CN103013611A - 生物质固化成型燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质固化成型燃料。它由按重量份配比的秸秆、锯末、煤粉、助燃剂、固硫剂、降尘剂组成。秸秆为稻子、麦子、大豆、玉米、高粱、棉花、油菜、花生、烟草等农作物的秸秆，树木、灌木的枝丫、树皮，稻壳、谷壳、花生皮中的一种或其组合，助燃剂为食盐、硝酸钠、高锰酸钾、氧化钾、亚硝酸钠、次氯酸钠的一种或多种，可以实现不同温度下分解助燃。固硫剂采用碳酸钠、氢氧化钙、烷基醇胺化合物协同使用的方式，减少了二氧化硫的排放；降尘剂采用三氧化二铁，可降低灰渣的熔点，减少灰尘量。具有燃烧效率高，不发生结渣、积灰，黑烟少、火力旺、燃烧充分，不飞灰、干净卫生等优点，本发明还公开了该生物质固化成型燃料的制备方法。

Description

生物质固化成型燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物质燃料技术领域，特别涉及一种生物质固化成型燃料，本发明还涉及该生物质固化成型燃料的制备方法。

背景技术

随着全球经济的不断发展，人类对能源的需求不断增加，而当今人类使用的三大主要能源是石油、天然气和煤炭，它们都是不可再生的能源，资源在逐年减少，据专家预测，按当前经济发展速度对能源的需求，这三种能源将分别在40年、60年和200年内耗尽。因此，开发利用生物质可再生能源替代不可再生能源已成为当今世界能源领域关注的热点。近几年，生物能源技术得到了迅速发展，但同时，生物能源的一些缺点也逐渐显现。第一代生物能源主要使用植物果实，比如利用橄榄、大豆、葵花、油菜、麻枫等植物的油脂来代替柴油，或者利用玉米、甘蔗、红薯等植物提炼乙醇。虽然这种方式提炼的能源属于可再生能源，且安全环保，但是由于依靠粮油产品提炼生物能源将导致粮食和食用油危机，人类的基本生存受到影响。针对上述问题，人类通过研究探索，开始利用林木加工废弃物、秸秆、动物粪便等作为生物能源的材料，如用林木加工废弃物、秸秆粉碎加工后制作成生物质块、棒或颗粒。目前，生物质燃料在国外应用已经相当普遍。

我国生物质燃料生产技术及产品的推广应用是近几年才开始兴起的。我国是一个生物质能源大国，各种农作物秸秆、林木废弃物等生物质燃料极为丰富，据统计农作物秸秆年产量6亿吨左右，约折合3亿吨标准煤，林业剩余物约1.5亿吨，是天然的可再生燃料，但是，由于农作物秸秆、林木废弃物等密度小、运输不方便、且燃烧时间短，随着农民生活水平的提高，这种燃料逐渐被煤炭、液化石油气等其它高品位的商品能源所替代，大量废弃的秸秆在田间地头被焚烧，不仅浪费了大量的生物质能源，而且对环境造成严重污染，燃烧的浓烟甚至威胁到航空、交通的安全，许多地区废弃的秸秆已成为一种公害。近几年来，随着能源资源短缺和生态环境保护问题的日益突出，对农作物秸秆、林木废弃物等生物质燃料的合理、有效利用已引起能源领域的专家和政府的高度重视，制定和出台了相应的鼓励政策。各种生物质燃料生产加工技术应运而生。生物质固化成型技术是将各类分散的、没有一定形状的农作物秸秆、林业废弃物等干燥、粉碎后，在一定温度和压力作用下，压制成具有一定形状、密度较大的棒状、块状或颗粒状的成型燃料，体积缩小6～8倍，密度为1.0～1.4t/m³，能源密度相当于中质烟煤，使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到了改善，既可作为农村居民的炊事和取暖燃料，也可作为城市区域供热和发电厂的燃料，具有易于运输和储存、使用方便、清洁环保、燃烧效率高等优点，可替代煤炭和石油等化石能源，减少对不可再生资源的依赖，保证国家能源安全。因此将农作物秸秆、林业剩余物加工成高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，无疑对缓解农村能源紧张的局面、降低生物质原料燃烧造成的农村环境污染都具有重要意义。目前，生物质固化成型技术所采用的成型工艺主要是依靠加热后热压成型，如国家知识产权局2009年8月5日公开的、申请号为200810006627.2的发明专利申请、国家知识产权局2010年4月7日公开的、申请号为200910182693.X的发明专利申请，上述发明专利申请公开的技术方案是将各类分散的、没有一定形状的农作物秸秆、林业废弃物等干燥、粉碎后，在一定温度和压力作用下，压制成形状规则、密度较大的棒状、块状或颗粒状的成型燃料；这种方式存有能耗高、成本高等问题，同时加热也会引起机械设备磨损和燃料的热能损耗，而且这些成型工艺都是小作坊式的，单位商品耗电多，生产效率低，不能实现工业化连续稳定生产。还有一种冷压加工成型方法，如国家知识产权局2008年7月16日公开的、申请号为200710007616.1的发明专利申请、，为增加成型燃料的粘度，在成型过程中通常需要添加淀粉胶、黏土、沥青等粘结剂，以解决挤压成型困难，结构不紧密的问题。这无疑提高了燃料的生产成本，而且黏土、沥青等做粘结剂等还会使成型物燃烧结渣严重，对燃烧产生一定的负面影响，并污染环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质固化成型燃料，能够将农作物秸秆、林业剩余物等生物质原料加工成固体成型燃料，通过添加一定比例的助燃剂、固硫剂、降尘剂，保证所需要的热值和燃烧时间，降低二氧化硫的排放量；在无外加胶黏剂的状态下，依靠机械加压，使松散的秸秆碎料密实化，达到较高的密度和强度，以改善其燃烧性能。

本发明的另一目的在于提供一种该擦剂的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种生物质固化成型燃料，其特征在于：它的组份(按重量比)为：

秸秆：82.8％～82.96％

锯末：7％

煤粉：10％

助燃剂：0.02％～0.1％

固硫剂：0.01％～0.05％

降尘剂：0.01％～0.05％

各组分的百分比之和为百分之百。

所述的秸秆为稻子、麦子、大豆、玉米、高粱、棉花、油菜、花生、烟草等农作物的秸秆，树木、灌木的枝丫、树皮，稻壳、谷壳、花生皮中的一种或其组合，秸秆含水率20％～30％，粉碎后秸秆的粒径为5mm～30mm。

所述的锯末含水率5％～10％，锯末的粒径1mm～5mm。

所述的助燃剂为食盐、石灰、碳酸钙、硝酸钠、高锰酸钾、氧化钾、亚硝酸钠、次氯酸钠、碳酸镁中的一种或多种。

所述的固硫剂为碳酸钠、氢氧化钙、烷基醇胺化合物中的一种或多种。

所述的降尘剂为三氧化二铁。

制备本发明生物质固化成型燃料的方法，其特征在于：

该方法包括以下步骤：

(1)原料粉碎：

①除去秸秆内部的沙、石、金属杂质；

②将所述的稻子、麦子、大豆、油菜、花生秸秆粉碎为10mm～30mm长度的段；将玉米、高粱、烟草、棉花秸秆粉碎为5mm～20mm长度的段；将树木、灌木的枝丫、树皮削片造末；上述原料的相对湿度控制在20％～30％。

(2)按比例配料：

①先将秸秆、锯末、煤粉按如前所述的比例充分混合；

②再将助燃剂、固硫剂、降尘剂溶解于水中，加入上述混合物料中，充分搅拌混合均匀成为湿料，闷料10分钟；

(3)机械成型：

将步骤(2)所得混合物通过成型机械挤压制成粒状、柱状、球状、块状生物质固体燃料；

(4)自然干燥或烘干；

(5)筛选；

(6)计量包装。

本发明优点如下：

1、本发明通过合理选取原料配比、控制相对湿度，使秸秆碎料等在无外加胶黏剂的状态下，依靠机械加压，使松散的秸秆碎料密实化，达到较高的密度和强度，缩小了秸秆的体积，易于运输和储存，由于在其中加入了锯末和煤粉，进一步提高了其燃烧值，燃烧时间长；

2、原料中加入了食盐、石灰、碳酸钙、硝酸钠、高锰酸钾、氧化钾、亚硝酸钠、次氯酸钠、碳酸镁作为助燃剂，可以实现不同温度下分解助燃。固硫剂采用碳酸钠、氢氧化钙、烷基醇胺化合物协同使用的方式，不仅能脱除酸性气体H₂S，同时对脱除秸秆中的有机硫效果更佳，减少了二氧化硫的排放，减轻了空气污染。降尘剂采用三氧化二铁，可降低灰渣的熔点，减少灰尘量，节能环保效果显著。

采用本发明制备出的生物质固化成型燃料，密度可达0.8～1.9/cm³，成型率达95％～97％，而且模具也由目前生产300吨更换一次，提高到600吨更换一次，停产维修时间明显减少，设备的使用寿命延长为原来的2倍。生物质固化成型燃料的燃烧性能也大为改善，由于添加了助燃剂，使其能够充分燃烧，提高其发热量；添加三氧化二铁成分，可降低煤渣的熔点，减少灰尘量；添加固硫剂可减少二氧化硫的排放，减少空气污染。具有燃烧效率高，燃烧火力持久，炉膛温度高，不发生结渣、积灰，黑烟少、火力旺、燃烧充分，不飞灰、干净卫生等优点，而且便于运输和贮存。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

一种生物质固化成型燃料，它的组份(按重量比)为：

麦子秸秆60％，粉碎后秸秆的粒径为10mm～30mm，树木、灌木的枝丫、树皮22.81％，削片造末，上述原料含水率20％～30％；

锯末：7％，粒径1mm～5mm，含水率5％～10％；

煤粉：10％；

助燃剂：硝酸钠0.02％、高锰酸钾0.1％；

固硫剂：氢氧化钙0.05％；

降尘剂：三氧化二铁0.02％。

各组分的百分比之和为百分之百。

制备上述生物质固化成型燃料的方法包括以下步骤：

(1)原料粉碎：

①除去秸秆内部的沙、石、金属杂质；

②将麦子秸秆粉碎为10mm～30mm长度的段，将树木、灌木的枝丫、树皮削片造末；原料的相对湿度控制在20％～30％；

(2)按比例配料：

①先将秸秆、锯末、煤粉按如前所述的比例充分混合；

②再将助燃剂、固硫剂、降尘剂溶解于水中，加入上述混合物料中，充分搅拌混合均匀成为湿料，闷料10分钟；

(3)机械成型：

将步骤(2)所得混合物通过成型机械挤压制成粒状、柱状、球状、块状生物质固体燃料；

(4)自然干燥或烘干；

(5)筛选；

(6)计量包装。

实施例2：

一种生物质固化成型燃料，它的组份(按重量比)为：

玉米秸秆：82.84％，粉碎后秸秆的粒径为5mm～20mm；

锯末：7％，粒径1mm～5mm，含水率5％～10％；

煤粉：10％；

助燃剂：食盐0.02％、硝酸钠0.08％；

固硫剂：碳酸钠0.03％；

降尘剂：三氧化二铁0.03％。

各组分的百分比之和为百分之百。

制备上述生物质固化成型燃料的方法包括以下步骤：

(1)原料粉碎：

①除去秸秆内部的沙、石、金属杂质；

②将玉米秸秆粉碎为5mm～20mm长度的段，原料的相对湿度控制在20％～30％。

(2)按比例配料：

①先将秸秆、锯末、煤粉按如前所述的比例充分混合；

②再将助燃剂、固硫剂、降尘剂溶解于水中，加入上述混合物料中，充分搅拌混合均匀成为湿料，闷料10分钟；

(3)机械成型：

将步骤(2)所得混合物通过成型机械挤压制成粒状、柱状、球状、块状生物质固体燃料；

(4)自然干燥或烘干；

(5)筛选；

(6)计量包装。

实施例3：

一种生物质固化成型燃料，它的组份(按重量比)为：

花生秸秆：70％，粉碎后秸秆的粒径为10mm～30mm，花生皮12.88％，上述原料含水率20％～30％；

锯末：7％，粒径1mm～5mm，含水率5％～10％；

煤粉：10％；

助燃剂：氧化钾0.02％、亚硝酸钠0.06％；

固硫剂：烷基醇胺化合物0.02％；

降尘剂：三氧化二铁0.02％。

各组分的百分比之和为百分之百。

制备上述生物质固化成型燃料的方法包括以下步骤：

(1)原料粉碎：

①除去秸秆内部的沙、石、金属杂质；

②将花生秸秆粉碎为10mm～30mm长度的段，原料的相对湿度控制在20％～30％。

(2)按比例配料：

①先将秸秆、锯末、煤粉按如前所述的比例充分混合；

②再将助燃剂、固硫剂、降尘剂溶解于水中，加入上述混合物料中，充分搅拌混合均匀成为湿料，闷料10分钟；

(3)机械成型：

将步骤(2)所得混合物通过成型机械挤压制成粒状、柱状、球状、块状生物质固体燃料；

(4)自然干燥或烘干；

(5)筛选；

(6)计量包装。

Claims (7)

1.一种生物质固化成型燃料，其特征在于：它的组份(按重量比)为：

秸秆：82.8％～82.96％

锯末：7％

煤粉：10％

助燃剂：0.02％～0.1％

固硫剂：0.01％～0.05％

降尘剂：0.01％～0.05％

各组分的百分比之和为百分之百。

2.根据权利要求1所述的生物质固化成型燃料，其特征在于：所述的秸秆为稻子、麦子、大豆、玉米、高粱、棉花、油菜、花生、烟草等农作物的秸秆，树木、灌木的枝丫、树皮，稻壳、谷壳、花生皮中的一种或其组合，秸秆含水率20％～30％，粉碎后秸秆的粒径为5mm～30mm。

3.根据权利要求1所述的生物质固化成型燃料，其特征在于：所述的锯末含水率5％～10％，锯末的粒径1mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的生物质固化成型燃料，其特征在于：所述的助燃剂为食盐、石灰、碳酸钙、硝酸钠、高锰酸钾、氧化钾、亚硝酸钠、次氯酸钠、碳酸镁中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的生物质固化成型燃料，其特征在于：所述的固硫剂为碳酸钠、氢氧化钙、烷基醇胺化合物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的生物质固化成型燃料，其特征在于：所述的降尘剂为三氧化二铁。

7.制备权利要求1至6中任一权利要求所述的生物质固化成型燃料的方法，其特征在于：

该方法包括以下步骤：

(1)原料粉碎：

①除去秸秆内部的沙、石、金属杂质；

②将所述的稻子、麦子、大豆、油菜、花生秸秆粉碎为10mm～30mm长度的段；将玉米、高粱、烟草、棉花秸秆粉碎为5mm～20mm长度的段；将树木、灌木的枝丫、树皮削片造末；上述原料的相对湿度控制在20％～30％。

(2)按比例配料：

①先将秸秆、锯末、煤粉按如前所述的比例充分混合；

②再将助燃剂、固硫剂、降尘剂溶解于水中，加入上述混合物料中，充分搅拌混合均匀成为湿料，闷料10分钟；

(3)机械成型：

将步骤(2)所得混合物通过成型机械挤压制成粒状、柱状、球状、块状生物质固体燃料；

(4)自然干燥或烘干；

(5)筛选；

(6)计量包装。