CN107916153A - 一种生物质清洁燃料块及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生物质清洁燃料块，包括：秸秆粉末30～46份、木屑粉25～35份、甘蔗渣15～25份、松塔粉10～15份、电石粉5～10份、液蜡6～8份、煤粉18～26份，抗震防爆剂0.5～0.8份。本发明效果在于：通过松塔粉、抗震防爆剂和煤粉的添加提高了生物质燃料块燃烧均匀性和稳定性；通过加入电石粉，在燃烧过程中产生的水与电石粉反应急剧放热并燃烧，大幅提升燃烧性能，提高完全燃烧性，防止烟雾排放；本发明减少煤炭使用量，使秸秆等生物质得到综合利用，并实现了清洁化使用；本发明方法制备的生物质清洁燃料块，投入小、成本低、无环境污染、产量高，具有显著的市场应用价值。

Description

一种生物质清洁燃料块及制备方法
技术领域
本发明涉及生物质燃料领域，具体涉及一种生物质清洁燃料块及制备此清洁燃料块的方法。
背景技术
生物质能仅次于煤炭、石油和天然气，居于世界能源消费总量第4位。生物质材料如秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等具有良好的燃烧性，据专家预测，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总燃料消耗的40％以上。
人类使用生物质作燃料的历史可以追溯到原始社会，近代随着化石燃料的兴起，人们似乎忘记了生物质燃料，然而随着化石燃料的枯竭，以及公众对空气污染、温室气体效应等问题的认识，人们又重新重视新能源，通过技术手段使生物质这种传统能源也变成了环保型新能源。近年来关于生物质作为新型燃料的研究工作非常活跃，通常的作法是将热值比较高的木材废弃物经粉碎、压缩成型制成生物质颗粒、生物质条型块。但是用林木废弃物仅仅只是生物质的极少一部分，而且由于森林资源的溃乏，仅用林木废弃物作生物质燃料就有一定的局限性。在大量的生物质资源中主要是农业废弃物如小麦、玉米、稻谷等秸秆，每年在收获后或复耕前农民甚至直接在田间将其焚烧，造成空气污染，使已经通过光合作用转化的太阳能浪费。目前已有报道将秸秆通过秸秆成型设备切碎、干燥后的秸秆挤压成高密度的棒状燃料，具高效清洁燃烧，使秸秆得到有效利用。
中国发明专利201410592689.1公开了一种高致密生物质成型燃料制备方法，该发明的高致密生物质成型燃料为层状结构，通过原料预处理、内层原料水分含量调节、外层原料水分含量调节、分层叠合和等步骤压合成型，其采用包括内层原料层和外层原料层的层状结构，通过在内层原料层和外层原料层之间形成原料细度梯度降低压制难度，通过在内层原料层和外层原料层之间形成含水量梯度降低压制难度和保证生物质成型燃料的致密性。但其高致密度和含水率影响了生物质燃料的燃烧效率和热能。
中国发明专利201710574345.1公开了一种高净热值生物质棒体燃料，该发明其原料按重量份包括：污泥、水稻秸秆份、小麦秸秆份、树叶、花生壳、烟杆、松球、废木、核桃壳、油菜秆、玉米芯、糠醛渣、蓖麻秸秆、煤炭、改性增氧剂、改性助燃剂、黏结剂、化学调理剂，然后通过混合、挤压、成型等工艺造粒，得生物质木屑颗粒燃料。
中国发明专利201610631642.0公开了一种高效生物质固体成型燃料，该发明是以玉米芯、氧化镁、电石渣、淀粉、氧化镧、石油树脂和聚氨酯沥青为原料，通过粉碎、成型、干燥等工序制得，但其中生物质利用单一，且使用了较高含量的改性沥青、过渡元素氧化物、石油树脂以及淀粉，其高热值和低灰分的背后，相比于普通的生物质燃料性价比不高。
中国发明专利201410478707.3公开了一种生物质基燃料及制备方法，该发明包括生物质和生物质添加剂、干燥基全硫分小于0.9的低硫煤、低硫煤添加剂，其中，生物质和生物质添加剂按照重量比100：3～8混合组成第一种混合物，低硫煤和低硫煤添加剂按照重量比100：5～10混合组成第二种混合物，；第一种混合物和第二种混合物按照重量比60～90：10～40混合均匀制成生物质基燃料。
根据上述，上述专利技术产品生物质颗粒燃料仍存在热值、燃烧率和热效率相对较低，燃料燃烧时间短、燃烧不充分、配方工艺过于复杂、对于设备和人员要求高等问题。特别是针对采用木屑、秸秆为主要原料的现有生物质颗粒燃料，其并未针对不同种类的生物质来源进行区分识别和复合配伍以进一步提高燃烧热值、燃烧率和热效率。
发明内容
针对现有对秸秆等生物质直接燃烧作燃料替代煤存在燃烧不充分、燃烧值低、燃烧不稳定的缺陷，本发明提出一种生物质清洁燃料块及此生物质清洁燃料块的制备方法。将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉干燥研磨，然后加入煤粉进一步研磨干燥；最后加入电石粉、液蜡分散均匀，通过挤压机压制成块状，得到清洁燃料块。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
生物质清洁燃料块，以重量份计，包括：秸秆粉末30～46份、木屑粉25～35份、甘蔗渣15～25份、松塔粉10～15份、电石粉5～10份、液蜡6～8份、煤粉18～26份，抗震防爆剂0.5～0.8份。
本发明中的松塔粉是北方松树上结的果实，其外表带有一定天然产物松油成分，其孔隙率高，燃烧热值和燃烧率都很高，可以提高了生物质燃料块燃烧均匀性。
本发明中的电石粉，与燃烧过程中产生的水发生反应，继而生成可燃性气体燃烧并放热，并使得燃料块与空气的接触面积加大，大幅提升燃烧性能，提高完全燃烧性，防止烟雾排放。
本发明中的煤粉可以提高生物质清洁燃料块的燃烧热值及热效率。
优选的，所述木屑粉选自木质下脚料、木质废弃品、木材加工所产生的木屑或其组合。
优选的，所述秸秆粉末中小麦秸秆和玉米秸秆的重量比为0.35：1～3：1之间。
优选的，所述秸秆粉末中小麦秸秆和玉米秸秆的重量比为1：1。
优选的，所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比为1：0.3～3：1之间。
优选的，所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比为3：1。
本发明中液蜡中的轻腊和重蜡的都是石油产品，由重油经减压蒸馏而获得。熔点在40℃以下的从C10到C18的各种正构烷烃组成的混合物。轻蜡一般含C9～C13,重蜡一般含C13～C16。液蜡的添加不仅利用了石油加工的副产品，还可以提高生物质清洁燃料块的燃烧热值。
优选的，所述煤粉为干燥基全硫分小于0.9的褐煤粉，粒径为0.1～0.3mm。
优选的，所述抗震防爆剂为植酸或植酸盐。
本发明中抗震防爆剂的添加提高了生物质燃料块燃烧均匀性和稳定性。
此外，本申请还提供上述任一技术方案所述的生物质清洁燃料块的方法，包括：
步骤10，备料，按重量份称取所述生物质清洁燃料块的原料，分别备用；
步骤20，预处理，将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉先各自干燥之后进行充分混合；
步骤30，向步骤20中的混合物加入煤粉进一步混合并干燥；
步骤40，向步骤30中的混合物加入电石粉、液蜡、抗震防爆剂进行搅拌，以形成原料混合物；
步骤50，将步骤40中的混合物通过挤压机压制成块状，得到清洁燃料块。
优选地，步骤20中的预处理，包括：
步骤21，将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉干燥至含水量为10～15％；
步骤22，将干燥后的秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉送入搅拌机中进行充分混合，备用。
优选地，步骤40包括：
步骤41，向步骤30中的混合物加入电石粉并搅拌；
步骤42，将抗震防爆剂融入液蜡中，通过雾化器喷嘴喷入步骤41的混合物中进行充分混合，备用。
优选地，步骤50挤压成型的温度为80～100℃，压力为30～50MPa。
本发明一种生物质清洁燃料块及此清洁燃料块的制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、通过松塔粉、抗震防爆剂和煤粉的添加提高了生物质燃料块燃烧均匀性和稳定性。
2、通过加入电石粉，在燃烧过程中产生的水与电石粉反应急剧放热并燃烧，大幅提升燃烧性能，提高完全燃烧性，防止烟雾排放。
3、该技术方案减少煤炭使用量，使秸秆等生物质得到综合利用，并实现了清洁化使用。
4、本发明方法制备的生物质清洁燃料块，投入小、成本低、无环境污染、产量高，具有显著的市场应用价值。
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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在一种具体的实施例中，本发明提供的一种来自生物质的含有机碳原料制备清洁燃料块，以重量份计，包括：秸秆粉末30～46份、木屑粉25～35份、甘蔗渣15～25份、松塔粉10～15份、电石粉5～10份、液蜡6～8份、煤粉18～26份，抗震防爆剂0.5～0.8份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，所述木屑粉选自木质下脚料、木质废弃品、木材加工所产生的木屑或其组合。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，所述秸秆粉末中小麦秸秆和玉米秸秆的重量比为0.35：1～3：1之间。所述秸秆粉末中小麦秸秆和玉米秸秆的重量比优选为1：1。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比为1：0.3～3：1之间。所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比优选为为3：1。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，所述煤粉为干燥基全硫分小于0.9的褐煤粉，粒径为0.1～0.3mm。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，所述抗震防爆剂为植酸或植酸盐。
在一系列具体的实施例中，基于上述任一实施例中所提供的来自生物质的含有机碳原料制备清洁燃料块，其制备方法，包括：
步骤10，备料，按重量份称取所述生物质清洁燃料块的原料，分别备用；
步骤20，预处理，将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉先各自干燥之后进行充分混合；
步骤30，向步骤20中的混合物加入煤粉进一步混合并干燥；
步骤40，向步骤30中的混合物加入电石粉、液蜡、抗震防爆剂进行搅拌，以形成原料混合物；
步骤50，将步骤40中的混合物通过挤压机压制成块状，得到清洁燃料块。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。步骤20中的预处理，包括：
步骤21，将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉干燥至含水量为10～15％；
步骤22，将干燥后的秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉送入搅拌机中进行充分混合，备用。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。步骤40包括：
步骤41，向步骤30中的混合物加入电石粉并搅拌；
步骤42，将抗震防爆剂融入液蜡中，通过雾化器喷嘴喷入步骤41的混合物中进行充分混合，备用。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。步骤50挤压成型的温度为80～100℃，压力为30～50MPa。
在一种具体的实施例X中，本发明提供的来自生物质的含有机碳原料制备清洁燃料块，其制备方法，包括：
步骤10，备料，按重量份称取小麦秸秆15份、玉米秸秆15份、木屑粉25份、甘蔗渣15份、松塔粉10份、电石粉5份、轻腊4.5份、重蜡1.5份、煤粉18份，抗震防爆剂0.5份，分别备用；
步骤20，预处理，包括：步骤21，将小麦秸秆15份、玉米秸秆15份、木屑粉25份、甘蔗渣15份、松塔粉10份干燥至含水量为10％；步骤22，将干燥后的小麦秸秆15份、玉米秸秆15份、木屑粉25份、甘蔗渣15份、松塔粉10份送入搅拌机中进行充分混合，备用；
步骤30，向步骤20中的混合物加入煤粉18份进一步混合并干燥；
步骤40，包括：步骤41，向步骤30中的混合物加电石粉5份并搅拌；步骤42，将0.5份抗震防爆剂融入6份液蜡中，通过雾化器喷嘴喷入步骤41的混合物中进行充分混合，备用；
步骤50，将步骤40中的混合物通过挤压机压制成块状，挤压成型的温度为80℃，压力为30MPa，得到清洁燃料块。
在一种具体的实施例Y中，本发明提供的来自生物质的含有机碳原料制备清洁燃料块，其制备方法，包括：
步骤10，备料，按重量份称取小麦秸秆23份、玉米秸秆23份、木屑粉35份、甘蔗渣25份、松塔粉15份、电石粉10份、轻腊6份、重蜡2份、煤粉26份，抗震防爆剂0.8份，分别备用；
步骤20，预处理，包括：步骤21，将小麦秸秆23份、玉米秸秆23份、木屑粉35份、甘蔗渣25份、松塔粉15份干燥至含水量为15％；步骤22，将干燥后的小麦秸秆23份、玉米秸秆23份、木屑粉35份、甘蔗渣25份、松塔粉15份送入搅拌机中进行充分混合，备用；
步骤30，向步骤20中的混合物加入煤粉26份进一步混合并干燥；
步骤40，包括：步骤41，向步骤30中的混合物加10份电石粉并搅拌；步骤42，将0.8份抗震防爆剂融入8份液蜡中，通过雾化器喷嘴喷入步骤41的混合物中进行充分混合，备用；
步骤50，将步骤40中的混合物通过挤压机压制成块状，挤压成型的温度为100℃，压力为50MPa，得到清洁燃料块。
在一种具体的实施例Z中，本发明提供的来自生物质的含有机碳原料制备清洁燃料块，其制备方法，包括：
步骤10，备料，按重量份称取小麦秸秆19份、玉米秸秆19份、木屑粉30份、甘蔗渣20份、松塔粉10份、电石粉8份、轻腊5份、重蜡2份、煤粉22份，抗震防爆剂0.7份，分别备用；
步骤20，预处理，包括：步骤21，将小麦秸秆19份、玉米秸秆19份、木屑粉30份、甘蔗渣20份、松塔粉10份干燥至含水量为12％；步骤22，将干燥后的小麦秸秆19份、玉米秸秆19份、木屑粉30份、甘蔗渣20份、松塔粉10份送入搅拌机中进行充分混合，备用；
步骤30，向步骤20中的混合物加入煤粉22份进一步混合并干燥；
步骤40，包括：步骤41，向步骤30中的混合物加8份电石粉并搅拌；步骤42，将0.7份抗震防爆剂融入7份液蜡中，通过雾化器喷嘴喷入步骤41的混合物中进行充分混合，备用；
步骤50，将步骤40中的混合物通过挤压机压制成块状，挤压成型的温度为90℃，压力为40MPa，得到清洁燃料块。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的小麦秸秆还可以是15份或者16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份等，也可以是15 .1份、16 .2份、19.9份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的玉米秸秆还可以是15份或者16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份等，也可以是15 .1份、16 .2份、19.9份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的木屑粉还可以是25份或者26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份等，也可以是25 .1份、26 .2份、30.9份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的甘蔗渣还可以是15份或者16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份等，也可以是15 .1份、18 .2份、19.9份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的松塔粉还可以是15份或者14份、13份、12份、11份、10份等，也可以是10 .1份、13 .2份、14.9份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的电石粉还可以是5份或者6份、7份、8份、9份、10份等，也可以是6 .1份、7 .2份、8.9份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的液蜡还可以是8份或者6份、7份等，也可以是6 .1份、7 .2份等非整数份。所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比为1：0.3～3：1之间。所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比优选为3：1。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的煤粉还可以是18份或者19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份等，也可以是17.1份、18 .2份、19.9份、24 .48份等非整数份。
在上述任一实施例中，还可以做进一步的改进。具体的，在步骤10中，按重量份称取的抗震防爆剂还可以是0.5份或者0.6份、0.7份、0.8份等，也可以是0.56份、0.695份等非整数份。
此外，本申请中实施例X、实施例Y和实施例Z的各项指标检测结果如下表所示。
表 1 为使用本发明生产对的生物质燃料的规格参数及性能指标以及与重油、柴油、天然气之间的经济指标比较 ：
项目 柴油 天然气 重油 实施例X 实施例Y 实施例Z
燃料发热量(Kcal/Kg) 10200 9200 10000 4100 4200 4000
锅炉热效率(%) 90 90 85 85 86 84
SO2排放量(mg/m3) 160 10 230 38 46 43
NOX排放量(mg/m3) 55 1 70 68 70 70
燃料消耗 150 Kg/h 155 Nm3/h 160 Kg/h 340Kg/h 350Kg/h 345Kg/h
燃料费用(元/h) 900 372 396 238 250 246
从表 1的数据分析可以看出，本发明提供的来自生物质的含有机碳原料制备清洁燃料块在综合挤挤指标中由于上述三种传统化石燃料，且其排放指标亦优于柴油和重油；综上，本发明通过松塔粉、抗震防爆剂和煤粉的添加提高了生物质燃料块燃烧均匀性和稳定性；通过加入电石粉，在燃烧过程中产生的水与电石粉反应急剧放热并燃烧，大幅提升燃烧性能，提高完全燃烧性，防止烟雾排放；本发明减少煤炭使用量，使秸秆等生物质得到综合利用，并实现了清洁化使用；本发明方法制备的生物质清洁燃料块，投入小、成本低、无环境污染、产量高，具有显著的市场应用价值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种生物质清洁燃料块，以重量份计，包括：秸秆粉末30～46份、木屑粉25～35份、甘蔗渣15～25份、松塔粉10～15份、电石粉5～10份、液蜡6～8份、煤粉18～26份，抗震防爆剂0.5～0.8份。
2.根据权利要求1所述生物质清洁燃料块，其特征在于：所述木屑粉选自木质下脚料、木质废弃品、木材加工所产生的木屑或其组合。
3.根据权利要求1所述生物质清洁燃料块，其特征在于：所述秸秆粉末中小麦秸秆和玉米秸秆的重量比为0.35：1～3：1之间；
和/或，所述秸秆粉末中小麦秸秆和玉米秸秆的重量比为1：1；
和/或，所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比为1：0.3～3：1之间；
和/或，所述液蜡中轻腊和重蜡的重量比为3：1；
和/或，所述煤粉为干燥基全硫分小于0.9的褐煤粉，粒径为0.1～0.3mm。
4.根据权利要求1所述生物质清洁燃料块，其特征在于：所述抗震防爆剂为植酸或植酸盐。
5.一种制备如权利要求1至4中任一项所述的生物质清洁燃料块的方法，包括：
步骤10，备料，按重量份称取所述生物质清洁燃料块的原料，分别备用；
步骤20，预处理，将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉先各自干燥之后进行充分混合；
步骤30，向步骤20中的混合物加入煤粉进一步混合并干燥；
步骤40，向步骤30中的混合物加入电石粉、液蜡、抗震防爆剂进行搅拌，以形成原料混合物；
步骤50，将步骤40中的混合物通过挤压机压制成块状，得到清洁燃料块。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤20中的预处理，包括：
步骤21，将秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉干燥至含水量为10～15％；
步骤22，将干燥后的秸秆粉末、木屑粉、甘蔗渣、松塔粉送入搅拌机中进行充分混合，备用。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤40包括：
步骤41，向步骤30中的混合物加入电石粉并搅拌；
步骤42，将抗震防爆剂融入液蜡中，通过雾化器喷嘴喷入步骤41的混合物中进行充分混合，备用。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤50挤压成型的温度为80～100℃，压力为30～50MPa。
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