CN108641773B - 一种生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质颗粒燃料，其包括生物质原料和添加剂，添加剂为壳聚糖、氧化钙以及尿素的混合物，所述添加剂的重量为生物质原料重量的0.5～4.8％。本发明通过向生物质原料中加入一定量的壳聚糖、氧化钙和尿素作为添加剂，可以将生物质颗粒燃料中的碱金属元素固定下来，能有效的改善由于生物质颗粒燃料本身含有的碱金属而引起的积灰和结渣问题；加入壳聚糖、氧化钙和尿素不仅可以增大生物质颗粒燃料与氧气的接触面积，使燃烧反应更充分的进行，而且能延长燃烧时间，从而提高燃烧效率。本发明还提供了一种生物质颗粒燃料的制备方法。

Description

一种生物质颗粒燃料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物质燃料领域，尤其涉及一种生物质颗粒燃料及其制备方法。
背景技术
以木屑、竹屑、树枝、秸秆、植物壳等为原料，经过专业机械、特殊工艺，无任何化学添加剂，高压低温压缩成型的颗粒状燃料统称为生物质颗粒燃料。生物质颗粒燃料发热量高，清洁无污染，是替代化石能源的高科技环保产品。生物质颗粒燃料在燃烧时所释放出的CO2大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2，所以生物质颗粒的温室气体CO2为零排放。生物质燃料属于可再生能源。只要有阳光存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能源就不会枯竭，温室气体保持动态平衡。没有任何的环境污染问题。生物质颗粒燃料的加工程序如下：原料粉碎–原料筛选–烘干–高温压制成型–冷却–包装。
虽然生物质颗粒燃料具有众多优势，但普通的生物质颗粒燃料中含有较高的Al、Ca、Fe、K、Mg等碱金属元素使其在燃烧过程中容易结渣、易积灰、燃烧不充分，导致锅炉出现了燃烧效率低、运行不稳定等问题，极大的限制了生物质颗粒燃料的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种生物质颗粒燃料及其制备方法，解决现有技术中生物质颗粒燃料在燃烧的过程中容易结渣和燃烧不充分的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种生物质颗粒燃料，其包括生物质原料和添加剂，所述添加剂为壳聚糖、氧化钙以及尿素的混合物，所述添加剂的重量为所述生物质原料重量的0.5～4.8％。
本发明的技术方案还提供了一种生物质颗粒燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.干燥粉碎后的生物质原料；
S2.向干燥后的生物质原料中加入添加剂，混合均匀；
S3.将混合后的生物质原料、添加剂经过挤压制粒、冷却后即得到所述的生物质颗粒燃料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过向生物质原料中加入一定量的壳聚糖、氧化钙和尿素作为添加剂，可以将生物质颗粒燃料中的Al、Ca、Fe、K、Mg等碱金属元素固定下来，能有效的改善由于生物质颗粒燃料本身含有的碱金属而引起的积灰和结渣问题；另一方面，加入壳聚糖、氧化钙和尿素可以提高燃烧效率，使燃烧更充分，壳聚糖在燃烧的过程中会结焦，延长燃烧时间，从而提高燃烧效率，氧化钙不仅可以吸收生物质颗粒燃料中的水分，钙元素还能与生物质颗粒燃料中的Si、K元素反应生成新的化合物，提高生物质颗粒表面的积灰软化温度，从而生物质颗粒燃料与氧气能更充分的接触；尿素在高温中燃烧会分解，膨胀，生成疏松多孔的产物，能增大生物质颗粒燃料与氧气的接触面积，促进燃烧反应的进行，使燃烧反应更充分的进行。本发明的生物质颗粒燃料还能与生物质颗粒燃料中的硫分反应，起到固硫的作用，避免含硫气体的排放污染环境。
具体实施方式
本实施例提供了一种生物质颗粒燃料，其包括生物质原料和添加剂，添加剂为壳聚糖、氧化钙以及尿素的混合物。
生物质原料为松木木屑、秸秆、植物壳体中的任意一种或几种混合。秸秆可以为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆，植物壳体可以为稻壳、麦壳、花生壳等。优选地，生物质原料为松木木屑，相对于植物秸秆，松木木屑中钾、钠含量较少，生物质颗粒燃料燃烧的干净充分，不易引发锅炉设备的积灰、积渣。
添加剂中壳聚糖的含量为18～30％，氧化钙的含量为55～72％，尿素的含量为7～16％。氧化钙的加入量最多，不仅因为氧化钙对改善积灰和结渣的效果很好，而且氧化钙价格便宜，容易获得；虽然尿素加入量越多，对生物质颗粒燃料的表面积增大效果越好，但是在高温下尿素分解会产生NH3和CO2，对环境不利，所以在保证对环境影响最小的情况下，同时能使生物质颗粒燃料的表面积增大效果最好，选择尿素的加入量为7～16％。
添加剂的重量为生物质原料重量的0.5～4.8％，在此重量范围内添加剂对改善积灰、结渣和促使燃烧充分进行的效果最好。
本实施例还提供了一种生物质颗粒燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将松木木屑、秸秆、植物壳体清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对生物质原料进行干燥，使其含水率小于8％；
(2)将壳聚糖、氧化钙和尿素粉碎至粒径在0.5mm以内，然后加入到干燥后的生物质原料中，搅拌混合均匀；壳聚糖、氧化钙和尿素的粒径小于0.5mm，添加剂更容易与生物质原料均匀混合，在保证较少用量的条件下，效果更好；
(3)将混合后的生物质原料、添加剂在温度为80～100℃，压力为50～150Mpa的条件下挤压制粒，冷却后得到生物质颗粒燃料。
生物质原料的化学成分以纤维素、半纤维素和木质素为主，纤维素和半纤维素受到挤压加工后会发生搭桥，木质素具有软化点，当温度为80～100℃时，其粘结力开始增加，在一定的压力下，木质素可以作为粘结剂，把木质素和其他物质粘结在一起，从而保证了生物质颗粒燃料良好的成型性。
选择50～150Mpa的压力，一方面是为了保证在制备生物质颗粒燃料的时候有良好的成型性，另一方面是为了节省能耗。
下面将结合具体实施例对本发明提供的生物质颗粒燃料及其制备方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例提供了一种生物质颗粒燃料，由100公斤松木木屑和0.5公斤的添加剂混合制备而成，添加剂为壳聚糖、氧化钙和尿素的混合物，添加剂的重量为生物质原料重量的0.5％。
本实施例还提供了上述生物质颗粒燃料的制备方法：
(1)将松木木屑清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对松木木屑进行干燥，使其含水率小于8％；
(2)称取0.09公斤壳聚糖，0.33公斤氧化钙和0.08公斤尿素，混合后粉碎至粒径在0.5mm以内，然后加入到步骤(1)中干燥后的松木木屑中，搅拌混合均匀；
(3)将混合后的松木木屑、壳聚糖、氧化钙和尿素在温度为80℃，压力为100Mpa的条件下将其挤压制粒，经过冷却后，得到生物质颗粒燃料。
实施例2：
本实施例提供了一种生物质颗粒燃料，由100公斤松木木屑和水稻秸秆的混合物以及1.5公斤的添加剂混合制备而成，添加剂为壳聚糖、氧化钙和尿素的混合物，添加剂的重量为生物质原料重量的1.5％。
本实施例还提供了上述生物质颗粒燃料的制备方法：
(1)将松木木屑和水稻秸秆清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对松木木屑和水稻秸秆进行干燥，使其含水率小于8％；
(2)称取0.45公斤壳聚糖，0.825公斤氧化钙和0.225公斤尿素，混合后粉碎至粒径在0.5mm以内，然后加入到步骤(1)中干燥后的松木木屑和水稻秸秆中，搅拌混合均匀；
(3)将混合后的松木木屑、水稻秸秆、壳聚糖、氧化钙和尿素在温度为100℃，压力为50Mpa的条件下将其挤压制粒，经过冷却后，得到生物质颗粒燃料。
实施例3：
本实施例提供了一种生物质颗粒燃料，由100公斤松木木屑和花生壳的混合物以及2.7公斤的添加剂混合制备而成，添加剂为壳聚糖、氧化钙和尿素的混合物，添加剂的重量为生物质原料重量的2.7％。
本实施例还提供了上述生物质颗粒燃料的制备方法：
(1)将松木木屑和花生壳清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对松木木屑和花生壳进行干燥，使其含水率小于8％；
(2)称取0.675公斤壳聚糖，1.62公斤氧化钙和0.405公斤尿素，混合后粉碎至粒径在0.5mm以内，然后加入到步骤(1)中干燥后的松木木屑和花生壳中，搅拌混合均匀；
(3)将混合后的松木木屑、花生壳、壳聚糖、氧化钙和尿素在温度为90℃，压力为100Mpa的条件下将其挤压制粒，经过冷却后，得到生物质颗粒燃料。
实施例4：
本实施例提供了一种生物质颗粒燃料，由100公斤松木木屑和花生壳的混合物以及3.5公斤的添加剂混合制备而成，添加剂为壳聚糖、氧化钙和尿素的混合物，添加剂的重量为生物质原料重量的3.5％。
本实施例还提供了上述生物质颗粒燃料的制备方法：
(1)将松木木屑和花生壳清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对松木木屑和花生壳进行干燥，使其含水率小于8％；
(2)称取0.7公斤壳聚糖，2.52公斤氧化钙和0.28公斤尿素，混合后粉碎至粒径在0.5mm以内，然后加入到步骤(1)中干燥后的松木木屑和花生壳中，搅拌混合均匀；
(3)将混合后的松木木屑、花生壳、壳聚糖、氧化钙和尿素在温度为90℃，压力为150Mpa的条件下将其挤压制粒，经过冷却后，得到生物质颗粒燃料。
实施例5：
本实施例提供了一种生物质颗粒燃料，由100公斤松木木屑和4.8公斤的添加剂混合制备而成，添加剂为壳聚糖、氧化钙和尿素的混合物，添加剂的重量为生物质原料重量的4.8％。
本实施例还提供了上述生物质颗粒燃料的制备方法：
(1)将松木木屑清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对松木木屑进行干燥，使其含水率小于8％；
(2)称取1.344公斤壳聚糖，3.12公斤氧化钙和0.336公斤尿素，混合后粉碎至粒径在0.5mm以内，然后加入到步骤(1)中干燥后的松木木屑中，搅拌混合均匀；
(3)将混合后的松木木屑、壳聚糖、氧化钙和尿素在温度为85℃，压力为120Mpa的条件下将其挤压制粒，经过冷却后，得到生物质颗粒燃料。
比较例1：
本例提供了一种生物质颗粒燃料，由100.5公斤松木木屑制备而成，其制备方法为：
将松木木屑清洁去除杂质后粉碎，获得颗粒尺寸≤15mm的生物质原料，对松木木屑进行干燥，使其含水率小于8％，然后将松木木屑在温度为80℃，压力为100Mpa的条件下将其挤压制粒，经过冷却后，得到生物质颗粒燃料。
对各实施例和对比例制得的生物质颗粒燃料进行检测，检测结果见表1。
表1各实施例与对比例制得的生物质颗粒燃料性能
灰分(％) 燃烧热值(Kcal/kg) 含硫氧化物的排放量(ppm)
实施例1 2.4 4276 5.4
实施例2 1.8 4421 4.9
实施例3 1.3 4780 4.3
实施例4 1.7 4468 4.7
实施例5 2.2 4250 5.1
比较例1 5.7 4032 7.2
由表1可以看出，本发明制得的生物质颗粒燃料与通常的生物质颗粒燃料相比，不仅具有更高的热值，且燃烧后含硫氧化物的排放量和灰分更低，更加耐烧，污染更小。用纯松木木屑制得的生物质颗粒燃料虽然理论热值较高，但由于燃烧不充分，实际产生和测量的热值反而交底，且含硫氧化物的排放量和灰分更高；向生物质原料中加入本发明的添加剂，不仅能使生物质颗粒燃料充分燃烧，且能有效的降低含硫氧化物的排放量和灰分含量。另外，由表1可以看出，实施例3中制得的生物质颗粒燃料的灰分含量最低，燃烧热值最高，且含硫氧化物的排放量最低。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种生物质颗粒燃料，其特征在于，其包括生物质原料和添加剂，所述添加剂为壳聚糖、氧化钙以及尿素的混合物，所述添加剂的重量为所述生物质原料重量的0.5～4.8％；所述添加剂中壳聚糖的含量为18％～30％，氧化钙的含量为55％～72％，尿素的含量为7％～16％；
所述生物质颗粒燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.干燥粉碎所述生物质原料；
S2.向干燥后的生物质原料中加入添加剂，混合均匀；
S3.将混合后的生物质原料、添加剂经过挤压制粒、冷却后即得到所述的生物质颗粒燃料；
所述步骤S3中挤压制粒的温度为80℃～100℃，压力为50℃～150Mpa。
2.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料，其特征在于，所述添加剂的重量为所述生物质原料重量的1.5％～3.5％。
3.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料，其特征在于，所述添加剂的重量为所述生物质原料重量的2.7％。
4.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料，其特征在于，所述生物质原料为松木木屑、秸秆、植物壳体中的至少一种。
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