CN104449934A - 一种生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质颗粒燃料制备方法，包括如下步骤：蒸煮步骤：将所述农林废弃物原料进行蒸煮软化；热磨步骤：将蒸煮软化后的原料进行热磨处理，分离出纤维；干燥步骤：将所述分离出的纤维进行干燥处理；制粒步骤：将干燥后的纤维压缩成颗粒。本发明所述的生物质颗粒燃料制备方法能够将农林废弃物实现资源化利用，减少了环境污染；该方法对农林废弃物进行蒸煮、热磨处理来替代现有工艺中的粉碎处理，使得最终的颗粒燃料由纤维制成而不是粉末制成，进而使得燃料产品的视密度、热量提高，燃烧后产生的粉尘较少，更为环保。

Description

一种生物质颗粒燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物能源领域，尤其涉及一种利用农林废弃物制备生物质颗粒燃料的方法以及由此方法得到的生物质颗粒燃料。

背景技术

生物质能颗粒燃料是替代燃油、煤等高成本燃料的理想选择，使用生物质能颗粒燃料的成本不到燃油的1/3，不到用电、煤气的一半，可全面替代电、煤、油、天然气。所谓生物质能颗粒燃料是指把秸秆、木屑、杂草、灌木枝条乃至果壳果皮等农林废弃物在常温或高温下压缩形成的高密度燃料棒或颗粒。一般农作物秸秆、木屑都具有疏松、密度小、单位体积的热值低等缺点，作为燃料使用很不方便，生物质成型燃料成型技术不仅能有效地解决这一问题，而且能有效地改变木屑、秸秆等的燃烧特性，实现快速、洁净燃烧。成品颗粒可直接作为燃料燃烧，且颗粒的燃烧值比传统的燃烧方式燃烧值高4倍，是一种燃烧方式和热值均接近煤炭却基本无污染物排放的高品位清洁能源，为城市、农村生活用能及工业用能提供了一种既环保又经济、安全的绿色消费方式。

现有的生物质颗粒燃料制备一般是将农林废弃物进行切片、粉碎和干燥之后，经制粒机压缩成颗粒。但是，经上述工艺制备的生物质颗粒燃料存在着燃料发热量较低，燃烧后产生粉尘多的问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物质颗粒燃料的制备方法，通过该方法制得的生物质颗粒燃料更环保。

一方面，本发明提供了一种生物质颗粒燃料制备方法，包括如下步骤：蒸煮步骤：将所述农林废弃物原料进行蒸煮软化；热磨步骤：将蒸煮软化后的原料进行热磨处理，分离出纤维；干燥步骤：将所述分离出的纤维进行干燥处理；制粒步骤：将干燥后的纤维压缩成颗粒。

可选地，根据本发明的制备方法，在所述蒸煮软化步骤中，将所述农林废弃物原料在压力为6-8bar、温度为150-160℃的饱和蒸汽下蒸煮软化。

可选地，根据本发明的制备方法，在所述蒸煮软化步骤中，蒸煮软化时间为1-3分钟。

可选地，根据本发明的制备方法，在所述热磨步骤中，将蒸煮软化后的原料在压力8-9bar，温度140-150℃下进行热磨处理。

可选地，本发明所述的制备方法，在所述干燥步骤中，采用110-140℃的烟气作为加热介质对分离出的纤维干燥。

可选地，根据本发明的制备方法，进一步包括水洗步骤：在进行蒸煮步骤之前，将所述农林废弃物原料进行清洗。

可选地，根据本发明的制备方法，进一步包括冷却步骤：在完成制粒后，将压缩成的颗粒冷却至常温。

可选地，根据本发明的制备方法，所述农林废弃物为木材、锯末、木屑、果壳和/或秸秆。

可选地，根据本发明的制备方法，所述农林废弃物为木材、果壳或秸秆时，对其进行切片处理。

另一方面，本发明还提供了一种由上述制备方法得到的生物质颗粒燃料。

本发明所述的生物质颗粒燃料制备方法能够将农林废弃物实现资源化利用，减少了环境污染；该方法对农林废弃物进行蒸煮、热磨处理来替代现有工艺中的粉碎处理，使得最终的颗粒燃料由纤维制成而不是粉末制成，进而使得产品的视密度、热量提高，燃料燃烧后产生的粉尘较少，更为环保。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述生物质颗粒燃料制备方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明提供了一种生物质颗粒燃料制备方法，该方法充分利用诸如木材、锯末、木屑、果壳、秸秆等农林废弃物中的任意一种或者它们的混合物来制备生物质颗粒燃料，实现废物利用，减少环境污染。其中，所述木材包括各种树木的树干、树枝等，所述果壳可以为诸如花生壳、瓜子壳、核桃壳等，所述秸秆可以为诸如玉米秸秆、甘蔗秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆等植物秸秆。

图1示出了本发明所述生物质颗粒燃料制备方法的流程示意图。如图1所示，该制备方法包括如下步骤：

蒸煮步骤S1200：将所述农林废弃物原料进行蒸煮软化；

热磨步骤S1300：将蒸煮软化后的原料进行热磨处理，分离出纤维；

干燥步骤S1400：将所述分离出的纤维进行干燥处理；

制粒步骤S1500：将干燥后的纤维压缩成颗粒。

其中，在所述蒸煮软化步骤S1200中，采用立式蒸煮缸对所述农林废弃物材料进行蒸煮处理。对所述片状原料进行蒸煮的目的是用最低的能耗获得最优质的纤维。用高温加热纤维原料，能够降低纤维原料细胞壁间力学性能，软化将纤维牢固的胞间层。申请人发现，当蒸煮温度达到150℃时，纤维胞间层明显软化，温度高于160℃时，胞间层处于熔溶状态而失去结合力，此时分离纤维，纤维形态好，能耗也仅为常温下的1/4-1/5。但是申请人同时也发现，蒸煮温度并非越高越好，实验表明，超过170℃后，分离纤维的能耗不再降低，反而使纤维值下降，出现纤维颜色变深，脆化和得率低等弊端。因此，优选地，本发明中，将片状原料在压力为6-8bar、温度为150-160℃的饱和蒸汽下蒸煮软化，蒸煮时间为1-3分钟。通过蒸煮软化处理，保证了软化的片状材料提供给热磨工序制备合格的纤维。

当采用诸如锯末、木屑等体积较小的原料时，可将原料直接进行蒸煮处理，而采用诸如木材、果壳、秸秆等体积较大的原材料时，在进行蒸煮处理之前，优选对其进行切片处理，即，将原料经削片机加工，制成小于30mm×20mm×5mm的规格片状，然后通过振动筛进行筛选，将均匀的片状材料筛选出来，进入下一工序。

在所述热磨步骤S1300中，在加热弱化纤维牢固的结合作用后，通过机械方法而获得纤维。具体地，是将经过蒸煮的原料在热磨机中进行处理，原料在高速旋转的磨片中分离成纤维。优选地，在热磨机磨纤压力为8-9bar，温度为140-150℃的条件下热磨4-8分钟(优选为5分钟)。热磨法适用于多种原料制浆，能获得大量柔韧性和交织性好的完整纤维(得率高达95％)，能够大幅度提高劳动生产率。

在所述干燥步骤S1400中，采用高温烟气作为加热介质对分离出的纤维进行干燥，使其含水量达到20％。传统工艺采用的热风炉对原料进行烘干，水分控制较难，误差很大，导致最终制成的颗粒燃料产品品质不一。本申请中，采用的干燥方式为闪急式管道干燥，闪急干燥又称气流干燥、瞬间干燥，就是将湿纤维与干燥热气流混合，使纤维呈悬浮状态在管道内输送，其湿纤维的水分因吸热汽化而被干燥热气流带走，达到纤维干燥的目的。采用该种干燥方式，能够将纤维的最终含水量误差控制在0.1％以内；同时，在干燥过程中，纤维中的水分汽化大量吸热，而纤维本身的温度并不显著提高，不会造成纤维过热降解而降低纤维本身强度。由于精确的控制了纤维的水分，保障生物质颗粒成型燃料的质量及产量。

一般地，使用110-140℃的烟气作为加热介质对分离出的纤维干燥，干燥所需时间为40-60秒，干燥后的管道出口的烟气温度一般控制在50-65℃。干燥后的纤维经风压输送管道及设备送至制粒系统，即可进行制粒。传统制粒生产时，由于输送的是粉碎后的细粉状原料，输送效率低，并且经常造成输送管道堵塞，本发明中输送的是干燥纤维，输送速度快，且不会造成管路堵塞。

在所述制粒步骤S1500中，采用制粒机将干燥后的纤维制成颗粒。由于生物质颗粒燃料制备所用的原料为木材、锯末、木屑、果壳、秸秆等各种农林废弃物，这些生物质细胞中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素，占植物体成分的2/3以上。当温度达到70-110℃左右时，木质素发生软化，黏合力增加；在200-300℃时软化程度加剧，此时通过施加外压力黏结组合成具有一定形状的生物质成型块。由于非弹性或黏弹性的纤维分子之间相互缠绕及绞合，在外部压力消除后，不会再恢复原来的结构形状，从而制成所需的颗粒形状。本发明中，采用现有的制粒机即可，由于制粒机工作原理及过程均已知，在此不做赘述。

优选地，本发明的制备方法进一步包括水洗步骤S1100，即，在进行蒸煮步骤S1200之前，将所述农林废弃物原料进行清洗，去除原料中所含的泥石、沙子和其它杂质，保证生物质颗粒燃料的纯净度，提高燃料发热量，同时降低后续制粒机的生产能耗，降低生产成本。

进一步优选地，本发明的制备方法进一步包括冷却步骤S1600：在完成制粒后，将压缩成的颗粒冷却至常温。出料时的生物质颗粒燃料温度较高(高达80-90℃)，结构较为松弛，容易破碎，最好冷却至常温后再装袋入库。其中，常温也叫一般温度或者室温，一般定义为25℃。

根据本发明提出的生物质颗粒燃料以及其制备方法的可选因素较多，可以设计出多种实施例，因此具体的实施例仅作为本发明的具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。为了具体的描述本发明，选择以下实施例进行示例性说明。

实施例1

选择木屑、锯末的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料。将原料送至水洗系统中进行清洗，去除其中所含的泥石、沙子和其它杂质。将清洗后的原料在压力为7bar、温度为150℃的饱和蒸汽下蒸煮3分钟，使材料软化。之后将软化后的材料在压力为8bar，温度为140℃的条件下热磨5分钟，分离出纤维。将纤维输送至干燥管道，采用110℃的烟气作为加热介质对纤维干燥40秒使其含水量达到20％。最后将干燥后纤维输送至制粒机中进行制粒，待制粒完成后将颗粒冷却至常温即可得到成品。

实施例2

选择树枝、木屑、锯末的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料。将树枝经削片机加工，制成小于30mm×20mm×5mm的规格片状，然后通过振动筛进行筛选，将均匀的片状材料筛选出来。将切成片状的树枝与木屑和锯末一起送至水洗系统中进行清洗，去除其中所含的泥石、沙子和其它杂质。将清洗后的原料在压力为8bar、温度为160℃的饱和蒸汽下蒸煮1分钟，使材料软化。之后将软化后的材料在压力为9bar，温度为150℃的条件下热磨5分钟，分离出纤维。将纤维输送至干燥管道，采用140℃的烟气作为加热介质对纤维干燥60秒使其含水量达到20％。最后将干燥后纤维输送至制粒机中进行制粒，待制粒完成后将颗粒冷却至常温即可得到成品。

实施例3

选择花生壳、玉米秸秆的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料，将花生壳和玉米秸秆经削片机加工，制成小于30mm×20mm×5mm的规格片状，然后通过振动筛进行筛选，将均匀的片状材料筛选出来。将切片后的材料送至水洗系统中进行清洗，去除其中所含的泥石、沙子和其它杂质。将清洗后的原料在压力为7bar、温度为160℃的饱和蒸汽下蒸煮2分钟，使材料软化。之后将软化后的材料在压力为9bar，温度为150℃的条件下热磨5分钟，分离出纤维。将纤维输送至干燥管道，采用120℃的烟气作为加热介质对纤维干燥50秒使其含水量达到20％。最后将干燥后纤维输送至制粒机中进行制粒，待制粒完成后将颗粒冷却至常温即可得到成品。

对比例1

采用与实施例1相同重量配比的木屑、锯末的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料。采用传统工艺制备颗粒燃料，具体操作为：将所述原料置于热风炉中干燥至含水量20％左右，然后将干燥后的原料粉碎成粒径为5mm左右的粉末，最后将粉末输送至制粒机中进行制粒，待制粒完成后将颗粒冷却至常温即可得到成品。

对比例2

采用与实施例2相同重量配比的树枝、木屑、锯末的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料。颗粒燃料的制备方法同对比例1。

对比例3

采用与实施例3相同重量配比的花生壳、玉米秸秆的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料。颗粒燃料的制备方法同对比例1。

对比例4

该对比例采用与实施例1相同重量配比的木屑、锯末的混合物作为制备生物质颗粒燃料的原料。该对比例采用与实施例相同的制备方法制备颗粒燃料，唯一的不同在于省略了水洗步骤。

本发明所述生物质颗粒燃料制备工艺与传统制备工艺相比，增加了水洗、蒸煮和热磨工艺，同时对干燥工艺进行了改进。经过水洗去除了泥沙粉尘成分，极大得提高了原料洁净度，纤维形态的原料由于均匀、细腻、柔软、含水率低且稳定，为加工制粒提供了优越的条件，使得加工阻力变小顺畅，从而使得设备磨损、电耗下降，制粒机环模的使用寿命明显提高(震动、噪音下降)，从而生产成本降低，产量提高。具体地，采用传统工艺时，单台制粒机的产量为1.5吨/h，而采用本发明工艺时，单台制粒机的产量可达1.8吨/h产量，产量明显提高；采用传统工艺时，制粒机环模的使用寿命为4000吨左右的生产量，而采用本发明工艺时，制粒机环模的使用寿命为8000吨左右的生产量，使用寿命提高了一倍；采用传统工艺时，每小时的用电量为160度，而采用本发明工艺时，每小时的用电量为128度，电耗降低明显。

相对于传统工艺制得的产品，通过本发明方法制得的生物质颗粒燃料产品自身在视密度、破碎率、发热量等特征也有明显改善。为了更好地说明上述技术优势，本发明申请人对实施例1-3以及对比例1-4制得的产品特征进行了测定，各项检测指标的检测方法为：

发热量—按GB/T 213的规定执行；

视密度—准确称量生物质颗粒20粒。在量筒中装上其容量一半的水，读取水面刻度，将称量好的颗粒倒入量筒水中，若出现漂浮现象，迅速用大头针将其扎入水中，在10秒内迅速读取水面刻度；

破碎率—生物质颗粒燃料中小于规定粒度部分的质量占测定质量的百分比，本检测项目中规定的粒度为3mm；具体检测步骤为：选定生物质颗粒燃料的一个完整包装，在磅秤上称得质量后打开包装，将里面的颗粒燃料倒在铁板上，用台秤称包装物的质量，用钢叉叉起燃料放入原包装中，铁板上残留的燃料经3mm圆孔筛过滤后，称得筛下物的质量；

挥发分—按GB/T 212的规定执行；

灰分—按GB/T 212的规定执行；

水分—按GB/T 211的规定执行；

全硫—按GB/T 214的规定执行。

根据上述检测方法得到的具体结果如下表1所示。

表1

由上表1中实施例1-3与对比例1-3的检测数据可以看出，相较于传功工艺生产的生物质颗粒燃料，通过本发明制备方法得到的颗粒燃料的发热量有明显提高，视密度也有所提高，破碎率下降；此外，本发明制得的产品外观形状规格、光滑度质量更加规则，产品品质提升明显。

由上表1中实施例1与对比例4的检测数据可以看出，相较于没有对原料进行水洗处理，进行了水洗处理的原料最终制得的产品的各项性能指标更为优越。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种生物质颗粒燃料制备方法，包括如下步骤：

蒸煮步骤：将所述农林废弃物原料进行蒸煮软化；

热磨步骤：将蒸煮软化后的原料进行热磨处理，分离出纤维；

干燥步骤：将所述分离出的纤维进行干燥处理；

制粒步骤：将干燥后的纤维压缩成颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述蒸煮软化步骤中，将所述农林废弃物原料在压力为6-8bar、温度为150-160℃的饱和蒸汽下蒸煮软化。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在所述蒸煮软化步骤中，蒸煮软化时间为1-3分钟。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述热磨步骤中，将蒸煮软化后的原料在压力8-9bar，温度140-150℃下进行热磨处理。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述干燥步骤中，采用110-140℃的烟气作为加热介质对分离出的纤维干燥。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，进一步包括水洗步骤：在进行蒸煮步骤之前，将所述农林废弃物原料进行清洗。

7.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，进一步包括冷却步骤：在完成制粒后，将压缩成的颗粒冷却至常温。

8.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述农林废弃物为木材、锯末、木屑、果壳和/或秸秆。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述农林废弃物为木材、果壳或秸秆时，对其进行切片处理。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的生物质颗粒燃料。