CN108753404A - 生物质成型固体燃料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物质燃料生产技术领域，更具体涉及一种生物质成型固体燃料及其生产方法；包括如下质量百分数的原料：木本类废弃物30‑50％、草本类废弃物30‑50％、抗结渣剂5‑20％；所述抗结渣剂包括如下重量百分数的原料：高岭土20‑30％、方解石粉30‑50％、膨润土10‑30％。本发明的有益效果在于：通过改进配方和方法，使材料之间吸附力和粘结力更强，进而降低扬尘率、减少结渣的生成。

Description

生物质成型固体燃料及其生产方法

技术领域

本发明涉及生物质燃料生产技术领域，更具体涉及一种生物质成型固体燃料及其生产方法。

背景技术

我国废弃物资源丰富，每年约有7×10⁸t的农作物秸秆，另外还有总量近1×10⁸t的林业采伐和林木制品加工厂产生的废弃物，由于这些废弃物密度小、体积蓬松、堆积量大，销毁处理时不仅需要一定的人力、物力，而且还会污染环境。

生物质致密成型技术生产固体燃料是对农林废弃物加工再利用、解决生物质资源浪费和污染问题的一种重要技术手段，即在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂将松散的秸秆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、粒状、块状成型燃料，经加工得到的固体成型燃料体积密度和能量密度大，可用于发电厂和用作工业锅炉燃料等。

在农林废弃物的收集运输过程中，不可避免的会混入含有SiO₂的泥沙，同时农作物秸秆在生长过程中会吸收一定量的碱金属元素，这些元素以盐或氧化物等形式存在于生物质机体内。当秸秆类生物质固体成型燃料在锅炉内燃烧时，碱金属与二氧化硅反应生成低熔点的共晶体，共晶体的存在降低了秸秆灰分的熔点，使秸秆灰极易形成玻璃状坚硬炉渣，凝结在锅炉内壁面，产生难以清除的积灰和结渣问题。结渣现象不仅会影响燃烧设备的热性能，而且会危及燃烧设备的安全性，影响生物质固体成型燃料的推广使用。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种生物质成型固体燃料及其生产方法，通过改进配方和方法，使材料之间吸附力和粘结力更强，进而降低扬尘率、减少结渣的生成。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种生物质成型固体燃料，包括如下质量百分数的原料：木本类废弃物30-50％、草本类废弃物30-50％、抗结渣剂5-20％；

所述抗结渣剂包括如下重量百分数的原料：高岭土20-30％、方解石粉30-50％、膨润土10-30％。

在上述技术方案中，木本类废弃物和草本类废弃物在木质素、纤维素、半纤维素、果胶质等成分含量上存在较大差别，其中，草本类废弃物的木质素含量偏低，制成固体燃料后，存在强度低、易断裂，燃烧时飞灰扬尘结渣问题严重，木本类废弃物制成固体燃料后，结构之间疏松性差，着火温度高，使用难度大。本发明将木本类废弃物和草本类废弃物混合，经处理后，木本类废弃物颗粒度小于草本类废弃物颗粒度，在后序成型过程中，木质素含量较高的木本类废弃物可以对草本类废弃物形成良好的粘结力，制得的固体燃料结构之间疏密分布合理，结构强度得到提高，同时抗结渣剂的使用能进一步提高材料间的吸附、粘结作用，从而抑制燃料在燃烧时出现的飞灰现象，进而避免结渣。

具体而言，所述木本类废弃物选自木材及其下脚料，材料热值和木质素含量较高。在本申请中，所述木本类废弃物包括但不限于选自木屑、刨花、锯末、树皮、树枝、树叶、竹子中至少一种。所述草本类废弃物选自草本植物及其下脚料，材料热值和木质素含量偏低，在本申请中，所述草本类废弃物农作物包括但不限于选自秸秆、果壳、玉米芯、麦糠、花生壳、甘蔗渣中的至少一种。更具体的来说，所述草本类废弃物中的农作物秸秆选自麦秸、玉米秸秆、大豆秸秆、花生秸秆、棉花秸秆、稻草、油菜秸秆中的至少一种。

作为一种优选方案，所述生物质成型固体燃料包括如下质量百分数的原料：木屑20％、竹子20％、稻草20％、甘蔗渣20％、油菜秸秆10％、抗结渣剂10％。

本发明还提供一种如上所述的生物质成型固体燃料的生产方法，包括如下步骤：

(1)用常温的清水漂洗木本类废弃物，用65-75℃的热水漂洗草本类废弃物，之后将木本类废弃物和草本类废弃物取出，在阳光下晾干；

(2)先将木本类废弃物切削成长度≤10cm的木片，再将木片粉碎，过100目筛；然后将草本类废弃物粉碎，过50目筛；

(3)对所得木本类废弃物粉碎物、所得草本类废弃物粉碎物分别进行旋风分离和脉冲除尘处理；

(4)按照1：1-5的质量体积比将高岭土浸渍于1-3mol/L的硝酸中，按照1：1-5的质量体积比依次将方解石粉浸渍于0.2-1mol/L的硝酸、200-

400mmol/L棕榈酸中，按照1：1-5的质量体积比依次将膨润土浸渍于30-60％的硫酸中，1-5小时之后，取出高岭土、方解石粉和膨润土，在600-700℃下焙烧1-4小时，冷却至室温后，粉碎至粒度小于200目，得到抗结渣剂；

(5)将木本类废弃物粉碎物、所得草本类废弃物粉碎物、抗结渣剂对冲混合，将所得混合物料干燥至含水率为6-10％；

(6)对步骤(5)中的混合物料进行挤压成型处理，冷却后得到生物质成型固体燃料。

在上述技术方案中，漂洗可以有效去除携带于原材料中的砂石泥垢，热水漂洗可以有效去除草本类废弃物中的Cl、K等元素，步骤(1)从源头上降低了材料中碱金属与二氧化硅的含量，避免灰熔点的下降所引起的结渣问题。木本类废弃物和草本类废弃物处理成不同的颗粒度，混合成型后，颗粒度大小不同有助于镶嵌，提高成型燃料的强度。采用旋风分离和脉冲除尘处理方法进一步降低了材料中砂石等杂质的含量。高岭土等经酸处理后，孔径、比表面积、吸附性和分散性得到提高。本发明提供的抗结渣剂为多孔结构，具有机械强度高、结构稳定、孔隙率和比表面积大等性质，可增大抗结渣剂与生物质的接触面积。其表面微孔具有吸附性能，可将K、Na等碱金属有效吸附，并生成高熔点物质，从而减少结渣的生成。对冲混合是利用流体高速运动时强大的冲击力进行的混合，该混合方式能获得均匀、充分的混合效果，提高了固体成型燃料的密度均匀性，保证了产品质量的稳定性。

进一步的，所述步骤(6)中的成型压力为28-33MPa，成型温度为140-160℃。

本发明的有益效果在于：提供一种生物质成型固体燃料，热值15.3-16.5MJ/kg；密度1.05-1.15kg/dm³，含水率7-9％，灰分0.2％左右，能量密度和燃烧效率高、强度大、储运方便、结渣率低，使用性能好。此外，本发明提供的生产方法简便实用、能提高产品品质，实现废物利用，对环境友好。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1：抗结渣剂的制备

取20kg高岭土于40L浓度为2mol/L的硝酸中，浸渍2小时；

取40kg方解石粉浸渍于80L浓度为0.5mol/L的硝酸中，1小时后，将方解石粉转移至80L浓度为300mmol/L棕榈酸中，浸渍1小时；

取20kg膨润土浸渍于20L浓度为50％的硫酸中，浸渍2小时；

经过滤处理得到高岭土、方解石粉和膨润土，混合后将所得混合物置于600-700℃下焙烧2小时，之后空冷至室温，使用粉碎机对混合物粉碎至粒度小于200目，得到抗结渣剂。

实施例2：生物质成型固体燃料的生产

原料组成如下：木本类废弃物：木屑200kg、竹子200kg；草本类废弃物：稻草200kg、甘蔗渣200kg、油菜秸秆100kg；抗结渣剂100kg。所述抗结渣剂取自实施例1所得产物。

(1)用常温的清水漂洗木本类废弃物，用65-75℃的热水漂洗草本类废弃物，之后将木本类废弃物和草本类废弃物取出，在阳光下晾干；

(2)先将木本类废弃物切削成长度≤10cm的木片，再将木片粉碎，过100目筛；然后将草本类废弃物粉碎，过50目筛；

(3)对所得木本类废弃物粉碎物、所得草本类废弃物粉碎物分别进行旋风分离和脉冲除尘处理；

(4)(5)将木本类废弃物粉碎物、所得草本类废弃物粉碎物、抗结渣剂对冲混合，将所得混合物料干燥至含水率为6-10％；

(6)对步骤(5)中的混合物料进行挤压成型处理，成型压力为30MPa，成型温度为160℃，冷却后得到生物质成型固体燃料。

经检测，所得生物质成型固体燃料性能如下：热值16.4MJ/kg；密度1.06kg/dm³，含水率8.2％，灰分0.23％。

实施例3：生物质成型固体燃料的生产

采用实施例2的方法，不同之处在于，原料组成如下：木本类废弃物：刨花200kg、锯末200kg、麦秸150kg、棉花秸秆150kg、果壳100kg、麦糠50kg、抗结渣剂150kg。所述抗结渣剂取自实施例1所得产物。

经检测，所得生物质成型固体燃料性能如下：热值16.2MJ/kg；密度1.15kg/dm³，含水率7.4％，灰分021％。

实施例4：生物质成型固体燃料的生产

采用实施例2的方法，不同之处在于，原料组成如下：树皮100kg、树枝200kg、树叶100kg、玉米秸秆100kg、大豆秸秆100kg、花生秸秆100kg、玉米芯100kg、花生壳100kg、抗结渣剂1kg。所述抗结渣剂取自实施例1所得产物。

经检测，所得生物质成型固体燃料性能如下：热值15.7MJ/kg；密度1.09kg/dm³，含水率7.1％，灰分0.18％。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种生物质成型固体燃料，其特征在于，包括如下质量百分数的原料：木本类废弃物30-50％、草本类废弃物30-50％、抗结渣剂5-20％；

所述抗结渣剂包括如下重量百分数的原料：高岭土20-30％、方解石粉30-50％、膨润土10-30％。

2.根据权利要求1所述的生物质成型固体燃料，其特征在于：所述木本类废弃物选自木屑、刨花、锯末、树皮、树枝、树叶、竹子中至少一种。

3.根据权利要求1所述的生物质成型固体燃料，其特征在于：所述草本类废弃物选自农作物秸秆、果壳、玉米芯、麦糠、花生壳、甘蔗渣中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的生物质成型固体燃料，其特征在于：所述农作物秸秆选自麦秸、玉米秸秆、大豆秸秆、花生秸秆、棉花秸秆、稻草、油菜秸秆中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的生物质成型固体燃料，其特征在于，包括如下质量百分数的原料：木屑20％、竹子20％、稻草20％、甘蔗渣20％、油菜秸秆10％、抗结渣剂10％。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述生物质成型固体燃料的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)用常温的清水漂洗木本类废弃物，用65-75℃的热水漂洗草本类废弃物，之后将木本类废弃物和草本类废弃物取出，在阳光下晾干；

(2)先将木本类废弃物切削成长度≤10cm的木片，再将木片粉碎，过100目筛；然后将草本类废弃物粉碎，过50目筛；

(3)对所得木本类废弃物粉碎物、所得草本类废弃物粉碎物分别进行旋风分离和脉冲除尘处理；

(4)按照1：1-5的质量体积比将高岭土浸渍于1-3mol/L的硝酸中，按照1：1-5的质量体积比依次将方解石粉浸渍于0.2-1mol/L的硝酸、200-400mmol/L棕榈酸中，按照1：1-5的质量体积比依次将膨润土浸渍于30-60％的硫酸中，1-5小时之后，取出高岭土、方解石粉和膨润土，在600-700℃下焙烧1-4小时，冷却至室温后，粉碎至粒度小于200目，得到抗结渣剂；

(5)将木本类废弃物粉碎物、所得草本类废弃物粉碎物、抗结渣剂对冲混合，将所得混合物料干燥至含水率为6-10％；

(6)对步骤(5)中的混合物料进行挤压成型处理，冷却后得到生物质成型固体燃料。

7.根据权利要求6所述的生物质成型固体燃料的生产方法，其特征在于，所述步骤(6)中的成型压力为28-33MPa，成型温度为140-160℃。