CN106281535A - 一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：牲畜粪便的收集与混合，牲畜粪便固液分离，牲畜粪便的晾晒，牲畜粪便的烘干，牲畜粪便的压制。本发明的优点在于，利用牲畜粪便为原材料，通过收集混合、固液分离、晾晒、烘干、压制等工艺，制备出一种的生物质燃料颗粒，对不同月龄段的牲畜粪便进行收集和混合，使牲畜粪便得到了中和，解决了牲畜粪便原料差异化较大的问题，通过固液分离将牲畜粪便中的液体分离出来，并进行发酵，促进了循环经济的发展，保证了生物质燃料的热值更稳定，燃烧效率更高，通过在牲畜粪便中加入石灰粉，作为干燥剂和微生物控制剂，提高最终产品的稳定性，保证了生物质燃料颗粒外观的完整性。

Description

一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺
技术领域
本发明属于生物质燃料生产加工工艺技术领域，具体涉及一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺。
背景技术
生物质燃料是指将生物质材料作为燃料进行燃烧，一般主要是农林废弃物、家禽粪便、城市有机固体废弃物、生活污水和工业有机废水，主要区别于化石燃料，生物质燃料的优点在于其发热量大，纯度高，不含其他不产生热量的杂物，其不含硫磷，不会腐蚀锅炉，可有效的延长锅炉的使用寿命，也不会产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨的产生，不污染大气，不污染环境，生物质燃料清洁卫生，投料方便，减少了工人的劳动强度，极大地改善了劳动环境，燃烧后的灰渣极少，燃烧后的灰烬是品味极高的优质有机钾肥，可回收创利。
牲畜养殖场的主要废弃物便是牲畜的粪便，一般而言牲畜粪便主要是有机肥的原料，然而，在甘肃等人口稀疏的地区，周边市场对于有机种植业的认可度很差，当地的牲畜养殖场并没有对牲畜粪便加以综合利用；随着国家对于农牧业废弃物环境规制的强化，如果对牲畜的粪便置之不理，不能实现合理的利用，这将使地处人口稀疏地区的牲畜养殖场面临巨额环境规制罚款，因此，急需研发有机肥以外的牲畜粪便综合利用方法，将牲畜粪便开发成生物质燃料颗粒，在生物质燃料制备过程中需要解决相关技术难题，如解决牲畜粪便原料差异化导致的品质不稳定问题、控制微生物发酵减少热能损失、确保最终燃料颗粒的外观完整性，通过生物质锅炉燃烧供能，这将形成一种可代替燃煤的可再生清洁能源，一方面实现了牲畜粪便多元化的综合利用，另一方面以减少养殖企业对于燃煤供能的依赖。
发明内容
本发明的目的是提供一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，以解决现有技术中牲畜粪便原料差异化大，品质不稳定，生物质燃料颗粒热能损失严重，生物质燃料颗粒外观不完整，燃烧效率低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：
（1）牲畜粪便的收集与混合，将粪便按照牲畜的年龄段进行分别收集，并以0-6月龄牲畜粪便16.84%-36.17%、6-18月龄牲畜粪便33.16%-42.59%、18月龄以上牲畜粪便21.24%-49.55%进行搅拌混合；
（2）牲畜粪便固液分离，采用离心式固液分离机对搅拌混合后的牲畜粪便进行固液分离操作，以牲畜粪便pH值的变化来控制固液分离机的操作参数；
（3）牲畜粪便的晾晒，将固液分离后固体放在晾晒场进行晾晒，以晾晒场的环境温度和湿度来控制晾晒时间；
（4）牲畜粪便的烘干，使用干燥机对晾晒好的牲畜粪便进行烘干，烘干温度为150℃-300℃，烘干时间为0.5-3h；
（5）牲畜粪便的压制，采用生物质燃料压制机，将牲畜粪便压制为颗粒状的生物质燃料。
优选的，步骤（2）中的牲畜粪便pH值为8.0-9.0，所述固液分离机的转速为2000-4000rpm，固液分离的时间为0.5-5h。
优选的，步骤（4）中牲畜粪便的烘干过程中加入石灰粉，所述石灰粉的加入量为固体牲畜粪便重量的0.3%-2%。
优选的，步骤（5）中生物质燃料颗粒为圆柱体或立方体。
优选的，圆柱体生物质燃料颗粒的直径为0.5-3cm，长度为3-10cm，所述立方体生物质燃料颗粒的边长2-5cm。
优选的，压制机出料口和进料口的比例为1.5:1-6:1。
本发明的优点在于：本发明利用牲畜粪便为原材料，通过收集混合、固液分离、晾晒、烘干、压制等工艺，制备出一种的生物质燃料颗粒，对不同月龄段的牲畜粪便进行收集和混合，使牲畜粪便得到了中和，解决了牲畜粪便原料差异化较大的问题，通过固液分离将牲畜粪便中的液体分离出来，并进行发酵，促进了循环经济的发展，使牲畜粪便得到了充分的利用，保证了生物质燃料的热值更稳定，燃烧效率更高，通过在牲畜粪便中加入石灰粉，作为干燥剂和微生物控制剂，提高最终产品的稳定性，保证了生物质燃料颗粒外观的完整性，实现了牲畜粪便除有机肥以外的能源型循环利用途径。
附图说明
图1为本发明牲畜粪便原料的混合比例图。
图2为本发明固液分离机转速rpm曲线图。
图3为本发明按照温度和湿度控制牲畜晾晒时间的曲线图。
图4为本发明牲畜粪便颗粒破碎硬度与压制进料口和出料口比例图。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例一
一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：
（1）如图1所示，牲畜粪便的收集与混合，将粪便按照牲畜的年龄段进行分别收集，并以0-6月龄牲畜粪便16.84%、6-18月龄牲畜粪便33.16%、18月龄以上牲畜粪便49.55%进行搅拌混合；
（2）通过检测得到牲畜粪便的pH值为8.33，如图2所示，确定固液分离机的转速为2000rpm，固液分离的时间为3.3h，并利用离心式固液分离机对搅拌混合后的牲畜粪便进行固液分离操作；
（3）根据近期的天气预报，确定平均温度为25℃、湿度为35%，如图3所示，确定牲畜粪便的晾晒时间为1.6d；
（4）使用干燥机对晾晒好的牲畜粪便进行烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为1h，在牲畜粪便的烘干过程中加入石灰粉，石灰粉的加入量为固体牲畜粪便重量的1%；
（5）采用生物质燃料压制机，将牲畜粪便压制为颗粒状的生物质燃料，为了远距离运输，对产品硬度的要求较高，选取生物质燃料的硬度为2.0MPa，如图4所示，确定压制进料口和出料口的比例为4.8：1，形状为圆柱体，圆柱体的直径为1.5cm，长度为5cm。
通过制备得到的生物质燃料颗粒外观破损率不超过5%，储藏时间可达到6个月，燃料热值可达到3500kcal/kg。
实施例二
一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：
（1）如图1所示，牲畜粪便的收集与混合，将粪便按照牲畜的年龄段进行分别收集，并以0-6月龄牲畜粪便24.26%、6-18月龄牲畜粪便42.59%、18月龄以上牲畜粪便33.15%进行搅拌混合；
（2）通过检测得到牲畜粪便的pH值为8.90，如图2所示，确定固液分离机的转速为3000rpm，固液分离的时间为1.5h，并利用离心式固液分离机对搅拌混合后的牲畜粪便进行固液分离操作；
（3）根据近期的天气预报，确定平均温度为20℃、湿度为50%，如图3所示，确定牲畜粪便的晾晒时间为2.9d；
（4）使用干燥机对晾晒好的牲畜粪便进行烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为1h，在牲畜粪便的烘干过程中加入石灰粉，石灰粉的加入量为固体牲畜粪便重量的1.5%；
（5）采用生物质燃料压制机，将牲畜粪便压制为颗粒状的生物质燃料，为了中距离运输，对产品硬度的要求适中，选取生物质燃料的硬度为1.0MPa，如图4所示，确定压制进料口和出料口的比例为3.1:1，形状为圆柱体，圆柱体的直径为3m，长度为7cm。
通过制备得到的生物质燃料颗粒外观破损率不超过5%，储藏时间可达到6个月，燃料热值可达到3300kcal/kg。
实施例三
一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：
（1）如图1所示，牲畜粪便的收集与混合，将粪便按照牲畜的年龄段进行分别收集，并以0-6月龄牲畜粪便36.17%、6-18月龄牲畜粪便42.59%、18月龄以上牲畜粪便21.24%进行搅拌混合；
（2）通过检测得到牲畜粪便的pH值为9.0，如图2所示，确定固液分离机的转速为2500rpm，固液分离的时间为1.0h，并利用离心式固液分离机对搅拌混合后的牲畜粪便进行固液分离操作；
（3）根据近期的天气预报，确定平均温度为10℃、湿度为70%，如图3所示，确定牲畜粪便的晾晒时间为6.1d；
（4）使用干燥机对晾晒好的牲畜粪便进行烘干，烘干温度为300℃，烘干时间为0.8h，在牲畜粪便的烘干过程中加入石灰粉，石灰粉的加入量为固体牲畜粪便重量的2%；
（5）采用生物质燃料压制机，将牲畜粪便压制为颗粒状的生物质燃料，为了短距离运输，对产品硬度的要求较低，选取生物质燃料的硬度为0.8MPa，如图4所示，确定压制进料口和出料口的比例为2.5:1，形状为立方体，立方体的边长为3cm。
通过制备得到的生物质燃料颗粒外观破损率不超过5%，储藏时间可达到6个月，燃料热值可达到3200kcal/kg。
在牲畜粪便的收集与混合阶段，通过对0-6月龄、6-18月龄、18月龄以上不同牲畜粪便收集后，按照牲畜粪便原料的混合比例图加以混合，混料图中阴影区域为确保最终燃料热值下限的混合方式工作点，通过将热值潜能不同的牲畜粪便按照特定比例混合，确保最终颗粒燃料的燃烧热值在3200kcal/kg -3500kcal/kg的范围内，从而保障燃烧时不会因热值过低而无法达到工业锅炉对于蒸汽压力的要求，同时也不会因为热值过高导致燃烧过快，带来安全隐患。
在牲畜粪便固液分离阶段，根据固液分离机转速rpm曲线图，依据牲畜粪便的pH值8.0-9.5，确定相应的固液分离离心加速度和时间；牲畜粪便pH值一般在8.0以上，牲畜粪便发酵最适宜pH值在6.5-7.2之间，因此牲畜粪便的pH值越接近于中性，越有利于微生物的后续发酵；由于牲畜粪便中的微生物发酵并不能将能量转化为牲畜粪便中的化学能，这种后发酵只会导致牲畜粪便燃料热值的损失，因此越接近于中性的牲畜粪便，越应该减少其固液分离后的水分，对混合后的牲畜粪便进行固液分离是很重要的步骤，分离出的粪水可用于沼气工程，越具有发酵潜力的牲畜粪便，可排出越多用于沼气发酵的水分，用于发酵，形成循环经济，使牲畜粪便得以充分的使用。
在牲畜粪便的烘干过程中，使用干燥机对晾晒好的牲畜粪便进行烘干，烘干温度为150-300℃，烘干时间0.5-3h，最终总固体含量超过85%，杀灭大部分微生物，降低水分活度，令生物质燃料颗粒更耐储藏，在牲畜粪便的烘干过程中混入石灰粉，石灰粉的加入量为固体牲畜粪便重量的0.3%-2%，作为干燥剂和微生物控制剂，提高最终产品的稳定性。
以上所述的仅是本发明的较佳实例，本发明的技术方案并不受此限制，应当指出对于本领域普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其他等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括以下步骤：
（1）牲畜粪便的收集与混合，将粪便按照牲畜的年龄段进行分别收集，并以0-6月龄牲畜粪便16.84%-36.17%、6-18月龄牲畜粪便33.16%-42.59%、18月龄以上牲畜粪便21.24%-49.55%进行搅拌混合；
（2）牲畜粪便固液分离，采用离心式固液分离机对搅拌混合后的牲畜粪便进行固液分离操作，以牲畜粪便pH值的变化来控制固液分离机的操作参数；
（3）牲畜粪便的晾晒，将固液分离后固体放在晾晒场进行晾晒，以晾晒场的环境温度和湿度来控制晾晒时间；
（4）牲畜粪便的烘干，使用干燥机对晾晒好的牲畜粪便进行烘干，烘干温度为150℃-300℃，烘干时间为0.5-3h；
（5）牲畜粪便的压制，采用生物质燃料压制机，将牲畜粪便压制为颗粒状的生物质燃料。
2.如权利要求1所述的一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（2）中的牲畜粪便pH值为8.0-9.0，所述固液分离机的转速为2000-4000rpm，固液分离的时间为0.5-5h。
3.如权利要求2所述的一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（4）中牲畜粪便的烘干过程中加入石灰粉，所述石灰粉的加入量为固体牲畜粪便重量的0.3%-2%。
4.如权利要求3所述的一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（5）中生物质燃料颗粒为圆柱体或立方体。
5.如权利要求4所述的一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，其特征在于：所述圆柱体生物质燃料颗粒的直径为0.5-3cm，长度为3-10cm，所述立方体生物质燃料颗粒的边长2-5cm。
6.如权利要求5所述的一种牲畜粪便生物质燃料的制备工艺，其特征在于：所述压制机出料口和进料口的比例为1.5:1-6:1。
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