CN104059709B - 一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，解决了现有生物质固体颗粒燃料制备方法得到的颗粒燃料品质较差，易碎，耐久性不好，在燃烧过程中易结渣，会对受热面造成腐蚀，燃烧率低的问题，本发明的制备方法主要包括以下步骤：（1）原料粉碎；（2）农作物秸秆与甘蔗渣预处理；（3）原料烘干；（4）混料成型。本发明的制备方法工艺步骤简单，在制备过程中通过对各原料种类与含量进行严格筛选与优化，同时对原料粉碎粒度及含水率的进行严格控制，得到的生物质固体颗粒燃料耐久性与抗结渣效果好，燃烧率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质固体颗粒燃料的制备方法，尤其是涉及一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法。
背景技术
生物质固体成型染料是指利用农作物秸秆等农业生产剩余物，通过专门设备压缩成特定形状来增加其密度的固体燃料。使用时CO2净排放量近似为零，NOX，SO2的排放量较低，有利于减少广大农村地区秸秆焚烧的现象，改善大气环境。
但是，由于秸秆等生物质固有的碱金属元素含量高等特点，导致灰熔点低，使用时结渣现象严重，这不仅降低燃烧效率，而且还对燃烧设备产生严重的腐蚀现象，降低燃烧设备的性能和使用寿命。
目前的生物质固体颗粒燃料的制备方法通常是采用热压成型法，即将原料粉碎、干燥后直接加入成型机中，经热压成型即得到固体颗粒燃料。
例如，申请公布号CN102796586A，申请公布日2012.11.28的中国专利中公开了一种生物质颗粒燃料制备方法，其工艺步骤如下：将木屑、秸秆等农林废弃物清洁去除杂质后破碎，获得颗粒尺寸为0.02～20mm的原材料；对原材料进行干燥，使其含水率在5～15%之间；通过挤压成型设备重新定型为生物质颗粒燃料；冷却；筛选，将松散的碎料去除；经气流机干燥后包装存储，含水率在5～10%之间。该颗粒燃料的制备方法为常规的热压成型制备方法，在热压成型过程中，水分在成型中起到了黏结剂和润滑剂的作用，生物质内的水分作为一种必不可少的自由基，流动于生物质颗粒间，在压力作用下，与果胶质和糖类混合形成胶体，起到黏结剂的作用，同时适量存在的自由水和，使粒子间的内摩擦变小，流动性增强，从而促进粒子在压力作用下滑动而嵌合，具有润滑剂的作用，该制备方法中将原料统一烘干，即将所有原料均烘至相同的含水率，由于不同生物质原料中的木质素、纤维素、果胶质等成分含量有较大差别，在热压成型过程中对水含量的要求也不同，因此，该方法得到的颗粒燃料品质较差，易碎，耐久性不好；其次，该方法未对秸秆进行预处理，而秸秆中含有较高的碱金属和氯，得到的生物质固体颗粒燃料在燃烧过程中易结渣，会对受热面造成腐蚀；另外，该方法制得的生物质固体颗粒燃料不能充分燃烧，燃烧率低。
发明内容
本发明是为了解决现有生物质固体颗粒燃料制备方法得到的颗粒燃料品质较差，易碎，耐久性不好，在燃烧过程中易结渣，会对受热面造成腐蚀，燃烧率低的问题，提供了一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，本发明的制备方法工艺步骤简单，在制备过程中通过对各原料种类与含量进行严格筛选与优化，同时对原料粉碎粒度及含水率的进行严格控制，得到的生物质固体颗粒燃料耐久性与抗结渣效果好，燃烧率高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料粉碎：分别对农作物秸秆、木屑及甘蔗渣除杂后进行粉碎，同时分别对促燃烧剂、抗结渣剂进行粉碎过筛，上述原料待用。除杂主要是除去原料中的石粒、金属等杂物。
（2）农作物秸秆与甘蔗渣预处理：分别对步骤（1）得到的农作物秸秆、甘蔗渣进行蒸煮处理，蒸煮的具体步骤为：将农作物秸秆与甘蔗渣分别置于柠檬酸溶液中蒸煮1~2h后沥干。本发明中对粉碎后的农作物秸秆与甘蔗渣进行了蒸煮处理，通过热水的萃取以快速除去农作物秸秆与甘蔗渣中所含大量的钾、钠、氯等元素，从而大大降低燃料的结渣率，粉碎后再蒸煮有利于萃取，而秸秆表皮具有一层角质层，该层角质层会阻碍农作物秸秆与甘蔗渣中所含的钾、钠、氯等元素被水萃取，也会阻碍后续烘干过程中水分的逸出，而柠檬酸可破坏该层角质层，有利于农作物秸秆与甘蔗渣中所含的钾、钠、氯等元素快速进入水中，同时还有利于后续的烘干。
（3）原料烘干：分别将步骤（2）中的农作物秸秆、木屑以及甘蔗渣烘干。
（4）混料成型：以重量份计，将60~70份烘干后的农作物秸秆、10~15份烘干后的木屑及5~10份烘干后的甘蔗渣与3~5份的促燃烧剂、1~3份的抗结渣剂混合均匀后，加入成型机中热压成型，得到的燃料经冷却后即为抗结渣生物质固体颗粒燃料。本发明中的固体颗粒燃料的主要原料为农作物秸秆（一般为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆等），农作物秸秆来源广，易取得，有利于控制生产成本；木屑可提高颗粒燃料的密度、燃烧持久性及燃烧热值，但是木屑含量不可太高，木屑含量过高一是会增加成本，二是使燃料的燃烧持续时间较长，造成炉膛温度过高，会提高燃料的结渣率，最重要的是，秸秆与木屑混烧可减轻聚团发生，降低结渣率；甘蔗渣可增加燃料致密成型时的强度，使燃料不易松散，可提高耐久性，同时甘蔗渣还能避免燃料中较小的原料组分在成型时脱落；促燃烧剂能使燃料充分燃烧，提高燃烧率；抗结渣剂可提高整个燃料的灰熔点，降低结渣铝，还能进一步促进燃烧。本发明的制备方法中，通过对原料种类的严格筛选控制，使得到的生物质固体颗粒燃料抗结渣效果好，燃烧率高。
作为优选，步骤（1）中，农作物秸秆的粉碎粒度为3~5mm，木屑的粉碎粒度为0.5~1mm，甘蔗渣的粉碎粒度为3~5mm，促燃烧剂的过筛粒度为180~200目，抗结渣剂的过筛粒度为180~200目。木屑由于较难充分燃烧，因此粒度最小以便于充分燃烧，另外，粒度最小的杉木屑还可以适当增大燃料的密度，提高燃烧热值；；而甘蔗渣主要用于增加燃料致密成型时的强度以及避免燃料中较小的原料组分（本发明中主要是木屑、促燃烧剂和抗结渣剂）在成型时脱落，必须保证其具有较长的纤维长度，因此要求甘蔗渣具有较大的粒度；农作物秸秆易燃烧，燃烧的持久性差，为保证燃料的持久性，也必须要求农作物秸秆具有较大的粒度；促燃烧剂与抗结渣剂的粒度过小，在燃料成型中易脱落，粒度过大，燃料的成型性差。本发明通过对原料粒度的严格控制，使各原料的粒度形成梯度，从而以保证燃料的成型性、耐久性、燃烧热值以及燃烧率。
作为优选，步骤（1）中，所述促燃烧剂为碳酸氢铵与过氧化钙的混合物，其中，过氧化钙与碳酸氢铵的质量比为1:1~1.5。本发明中促燃烧剂由碳酸氢铵与过氧化钙组成，其中，碳酸氢铵分解产生CO2、NH3和H2O，CO2与NH3的逸出能使固体颗粒燃料内部产生微小的通道，能在避免染料的碎裂，保证燃烧时间的前提下，以便于氧气从通道中进入固体颗粒燃料的内部，促进固体颗粒燃料的充分燃烧，而产生的H2O则能与过氧化钙反应生成O2和Ca（OH）2，反应产生的O2可进一步促进固体颗粒燃料的燃烧，产生的Ca（OH）2可以与燃烧产生的CO2反应生成CaCO3和H2O，CaCO3可提高燃料的抗结渣效果，而生成的H2O则也能与过氧化钙反应。本发明的促燃烧剂可促进燃料的燃烧，大大提高燃烧率。
作为优选，步骤（1）中，所述抗结渣剂为白云石粉、三氧化二铝与氧化铜的混合物，抗结渣剂中各组分的质量百分含量为：白云石粉30~40%，三氧化二铝30~40%，氧化铜余量。所述抗结渣剂为白云石粉、三氧化二铝与氧化铜的混合物，抗结渣剂中各组分的质量百分含量为：白云石粉30~40%，三氧化二铝30~40%，氧化铜余量。白云石粉能明显提高颗粒燃料的灰熔点，具有优异的抗结渣效果，且还具有固硫、消烟，提高反应活性与分散度的作用；三氧化二铝对烧结的产生具有抑制作用，且三氧化二铝更易于碱金属反应，产物熔点高；氧化铜为氧的载体，活性高，与可起到向碳原子传递氧的作用，使燃料充分燃烧，而且氧化铜还能增加燃料中挥发分的析出，提高燃料的燃烧活性，最重要的是，氧化铜与硫生成的产物具有尖晶石型结构，可提高灰熔点。
作为优选，步骤（2）中，柠檬酸溶液中柠檬酸的质量浓度为3~5%。
作为优选，步骤（3）中，农作物秸秆烘干至含水率为10~12%，木屑烘干至含水率为6~8%，甘蔗渣烘干至含水率为15~18%。由于成型工艺对原料水分的要求较为严格，本发明对不同原料的含水率分别进行严格控制，使得到的颗粒燃料品质与耐久性好。
作为优选，步骤（4）中热压成型时，控制固体颗粒燃料的密度为1~1.05g/cm3。固体颗粒燃料的结渣性能还受固体颗粒燃料密度的影响，密度过小，燃料的燃烧热值低，但是密度过大，燃料的燃烧持续时间较长，造成炉膛温度过高，会提高燃料的结渣率，因此须严格控制颗粒燃料的密度以同时保证燃烧热值与结渣率。
因此，本发明的有益效果是：
（1）对农作物秸秆与甘蔗渣采用柠檬酸溶液进行蒸煮，可大大降低燃料的结渣率，同时还有利于后续的烘干；
（2）制备方法工艺步骤简单，在制备过程中通过对各原料种类、粉碎粒度及含水量的严格控制，使制得的生物质固体颗粒燃料耐久性与抗结渣效果好，燃烧率高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料粉碎：分别对农作物秸秆、木屑及甘蔗渣除杂后进行粉碎，同时分别对促燃烧剂、抗结渣剂进行粉碎过筛，上述原料待用，其中，农作物秸秆的粉碎粒度为3mm，木屑的粉碎粒度为0.5mm，甘蔗渣的粉碎粒度为3mm，促燃烧剂的过筛粒度为180目，抗结渣剂的过筛粒度为180目。
（2）农作物秸秆与甘蔗渣预处理：分别对步骤（1）得到的农作物秸秆、甘蔗渣进行蒸煮处理，蒸煮的具体步骤为：将农作物秸秆与甘蔗渣分别置于质量浓度为5%的柠檬酸溶液中蒸煮1后沥干。
（3）原料烘干：分别将步骤（2）中的农作物秸秆、木屑以及甘蔗渣烘干，农作物秸秆烘干至含水率为10%，木屑烘干至含水率为6%，甘蔗渣烘干至含水率为15%。
（4）混料成型：将烘干后的农作物秸秆、木屑及甘蔗渣与促燃烧剂、抗结渣剂混合均匀后，加入成型机中热压成型，热压成型时，控制固体颗粒燃料的密度为1g/cm3，得到的燃料经冷却后即为抗结渣生物质固体颗粒燃料，抗结渣生物质固体颗粒燃料中各原料的具体配比如表1所示，促燃烧剂由过氧化钙与碳酸氢铵按质量比1:1混合而成，抗结渣剂由30wt%的白云石粉、40wt%的三氧化二铝及30wt%的氧化铜混合而成。
实施例2
一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料粉碎：分别对农作物秸秆、木屑及甘蔗渣除杂后进行粉碎，同时分别对促燃烧剂、抗结渣剂进行粉碎过筛，上述原料待用，其中，农作物秸秆的粉碎粒度为4mm，木屑的粉碎粒度为0.7mm，甘蔗渣的粉碎粒度为4mm，促燃烧剂的过筛粒度为190目，抗结渣剂的过筛粒度为190目。
（2）农作物秸秆与甘蔗渣预处理：分别对步骤（1）得到的农作物秸秆、甘蔗渣进行蒸煮处理，蒸煮的具体步骤为：将农作物秸秆与甘蔗渣分别置于质量浓度为4%的柠檬酸溶液中蒸煮1.5h后沥干。
（3）原料烘干：分别将步骤（2）中的农作物秸秆、木屑以及甘蔗渣烘干，农作物秸秆烘干至含水率为11%，木屑烘干至含水率为7%，甘蔗渣烘干至含水率为16%。
（4）混料成型：将烘干后的农作物秸秆、木屑及甘蔗渣与促燃烧剂、抗结渣剂混合均匀后，加入成型机中热压成型，热压成型时，控制固体颗粒燃料的密度为1.02g/cm3，得到的燃料经冷却后即为抗结渣生物质固体颗粒燃料，抗结渣生物质固体颗粒燃料中各原料的具体配比如表1所示，促燃烧剂由过氧化钙与碳酸氢铵按质量比1:1.2混合而成，抗结渣剂由35wt%的白云石粉、32wt%的三氧化二铝及33wt%的氧化铜混合而成。
实施例3
一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料粉碎：分别对农作物秸秆、木屑及甘蔗渣除杂后进行粉碎，同时分别对促燃烧剂、抗结渣剂进行粉碎过筛，上述原料待用，其中，农作物秸秆的粉碎粒度为5mm，木屑的粉碎粒度为1mm，甘蔗渣的粉碎粒度为5mm，促燃烧剂的过筛粒度为200目，抗结渣剂的过筛粒度为200目。
（2）农作物秸秆与甘蔗渣预处理：分别对步骤（1）得到的农作物秸秆、甘蔗渣进行蒸煮处理，蒸煮的具体步骤为：将农作物秸秆与甘蔗渣分别置于质量浓度为3%的柠檬酸溶液中蒸煮2h后沥干。
（3）原料烘干：分别将步骤（2）中的农作物秸秆、木屑以及甘蔗渣烘干，农作物秸秆烘干至含水率为12%，木屑烘干至含水率为8%，甘蔗渣烘干至含水率为18%。
（4）混料成型：将烘干后的农作物秸秆、木屑及甘蔗渣与促燃烧剂、抗结渣剂混合均匀后，加入成型机中热压成型，热压成型时，控制固体颗粒燃料的密度为1~1.05g/cm3，得到的燃料经冷却后即为抗结渣生物质固体颗粒燃料，抗结渣生物质固体颗粒燃料中各原料的具体配比如表1所示，促燃烧剂由过氧化钙与碳酸氢铵按质量比1:1.5混合而成，抗结渣剂由40wt%的白云石粉、40wt%的三氧化二铝及20wt%的氧化铜混合而成。
表1各实施例生物质固体颗粒燃料原料的具体配比
| 原料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 农作物秸秆（Kg） | 60 | 65 | 70 |
| 木屑（Kg） | 10 | 12 | 15 |
| 甘蔗渣（Kg） | 7 | 10 | 5 |
| 促燃烧剂（Kg） | 3 | 4 | 5 |
| 抗结渣剂（Kg） | 1 | 2 | 3 |
本发明生物质固体颗粒燃料的指标如下：
| 项目 | 标准 |
| 直径 | 6~12 mm |
| 长度 | 15~50 mm |
| 热值 | ≥4000Kcal/Kg |
| 密度 | 1 ~1.05t/m3 |
| 灰分 | ≤6% |
| 排烟黑度 | ≤1级 |
| 废气排放标准 | GB13271-2001 |
| 挥发分 | ≥80% |
| 燃烧率 | ≥95% |
| 含水量 | 8~12% |
| 含硫量 | ≤0.11% |
| 结渣率 | ≤3% |
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原料粉碎：分别对农作物秸秆、木屑及甘蔗渣除杂后进行粉碎，同时分别对促燃烧剂、抗结渣剂进行粉碎过筛，上述原料待用；
（2）农作物秸秆与甘蔗渣预处理：分别对步骤（1）得到的农作物秸秆、甘蔗渣进行蒸煮处理，蒸煮的具体步骤为：将农作物秸秆与甘蔗渣分别置于柠檬酸溶液中蒸煮1~2h后沥干，柠檬酸溶液中柠檬酸的质量浓度为3~5%；
（3）原料烘干：分别将步骤（2）中的农作物秸秆、木屑以及甘蔗渣烘干；
（4）混料成型：以重量份计，将60~70份烘干后的农作物秸秆、10~15份烘干后的木屑及5~10份烘干后的甘蔗渣与3~5份的促燃烧剂、1~3份的抗结渣剂混合均匀后，加入成型机中热压成型，得到的燃料经冷却后即为抗结渣生物质固体颗粒燃料。
2.根据权利要求1所述的一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，农作物秸秆的粉碎粒度为3~5mm，木屑的粉碎粒度为0.5~1mm，甘蔗渣的粉碎粒度为3~5mm，促燃烧剂的过筛粒度为180~200目，抗结渣剂的过筛粒度为180~200目。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述促燃烧剂为碳酸氢铵与过氧化钙的混合物，其中，过氧化钙与碳酸氢铵的质量比为1:1~1.5。
4.根据权利要求1或2所述的一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述抗结渣剂为白云石粉、三氧化二铝与氧化铜的混合物，抗结渣剂中各组分的质量百分含量为：白云石粉30~40%，三氧化二铝30~40%，氧化铜余量。
5.根据权利要求1所述的一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，农作物秸秆烘干至含水率为10~12%，木屑烘干至含水率为6~8%，甘蔗渣烘干至含水率为15~18%。
6.根据权利要求1所述的一种抗结渣生物质固体颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中热压成型时，控制固体颗粒燃料的密度为1~1.05g/cm3。
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