CN101899346A

CN101899346A - 生物质成型燃料制备方法及系统

Info

Publication number: CN101899346A
Application number: CN2009100397142A
Authority: CN
Inventors: 常厚春; 马革; 李祖芹; 钱艳斌; 曾剑飞; 张衍胜
Original assignee: Guangzhou Devotion Thermal Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Devotion Thermal Technology Co Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-01

Abstract

本发明公开了一种生物质成型燃料制备方法及系统，该方法包括：(1)获得粒度小于3mm且含水率在18％以下的生物质原料颗粒；(2)从获得的生物质原料颗粒中分出至少一份生物质原料颗粒，在包括至少一种配方的配方系统中选定一种用于这份生物质原料颗粒的配方，并根据选定的配方按比例获得对应量的燃料添加剂；(3)将获得的这份生物质原料颗粒和获得的对应量的燃料添加剂进行30～120秒的混合操作；以及，(4)将获得的混合物制粒成型为直径5～25毫米且长度是直径的1～8倍的成型燃料颗粒。本发明获得的生物质成型燃料是一种适合于工业锅炉使用的高品位燃料，可在各种BMF锅炉直接燃烧。

Description

生物质成型燃料制备方法及系统

技术领域

本发明涉及生物质燃料的利用方法，尤其涉及制备生物质成型燃料(Biomass Pellet or Biomass Moulding Fuel，简称“BMF”)的方法及所采用的制备系统。

背景技术

生物质燃料(比如农林废弃物，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)是绿色能源，是国家政策鼓励的燃料，具有以下几点特性：1.可实现温室气体CO₂生态“零”排放：BMF的能量来自于其生长时对自然界CO₂的吸收，因此，BMF具有CO₂生态“零”排放的特点。2.典型的低碳绿色能源：低碳能源BMF的燃烧以挥发份为主，其固定碳的含量为15％左右，是典型的低碳燃料；含硫量比柴油还低，仅为0.05％，不需设置脱硫装置就可实现SO₂的排放；灰份仅为1.8％，是煤基燃料的1/10左右，设置简单的除尘装置就能实现粉尘排放达标；BMF含氮量低，氧含量高，燃烧时生成较少的NO_X。3.典型的循环经济项目：BMF来源于农林废弃物，原料分布广泛多样，含量大，成本低，循环生长，取之不尽，用之不竭，是典型的循环经济项目。

目前由于不可再生能源的减少，保护自然生态环境意识的日益加强，我国对可再生的生物质能源的利用也越来越重视。但现在的成型设备一般比较简单，由于死角较大，引起无用能耗大，成型部件磨损较快，生产效率低。工作中易出现辊轮和成型孔堵塞现象。且由于燃料湿度较大，不含黏结剂，易吸湿变形，不利于长期保存、运输和使用。由于成型机对原料的粒度和含水率要求较高，而成型设备自动化低、粉碎、干燥、进料和包装设备没有形成配套的生产线，工作时原料往往达不到生产要求。

如中国专利申请第200710063736.3号所揭示的一种生物质燃料及其制备方法和应用，其提供的有机质燃料主要由包括粘合剂和有机质废料或矿石燃料的原料制成，其中粘合剂通过将泔水除去非食用废物后再高温蒸煮进行消毒，然后除去油脂和骨头、鱼刺等，将剩余的泔水渣物质打浆进行制备。

又如中国专利申请第200810054563.3号所揭示的一种利用农业废弃物制备成型燃料的方法，其技术方案是：它以秸秆、锯末、木屑、稻谷壳、甘蔗渣等农业废弃物和造纸废液为原料，经干燥、粉碎、混配、成型等步骤制备成型燃料。其以农业废弃物和造纸废液这两种废物为原料制备生物质燃料，既节省了原料成本，又减轻了污染排放。利用造纸废液中一些物质的粘合作用使造块无需加热，因而无加热损耗，同时也减轻了由加热引起的机械设备磨损和原料的热能损耗。此外，造纸废液中含有3～5％的碱性物质，可使燃烧活性增强。

但是，从上述现有技术所公开的内容来看，目前提供的制备方法和设备不利于大批量生产一种便于长期保存、运输和使用的生物质成型燃料。此外，上述现有技术也没有考虑到成型部件磨损较快、生产效率低等问题。

因此，急需提供一种减少设备损耗、降低成本、提高效率的环保生物质成型燃料(BMF)的生产工艺和设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供能够高效率地大批量生产一种便于长期保存、运输和使用的生物质成型燃料的生物质成型燃料制备方法和系统。

本发明的一种技术方案是这样实现的：提供一种生物质成型燃料制备方法，其包括：(1)获得粒度小于3mm且含水率在18％以下的生物质原料颗粒；(2)从获得的生物质原料颗粒中分出至少一份生物质原料颗粒，在包括至少一种配方的配方系统中选定一种用于这份生物质原料颗粒的配方，并根据选定的配方按比例获得对应量的燃料添加剂；(3)将获得的这份生物质原料颗粒和获得的对应量的燃料添加剂进行30～120秒的混合操作；以及，(4)将获得的混合物制粒成型为直径5～25毫米且长度是直径的1～8倍优选为1～3倍的成型燃料颗粒。

可选地，符合条件的生物质原料颗粒可以间接来自制备系统之外的其它场所(比如原料工厂)，或者，符合条件的生物质原料颗粒可以通过系统设备从不符合条件的原材料直接制取。

优选地，可以进一步包括在对成型燃料颗粒进行筛分后对成型燃料颗粒灌袋包装或者将成型燃料颗粒输送到成品散料仓。更优选地，将成型颗粒提到冷却器冷却，冷却后提到成品分级筛进行筛分。冷却后的温度高于环境温度5～10度即可。筛分后的颗粒成品含粉率小于5％。筛分出的不合格成型燃料颗粒直接返回到步骤(4)以重新制粒。

其中，分出至少一份生物质原料颗粒的操作、获得对应量的燃料添加剂的操作、混合操作以及制粒成型操作均可以通过控制系统自动完成。

可选地，至少部分生物质原料颗粒可以是通过将粒度大于3mm的农林废弃物送入粉碎机进行粉碎而获得，其中，粉碎机锤尖线速度＞88m/s，锤筛间隙＜12mm。

可选地，至少部分生物质原料颗粒是通过将含水率在18％以上的农林废弃物送入滚筒式烘干炉烘干而获得，其中，烘干炉要求长度在10～16米，转速在9～13转/分钟，烘干炉进料处温度350～430度，出料处温度65～90度，烘干后的水份在10％～18％。

可选地，混合操作在混合机中完成，混合时间控制在45～90秒，混合均匀度要求cv＜11％。

可选地，制粒成型操作是将混合操作后的混合物送入制粒机压制成型，其中，制粒机的环模速度在3～9m/s。压辊外径与压模内径比为0.3～0.475，据此来确定压辊直径。环模开孔率在25～35％，压缩比5～8，环模工作面宽度8～18cm。

可选地，生物质原料为包括秸杆、锯末、甘蔗渣和/或稻糠在内的农林废弃物。

优选地，燃料添加剂包括具有润滑和助燃作用的油脂、用于减少NO_X排放的固硫剂、有助于燃烧的助燃剂以及有助于稳定燃烧工况的固体氧化剂。

可选地，油脂可以选用适量的煤焦油、重油、植物油、生物质液化油等。加入热的油脂能够便于与原料的混合，提高原料温度，使原料软化更容易成型，油脂本身也具有润滑作用；在颗粒冷却后起到粘结剂的作用，增强颗粒强度，并且还可以增强在储运过程中颗粒的防水性；在颗粒燃烧时，油脂起到助燃剂的作用。

可选地，固硫剂可以选用适量的生石灰、碳酸钙等。

可选地，助燃剂可以选用适量的镁菱土、硝酸镁、氧化镁、氧化铁等

可选地，固体氧化剂可以选用适量的高锰酸钾、氯酸钾等，氧化剂的加入可以使燃烧更充分，有效利用生物质能源，降低烟尘污染和燃料成本。

本发明的另一种技术方案是这样实现的：提供一种用于本发明的生物质成型燃料制备方法的生物质成型燃料制备系统，该系统包括：用于获得生物质原料颗粒的原料接收系统、用于选择性对生物质原料颗粒进行烘干处理的烘干系统、用于根据选定配方对符合条件的生物质原料颗粒和燃料添加剂进行配料并混合处理的配料混合系统、用于对来自配料混合系统的混合物进行制粒成型的制粒系统以及用于对来自制粒系统的生物质成型燃料颗粒进行包装或储备的包装系统。

本发明利用收集的农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)，首先将需要粉碎的物料通过粉碎使其达到工艺要求，然后将原料进行干燥，干燥后的物料被提到配料仓，按照生产配方将各种原料按比例配制，然后混合，再制粒、冷却、筛分，最后将成品颗粒进行灌包或入散料仓。

本发明采用中央集成控制系统，控制中心位于中控室。每台设备均设有故障报警装置，并且在安装现场有维修安全开关。

本发明涉及的各种参数本领域的技术人员可以在合理的范围内选择使用。

本发明的有益效果是：

生物质成型燃料是根据我国能源特别是油气资源储量、供应能力，国际市场原油供应情况、价格及发展趋势，国家新能源政策，环保形势与政策，将农林废弃物(如秸秆、甘蔗渣、稻糠、树皮、树枝、锯末等)作为原材料，通过加入高效添加剂，经过粉碎、挤压、烘干等工艺，经专用成型设备压制成各种成型(如颗粒状、棒状等)，其能量密度较加工前要大十倍左右，便于贮运，燃烧后排放的烟灰和SO2远低于煤炭、石油等化石能源，是一种适合于工业锅炉使用的高品位燃料，可在各种BMF锅炉直接燃烧的新型清洁燃料。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1为本发明生物质成型燃料制备系统的示意图。

具体实施方式

实施例1

以下参照图1对本发明的生物质成型燃料制备方法和系统进行说明。

原料接收系统

粒度＜3mm(比如约2mm)的农林废弃物运输到厂后，不需要粉碎，现场工作人员给中控室发出一个信号，中控员开始启动原料接收系统，由投料口5处投入，并根据烘干仓料位器的显示确定进入的仓号，由分配器12进行入烘干仓601、烘干仓602；并由后至前依次开启初清筛10除杂质，提升机8、刮板5、输送，经永磁筒11吸附铁杂质。提升机安装有测速装置，在中控室系统中安装有失速报警装置。

对含水率不同的原料采用不同的处理：

A、水份在18％以上的农林废弃物需要直接烘干，进烘干仓601及烘干仓602。

B、如果暂时不烘干或烘干仓已满则分配到输送带1，放入立筒仓501、立筒仓502存放。立筒仓的物料可通过刮板3输出投入使用。在初清筛处设有脉冲除尘器39，粉尘可通过溜管进入配料仓403。

C、水份低于18％的农林废弃物不烘干时直接由分配器12进入配料仓401。

粒度＞3mm的农林废弃物经粉碎机6粉碎，粉碎后的粒度要求＜3mm，粉碎机锤尖线速度＞88m/s(比如约100m/s)，粉碎后的粒度要求＜3mm，锤筛间隙＜12mm(比如约10mm)；然后经过刮板机7、提升机9运送，再通过永磁筒24，利用三通分别进入到烘干仓。如果粉碎后的农林废弃物不需要烘干，可经过永磁筒25，由分配器18进入配料仓。

烘干系统

烘干仓601、烘干仓602里的物料通过可变频的喂料绞龙13进入烘干机16进行烘干，根据实时检测的水份来调整绞龙13的喂料频率。烘干炉要求长度在10～16米(比如约12米)，转速在10～13r/min(比如约12r/min)，烘干炉进料处温度350～430度(比如约400度)，出料处温度65～90度(比如约70度)，烘干后的水份在8％～16％(比如约12％)之间。另外，风机14吸附的粉料与烘干后的物料一起经提升机15输送。

根据物料的性质不同进行以下不同的处理：

A、对于未曾配料的物料，利用分配器17分别进配料仓401、配料仓402、配料仓403，按照配方比例配料再制粒。

B、对于已曾配料的物料，比如筛选出的不合格的成型燃料颗粒，不需要配料可以经过刮板机39直接运送到制粒仓301直接制粒。

C、如果烘干后物料水份达不到要求，可以经分配器17再返回到烘干仓602(见图1中A处)。

配料混合系统

本发明采用中央控制，配料仓出料均采用变频喂料绞龙，例如，每批料可以设定为2吨，它可以包括大配料秤19、小配料秤20及小料添加21。

将各种物料按选定的一种配方进行配制，在小料添加处21添加高效添加剂(燃料添加剂)，同时安装有除尘风机。配料完毕放料到混合机22，按照不同原料及配方设定混合时间，比如，混合时间可以控制在45～90s(比如约70秒)，混合均匀度要求cv＜11％(比如约8％)，混合完毕后，经出料绞龙27、提升机23输送提升，经过永磁筒除铁杂质后进入制粒仓301，准备制粒成型。

当中控员在微机上输入一种选定配方后，点配料启动，配料程序开启，可实行连续自动配料，中控员只需监控即可。配料完毕后秤门会自动打开放料到混合机，放料完毕秤门关上后，混合时间开始计时，同时以上配制开始下一批，混合时间达到设定值自动放料

制粒系统

本实施例的制粒系统包括制粒机28、冷却塔29、提升机30、分级筛31、绞龙32、分配器33等。

获得的颗粒直径在5～25mm(比如约9mm)，颗粒长度是直径的1-6倍(比如约3倍)。制粒机的环模速度在3-9m/s(比如约5m/s)。压辊外径与压模内径比为0.475，据此来确定压辊直径。冷却后的温度高于环境温度5--10度即可。筛分后的颗粒成品含粉率小于5％。筛分的粉料可以通过溜管进入制粒仓301。其中制粒后不合格的料可以经过绞龙32输送回制粒仓301，重新制粒。合格的颗粒通过分配器33进入到成品仓201、成品仓202。

包装系统

本发明采用全自动包装系统，自动夹袋、自动称量。需要袋装的颗粒，利用打包秤34进行包装。

实施例2

作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

符合条件的生物质原料颗粒间接来自制备系统之外的其它场所，比如原料工厂。

对于不需要袋装的颗粒，经分配器33，再经提升机35、输送带36分别进入到散料仓101、散料仓102。

Claims

1.一种生物质成型燃料制备方法，包括：

(1)获得粒度小于3mm且含水率在18％以下的生物质原料颗粒；

(2)从获得的所述生物质原料颗粒中分出至少一份生物质原料颗粒，在包括至少一种配方的配方系统中选定一种用于这份生物质原料颗粒的配方，并根据所述选定的配方按比例获得对应量的燃料添加剂；

(3)将获得的这份生物质原料颗粒和获得的对应量的燃料添加剂进行30～120秒的混合操作；以及

(4)将获得的混合物制粒成型为直径5～25毫米且长度是直径的1～8倍的成型燃料颗粒。

2.如权利要求1所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，进一步包括在对成型燃料颗粒进行筛分后对所述成型燃料颗粒灌袋包装或者将所述成型燃料颗粒输送到成品散料仓。

3.如权利要求1所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，所述分出至少一份生物质原料颗粒的操作、所述获得对应量的燃料添加剂的操作、所述混合操作以及所述制粒成型操作均通过控制系统自动完成。

4.如权利要求1～3之一所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，至少部分所述生物质原料颗粒是通过将粒度大于3mm的农林废弃物送入粉碎机进行粉碎而获得，其中，粉碎机锤尖线速度＞88m/s，锤筛间隙＜12mm。

5.如权利要求1～3之一所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，至少部分所述生物质原料颗粒是通过将含水率在18％以上的农林废弃物送入滚筒式烘干炉烘干而获得，其中，烘干炉要求长度在10～16米，转速在9～13转/分钟，烘干炉进料处温度350～430度，出料处温度65～90度。

6.如权利要求1～3之一所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，所述混合操作在混合机中完成，混合时间控制在45～90秒，混合均匀度要求cv＜11％。

7.如权利要求1～3之一所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，所述制粒成型操作是将所述混合操作后的混合物送入制粒机压制成型，其中，所述制粒机采用的环模的速度在3～9米/秒，所述制粒机采用的压辊的外径与所述环模的内径比为0.3～0.475，所述环模开孔率在25～35％。

8.如权利要求1～3之一所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，所述生物质原料为包括秸杆、锯末、甘蔗渣和/或稻糠在内的农林废弃物。

9.如权利要求1～3之一所述的生物质成型燃料制备方法，其特征在于，所述燃料添加剂包括具有润滑和助燃作用的油脂、用于减少NO_X排放的固硫剂、有助于燃烧的助燃剂以及有助于稳定燃烧工况的固体氧化剂。

10.一种如权利要求1～9之一所述的生物质成型燃料制备方法所采用的生物质成型燃料制备系统，其包括：用于获得生物质原料颗粒的原料接收系统、用于选择性对生物质原料颗粒进行烘干处理的烘干系统、用于根据选定配方对符合条件的生物质原料颗粒和燃料添加剂进行配料并混合处理的配料混合系统、用于对来自配料混合系统的混合物进行制粒成型的制粒系统以及用于对来自制粒系统的生物质成型燃料颗粒进行包装或储备的包装系统。