CN105018175A

CN105018175A - 一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法

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Publication number: CN105018175A
Application number: CN201510476050.1A
Authority: CN
Inventors: 曾娘荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2015-11-04

Abstract

本发明公开了一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，包括生物质燃料基板的制备、曝气助燃型粘结剂的制备、生物质燃料基板的表面处理和层压成型灯布步骤。制备所得的生物质成型原料包括若干层压成型的生物质燃料基板，所述两两相邻的生物质燃料基板之间设有曝气助燃粘结层，所述曝气助燃粘结层为纤维类粘合剂和碳酸氢钠的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述纤维类粘合剂和碳酸氢钠的混合物的3～10%。本发明的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法具有加工方便、产品燃烧性能高、通用性强、成本低廉和便于规模化生产的特点。

Description

一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法

技术领域

本发明涉及生物质成型燃料技术领域，具体为一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法。

背景技术

随着经济的发展。能源和环境问题已成为全球关注的焦点，传统的诸如煤、石油和天然气等化石能源由于日益枯竭带来的能源危机和其燃烧产生的污染问题日益突出，开发洁净的可再生能源迫在眉睫。生物质是一种多样性的能源资源，来源广泛，应用简单，作为一种有效的替代能源具有良好的应用前景。近些年来，利用林木加工废弃物，秸秆等粉碎加工后制成生物质颗粒燃料的研究和应用也逐渐增加，目前生物质能源主要通过直接挤压成型直接形成条状、颗粒状或块状，在加工过程中，水分问题对于生物质燃料的加工过程和性能的影响不可避免，如果水分含量过高，会造成生物质燃料在储存的过程中形成熟化腐烂，在燃烧过程也会由于水分含量问题造成燃烧性能的发挥；若水分含量偏低，层压加工难度大，严重影响生物质燃料压实密度的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，充分考虑生物质燃料水分含量的影响，充分利用生物质燃料内部的水分，具有加工方便、产品燃烧性能高、通用性强、成本低廉和便于规模化生产的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，包括以下步骤：第一步、生物质燃料基板的制备，把纤维素类的生物质碎屑进行粉碎、预烘，加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀，挤压成型得到规整形状的生物质燃料基板；第二步、曝气助燃型粘结剂的制备，在纤维类粘合剂按照质量配比2～5%加入碳酸氢钠曝气剂、3～6%加入氯酸钾助燃剂，搅拌混合均匀得到曝气助燃型粘结剂；第三步、生物质燃料基板的表面处理，将第一步所得的生物质燃料基板进行表面粗糙化处理，然后在生物质燃料基板需要压合的表面涂覆第二步所得曝气助燃型粘结剂形成曝气助燃粘结层；第四步、层压成型，把涂有曝气助燃型粘结剂的若干生物质燃料基板上下表面对齐，然后通过辊压机对辊层压，得到最终的层压式生物质成型燃料。

在第一步中，通过加入生石灰和高岭土，生石灰既可以在混合的过程中吸收水分形成消石灰，所形成的消石灰和高岭土产生粘结作用，从而把生物质碎屑原料相互粘连，方便挤压成型；而且，生石灰在吸收水分形成消石灰的过程中可以产生大量的热，从而软化生物质碎屑原料，降低挤压成型难度。在第二步中，通过在纤维素类粘结剂中加碳酸氢钠、氯酸钾形成曝气助燃型的粘结剂，最终在形成生物质成型燃料的曝气助燃型粘结剂层。

通过在生物质燃料基板设置有曝气助燃粘结层，曝气助燃粘结层中包含有加热可以产生二氧化碳的碳酸氢钠，干燥的碳酸氢钠晶体可以吸水后变成十水合碳酸氢钠，50℃以上开始逐渐分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，440℃时完全分解。既可以利用碳酸氢钠的吸水性在储存的过程中吸收生物质燃料内部残留的水分，有效避免生物质燃料在存储过程中熟化造成的损耗，还可以利用碳酸氢钠分解的过程中加速不同层之间的分离增大燃烧接触的表面积，从而使用生物质燃料的燃烧更加充分，有效提高了生物质成型燃料的燃烧性能；而且，在碳酸氢钠分解的过程中，水分变成水蒸气随着二氧化碳逸出，水蒸气会与灼烧的生物质燃料表面形成充分接触，水蒸气与生物质燃料表面炽热的焦炭会生产水煤气，水煤气的主要成分为一氧化碳和氢气，一氧化碳和氢气均为可燃性气体，会在燃烧过程中进行燃烧，进一步提升生物质燃料的燃烧性能。

通过在生物质燃料基板设置有曝气助燃粘结层，曝气助燃粘结层中包含有加热可以产生氧气的氯酸钾，既可以利用氯酸钾分解的过程中加速不同层之间的分离增大燃烧接触的表面积，又可以通过产生的氧气实现助燃作用，从而使用生物质燃料的燃烧更加充分，有效提高了生物质成型燃料的燃烧性能。氯酸钾为无色片状结晶或白色颗粒粉末，常温下稳定，在400℃ 以上则分解并放出氧气，急剧加热时可发生爆炸，因此，选择氯酸钾混合在纤维素粘合剂里面，且氯酸钾的质量比例在3～6%之间，使氯酸钾均匀分散在纤维素粘合剂里面，有效保证了氯酸钾分解时产生的使生物质燃料基板之间的分离力比较均匀，产生的氧气在实现生物质燃料基板层间分离时也可以利用氧气助燃充分发挥生物质成型燃料的燃烧性能。与此同时，相比单独在纤维素类粘合剂中单独添加氯酸钾或碳酸氢钠的状况，单独添加氯酸钾的含量比两者组合使用的量少，究竟原因在于氯酸钾的高温分解比较剧烈，会存在一定的安全隐患；两者同时添加，可以充分发挥二氧化碳的阻燃性，通过二氧化碳冲淡氧气的浓度，降低安全隐患，提升氧气产生量，进一步提升了氧气的助燃效果。相比于单独添加二氧化碳的情况，氯酸钾的加入也可以加速二氧化碳的产生，加速二氧化碳带动水蒸气的逸出，形成更多的水煤气，提升燃烧性能。

此外，通过设置曝气助燃粘结层，既可以根据需要设置多层的生物质燃料基板满足厚度的要求，也对于生物质燃料的水分控制不用过分严格，降低加工难度，提升生物质燃料的压实密度，具有较强的通用性。此外，选用的原料为常规原料节省原料成本，采用的助燃剂碳酸氢钠用量非常少加工过程非常简单，加工过程无需匹配专门的加工设计，有效降低制造成本，便于规模化推广使用。

第一步所述生物质燃料基板的制备过程中，预烘过程控制生物质碎屑的水分含量为8%至15%。通过合理控制生物质燃料的水分含量，既有效降低生物质燃料压实加工的难度，又有效避免由于水分含量过高对于生物质成型燃料的储存造成影响。

所述生物质碎屑原料的材料包括农业废弃物、木质素和/或油料作物废弃物，可以根据实际需要，灵活选用不同类型的材料，充分降低成本，拓展生物质成型燃料的使用。

所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物，来源非常广泛，有效降低生产制造成本。

所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物，来源非常广泛，有效降低生产制造成本。

所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物，来源非常广泛，有效降低生产制造成本。

所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维，来源非常广泛，有效降低生产制造成本，既能起到粘结作用，又有效分散碳酸氢钠保证助燃剂的安全效果。

所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:30～1:70，可以根据实际需要选用不同的厚度比，进一步提升生物质成型燃料的厚度要求，并未生物质成型燃料的高压实密度提供潜在的提升空间。

所述生物质燃料基板为充气型生物质燃料基板，所述充气型生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，充气混合均匀。选用充气型生物质燃料基板，可以进一步在燃烧过程中增大生物质成型燃料的接触比表面积，促进生物质成型燃料燃烧性能的发挥。

所述生物质燃料基板的层数为两层及以上，可以根据实际需要灵活选用符合要求的厚度，进一步拓展生物质成型燃料的厚度。

本发明一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，具有如下的有益效果：

第一、加工方便，通过先加工生物质燃料基板和曝气助燃型粘结剂的方式再进行层压形成最终的生物质成型燃料，生物质燃料基板和曝气助燃型粘结剂的加工过程简单，对辊层压的过程操作方便，加工生产便捷性高；

第二、产品燃烧性能高，通过在生物质燃料基板设置有曝气助燃粘结层，曝气助燃粘结层中包含有加热可以产生二氧化碳的碳酸氢钠，既可以利用碳酸氢钠分解的过程中加速不同层之间的分离增大燃烧接触的表面积，又可以通过产生的二氧化碳带动水蒸气逸出与焦炭接触生成水煤气实现助燃作用，从而使用生物质燃料的燃烧更加充分，有效提高了生物质成型燃料的燃烧性能；

第二、通用性强，通过设置曝气助燃粘结层，既可以根据需要设置多层的生物质燃料基板满足厚度的要求，也有效保证高密度生物质成型燃料的燃烧性能的发挥，具有较强的通用性；

第四、成本低廉，选用的原料为常规原料节省原料成本，加工流程非常简单，采用的设备均为常规设备无需较大的设备投资节省设备投资成本，进一步降低制造成本；

第五、便于规模化生产，曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法结构简单，有效简化加工工序，且均为常规化操作，操作连续性高，有效降低规模化生产的难度。

附图说明

附图1为本发明一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法实施例1的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明产品作进一步详细的说明。

实施例1

一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，包括以下步骤：第一步、生物质燃料基板的制备，把纤维素类的生物质碎屑进行粉碎、预烘，加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀，挤压成型得到规整形状的生物质燃料基板；第二步、曝气助燃型粘结剂的制备，在纤维类粘合剂按照质量配比2～5%加入碳酸氢钠曝气剂、3～6%加入氯酸钾助燃剂，搅拌混合均匀得到曝气助燃型粘结剂；第三步、生物质燃料基板的表面处理，将第一步所得的生物质燃料基板进行表面粗糙化处理，然后在生物质燃料基板需要压合的表面涂覆第二步所得曝气助燃型粘结剂形成曝气助燃粘结层；第四步、层压成型，所述生物质燃料基板在层压成型之前还包括蜂窝状的透气孔的成型过程，所述蜂窝状透气孔设置在所述生物质成型燃料的表面及内部，把涂有曝气助燃型粘结剂的若干生物质燃料基板上下表面对齐，相邻的生物质燃料基板的透气孔在层压成型的过程中位置相对，然后通过辊压机对辊层压，得到最终的层压式生物质成型燃料。

在实施例1中，最终制备所得的生物质成型燃料为五层结构，附图1为实施例1所的生物质成型燃料的剖面结构，包括三层压成型的生物质燃料基板1，所述两两相邻的生物质燃料基板1之间设有曝气助燃粘结层2，所述曝气助燃粘结层2为纤维类粘合剂和碳酸氢钠的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的2%，所述氯酸钾的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的3%。所述生物质燃料基板1的材料为农业废弃物，所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物。所述曝气助燃粘结层2与所述生物质燃料基板1的厚度比为1:50。所述生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀。

实施例2

在实施例2中，最终制备所得的生物质成型燃料为三层结构，包括两层压成型的生物质燃料基板，所述两相邻的生物质燃料基板之间设有曝气助燃粘结层，所述曝气助燃粘结层为纤维类粘合剂、碳酸氢钠和氯酸钾的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的5%，所述氯酸钾的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的6%。所述生物质燃料基板的水分含量为8%。所述生物质燃料基板包括生物质碎屑原料，所述生物质碎屑原料包括木质素，所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物。所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维。所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:30。所述充生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀。

实施例3

在实施例3中，最终制备所得的生物质成型燃料为五层结构，包括三层压成型的生物质燃料基板，所述两两相邻的生物质燃料基板之间设有曝气助燃粘结层，所述曝气助燃粘结层为纤维类粘合剂、碳酸氢钠和氯酸钾的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的4%，所述氯酸钾的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的5%。所述生物质燃料基板的水分含量为15%。所述生物质燃料基板包括生物质碎屑原料，所述生物质碎屑原料为油料作物废弃物。所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物。所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维。所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:70。所述充气型生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀。

实施例4

在实施例4中，最终制备所得的生物质成型燃料为五层结构，包括三层压成型的生物质燃料基板，所述两两相邻的生物质燃料基板之间设有曝气助燃粘结层，所述曝气助燃粘结层为纤维类粘合剂、碳酸氢钠和氯酸钾的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的2%，所述氯酸钾的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的3%。所述生物质燃料基板的水分含量为10%。所述生物质燃料基板包括生物质碎屑原料，所述生物质碎屑原料包括农业废弃物、木质素和油料作物废弃物。所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物。所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物。所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物。所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维。所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:50。所述充气型生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀。

实施例5

在实施例5中，最终制备所得的生物质成型燃料为五层结构，包括三层压成型的生物质燃料基板，所述两两相邻的生物质燃料基板之间设有曝气助燃粘结层，所述曝气助燃粘结层为纤维类粘合剂、碳酸氢钠和氯酸钾的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的5%，所述氯酸钾的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的6%。所述生物质燃料基板的水分含量为12%。所述生物质燃料基板包括生物质碎屑原料，所述生物质碎屑原料包括农业废弃物、木质素和油料作物废弃物。所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物。所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物。所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物。所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维。所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:50。所述生物质燃料基板为充气型生物质燃料基板，所述充气型生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，充气混合均匀。

实施例6

一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，包括以下步骤：第一步、生物质燃料基板的制备，把纤维素类的生物质碎屑进行粉碎、预烘，加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，充气混合均匀，挤压成型得到规整形状的生物质燃料基板；第二步、曝气助燃型粘结剂的制备，在纤维类粘合剂按照质量配比2～5%加入碳酸氢钠曝气剂、3～6%加入氯酸钾助燃剂，搅拌混合均匀得到曝气助燃型粘结剂；第三步、生物质燃料基板的表面处理，将第一步所得的生物质燃料基板进行表面粗糙化处理，然后在生物质燃料基板需要压合的表面涂覆第二步所得曝气助燃型粘结剂形成曝气助燃粘结层；第四步、层压成型，所述生物质燃料基板在层压成型之前还包括蜂窝状的透气孔的成型过程，所述蜂窝状透气孔设置在所述生物质成型燃料的表面及内部，把涂有曝气助燃型粘结剂的若干生物质燃料基板上下表面对齐，相邻的生物质燃料基板的透气孔在层压成型的过程中位置相对，然后通过辊压机对辊层压，得到最终的层压式生物质成型燃料。

在实施例6中，最终制备所得的生物质成型燃料为五层结构，包括三层压成型的生物质燃料基板，所述两两相邻的生物质燃料基板之间设有曝气助燃粘结层，所述曝气助燃粘结层为纤维类粘合剂、碳酸氢钠和氯酸钾的混合物，所述碳酸氢钠的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的5%，所述氯酸钾的质量配比为所述曝气助燃粘结层质量物的6%。所述生物质燃料基板的水分含量为10%。所述生物质燃料基板包括生物质碎屑原料，所述生物质碎屑原料为油料作物废弃物。所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物。所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维。所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:70。所述充气型生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀。

同时，为了评估本发明所述方法制备所得的曝气助燃型生物成型燃料的具体性能，分别从热值、燃烧率和热率等方面对实施例1～6的具体燃烧性能进行测试。具体测试数据如表1所示：

表1 不同实施例具体燃烧性能测试数据

组号	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							热值（kcal/kg）	5340	5620	5590	5460	5630	5670
燃烧率（%）	96.8	95.8	96.2	96.8	98.2	98.3
							热效率（%）	93.8	94.9	95.6	95.1	96.9	96.9

从表1可以看到，本发明制备所得的生物质成型燃料热值在5200lcal/Kg以上，燃烧率在95%以上，热效率在93%以上。而传统的生物质成型燃料的具体燃烧性能为：热值在4500～4800kcal/kg，燃烧率在90～96之间，热率在80～90之间。相比之下，本发明的曝气助燃型生物质成型燃料在热值、燃烧率和热率等燃烧性能指标均有显著的提升，具有广泛的应用前景。

而且，从表1数据可以看到，相同材料的实施例4与实施例5对比，采用充气型生物质成型燃料是提供生物质成型材料燃烧性能具有一定的效果；通过实施例3与实施例6对比，增加助燃剂碳酸氢钠和氯酸钾的含量，也可以明显提升生物质成型材料的燃烧性能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims

1. 一种曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、生物质燃料基板的制备，把纤维素类的生物质碎屑进行粉碎、预烘，加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，混合均匀，挤压成型得到规整形状的生物质燃料基板；

第二步、曝气助燃型粘结剂的制备，在纤维类粘合剂按照质量配比2～5%加入碳酸氢钠曝气剂、3～6%加入氯酸钾助燃剂，搅拌混合均匀得到曝气助燃型粘结剂；

第三步、生物质燃料基板的表面处理，将第一步所得的生物质燃料基板进行表面粗糙化处理，然后在生物质燃料基板需要压合的表面涂覆第二步所得曝气助燃型粘结剂形成曝气助燃粘结层；

第四步、层压成型，把涂有曝气助燃型粘结剂的若干生物质燃料基板上下表面对齐，然后通过辊压机对辊层压，得到最终的层压式生物质成型燃料。

2. 根据权利要求1所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：第一步所述生物质燃料基板的制备过程中，预烘过程控制生物质碎屑的水分含量为8%至15%。

3. 根据权利要求1或2所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述生物质碎屑原料的材料包括农业废弃物、木质素和/或油料作物废弃物。

4. 根据权利要求3所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物。

5. 根据权利要求4所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物。

6. 根据权利要求5所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物。

7. 根据权利要求6所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维。

8. 根据权利要求7所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:30～1:70。

9. 根据权利要求8所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述生物质燃料基板为充气型生物质燃料基板，所述充气型生物质燃料基板在制备过程中加入相当于生物质碎屑原料干料重量3～8%的生石灰、2～5%的高岭土，充气混合均匀。

10. 根据权利要求8所述的曝气助燃型生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：所述生物质燃料基板的层数为两层及以上。