CN105969473A - 菊芋秸秆燃料棒及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种菊芋秸秆燃料棒及其制作方法，由以下原料按重量配比组成：菊芋秸秆50～80份；劣煤15～30份；氧化钙1～3份；硅藻土2～4份；助燃剂0.5～1份；固硫剂1～3份；膨润土0.5～1.5份。本发明充分利用菊芋秸秆燃烧热量值高的特点，在燃料棒中添加助燃成分，同时添加氧化钙、硅藻土等添加剂，降低菊芋秸秆结渣率及腐蚀性，制作出菊芋秸秆燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产，提高菊芋秸秆资源的利用率，促进菊芋产业链的延伸及发展。
Description
技术领域
本发明涉及生物质燃料技术领域，特别是涉及一种菊芋秸秆燃料棒及其制作方法。
背景技术
目前，全国乃至世界能源与环境状况都面临着严峻危机，因此，改变能源消费结构，防治大气污染已经成为社会和经济可持续发展所面临的重要课题。生物质能源作为一种可再生的清洁能源，越来越受到各方关注。现阶段，我国秸秆资源利用率低，通常是焚烧在农田中，不仅造成了资源浪费，还对环境造成了严重污染。
菊芋(Helianthus tuberosus)是菊科向日葵属的多年生草本植物，又称洋姜、鬼子姜、洋芋头等。菊芋原产北美，后经欧洲传人我国，由于适应性强而在我国各地均有栽培。菊芋植株高大(可高达3.7m以上)、生长迅速，地上秸秆产量巨大，加之菊芋具有较强的耐盐、耐旱、耐寒的习性，因此可以实现荒坡地及盐碱地的种植，并作为一种新资源食品和新能源植物备受青睐。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种菊芋秸秆燃料棒及其制作方法，以提高秸秆的燃烧热量值。
基于上述目的，本发明提供的菊芋秸秆燃料棒由以下原料按重量配比组成：
在本发明的一些实施例中，所述固硫剂为硫酸钡和碳酸钠按照95～97:3～5质量比组成的粉末状混合物。
在本发明的一些实施例中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照1～3:2～6:5～15的质量比组成的混合物。
在本发明的一些实施例中，所述粘合剂为淀粉、聚丙烯和氢氧化钠按照质量比1～1.5:0.1～0.3:0.2～0.6混合的混合物。
本发明还提供一种制作上述菊芋秸秆燃料棒的方法，包括以下步骤：
将菊芋秸秆晾晒干燥，控制秸秆含水量在13～15％以下；
将干燥后的菊芋秸秆粉碎成碎料；
将菊芋秸秆碎料、劣煤、氧化钙、硅藻土、助燃剂、固硫剂和膨润土搅拌均匀，再向混合物料中加入粘合剂，然后混匀；
混合后的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成燃料棒。
在本发明的一些实施例中，所述燃料棒的规格为直径3～5cm、长度5～10cm的圆柱型。
在本发明的一些实施例中，将干燥后的菊芋秸秆碎成20～40目的碎料。
由此可见，本发明充分利用菊芋秸秆燃烧热量值高的特点，在燃料棒中添加助燃成分，同时添加氧化钙、硅藻土等添加剂，降低菊芋秸秆结渣率及腐蚀性，制作出菊芋秸秆燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产，提高菊芋秸秆资源的利用率，促进菊芋产业链的延伸及发展。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
菊芋秸秆富含热量，种植菊芋每亩地可收获干秸秆1000kg～1500kg，菊芋秸秆中纤维素含量48％左右，半纤维素含量18％左右，木质素含量25％左右，每亩地收获菊芋干秸秆的热量值相当于500kg～750kg的标准煤释放的热量值。本发明充分利用生物质原料，主要采用菊芋秸秆制作一种秸秆燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产生活领域。
实施例1
(1)原料的收集：待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸秆收获机收割菊芋茎杆；
(2)干燥及去杂：将收割后的菊芋秸秆晾晒干燥，控制秸秆含水量在15％以下，将秸秆通过振动筛去除秸秆上夹杂的尘土等杂质；
(3)原料粉碎：将去除尘土及杂质的菊芋秸秆用粉碎机粉碎成20目的碎料，备用；
(4)混料：按重量份计，将菊芋秸秆碎料70份、劣煤20份、氧化钙3份、硅藻土4份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土1份搅拌均匀；其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照1.5:4:10的质量比组成的混合物，所述固硫剂为96％硫酸钡和4％碳酸钠组成的粉末状混合物；
(5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入4％粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂为：淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1.2:0.15:0.4混合的混合物；
(6)挤压成型：混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成规格为直径5cm、长度10cm的圆柱型燃料棒；
(7)冷却：将燃料棒送入冷却箱进行冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到96％以上，颗粒含水率13％左右，从而提高物料的利用率，避免造成物料的浪费；
(8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
实施例2
(1)原料的收集：待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸秆收获机收割菊芋茎杆；
(2)干燥及去杂：将收割后的菊芋秸秆晾晒干燥，控制秸秆含水量在13％以下，将秸秆通过振动筛去除秸秆上夹杂的尘土等杂质；
(3)原料粉碎：将去除尘土及杂质的菊芋秸秆用粉碎机粉碎成30目的碎料，备用；
(4)混料：按重量份计，将菊芋秸秆碎料79份、劣煤15份、氧化钙2份、硅藻土2份、助燃剂0.5份、固硫剂1份、膨润土0.5份搅拌均匀；其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照2.5:3:12的质量比组成的混合物，所述固硫剂为95％硫酸钡和5％碳酸钠组成的粉末状混合物；
(5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入3％粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂为：淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1:0.2:0.5混合的混合物；
(6)挤压成型：混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成规格为直径3cm、长度8cm的圆柱型燃料棒；
(7)冷却：将燃料棒送入冷却箱进行冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到96％以上，颗粒含水率14％左右；
(8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
实施例3
(1)原料的收集：待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸秆收获机收割菊芋茎杆；
(2)干燥及去杂：将收割后的菊芋秸秆晾晒干燥，控制秸秆含水量在14％以下，将秸秆通过振动筛去除秸秆上夹杂的尘土等杂质；
(3)原料粉碎：将去除尘土及杂质的菊芋秸秆用粉碎机粉碎成30目的碎料，备用；
(4)混料：按重量份计，将菊芋秸秆碎料60份、劣煤30份、氧化钙2.5份、硅藻土4份、助燃剂1份、固硫剂2份、膨润土0.5份搅拌均匀；其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照1:6:5的质量比组成的混合物，所述固硫剂为97％硫酸钡和3％碳酸钠组成的粉末状混合物；
(5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入5％粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂为：淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1.2:0.3:0.3混合的混合物；
(6)挤压成型：混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成规格为直径3cm、长度8cm的圆柱型燃料棒；
(7)冷却：将燃料棒进行自然冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到97％以上，颗粒含水率13.5％左右；
(8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
实施例4
(1)原料的收集：待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸秆收获机收割菊芋茎杆；
(2)干燥及去杂：将收割后的菊芋秸秆晾晒干燥，控制秸秆含水量在14％以下，将秸秆通过振动筛去除秸秆上夹杂的尘土等杂质；
(3)原料粉碎：将去除尘土及杂质的菊芋秸秆用粉碎机粉碎成30目的碎料，备用；
(4)混料：按重量份计，将菊芋秸秆碎料69份、劣煤25份、氧化钙1份、硅藻土2份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土1份搅拌均匀；其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照2.8:5:5的质量比组成的混合物，所述固硫剂为95.5％硫酸钡和4.5％碳酸钠组成的粉末状混合物；
(5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入4.5％粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂为：淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1:0.1:0.5混合的混合物；
(6)挤压成型：混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压造型，制作成规格为直径4cm、长度8cm的圆柱型燃料棒；
(7)冷却：将燃料棒送入冷却箱进行冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到96％以上，颗粒含水率13.8％左右；
(8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
对比试验1
将实施例1中的菊芋秸秆碎料70份替换成玉米秸秆碎料70份、大豆秸秆碎料70份，其他同实施例1，作为对比实施例。将两组对比实施例与实施1获得的燃烧棒的燃烧参数进行比较，结果见表1。
表1不同生物质秸秆燃烧参数比较
从表1可以看出，菊芋秸秆作为主要燃料，其放热量较传统的玉米、大豆秸秆要高，且其燃烧后灰分含量底，是一种理想的高能清洁燃料。
对比试验2
将实施例2中的菊芋秸秆碎料的粉碎程度分别替换成10目、20目和40目，其他同实施例2，作为对比实施例。将三组对比实施例与实施2获得的燃烧棒的燃烧情况进行比较，结果见表2。
表2利用不同粉碎程度的菊芋秸秆碎粒生产的燃料棒燃烧率情况比较
| 菊芋秸秆粉碎程度 | 燃烧率(％) |
| 10目 | 92.1 |
| 20目 | 97.9 |
| 30目 | 98.3 |
| 40目 | 94.2 |
从表2可以看出，通过不同目数菊芋秸秆制作的燃料棒的燃烧情况，可以看出，将秸秆粉碎至20～30目后，可以显著地加快其燃烧速度，并且燃烧也更为充分。
对比试验3
对比实施例1：不添加劣煤，其他同实施例1。
对比实施例2：按重量份计，将菊芋秸秆碎料80份、劣煤10份、氧化钙3份、硅藻土4份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土1份搅拌均匀。其他同实施例1。
对比实施例3：按重量份计，将菊芋秸秆碎料50份、劣煤40份、氧化钙3份、硅藻土4份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土1份搅拌均匀。其他同实施例1。
对添加不同比例劣煤后制作的菊芋秸秆燃料棒燃烧情况进行比较，结果见表3。
表3添加不同比例劣煤制作的菊芋秸秆燃料棒燃烧情况比较
| 劣煤比例(％) | 放热量(J/g) | 燃烧时间(s/g) | 灰分(％) |
| 对比实施例1(0) | 18460.1 | 0.31 | 3.97 |
| 对比实施例2(10) | 20814.3 | 0.42 | 4.13 |
| 实施例2(15) | 21991.4 | 0.53 | 4.72 |
| 实施例1(20) | 23168.6 | 0.62 | 5.26 |
| 实施例3(30) | 25522.3 | 0.74 | 7.03 |
| 对比实施例3(40) | 27876.5 | 0.92 | 10.3 |
由表3可看出，加入劣煤后，可以提高燃料棒的放热量，同时也能很显著的延长燃料棒燃烧时间，劣煤比例在1～30％范围时，延长效果明显，且燃烧灰分有小幅度增加，30％以上，燃烧灰分增加过多，因此建议添加劣煤的比例控制在15～30％之间。
对比试验4
对比实施例4：按重量份计，将菊芋秸秆碎料65份、劣煤25份、氧化钙5份、硅藻土2份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土1份搅拌均匀。其他同实施例4。
对比实施例5：按重量份计，将菊芋秸秆碎料70份、劣煤25份、硅藻土2份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土1份搅拌均匀。其他同实施例4。
对添加不同比例的氧化钙后制作的菊芋燃料棒结渣特性进行比较，结果见表4。
表4添加不同比例氧化钙制作的菊芋秸秆燃料棒结渣特性的比较
由表4可看出，添加氧化钙可显著降低菊芋燃料棒结渣率，且随着添加氧化钙量的增加效果更为显著，但是考虑到氧化钙对燃烧具有一定的抑制作用，本发明将比例控制在3％以下。
本发明充分利用菊芋秸秆燃烧热量值高的特点，在燃料棒中添加助燃成分，同时添加氧化钙、硅藻土等添加剂，降低菊芋秸秆结渣率及腐蚀性，制作出菊芋秸秆燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产，提高菊芋秸秆资源的利用率，促进菊芋产业链的延伸及发展。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明创新采用菊芋秸秆作为燃料来源，利用了菊芋秸秆燃烧热量高的特点，增加了燃料的品种，扩大了燃料的来源，采用将秸秆加工为燃料棒的方式，一方面使菊芋秸秆携带运输及使用更为方便，对菊芋产业的发展起到促进作用，另一方面也可替代部分不可再生能源，解决能源危机，减少环境污染。同时菊芋秸秆燃料棒燃烧后生成的灰分也可作为改良剂进行盐渍土壤的改良。
(2)本发明将菊芋秸秆粉碎成微粒，同时添加助燃剂，促进了菊芋秸秆的燃烧，提高了菊芋秸秆燃烧充分性；添加固硫剂及膨润土，提高菊芋秸秆的成型性，同时固硫剂还可除去燃料棒燃烧废气中硫氧化物，起到避免污染环境的作用；添加劣煤主要是增强燃料棒的燃烧持久性；加入氧化钙的主要作用是缓解所制备菊芋燃料棒的结渣；
(3)本发明所用粘合剂由淀粉、聚丙烯及氢氧化钠组成，一方面利用了淀粉具有良好的稳定粘性和极好的含水性能的特性，另一方面加入聚丙烯及氢氧化钠，起到降低淀粉膨胀和胶化的温度的作用，可精确控制淀粉膨胀和胶化的温度，从而使淀粉能够最大限度发挥其粘性，该粘合剂稳定性较好；本发明所用固硫剂以硫酸钡为固硫基底，添加3～5％的碳酸钠，将两种原料混匀后磨成粉末以备用，由于硫酸钡分解温度大大高于传统固硫剂硫酸钙的分解温度，使秸秆显示较高的热稳定性，且钡基固硫剂在高温燃烧中的固硫效果高于钙基固硫剂，而添加了碳酸钠，则可以使固硫剂的固硫率达到85％以上；本发明所用助燃剂选用高猛酸价作为助燃剂，主要是利用其高温下可分解产生氧气的作用，而添加了硝酸钾及氯化钙，则可起到很好的催化与附着效果；
(4)本发明制作的燃料棒，采用氧化钙作为缓解结渣程度的添加剂，极大的降低了菊芋燃料棒的结渣程度，提高了菊芋秸秆的燃烧效率，解决秸秆燃料在使用过程中出现的结渣、积灰问题；
(5)本发明中采用硅藻土作为菊芋秸秆燃料碱金属调节剂，一方面硅藻土来源广泛，容易获得，另一方面，硅藻土具有很好的减轻或解决秸秆燃烧过程中由碱金属所引起的金属腐蚀问题。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种菊芋秸秆燃料棒，其特征在于，由以下原料按重量配比组成：
2.根据权利要求1所述的菊芋秸秆燃料棒，其特征在于，所述固硫剂为硫酸钡和碳酸钠按照95～97:3～5质量比组成的粉末状混合物。
3.根据权利要求1所述的菊芋秸秆燃料棒，其特征在于，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照1～3:2～6:5～15的质量比组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的菊芋秸秆燃料棒，其特征在于，所述粘合剂为淀粉、聚丙烯和氢氧化钠按照质量比1～1.5:0.1～0.3:0.2～0.6混合的混合物。
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的菊芋秸秆燃料棒的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将菊芋秸秆晾晒干燥，控制秸秆含水量在13～15％以下；
将干燥后的菊芋秸秆碎成碎料；
将菊芋秸秆碎料、劣煤、氧化钙、硅藻土、助燃剂、固硫剂和膨润土搅拌均匀，再向混合物料中加入粘合剂，然后混匀；
混合后的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成燃料棒。
6.根据权利要求1所述的菊芋秸秆燃料棒的制作方法，其特征在于，所述燃料棒的规格为直径3～5cm、长度5～10cm的圆柱型。
7.根据权利要求1所述的菊芋秸秆燃料棒的制作方法，其特征在于，将干燥后的菊芋秸秆碎成20～40目的碎料。
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