CN104593112B - 一种生物质成型颗粒燃料的制备方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质成型颗粒燃料的制备方法及系统,制备方法包括将用中温烟气干燥生物质原料、用高温蒸汽干燥污泥原料;然后粉碎后添加污泥添加剂混合成型,再利用高温烟气烘焙,得到生物质成型颗粒燃料。本发明的系统包括原料处理系统、成型系统、烘焙系统和锅炉系统,锅炉系统通过高温蒸汽管道和中温供气管向原料处理系统提供高温蒸汽和中温烟气,锅炉系统通过高温供气管向烘焙系统提供高温烟气。本发明的制备方法抗吸水能力强、储运成本低、不易霉变、强度高,本发明的系统运行成本低、成型条件温和、成型设备损耗小、热能利用率高、所得成型燃料性能好。
Description
技术领域
本发明属于生物质能源和固体废弃物再利用领域,具体涉及一种生物质成型颗粒燃料的制备方法及系统。
背景技术
随着国民经济发展对化石燃料需求的增长,化石燃料资源的消耗正以惊人的速度加快,而且使用煤炭会产生严重的环境污染,因此寻找替代能源的任务日益迫切。生物质能源是一种可再生能源,我国农林废物十分丰富,2010年产秸秆7亿吨,产林业三剩物3亿吨。生物质能源利用的方式主要有直燃、致密成型、液化、气化。目前,生物质致密成型技术是生物质利用的有效途径,已实现工业化利用。
生物质成型燃料是一种环保清洁的能源,其优点包括燃烧效率高,灰分、含硫和含氮量较低,以及储运成本不高,适宜成为国内外城市供热的主要清洁燃料。然而,成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳是限制生物质成型技术规模化的主要瓶颈。其中的原因主要是生物质成型原料来源广泛,且种类繁多。常规成型设备通常对原料的种类和尺寸有要求,使用来源不一且外形多样的原料将导致成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳等问题。
再者,我国中南和南方地区普遍气候湿热,全年湿度在80%以上。成型燃料生产和使用之间存在的时空差异,使得成型燃料长距离运输和跨季节储存日渐成为产业常态。成型燃料放置于空气湿度较大的环境中,组成成型燃料的生物质(例如木屑)微粒内部的孔隙结构和亲水性基团会因物理和化学吸附而吸水。过高的成型燃料含水率会导致成型燃料燃烧性能降低,体积膨胀,强度降低,容易破碎,甚至发生粉化和霉变,导致仓储中爆炸或自燃事故的发生。因此,制备较高密度和高抗吸水性的成型燃料具有重要意义。
烘焙(torrefaction)又称碳化、低温热解,是一种在常压、无氧的情况下,在200℃~300℃内慢速热解,脱除生物质中的水分和轻质挥发的过程。通过烘焙处理,可以有效的降低生物质的含水量和含氧量,提高生物质能量密度,降低运输和存储成本。虽然烘焙能够提高生物质的能量密度,但烘焙过程中生物质只有很小的收缩,导致烘焙后生物质的体积只有轻微的降低,因此烘焙后生物质的体积能量密度并不高。但目前的研究表明,烘焙生物质直接成型,成型颗粒的强度不高,成型所需的能耗增大。
污泥是污水处理的副产物,含有蛋白质和多糖等粘性有机物,我国每年排放干污泥约5×106t,且每年以10%的速度增长。近年来,国内外也有一些文献和专利报道了污泥与生物质或是原煤混合经过成型加工成固体燃料,名称为一种复合型污泥燃料及其制备方法(申请号:201010221587.0)的专利中采用了重量百分比为20%~50%的煤粉,煤粉的加入虽然能够提高成型燃料热值,但不利于节能减排。也有一些专利采用了污泥与生物质在较高含水率下先成型后干化的工艺,如一种制备污泥成型燃料的方法及装置(申请号:201110123139.1)的专利中将含水率70%~85%的污泥与秸秆混合,再加入化学调质剂后脱水,经造粒机造粒后,自然干燥得到含水率35%左右的固体燃料;还有一些专利采用了污泥与生物质先混合,再脱水干燥至较低含水率,然后将混合物成型得到固体燃料,如名称为一种固型燃料的生产方法(申请号:201010119602.0)的专利中将含水80%以上的城市污泥与生物质粉混合,脱水至含水率20%以下,然后低压成型得固体燃料。
目前,生物质成型燃料大多存在储存困难,储存成本高,成型燃料易发霉、破裂、体积膨胀、强度降低,严重的可导致仓库爆炸或自燃事故的发生。生物质成型所需的温度和压强较大,设备损耗严重,成型易损件寿命短是生物质成型技术规模化的主要瓶颈。生物质成型原料的不足、原料的季节性变化和原料物理化学性质的差异也限制了生物质成型产业的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种防水(抗吸水能力强)、储运成本低、不易霉变、强度高的生物质成型颗粒燃料的制备方法,还相应提供一种运行成本低、成型条件温和、成型设备损耗小、热能利用率高、所得成型燃料性能好的生物质成型颗粒燃料的制备系统。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种生物质成型颗粒燃料的制备方法,包括以下具体步骤:
1)干燥:用120℃~180℃的中温烟气将生物质原料干燥至含水率为10%~20%,用160℃~200℃的高温蒸汽将污泥原料干燥至含水率为10%~20%;
2)粉碎:对干燥后的生物质原料和污泥原料分别进行粉碎,粉碎后生物质原料的粒径≤5mm,粉碎后污泥原料的粒径≤5mm;
3)成型:将污泥添加剂、步骤2)中粉碎后的污泥原料和粉碎后的生物质原料混合均匀,然后在一颗粒成型机中挤压成型,得到初始成型颗粒燃料;
4)烘焙:将步骤3)得到的初始成型颗粒燃料在一成型燃料烘焙装置中进行烘焙,采用220℃~300℃的高温烟气控制成型燃料烘焙装置的内部温度为200℃~280℃,在缺氧条件下烘焙20min~60min,经冷却后,得到生物质成型颗粒燃料。
上述制备方法中,优选地,所述步骤3)中,所述粉碎后的污泥原料与所述粉碎后的生物质原料的干基质量比为45~55∶55~45,所述污泥添加剂的质量为所述粉碎后的污泥原料干基质量的2%~4%。
上述制备方法中,优选地,所述污泥添加剂主要由生石灰、硫酸锰、碳酸镁、硫酸亚铁和活性炭组成,其中,按质量分数计,生石灰为87%~92%,硫酸锰为0~8%,碳酸镁为0~6%,硫酸亚铁为0~5%,活性炭为0~4%。
上述制备方法中,优选地,所述生物质原料包括稻草、杉木屑、黧蒴栲木屑、玉米秸秆、稻壳、刨花、枝丫材、松木屑、樟木屑中的一种或多种。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了所述制备系统包括原料处理系统、成型系统、烘焙系统和锅炉系统,所述原料处理系统包括生物质原料处理系统和污泥原料处理系统,所述生物质原料处理系统包括依次连接的生物质干燥装置、生物质粉碎装置和生物质料仓,所述污泥原料处理系统包括依次连接的污泥干燥装置、污泥粉碎装置和污泥料仓;
所述成型系统包括依次连接的污泥添加剂料仓、混合装置、颗粒成型机和第一冷却装置,所述污泥料仓和生物质料仓与混合装置连接;
所述烘焙系统包括相连接的成型燃料烘焙装置和第二冷却装置,所述成型燃料烘焙装置与所述第一冷却装置连接;
所述锅炉系统包括生物质锅炉,还包括用于提供生物质原料干燥所需中温烟气的中温供气管,所述中温供气管一端连接所述生物质锅炉,另一端连接生物质干燥装置;所述锅炉系统还包括用于提供烘焙所需高温烟气的高温供气管,所述高温供气管上设有高温除尘器和高温风机,所述高温供气管一端与生物质锅炉连接,另一端与所述成型燃料烘焙装置连接;所述锅炉系统还包括用于提供污泥原料干燥所需高温蒸汽的高温蒸汽管道,所述高温蒸汽管道一端与生物质锅炉连接,另一端与所述污泥干燥装置连接;所述锅炉系统还包括排气系统。
上述制备系统中,优选地,所述排气系统包括第一排气管、第二排气管、第三排气管以及烟囱,所述第一排气管一端与生物质锅炉连接,另一端与烟囱连通,所述第一排气管上设有袋式除尘器和脱硫装置,所述生物质锅炉排出的烟气通过所述第一排气管经袋式除尘器和脱硫装置从烟囱排出,所述第二排气管一端与生物质干燥装置连接,另一端与所述第一排气管连接,且设于所述袋式除尘器和脱硫装置之间,干燥生物质原料所用的烟气通过所述第二排气管排出,所述第三排气管一端与所述成型燃料烘焙装置连接,另一端与所述第一排气管连接,且设于所述袋式除尘器和脱硫装置之间,烘焙成型颗粒燃料所用的烟气通过所述第三排气管排出。
上述制备系统中,优选地,所述锅炉系统还包括热气管,所述热气管一端与所述生物质锅炉连接,另一端与所述成型燃料烘焙装置连接,所述成型燃料烘焙装置产生的热解气和经过换热后的烟气通过热气管输送到生物质锅炉燃烧。
上述制备系统中,优选地,所述制备系统还包括一分配系统,所述分配系统包括成型燃料仓以及用于将成型颗粒燃料分配至成型燃料仓和生物质锅炉的分配器,所述分配器与所述成型燃料仓之间设置有用于将合格生物质成型颗粒燃料进行称量和包装的打包秤。
上述制备系统中,优选地,所述成型燃料烘焙装置为固定床。
上述制备系统中,优选地,所述颗粒成型机包括环模颗粒机或平模颗粒机。
本发明中,制备的生物质成型颗粒燃料的粒径根据所选用的不同颗粒成型机和不同的原料而有所不同,由实际需求决定,挤压成型方法可采用常规方法。
本发明中,经检测,制备的生物质成型颗粒燃料吸水速率≤0.004min-1,48h平衡含水率8%~10%,吸水后长度增加率2%~7%,吸水后直径增加率0.1%~1.0%,热值为3500kcal/kg~5400kcal/kg,含水率≤6%,Meyer强度≥6,固体成型燃料密度≥1000kg/m3,成型率≥95%,破碎率≤5%,烟尘排放浓度<30mg/m3,SO2排放浓度为30mg/m3~60mg/m3,NOX排放浓度为60mg/m3~150mg/m3,烟气黑度(林格曼黑度)≤0.5级。参照成型颗粒燃料(具体指污泥与生物质成型颗粒,没有经过烘焙处理,成型条件与本发明相同)吸水速率为0.008min-1~0.018min-1,48h平衡含水率15%~25%,吸水后长度增加率10%~24%,吸水后直径增加率1.0%~3.0%。
本发明中,颗粒吸水性测试是根据薄层干燥模型,首先将成型颗粒在105℃下烘至干基,然后将成型颗粒置于30℃,相对湿度90%的恒温恒湿箱中,前4个小时每20min测一次重量,之后每一个小时测一次重量直到48h。计算公式如下:(M-Me)/(Mi-Me)=e-kt,M指瞬时含水率(%),Me指平衡含水率(%),Mi指初始含水率(%),k指吸水速率(min-1),t指暴露时间(min)。
Meyer强度用DWD-10型电子式万能试验机测定(Meyer强度的定义是作用力除以投影的压痕面积,Meyer强度的计算公式如下:Hm=F/[π(Dh-h2)],其中,Hm为Meyer强度(N/mm2);F为压制棒的最大压力(N);D为压制棒的直径(mm);h为压制棒运行的距离(mm))。
其他所有测定参照《生物质固体成型燃料技术条件》(NY/T1878-2010)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)中的方法。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、本发明的制备方法利用自身锅炉系统产生的高温蒸汽和中温烟气完成对原料的干燥处理,利用高温烟气完成对成型颗粒燃料的烘焙处理,制得的生物质成型颗粒燃料具有防水(抗吸水能力强)、热值高、稳定性好、不易霉变的特点,长期储存物理化学性质不会发生改变,并且便于运输、储藏,使用方便、应用广泛,与煤炭相比,热值相近,碳、氮、硫排放量低很多。
2、本发明的制备方法利用污泥自身蛋白质、多糖含量高的特性,利用其固有的粘结性与生物质混合制备成型颗粒燃料,无需添加额外的粘结剂,制备成本低,制备的成型颗粒燃料热值高,密度强度高,既能有效缓解生物质原料不足的问题,又能有效解决污泥的处理处置问题。
3、本发明的制备系统设计了多种余热利用方式,充分利用了反应中的产热和余热,设计结构合理,能量利用率高,成型条件温和,成型设备损耗小,运行成本低,成型颗粒燃料高度疏水,储存成本大大降低。
4、本发明将初始生物质成型颗粒燃料烘焙过程中产生的热解气通入锅炉中燃烧,充分利用了生物质能源,节能环保。
附图说明
图1是本发明实施例的生物质成型颗粒燃料制备系统的结构示意图。
图例说明:
1、生物质干燥装置;2、污泥干燥装置;3、绞龙;4、生物质粉碎装置;5、热气管;6、中温供气管;7、污泥粉碎装置;8、第一排气管;9、污泥料仓;10、污泥添加剂料仓;11、生物质料仓;12、磅秤;13、高温蒸汽管道;14、第一控制阀;15、混合装置;16、第一提升器;17、颗粒成型机;18、第一冷却装置;19、第二提升器;20、成型燃料烘焙装置;21、第二冷却装置;22、第三提升器;23、分配器;24、打包秤;25、成型燃料仓;26、外运装置;27、第一风机;28、生物质锅炉;29、省煤器;30、空气预热器;31、高温除尘器;32、高温风机;33、高温供气管;34、热解气风机;35、袋式除尘器;36、脱硫装置;37、第二风机;38、烟囱;39、第三风机;40、第二排气管;41、第四风机;42、第三排气管。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1:
图1示出了本发明的生物质成型颗粒燃料的制备系统的一种实施方式,该制备系统包括原料处理系统、成型系统、烘焙系统、锅炉系统和分配系统。
原料处理系统包括生物质原料处理系统和污泥原料处理系统,生物质原料处理系统包括依次连接的生物质干燥装置1、生物质粉碎装置4和生物质料仓11,相邻工序之间通过绞龙3连接输送生物质原料。污泥原料处理系统包括依次连接的污泥干燥装置2、污泥粉碎装置7和污泥料仓9,相邻工序之间通过绞龙3连接输送污泥原料。
成型系统包括依次连接的污泥添加剂料仓10、混合装置15、第一提升器16、颗粒成型机17和第一冷却装置18,污泥料仓9和生物质料仓11与混合装置15连接,由混合装置15混合后的原料通过第一提升器16送至颗粒成型机17。污泥添加剂料仓10、污泥料仓9和生物质料仓11的出料口处分别设有磅秤12。颗粒成型机17为环模颗粒机(也可选用平模颗粒机)。
烘焙系统包括第二提升器19、成型燃料烘焙装置20和第二冷却装置21,成型燃料烘焙装置20和第二冷却装置21连接,第一冷却装置18中的成型颗粒燃料通过第二提升器19送至成型燃料烘焙装置20烘焙,再送至第二冷却装置21冷却。本实施例中,成型燃料烘焙装置20为固定床。
锅炉系统包括生物质锅炉28,还包括与生物质锅炉28连接的蒸汽系统、供烟气系统、回气系统和排气系统。生物质锅炉28的烟道处设有省煤器29、空气预热器30。蒸汽系统包括高温蒸汽管道13,高温蒸汽管道13一端与生物质锅炉28连接,另一端与污泥干燥装置2连接,高温蒸汽管道13上设有第一控制阀14,污泥干燥装置2所需的高温蒸汽由生物质锅炉28产生,并通过高温蒸汽管道13输送。供烟气系统包括中温供气管6和高温供气管33,中温供气管6一端连接生物质锅炉28,另一端连接生物质干燥装置1,中温供气管6上设有第一风机27,干燥生物质原料所需的中温烟气由生物质锅炉28产生,经过生物质锅炉28出烟口处的袋式除尘器35除尘后通过中温供气管6输送至生物质干燥装置1。高温供气管33一端与生物质锅炉28连接,另一端与成型燃料烘焙装置20连接,高温供气管33上设有高温除尘器31和高温风机32,成型燃料烘焙装置20所需的高温烟气抽取于生物质锅炉28烟道内省煤器29处的高温烟气,通过高温供气管33经高温除尘器31以及高温风机32输送至成型燃料烘焙装置20。排气系统包括第一排气管8、第二排气管40、第三排气管42以及烟囱38,第一排气管8一端与生物质锅炉28连接,另一端与烟囱38连通,第一排气管8上设有袋式除尘器35、脱硫装置36和第二风机37,生物质锅炉28排出的烟气通过第一排气管8经袋式除尘器35、脱硫装置36进行脱硫除尘处理后,经过第二风机37从烟囱38排出。第二排气管40一端与生物质干燥装置1连接,另一端与第一排气管8连接,且设于袋式除尘器35和脱硫装置36之间,第二排气管40上设有第三风机39,在生物质干燥装置1热交换后的中温烟气通过第二排气管40排出。第三排气管42一端与成型燃料烘焙装置20连接,另一端与第一排气管8连接,且设于袋式除尘器35和脱硫装置36之间,第三排气管42上设有第四风机41,在成型燃料烘焙装置20热交换后的高温烟气通过第三排气管42排出。回气系统包括用于热解气的热气管5,热气管5一端与生物质锅炉28连接,另一端与成型燃料烘焙装置20连接,热气管5上设有热解气风机34,成型燃料烘焙装置20产生的热解气通过热气管5输送到生物质锅炉28燃烧,充分利用生物质能源,节能环保。
分配系统包括成型燃料仓25以及用于将88%~92%合格生物质成型颗粒燃料分配至成型燃料仓25和8%~12%合格生物质成型颗粒燃料及全部不合格生物质成型颗粒燃料分配至生物质锅炉28的分配器23,分配器23与成型燃料仓25之间设置有用于将合格生物质成型颗粒燃料进行称量和包装的打包秤24。第二冷却装置21冷却后的生物质成型颗粒燃料通过第三提升器22送至分配器23处进行分配。分配器23分配后的8%~12%合格生物质成型颗粒燃料通过绞龙3输送至生物质锅炉28焚烧。
一种本发明的生物质成型颗粒燃料的制备方法,该方法通过上述本实施例的生物质成型颗粒燃料的制备系统实现,本实施例中的生物质原料采用杉木木屑,污泥原料为一般的城市污泥,具体包括以下步骤:
1)干燥:将生物质原料(杉木木屑)和污泥原料(城市污泥)分别送入生物质干燥装置1和污泥干燥装置2内,用生物质锅炉28产生的120℃~180℃的中温烟气将杉木木屑干燥至含水率为15%;用生物质锅炉28产生的160℃~200℃的高温蒸汽将城市污泥干燥至含水率为15%,干燥后的杉木木屑通过绞龙3送至生物质粉碎装置4,干燥后的城市污泥通过绞龙3送至污泥粉碎装置7。
2)粉碎:将干燥后的杉木木屑在生物质粉碎装置4中进行粉碎,粉碎后杉木木屑的粒径≤3mm,粉碎后的杉木木屑送入生物质料仓11;将干燥后的城市污泥在污泥粉碎装置7中进行粉碎,粉碎后城市污泥的粒径≤3mm,粉碎后的城市污泥送入污泥料仓9。
3)成型:将步骤2)中粉碎后的城市污泥、粉碎后的杉木木屑和污泥添加剂料仓10中的污泥添加剂分别用磅秤12称重后加入至混合装置15内混合均匀,城市污泥和杉木木屑的干基质量比为50∶50,污泥添加剂占污泥原料干基质量的2%,污泥添加剂的成分以及各成分质量比为生石灰90%,硫酸锰3%,碳酸镁2%,硫酸亚铁2%,活性炭3%。混合均匀后的原料通过第一提升器16送至颗粒成型机17(具体为环模颗粒机)中挤压成型,成型压强为110MPa,成型温度为130℃,得到成型颗粒燃料。
4)烘焙:将步骤3)得到的成型颗粒燃料在第一冷却装置18冷却后通过第二提升器19输送至成型燃料烘焙装置20中进行烘焙,用抽取于生物质锅炉28烟道内省煤器29处的220℃~300℃的高温烟气控制成型燃料烘焙装置20内部温度为250℃,可采用间接供热方式,通过隔层热传导进行传热,成型颗粒燃料在缺氧条件下烘焙30min,烘焙产生的热解气从热气管5输送到生物质锅炉28燃烧,烘焙完成后冷却至室温,得到生物质成型颗粒燃料。
5)分配:步骤4)中得到的生物质成型颗粒燃料通过第三提升器22送至分配器23进行分配,10%合格生物质成型颗粒燃料及全部不合格生物质成型颗粒燃料输送至生物质锅炉28焚烧,其它生物质成型颗粒燃料打包,通过外运装置26运走。
经检测,本实施例制备的成型颗粒燃料吸水速率为0.0025min-1,48小时平衡含水率8.1%,吸水后长度增加率4.2%,吸水后直径增加率0.3%,热值为4652kcal/kg,含水率4.2%,Meyer强度为6.3,固体成型燃料密度为1036kg/m3,成型率为97.6%,破碎率为4.2%,烟尘排放浓度为15mg/m3,SO2排放浓度为44mg/m3,NOX排放浓度为78mg/m3,烟气黑度(林格曼黑度)≤0.5级。参照成型颗粒燃料(具体指污泥与生物质成型颗粒,没有经过烘焙处理,成型条件与本发明相同)吸水速率为0.012min-1,48小时平衡含水率17.2%,吸水后长度增加率15.4%,吸水后直径增加率1.6%。
上述检测中,颗粒吸水性测试是根据薄层干燥模型,首先将成型颗粒在105℃下烘至干基,然后将成型颗粒置于30℃,相对湿度90%的恒温恒湿箱中,前4个小时每20min测一次重量,之后每一个小时测一次重量直到48h。计算公式如下:(M-Me)/(Mi-Me)=e-kt,M指瞬时含水率(%),Me指平衡含水率(%),Mi指初始含水率(%),k指吸水速率(min-1),t指暴露时间(min)。
Meyer强度用DWD-10型电子式万能试验机测定(Meyer强度的定义是作用力除以投影的压痕面积,Meyer强度的计算公式如下:Hm=F/[π(Dh-h2)],其中,Hm为Meyer强度(N/mm2);F为压制棒的最大压力(N);D为压制棒的直径(mm);h为压制棒运行的距离(mm))。
其他所有测定参照《生物质固体成型燃料技术条件》(NY/T1878-2010)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)中的方法。
实施例2:
本实施例采用与实施例1相同的制备系统,本实施例的制备方法中生物质原料为樟木木屑,污泥原料为造纸污泥,具体包括以下步骤:
1)干燥:将生物质原料(樟木木屑)和污泥原料(造纸污泥)分别送入生物质干燥装置1和污泥干燥装置2内,用生物质锅炉28产生的120℃~180℃的中温烟气将樟木木屑干燥至含水率为13%;用生物质锅炉28产生的160℃~200℃的高温蒸汽将造纸污泥干燥至含水率为13%,干燥后的樟木木屑通过绞龙3送至生物质粉碎装置4,干燥后的造纸污泥通过绞龙3送至污泥粉碎装置7。
2)粉碎:将干燥后的樟木木屑在生物质粉碎装置4中进行粉碎,粉碎后樟木木屑的粒径≤4mm,粉碎后的樟木木屑送入生物质料仓11;将干燥后的造纸污泥在污泥粉碎装置7中进行粉碎,粉碎后造纸污泥的粒径≤4mm,粉碎后的造纸污泥送入污泥料仓9。
3)成型:将步骤2)中粉碎后的造纸污泥、粉碎后的樟木木屑和污泥添加剂料仓10中的污泥添加剂分别用磅秤12称重后加入至混合装置15内混合均匀,造纸污泥和樟木木屑的干基质量比为55∶45,污泥添加剂占污泥原料干基质量的2.5%,污泥添加剂的成分以及各成分质量比为生石灰92%,硫酸锰3%,碳酸镁2%,硫酸亚铁2%,活性炭1%。混合均匀后的原料通过第一提升器16送至颗粒成型机17中挤压成型,成型压强为80MPa,成型温度为140℃,得到成型颗粒燃料。
4)烘焙:将步骤3)得到的成型颗粒燃料在第一冷却装置18冷却后通过第二提升器19输送至成型燃料烘焙装置20中进行烘焙,用抽取于生物质锅炉28烟道内省煤器29处的220℃~300℃的高温烟气控制成型燃料烘焙装置20内部温度为220℃,可采用间接供热方式,成型颗粒燃料在缺氧条件下烘焙40min,烘焙产生的热解气从热气管5输送到生物质锅炉28燃烧,烘焙完成后冷却至室温,得到生物质成型颗粒燃料。
5)分配:步骤4)中得到的生物质成型颗粒燃料通过第三提升器22送至分配器23进行分配,9%合格生物质成型颗粒燃料及全部不合格生物质成型颗粒燃料输送至生物质锅炉28焚烧,其它生物质成型颗粒燃料打包,通过外运装置26运走。
经检测,本发明制备的成型颗粒燃料吸水速率为0.0028min-1,48小时平衡含水率8.5%,吸水后长度增加率3.7%,吸水后直径增加率0.32%,热值为4711kcal/kg,含水率为3.5%,Meyer强度为6.5,固体成型燃料密度为1072kg/m3,成型率为97.8%,破碎率为4.2%,烟尘排放浓度为20mg/m3,SO2排放浓度为46mg/m3,NOX排放浓度为82mg/m3,烟气黑度(林格曼黑度)≤0.5级。参照成型颗粒燃料(具体指污泥与生物质成型颗粒,没有经过烘焙处理,成型条件与本发明相同)吸水速率为0.011min-1,48小时平衡含水率17.6%,吸水后长度增加率16.8%,吸水后直径增加率1.8%。
实施例3:
本实施例采用与实施例1相同的制备系统,本实施例的制备方法中生物质原料为玉米秸秆,污泥原料为印染污泥,具体包括以下步骤:
1)干燥:将生物质原料(玉米秸秆)和污泥原料(印染污泥)分别送入生物质干燥装置1和污泥干燥装置2内,用生物质锅炉28产生的120℃~180℃的中温烟气将玉米秸秆干燥至含水率为18%;用生物质锅炉28产生的160℃~200℃的高温蒸汽将印染污泥干燥至含水率为18%,干燥后的玉米秸秆通过绞龙3送至生物质粉碎装置4,干燥后的印染污泥通过绞龙3送至污泥粉碎装置7。
2)粉碎:将干燥后的玉米秸秆在生物质粉碎装置4中进行粉碎,粉碎后玉米秸秆的粒径≤5mm,粉碎后的玉米秸秆送入生物质料仓11;将干燥后的印染污泥在污泥粉碎装置7中进行粉碎,粉碎后印染污泥的粒径≤5mm,粉碎后的印染污泥送入污泥料仓9。
3)成型:将步骤2)中粉碎后的印染污泥、粉碎后的玉米秸秆和污泥添加剂料仓10中的污泥添加剂分别用磅秤12称重后加入至混合装置15内混合均匀,印染污泥和玉米秸秆的干基质量比为45∶55,污泥添加剂占污泥原料干基质量的2%,污泥添加剂的成分以及各成分质量比为生石灰88%,硫酸锰4%,碳酸镁3%,硫酸亚铁2%,活性炭3%。混合均匀后的原料通过第一提升器16送至颗粒成型机17中挤压成型,成型压强为100MPa,成型温度为130℃,得到成型颗粒燃料。
4)烘焙:将步骤3)得到的成型颗粒燃料在第一冷却装置18冷却后通过第二提升器19输送至成型燃料烘焙装置20中进行烘焙,用抽取于生物质锅炉28烟道内省煤器29处的220℃~300℃的高温烟气控制成型燃料烘焙装置20内部温度为280℃,可采用间接供热方式成型颗粒燃料在缺氧条件下烘焙20min,烘焙产生的热解气从热气管5输送到生物质锅炉28燃烧,烘焙完成后冷却至室温,得到生物质成型颗粒燃料。
5)分配:步骤4)中得到的生物质成型颗粒燃料通过第三提升器22送至分配器23进行分配,11%合格生物质成型颗粒燃料及全部不合格生物质成型颗粒燃料输送至生物质锅炉28焚烧,其它生物质成型颗粒燃料打包,通过外运装置26运走。
经检测,本发明制备的成型颗粒燃料吸水速率为0.0024min-1,48小时平衡含水率8.3%,吸水后长度增加率4.0%,吸水后直径增加率0.30%,热值为4621kcal/kg,含水率为4.6%,Meyer强度为6.1,固体成型燃料密度为1032kg/m3,成型率为97.3%,破碎率为4.5%,烟尘排放浓度为18mg/m3,SO2排放浓度为40mg/m3,NOX排放浓度为74mg/m3,烟气黑度(林格曼黑度)≤0.5级。参照成型颗粒燃料(具体指污泥与生物质成型颗粒,没有经过烘焙处理,成型条件与本发明相同)吸水速率为0.012min-1,48小时平衡含水率18.0%,吸水后长度增加率17.2%,吸水后直径增加率1.5%。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (3)
1.一种生物质成型颗粒燃料的制备方法,包括以下具体步骤:
1)干燥:用120℃~180℃的中温烟气将生物质原料干燥至含水率为10%~20%,用160℃~200℃的高温蒸汽将污泥原料干燥至含水率为10%~20%;
2)粉碎:对干燥后的生物质原料和污泥原料分别进行粉碎,粉碎后生物质原料的粒径≤5mm,粉碎后污泥原料的粒径≤5mm;
3)成型:将污泥添加剂、步骤2)中粉碎后的污泥原料和粉碎后的生物质原料混合均匀,然后在一颗粒成型机中挤压成型,得到初始成型颗粒燃料;
4)烘焙:将步骤3)得到的初始成型颗粒燃料在一成型燃料烘焙装置中进行烘焙,采用220℃~300℃的高温烟气控制成型燃料烘焙装置的内部温度为200℃~280℃,在缺氧条件下烘焙20 min~60min,经冷却后,得到生物质成型颗粒燃料;所述成型燃料烘焙装置为固定床;
所述步骤3)中,所述粉碎后的污泥原料与所述粉碎后的生物质原料的干基质量比为45~55∶55~45,所述污泥添加剂的质量为所述粉碎后的污泥原料干基质量的2%~4%。
2.根据权利要求1所述的生物质成型颗粒燃料的制备方法,其特征在于,所述污泥添加剂主要由生石灰、硫酸锰、碳酸镁、硫酸亚铁和活性炭组成,其中,按质量分数计,生石灰为87%~92%,硫酸锰为0~8%,碳酸镁为0~6%,硫酸亚铁为0~5%,活性炭为0~4%。
3.根据权利要求1或2所述的生物质成型颗粒燃料的制备方法,其特征在于,所述生物质原料包括稻草、杉木屑、黧蒴栲木屑、玉米秸秆、稻壳、刨花、枝丫材、松木屑、樟木屑中的一种或多种。
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