在水平方向延伸超过炭化池外侧，且其底壁以一向下倾斜的角度向炭化池外侧延伸。该倾角能有助于烟气中的冷凝物流入集烟道末段的液体收集井51中。

然而，集烟道30可以设在其他适当位置，而不一定设置在中间位置，且其形状和横截面也没有特别限制。通常，为了便于建造，集烟道采取基本矩形的横截面，或者是一根与水平分烟道连通的圆管。

优选地，所述气体流量调节装置设在集烟道的超过炭化池10外侧的部分上，以便于操作。所述气体流量调节装置40包括闸门或转门。在图1-图3所示实施方案中，所述气体流量调节装置40是一个调风门。所述调风门40在炭化过程中用于调节风量，优选地，所述调风门40在点火并引燃至整个池底后处于开启状态；在出炭时处于关闭状态。优选地，所述气体流量调节装置还可以包括气体流量计和阀门，以便于精确控制气体流量。

所述集烟道30相对于炭化池10外侧上设有液体收集井51。优选地，所述液体收集井设在集烟道或总烟道末段。所述液体收集井用于收集烟气中的少量热解水、醋液等。液体收集井51的上方优选设置井盖52，以便于取出液体收集井中液体，并防止异物落入液体收集井中。优选地，所述井盖52可以设在所述集烟道30或总烟道31的顶部上，所述液体收集井51设在集烟道30或总烟道31的底部，且所述井盖与所述液体收集井在同一垂直的直线上。

所述炭化装置还设有与所述集烟道30或总烟道31连通的烟囱61，以使所述烟气流经所述集烟道或总烟道后，通过所述烟囱从所述炭化装置中排出。所述集烟道或者烟囱上还设有操作与清扫门62。其可用做点火时使集烟道形成负压和清扫积灰。

在图1-图3所示实施方案中，炭化装置是一个炭窑，其整体结构用砖砌成，炭窑可以砌在地面或地平以下，砌在地面上土方量少，出炭方便，但散热损失大，加料不便，反之亦然。所述炭化装置可以用任何适宜的材料制成，包括但不限于，诸如砖、泥土、混凝土等，尤其是炭化装置的侧壁、集烟道的底壁和侧壁等，可以采用砖、泥土、混凝土等材料，因为这些材料便宜易得，且保温耐温性能好。

在工业化大量生产秸秆炭时，可以用两个以上的基本规格炭化池相互并排组合成一排或两排或更多排。这种成排炭化池可以一起砌筑、一起炭化生产。这样就可以两个炭化池共用一堵隔墙或侧壁，既节省空间，减少热损失，又降低建筑、生产和管理成本。

参见图4-图6，其示出了以10个基本规格的炭化池组成两排一组的“炭化生产点”。

在图4-图6所示炭化生产点中，炭化装置并排设置，其相邻的炭化装置的炭化池共用一个矩形炭化池的长边的侧壁。出炭门14设在矩形炭化池的短边、且与集烟道出口相对的侧壁上。每个炭化池的集烟道30在炭化池外侧汇集成一条共用的总烟道31，总烟道再与烟囱61相连。这样，一个炭化生产点只需设置一个烟囱即可。此外，所有的炭化池也可以共用一个液体收集井。

在一个实施方案中，利用本发明炭化装置进行炭化的方法包括如下步骤：

(1)先在炭化池10的池底12上铺上一薄层秸秆，该池底12用砖铺设而成。

(2)将其点着并基本引燃至整个池底12，在点火并引燃至整个池底。

(3)再陆续将秸秆铺厚后，将调风门打开，此时采用温差或通过开启临时设置在集烟道30上的风扇(向烟囱方向扇风)，使集烟道靠近炭化池一侧形成负压，空气从炭化池10的未燃烧层上方吸入到点燃的秸秆层中，使秸秆的着火点逐渐扩大到整个水平面，进而形成一个“燃烧层”，燃烧层使紧邻上方的秸秆受热分解出“挥发份”，这层秸秆叫“干馏层”，该挥发份被吸入燃烧层燃烧，然后“燃烧层”从下逐渐上移形成“新燃烧层”，“新燃烧层”燃烧的高温烟气则向下进入“老燃烧层”，此时烟气已不含氧，不会使“老燃烧层”的秸秆再燃烧，只会使“老燃烧层”温度进一步提高，并供给它“分解炭化”过程消耗的热量，这样，“老燃烧层”就变成比已知技术温度高150℃以上(约440℃至580℃)的高温、稳定的“炭化层”；燃烧层和炭化层的最佳温度随秸秆种类、粒度等不同而变化；在炭化过程中用调风门40调风，使得炭化温度保持在所需的范围内。

(4)高温烟气穿过炭化层，烟气将热量传给炭化层而降低温度后，穿过池底12的气体通道13进入水平分烟道20，通过水平分烟道20将整个炭池的烟气集中到底部中央的集烟道30中，或再汇集到总烟道31中，最后通过烟囱61排入大气。

(5)出炭，当秸秆都被炭化成秸秆炭时，打开出炭门14出炭。在出炭时将调风门40关闭。

集烟道形成负压后，由于已经形成烟气流，一般不需要额外采取维持负压的措施，例如不需设置排烟风机等。

制得的秸秆炭即可用于制备本发明的烧烤型炭，包括慢速引燃的烧烤型炭和快速引燃的烧烤型炭。图7示出了本发明利用秸秆炭制备烧烤型炭的方法的一个实施方案的流程框图。其中秸秆炭优选是利用本发明方法制备的秸秆炭，炭材也可以配入诸如焦炭、煤炭、木炭、竹炭等的其他含炭材料，其优选以粉末或者颗粒或小块的形式。

实施例1：利用玉米秸秆、棉花秸秆和花生壳制备秸秆炭

玉米秸秆可以是玉米秆、玉米芯或二者混合。玉米秸秆从田地收回后，可以直接投入炭窑炭化；但如果事先将其破碎至小于25mm再炭化，炭化时通风均匀，防止通风量过大，有利提高出炭率，破碎后可以增加炭窑装入的秸秆量，有利提高炭窑产量，还可以减轻加秸秆的劳动强度；

开始炭化：从冷池开始炭化时，先在炭化池10的砖铺池底12上铺上一薄层碎玉米秸秆或棉花秸秆或花生壳，将碎秸秆点着并使整个池底的秸秆都基本引着，再铺上一层约300mm厚的秸秆，使烟囱产生负压，例如开启临时设置在集烟道30上的风扇(向烟囱方向扇风)，使烟囱61的底部形成负压，此时空气开始从炭化池10中秸秆层的上方吸入到秸秆的点燃层，发生倒吸、暗火、无焰燃烧，使点燃层着火点的燃烧面逐步扩大至炭化池的整个水平面，形成一个稳定的燃烧层，炭化过程开始；在炭化过程开始后，陆续从向炭化池加入新的秸秆；

正常炭化：紧靠燃烧层上方的秸秆层被燃烧层加热到300℃以上时，秸秆开始一次分解，放出含大量污染物的可燃“挥发份”，挥发份被吸入到下面的燃烧层燃烧，通过调风门40调节吸入的空气量，使燃烧层温度控制在510±70℃下燃烧和发生二次分解，挥发份中绝大多数污染成份被燃烧或被分解消除，使炭化过程的污染大大减少，而燃烧层燃烧的主要是挥发份，大大减少了秸秆的烧耗，增加了出炭率；随着未炭化新秸秆的不断加入和空气不断吸入，燃烧层也逐渐向秸秆层的上方移动形成新“燃烧层”，而空气中的氧被上方新燃烧层耗尽，下方老燃烧层因缺氧停止燃烧，转变为“炭化层”，因为“倒吸燃烧”方式，上方“燃烧层”燃烧的高温烟气向下穿过“炭化层”，使炭化温度比已知技术提高约150℃，达到510±70℃左右，炭化时间增加，秸秆炭质量就得到提高；高温烟气穿过“炭化层”时，将热量供给秸秆分解炭化耗热以后，温度降至250℃左右，然后穿过池底12的气体通道13，进入水平分烟道20，再汇集到集烟道30；经过炭化池外集烟道上的调风门40，以调节炭化时吸入的风量使其符合不同秸秆炭化的最佳炭化温度的要求；烟气中含有少量的热解水、秸秆醋等液体，凝聚于液体收集井51中，液体积聚一定数量后，打开井盖52淘出；烟气最终进入烟囱61排入大气，很少量的颗粒物沉积在烟囱底部，可以打开操作与清扫门62清出；由于烟气中一次分解挥发份不是向上排入大气，而是倒吸入“燃烧层”燃烧，再经下面的高温“炭化层”进行二次分解，烟气中剩余的污染物很少；

出炭再循环：此时将最上面还含有未炭化秸秆的一层半熟料拨到一边，将下面已完全炭化的秸秆炭出窑，随出随洒水熄灭，就是优质秸秆炭，出完炭后，将含未炭化秸秆的半熟料再平铺在池底做引燃层，继续铺上未炭化秸秆，开始新的炭化循环。

本实施方案所用的不含“根”的玉米秸秆(炭化前)的性能指标如下：

水份：    10.50％；

灰份：    2.95％；

挥发份：  74.32％；

硫份：    0.02％；

固定炭    余量；

低位发热量：15317KJ/Kg(3663Kcal/Kg)；

高位发热量：17674KJ/Kg(4226Kcal/Kg)。

本实施方案的玉米秸秆炭(炭化后)的性能指标如下：

水份：    24.8％；

灰份：    7.95％；

挥发份：  15.98％；

硫份：    0.02％；

固定炭    余量；

低位发热量：27234KJ/Kg(6514Kcal/Kg)；

高位发热量：28908KJ/Kg(6913Kcal/Kg)；

出炭率：38％。

本实施方案所用(含根的)棉花秸秆(炭化前)的性能指标如下：

水份：    9.00％；

灰份：    4.25％；

挥发份：  71.25％；

硫份：    0.03％；

固定炭    余量；

低位发热量：14698KJ/Kg(3515Kcal/Kg)；

高位发热量：16605KJ/Kg(3970Kcal/Kg)。

本实施方案所得(含根)棉花秸秆炭(炭化后)的性能指标如下：

水份：    28.20％；

灰份：    11.39％；

挥发份：  23.82％；

硫份：    0.03％；

固定炭    余量；

低位发热量：23818KJ/Kg(5696Kcal/Kg)；

高位发热量：25699KJ/Kg(6145Kcal/Kg)；

出炭率：40％。

本实施方案所用(略带沙)花生壳(炭化前)的性能指标如下：

水份：    4.30％；

灰份：    4.67％；

挥发份：  67.80％；

硫份：    0.03％；

固定炭    余量；

低位发热量：16893KJ/Kg(4040Kcal/Kg)；

高位发热量：18623KJ/Kg(4453Kcal/Kg)；

本实施方案所得(带沙)花生壳炭(炭化后)的性能指标如下：

水份：    5.89％；

灰份：    10.40％；

挥发份：  11.47％；

硫份：    0.10％；

固定炭    余量；

低位发热量：24642KJ/Kg(5893Kcal/Kg)；

高位发热量：25718KJ/Kg(6150Kcal/Kg)；

出炭率：44％。

实施例2：利用玉米秸秆炭和棉花秸秆炭制备球形快速引燃的秸秆烧烤型炭

具体操作包括如下步骤：

配料作业：炭材：根据当地农作物种值情况，选用65％玉米秸秆炭和35％棉花秸秆炭配成；

引燃剂：采用硝酸钾等，按可燃物视为碳元素，采用碳元素引燃时的“富氧系数”为10.5％的比例配入；清洁添加剂：由引燃剂硝酸钾兼做清洁添加剂(采用：硫∶清洁添加剂的当量比为1∶1.5，引燃剂的配比已满足此要求)，不需另配；配料设备选用电子皮带配料称；

粘结剂：采用无毒、无污染的淀粉做粘结剂，用烧碱(NaOH)将淀粉糊化，淀粉糊化设备选用HWH-200型和面机；淀粉加入重量比为：成型料总量∶淀粉＝100∶2.5，淀粉∶烧碱＝10∶1.1；

粉碎作业：选用PS-10型鼠笼式粉碎机，将配料作业配好的成型物料粉碎至颗粒大小大于0、小于4mm；

混捏作业：分为混匀、捏合、调和三个工序。混匀工序：选用JS1000型双卧轴强制(浆叶)式搅拌机做“混匀”设备，混匀时间为5分钟；捏合工序：选用S1120型双碾轮轮碾机做“捏合”设备，捏合时间11分钟；调和工序：选用LT-10型单轴立式搅拌机做“调和”设备，调和时间5分钟；

成型作业：选用Φ600×B400对辊成型机做成型设备，型炭规格：46×46×28mm马赛克形，对辊线速度：0.55M/秒，成型压力：3800N/cm²；

固结作业：选用XMG-3型钢丝网带式隧道干燥机做干燥设备，带宽3200mm，长度根据生产线产量确定，型炭干燥后的产品水份＜1.5％；

包装作业：选用DCS-10型自动称量装袋包装机，用彩印纸袋包装，每袋重量按客户要求而定，如2磅、4磅、8磅、15磅等。

本实施方案的球形快速引燃的秸秆烧烤型炭的主要性能指标如下：

项目                秸秆烧烤型炭指标

燃烧炭量            1000克

完全引燃时间        4.2分钟

平均烧烤温度        418℃

有效烧烤时间        120分钟

(＞205℃时间)

冷压强度            450N/个(马赛克型)

破损率              3％

水份                1.5％

硫份                0.05％

球形                46×46×28mm(马赛克型)

使用效果：

在现场使用本发明烧烤炭。结果发现，本发明烧烤型炭直接接触食物的烟气污染物含量低、无异味；使用方便，不起飞灰。

实施例3：利用花生壳秸秆炭制备棒形或球形慢速引燃的秸秆烧烤型炭

具体操作包括如下步骤：

配料作业：炭材：根据当地农作物种植种类，选用花生壳秸秆炭；由于棒形产品用户主要是烧烤餐馆，因此不考虑“快速引燃”，不配入引燃剂，清洁添加剂：由于本产品在室内、集团燃烧，烟气无味无害很重要，采用CaO做清洁添加剂，配入量为炭材总含硫量的公斤分子当量比为Ca∶S＝2∶1；

粘结剂：采用无毒、无污染的木薯粉做粘结剂，用NaOH将木薯粉糊化，选用和面机作糊化设备，淀粉加入重量比为：成型料总量∶木薯粉＝100∶2.8，木薯粉∶NaOH＝10∶1；

粉碎作业：采用PX-64锤式超细粉碎机，将上述配合料粉碎至颗粒大于0、小于3mm；

混捏作业：采用S1120型轮碾机先捏合10分钟，再用JS1000型双卧轴强制式搅拌机混匀松散5分钟；设备型号及混捏作业工序数和排序，可根据炭材种类，成型工艺而变化；

成型作业：选用MD-15螺旋挤压成型机，烧烤型炭为棒形，炭棒横断面为五角花形，当量直径约40mm，长度约130mm，生产能力350公斤/台×时，成型压力2800N/cm²；

固结作业：采用室式干燥房进行干燥，使糊化木薯粉粘结剂固结，增大炭棒强度，干燥时间18-20小时，产品水份＜2.5％；

包装：采用瓦楞纸箱包装，每箱10公斤；

本实施方案的棒形慢速引燃秸秆烧烤型炭的性能指标均好于100％木材制备的机制烧烤炭。主要指标如下：

项目            秸秆烧烤型炭指标

燃烧炭量        1300克(130mm×11根)

完全引燃时间    14分钟

平均烧烤温度    299℃

有效烧烤时间    150分钟

(＞205℃时间)

水份            2.5％

硫份            0.05％

球形            花形当量D40×130mm

使用效果：

在现场使用本发明烧烤炭。结果发现，本发明烧烤炭直接接触食物的烟气污染物含量低、无异味；使用方便，不易起飞灰。

实施例4：本发明秸秆烧烤型炭与现有技术的木炭烧烤型炭(即100％木材制备的烧烤型炭)的性能比较

快速引燃的烧烤炭的比较

本发明球形快速引燃秸秆烧烤型炭和现有技术的球形快速引燃木炭烧烤型炭的主要性能指标对比如下：

表1：球形快速引燃的秸秆烧烤型炭和木炭烧烤型炭的指标比较

项目	秸秆烧烤型炭	木炭烧烤型炭
			燃烧炭量	1000克	1000克
完全引燃时间	4.2分钟	4.8分钟
			平均烧烤温度	418℃	391℃
有效烧烤时间(＞205℃时间)	120分钟	97分钟
			冷压强度	450N/个(马赛克形)	420N/个(马赛克形)
破损率	3％	5％
			水份	1.5％	1.5％
硫份	0.05％	0.25％
			形状	46×46×28mm(马赛克形)	46×46×28mm(马赛克形)

可见，本发明快速引燃的秸秆烧烤型炭与现有技术的快速引燃的木炭烧烤型炭相比，至少在完全引燃时间、平均烧烤温度、有效烧烤时间等方面具有优势。

具体试验数据如下表所示：

表2：球形快速引燃烧烤炭的对比试验记录

棒形慢速引燃的烧烤炭的比较

本发明棒状慢速引燃秸秆烧烤型炭和现有技术的棒状慢速引燃木炭烧烤型炭测定的主要性能指标对比如下：

表3：棒形慢速引燃的秸秆烧烤型炭和木炭烧烤型炭的指标比较

项目	秸秆烧烤型炭	木炭烧烤型炭
			燃烧炭量	1300克(130mm×11根)	1500克(130mm×11根)
完全引燃时间	14分钟	18分钟
			平均烧烤温度	299℃	281℃
有效烧烤时间(＞205℃时间)	150分钟	90分钟
			水份	2.5％	3.1％
硫份	0.05％	0.06％

形状

花形当量D40×130mm

圆形ΦD50×130mm

可见，本发明慢速引燃的秸秆烧烤型炭与现有技术的慢速引燃的木炭烧烤型炭相比，至少在完全引燃时间、平均烧烤温度、有效烧烤时间等方面具有优势。

具体试验数据如下表所示：

表4：棒形慢速引燃的烧烤型炭的对比燃烧试验记录

注：“10分钟、20分钟、30分钟......150分钟”分别代表发白时间后的10、20、30......150分钟的温度。

Claims (13)

1.一种制备秸秆炭的方法，所述方法包括形成秸秆的未燃烧层、干馏层、燃烧层，以及炭化层，上述各层从上方往下方的位置依次为未燃烧层、干馏层、燃烧层，和炭化层；其中所述燃烧层使紧邻上方的干馏层受热干馏，分解出挥发份，并被吸入燃烧层燃烧；燃烧层产生的烟气，被吸入燃烧层下面的炭化层，以供给炭化层的秸秆炭化需要的热量，同时空气从上方未燃烧层的顶部连续吸入，烟气经过炭化层后从下方导出；燃烧层随着炭化过程的进行，从下向上移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述炭化层是位于燃烧层下面的、由于缺氧而停止燃烧的、未充分燃烧的秸秆层。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法的炭化温度达到510℃±70℃。

4.一种利用秸秆制备秸秆炭的炭化装置，所述炭化装置包括：

一个或多个具有侧壁和池底的炭化池，所述池底设有气体通道；

水平分烟道，所述水平分烟道设在所述气体通道下方，以汇集来自气体通道的气体；以及

集烟道，所述集烟道与所述水平分烟道连通，以汇集来自水平分烟道的烟气，所述烟气经由所述集烟道向外界排出；

其中，所述集烟道上设有气体流量调节装置。

5.根据权利要求4所述的炭化装置，其中所述炭化装置包括两个以上的炭化池时，每个炭化池的集烟道的后半部分汇合形成总烟道。

6.根据权利要求5所述的炭化装置，其中所述气体流量调节装置是一个调风门，所述调风门在炭化过程中用于调节集烟道中的气体流量，且设在所述集烟道或总烟道上。

7.一种用秸秆炭制备的慢速引燃的烧烤型炭，所述烧烤型炭的配料包括：

(1)炭材，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物；

(2)引燃剂：所述引燃剂为氧化剂，其含量为：以炭材完全燃烧时的理论耗氧量为基准，使得秸秆炭的富氧系数为大于等于0％或者小于等于3.5％；

(3)清洁添加剂：所述清洁添加剂为金属氧化物、金属碳酸盐、金属硝酸盐或金属氢氧化物，或它们的任意混合物，所述金属为碱土金属或者碱金属，其用量为使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2，优选为1.4-1.6；以及

(4)粘结剂，所述粘结剂为淀粉，加入量为除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比为100∶2-4。

8.一种用秸秆炭制备的快速引燃的烧烤型炭，所述烧烤型炭的配料包括：

(1)炭材，所述炭材为秸秆炭，或者秸秆炭与其他含炭材料的混合物；

(2)引燃剂，所述引燃剂为氧化剂，其含量为：以炭材完全燃烧时的理论耗氧量为基准，使得秸秆炭的富氧系数为8-13％，优选为10-11.5％；

(3)清洁添加剂：所述清洁添加剂为金属氧化物、金属碳酸盐、金属硝酸盐或金属氢氧化物，或它们的任意混合物，所述金属为碱土金属或者碱金属，其用量为使碱金属与炭材中硫分子的当量比为1-2，优选为1.4-1.6；以及

(4)粘结剂，所述粘结剂为淀粉，加入量为除粘结剂之外的所述烧烤炭的其他成分与所述粘结剂的重量比为100∶2-4，优选为100∶2.5-3.5。

9.根据权利要求7或8所述的烧烤型炭，所述秸秆炭的制备原料秸秆是指：农业剩余物和林业废弃物，包括玉米秆、玉米芯、高粱秆、豆萁、花生壳、花生秆、棉秆、稻草、麦草、桃核壳、杏核壳、椰壳、红果核、树木剪枝、树皮、锯末和木材碎片或它们的任意混合物。

10.根据权利要求7或8所述的烧烤型炭，所述其他含炭材料为焦炭、煤炭、木炭、竹炭或它们的任意混合物。

11.根据权利要求7或8所述的烧烤型炭，所述粘结剂淀粉可以来源于各种农作物，包括绿豆淀粉、马铃薯粉、马铃薯淀粉、小麦面粉、小麦淀粉、甘薯粉、甘薯淀粉、玉米淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉，荸荠淀粉、木薯淀粉，或它们的任意混合物，所述粘结剂淀粉优选是经过NaOH糊化的淀粉。

12.一种制备权利要求7或8所述烧烤型炭的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配料：将各种成分按配比配合；

(2)粉碎：将所得配合料粉碎至粒度为大于0、小于等于4mm；

(3)混捏：将粉碎后的混合物混匀、捏合、调和；

(4)成型：将混捏步骤的产物用对辊成型机压成球形，或用螺旋挤压机或冲压成型机压成棒形或蜂窝形；以及

(5)固结：将成型步骤的产物干燥固结。

13.根据权利要求1-3中任一项所述方法制备的秸秆炭。

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