CN108913259A - 秸秆生物质燃料的多效利用制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，包括如下步骤：a)原材料粉碎；b)将物料与腐植酸、功能微生物菌剂混合、发酵；c)将发酵完成的物料烘干及炭化；d)将烘干及炭化后的物料取出，冷却，同时将该工序所产生的蒸汽及粉尘回收分离，得到木醋液及生物油原液；e)冷却后的物料经挤压成型、切断，得到生物质燃料；其中，所述原材料及其重量比分别为秸秆70‑90％、木屑5‑15％、花生壳5‑15％。本发明的优点在于：利用功能微生物菌剂对秸秆原料进行前处理，大大缩短了预处理时间，解决了秸秆生物质燃料易焦结的问题，适用于普通的燃煤锅炉；对过程中产生的副产物进行收集利用，大大提高了秸秆原料的综合利用率。

Description

秸秆生物质燃料的多效利用制造方法

技术领域

本发明涉及生物燃料技术领域，具体涉及一种秸秆生物质燃料的多效利用制造方法。

背景技术

秸秆是一种存量巨大，并且可再生的环保型能源。据统计，地球上秸秆类绿色生物质原料的年产量约为1170亿吨，我国秸秆年产量约7亿吨，但其利用率很低。我国农村每年消耗的秸秆只占总产量的一小部分，直接燃烧的热效率极低。大部分地区的秸秆被作为废弃物在田间烧掉，不仅浪费了资源，还造成新的公害。因此，如何利用秸秆等废弃生物质资源开发燃烧效率高、洁净、方便的优质燃料来替代传统燃料，提高秸秆的附加值，对改善我国能源结构、促进工业、农业可持续发展具有重要意义。

目前秸秆类生物质原料的主要利用途径是固化成型，即将秸秆等生物质原料按照一定比例混合后，经粉碎、干燥、除尘、控湿加温、压缩成型技术制成密度较大的块状或颗粒状生物质成型块，其热值可与煤相媲美，它的燃烧不污染环境，灰渣还可制成肥料，实现了秸秆生物质能源利用的产业化和规模化。

秸秆原料的成分主要是纤维素、半纤维素以及木质素，其相互黏结性较差，因此，在原料压制成型过程中需要添加一定量的化学黏结剂，以提高成型块的黏结强度和密度，但添加黏结剂会导致成型块燃烧时出现结焦结渣现象，难以适应于现有的锅炉或其它燃烧设备，必须开发专用的锅炉设备，大大限制了秸秆生物质能源的应用和发展。

另外，以秸秆作为原料进行生物油、生物气和木醋液的提取应用研究也逐渐发展，但仍未形成系统化和产业化，对秸秆生物质原料的利用率也比较低，难以产生较大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明针对现有技术中压制成型工艺存在的缺陷以及秸秆生物质原料利用率较低的问题，提出了一种秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，解决了秸秆生物质燃料易焦结的问题，适用于普通的燃煤锅炉，同时对制造过程中产生的副产物进行收集利用，大大提高了秸秆原料的综合利用率。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，包括如下步骤：

a)将原材料进行粉碎，粉碎后的物料大小为0.5-2cm；

b)将物料与腐植酸、功能微生物菌剂进行混合、发酵，所述腐植酸的重量比为0.5-2％，所述功能微生物菌剂的浓度为0.1％-3％，发酵堆的含水量控制在10％-30％，发酵时间为12-48小时；

c)将步骤b中发酵完成的物料放入滚筒烘干机中进行高温鼓风烘干及炭化，烘干及炭化温度为130±5℃，烘干时间为0.5-2小时；

d)将烘干及炭化后的物料取出，冷却，同时，将烘干及炭化过程中所产生的蒸汽及粉尘通过冷却回收塔进行回收分离，分别得到木醋液原液以及生物油原液；

e)将步骤d中冷却后的物料输送至挤出成型设备，经挤压成型、切断，得到长度为3-10cm，密度为1.1-1.45g/cm³的生物质燃料；

其中，所述原材料及其重量比分别为秸秆70-90％、木屑5-15％、花生壳5-15％。

优化的，所述功能微生物菌剂来源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放线菌、芽孢杆菌、酵母等秸秆分解菌组合；功能微生物菌剂在秸秆原料发酵过程中可以产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶等分解酶系，对秸秆成分进行不同程度的降解，降低原料的原有刚性，同时产生具有粘结作用的分解物质如糖类物质、果胶、单宁等，堆置发酵8小时后发酵堆温度上升，一般堆置16小时后即可达到70-80摄氏度，控制发酵堆中粗纤维降解率5-20％。

优化的，所述秸秆来源包括但不限于水稻、小麦、玉米、高粱、豆类等农作物收获果实后形成的废弃物。

根据秸秆原料的不同，所述生物质燃料的热值范围为4150-4750千卡/Kg。

优化的，所述步骤c到e中所使用的主要设备包括投料装置、第一皮带输送机、滚筒烘干机、冷却回收装置、第二皮带输送机以及秸秆燃料成型机；

所述投料装置用于将步骤b中发酵好的物料投送至所述第一皮带输送机上，再送入所述滚筒烘干机中进行烘干处理，物料烘干完成后从所述滚筒烘干机中排出，通过所述第二皮带输送机输送至所述秸秆燃料成型机中进行挤压造粒成型，得到秸秆生物质燃料产物；

所述冷却回收装置与所述滚筒烘干机的排气口连接，以回收处理烘干过程中产生的气体及粉尘。

优化的，所述投料装置包括投料料斗及位于所述投料料斗底部的水平输送带，为了防止秸秆物料在投料时四处散落，所述投料料斗底部设置有对应于所述水平输送带上表面的软性裙边挡板。

优化的，所述裙边挡板是由橡胶或编织纤维制造而成，以减少对输送带表面的摩擦损伤，另外，所述水平输送带上表面设置有带凹凸纹路的防滑表层，以增强与秸秆物料的摩擦力，提高输送效率，避免阻塞。

优化的，所述第一皮带输送机为V型皮带输送机，所述第一皮带输送机的输入端设置有抄板，所述抄板的底部与所述第一皮带输送机的输送带上表面对应，形成一个封闭的抄斗，使秸秆物料不会四处散落，减少浪费。

由于秸秆生物质物料为0.5-2cm左右的短纤维颗粒，容易相互纠缠成团，因此，在所述滚筒烘干机的进料口端设置有输送料斗，所述输送料斗位于所述第一皮带输送机输出端的正下方，所述输送料斗内设置有搅拌转杆，所述搅拌转杆的底部设置有铲板，所述铲板底部与所述输送料斗的底面对应，一方面能够通过搅拌转杆的转动将成团的物料颗粒打散，另一方面，通过铲板的规则运动，将输送料斗内的物料颗粒均匀有序的送入滚筒烘干机中。

优化的，所述排气口位于所述滚筒烘干机尾端上部，所述冷却回收装置包括依次连通的粉尘回收仓、木醋液回收仓和生物油回收仓，所述粉尘回收仓的输入端通过通气管与所排气口连接。

对上述优化方案中所述冷却回收装置的具体结构限定，所述粉尘回收仓一般选用过滤袋结构，即将粉尘与气体混合物一同通过过滤袋，将粉尘滤除，将气体排出；所述木醋液回收仓为封闭式的漏斗形构件，其底部设置有阀控开关，当气体经通气管到达木醋液回收仓时，其中的木醋液蒸气开始冷却凝结，并在木醋液回收仓内汇集，当汇集到一定量时，再打开阀控开关，将木醋液导出收集；所述木醋液回收仓的侧壁上部及顶端分别开设有输入孔及输出孔，所述输入孔通过通气管与所述粉尘回收仓的输出端连接；所述输出孔通过通气管与所述生物油回收仓的输入端连接；所述输入孔与所述粉尘回收仓的输出端之间的通气管上设置有鼓风机，以加强混合气体中粉尘的分离及气体的流动。

本发明的优点在于：

1.本发明采用添加功能微生物菌剂对秸秆生物质原料进行前处理，使秸秆原料解离和降解，大大缩短了原材料的预处理时间，降解所产生的糖类物质、果胶、单宁等物质具有一定的粘结作用，使处理后的秸秆原料在成型过程中无需添加黏结剂即可达到理想的成型效果，成品燃烧效率大幅提升，燃烧过程不产生结焦结渣现象，可直接用于普通的燃煤锅炉等燃烧设备；另外，通过这种方法，避免了外源不易降解化学物质(化学黏结剂)的带入，消除了燃烧后灰分作为肥料原料施用的风险。

2.通过将功能微生物菌剂分解秸秆原料中木质素、纤维素和半纤维素的其它分解产物进行回收分离，得到木醋液及生物油原液产品，大大提高了秸秆原料的综合利用率，产生更大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例中秸秆生物质燃料制造系统的整体结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图；

图3为本发明实施例中输送料斗的结构示意图；

图4为本发明实施例中秸秆燃料成型机的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种秸秆生物质燃料的制造系统，包括投料装置1、第一皮带输送机2、滚筒烘干机3、冷却回收装置4、第二皮带输送机5以及秸秆燃料成型机6；

所述投料装置1用于将秸秆生物质物料投送至所述第一皮带输送机2上，再送入所述滚筒烘干机3中进行烘干处理，秸秆生物质物料烘干完成后从所述滚筒烘干机3中排出，通过所述第二皮带输送机5输送至所述秸秆燃料成型机6中进行挤压造粒成型，得到秸秆生物质燃料产物；

所述冷却回收装置4与所述滚筒烘干机3的排气口连接，以回收处理烘干过程中产生的气体及粉尘。

其中，所述投料装置1包括投料料斗11及位于所述投料料斗11底部的水平输送带12，为了防止秸秆物料在投料时四处散落，所述投料料斗底部设置有对应于所述水平输送带上表面的软性裙边挡板13。

所述裙边挡板13是由橡胶或编织纤维制造而成，以减少对输送带表面的摩擦损伤，另外，所述水平输送带上表面设置有带凹凸纹路的防滑表层，以增强与秸秆物料的摩擦力，提高输送效率，避免阻塞。

所述第一皮带输送机2为V型皮带输送机，所述第一皮带输送机的输入端设置有抄板21，所述抄板21的底部与所述第一皮带输送机2的输送带上表面对应，形成一个封闭的抄斗，使秸秆物料不会四处散落，减少浪费。

如图3所示，由于秸秆生物质物料为0.5-2cm左右的短纤维颗粒，容易相互纠缠成团，因此，在所述滚筒烘干机3的进料口端设置有输送料斗7，所述输送料斗7位于所述第一皮带输送机2输出端的正下方，所述输送料斗7内设置有搅拌转杆71，所述搅拌转杆71的底部设置有铲板72，所述铲板72底部与所述输送料斗7的底面对应，一方面能够通过搅拌转杆71的转动将成团的物料颗粒打散，另一方面，通过铲板72的规则运动，将输送料斗7内的物料颗粒均匀有序的送入滚筒烘干机3中。

所述冷却回收装置4包括依次连通的粉尘回收仓41、木醋液回收仓42和生物油回收仓43，所述粉尘回收仓41的输入端通过通气管44与位于所述滚筒烘干机3尾端上部的排气口连接。

所述粉尘回收仓41一般选用过滤袋结构，即将粉尘与气体混合物一同通过过滤袋，将粉尘滤除，将气体排出；所述木醋液回收仓42为封闭式的漏斗形构件，其底部设置有阀控开关45，当气体经通气管44到达木醋液回收仓42时，其中的木醋液蒸气开始冷却凝结，并在木醋液回收仓42内汇集，当汇集到一定量时，再打开阀控开关45，将木醋液导出收集；所述木醋液回收仓42的侧壁上部及顶端分别开设有输入孔及输出孔，所述输入孔通过通气管44与所述粉尘回收仓41的输出端连接；所述输出孔通过通气管44与所述生物油回收仓43的输入端连接；所述输入孔与所述粉尘回收仓41的输出端之间的通气管44上设置有鼓风机46，以加强混合气体中粉尘的分离及气体的流动。

所述第二皮带输送机5为V型皮带输送机，由于滚筒烘干机3中排出的秸秆生物质物料温度较高(100-140℃左右)，因此，为了保护输送带，防止老化，所述第二皮带输送机5的输送带表层设置有石棉耐高温层(图未显示)。

如图4所示，所述秸秆燃料成型机6包括主机61、下料斗62、成型盘63、接料盘64、旋转剪切板及出料口65；所述下料斗62固定于所述主机61顶部，所述成型盘63与所述下料斗62底部对接并固定在所述主机61内，所述成型盘63圆周位置上均匀开设有若干出料孔66；所述接料盘64同轴设置于所述成型盘63的底部，用以承载成型盘63，所述接料盘64边缘设置有围板67；所述旋转剪切板包括旋转盘68及剪切板69，所述旋转盘68同轴设置于所述成型盘63上部，并可沿所述成型盘63外缘旋转；所述剪切板69竖直设置于所述围板67与所述成型盘63外缘之间的空隙内，其上部与所述旋转盘68连接，其两侧边分别与所述成型盘63外缘及围板67内壁相对，其底部与所述接料盘64上表面对应；所述出料口65固设于所述接料盘64底部，且向外倾斜。当秸秆生物质物料经成型盘63挤压后，从侧边上的出料孔66中挤出，形成长条的燃料棒，此时，利用旋转盘68带动剪切板69沿成型盘63外缘旋转，剪切板69的侧边依次剪切燃料棒，形成3-5cm长的燃料颗粒，燃料颗粒依次均匀洒落在所述接料盘64上，再通过剪切板69将其铲至出料口65处，然后从出料口65向外排出，得到秸秆生物质燃料成型颗粒。

所述第二皮带输送机5下部还设置有风冷机设备8，以便于将烘干后的秸秆生物质物料快速降温冷却。

如图2所示，秸秆生物质燃料的制备过程如下所示：

1.秸秆粉碎

生物质原料通过破碎机被切割破碎成1-2cm长、蓬松的碎屑粉末，原料为水稻、小麦、玉米、高粱及豆类等农作物秸秆和木屑、花生壳，秸秆与木屑、花生壳的重量配比为80％：15％：4％，将上述原料混合均匀。

2.原料发酵

将上述物料与1％的腐植酸、功能微生物菌剂进行混合、发酵，所述功能微生物菌剂的浓度为0.5％，发酵堆的含水量控制在20％左右，发酵时间为24小时，发酵堆中粗纤维降解率约为10％，所述功能微生物菌剂来源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放线菌、芽孢杆菌、酵母等秸秆分解菌组合。

3.烘干、炭化及分离

将发酵完成的物料倒入投料装置中，再通过第一皮带输送机输送到输入料斗进行打散，打散后的物料均匀输入所述滚筒烘干机中进行高温鼓风烘干及炭化，烘干及炭化温度为130℃，烘干时间为1小时；物料烘干及炭化过程中所产生的蒸气及粉尘通过所述滚筒烘干机尾端上部的通气管进入所述冷却回收装置，蒸气及粉尘混合物首先通过粉尘回收仓内的过滤袋，将粉尘滤除，蒸气在鼓风机的作用下继续通过通气管进入木醋液回收仓，其中的木醋液蒸气开始冷却凝结，并在回收仓内汇集，剩余蒸气继续通过通气管进入生物油回收仓，其中的生物油蒸气逐渐冷却并凝结汇集，残留的生物气蒸气可直接排出或通入滚筒烘干机中作为加热燃料使用，实现完全的回收循环利用。

4.压制成型

烘干炭化后的物料经滚筒烘干机排出后，通过所述第二皮带输送机输送至所述秸秆燃料成型机的料斗中，在输送过程中可通过鼓风机对物料进行快速冷却；物料经挤压成型、切断，得到长度为3-10cm，密度为1.1-1.45g/cm³的生物质燃料，根据秸秆原料及配比的不同，所述生物质燃料的热值范围为4150-4750千卡/Kg。

本发明采用添加生物功能菌剂替代前述工艺对秸秆原料进行前处理，生物菌剂主要由真菌、放线菌、芽孢杆菌、酵母等组成，生长代谢过程中产生多种酶类使生物质中的木质素与纤维素和半纤维素解离并部分降解，解除木质素和纤维素、半纤维素组成的空间立体网状结构，破坏细胞壁从而消除其原始弹性。通过生物菌剂的降解作用，使原材料的发酵时间从15天缩短为一至两天，生产效率大幅提高。通过对木质素、纤维素、半纤维素的部分解离和降解，产生的糖类物质、果胶、单宁等物质具有一定的粘结作用，使处理后的秸秆原料在成型过程中无需添加黏结剂即可达到理想的成型效果，成品燃烧效率大幅提升，燃烧过程不产生结焦结渣现象；另外，通过这种方法，避免了外源不易降解化学物质(化学粘结剂)的带入，消除了燃烧后灰分作为肥料原料施用的风险。

通过将功能微生物菌剂分解秸秆原料中木质素、纤维素和半纤维素的其它分解产物进行回收分离，得到木醋液及生物油原液产品，大大提高了秸秆原料的综合利用率，产生更大的经济效益和社会效益。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将原材料进行粉碎，粉碎后的物料大小为0.5-2cm；

b)将物料与腐植酸、功能微生物菌剂进行混合、发酵，所述腐植酸的重量比为0.5-2％，所述功能微生物菌剂的浓度为0.1％-3％，发酵堆的含水量控制在10％-30％，发酵时间为12-48小时；

c)将步骤b中发酵完成的物料进行高温鼓风烘干及炭化，烘干及炭化温度为130±5℃，烘干时间为0.5-2小时；

d)将烘干及炭化后的物料取出，冷却，同时，将烘干及炭化过程中所产生的蒸汽及粉尘进行回收分离，分别得到木醋液原液以及生物油原液；

e)将步骤d中冷却后的物料输送至挤出成型设备，经挤压成型、切断，得到长度为3-10cm，密度为1.1-1.45g/cm³的生物质燃料；

其中，所述原材料及其重量比分别为秸秆70-90％、木屑5-15％、花生壳5-15％。

2.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述功能微生物菌剂来源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放线菌、芽孢杆菌、酵母等秸秆分解菌组合。

3.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述秸秆来源包括但不限于水稻、小麦、玉米、高粱、豆类等农作物收获果实后形成的废弃物。

4.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述步骤c到e中所使用的主要设备包括投料装置、第一皮带输送机、滚筒烘干机、冷却回收装置、第二皮带输送机以及秸秆燃料成型机；

所述投料装置用于将步骤b中发酵完成的物料投送至所述第一皮带输送机上，再送入所述滚筒烘干机中进行烘干处理，物料烘干完成后从所述滚筒烘干机中排出，通过所述第二皮带输送机输送至所述秸秆燃料成型机中进行挤压造粒成型，得到秸秆生物质燃料产物；

所述冷却回收装置与所述滚筒烘干机的排气口连接，以回收处理烘干过程中产生的气体及粉尘。

5.如权利要求4所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述投料装置包括投料料斗及位于所述投料料斗底部的水平输送带，所述投料料斗底部设置有对应于所述水平输送带上表面的软性裙边挡板。

6.如权利要求5所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述裙边挡板为橡胶或编织纤维制成，所述水平输送带上表面设置有带凹凸纹路的防滑表层。

7.如权利要求4所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述第一皮带输送机为V型皮带输送机，所述第一皮带输送机的输入端设置有抄板，所述抄板的底部与所述第一皮带输送机的输送带上表面对应。

8.如权利要求4所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述滚筒烘干机的进料口端设置有输送料斗，所述输送料斗位于所述第一皮带输送机输出端的正下方，所述输送料斗内设置有搅拌转杆，所述搅拌转杆的底部设置有铲板，所述铲板底部与所述输送料斗的底面对应。

9.如权利要求4所述的秸秆生物质燃料的多效利用制造方法，其特征在于，所述排气口位于所述滚筒烘干机尾端上部，所述冷却回收装置包括依次连通的粉尘回收仓、木醋液回收仓和生物油回收仓，所述粉尘回收仓的输入端通过通气管与所排气口连接。

10.如权利要求9所述的秸秆生物质燃料的制造方法，其特征在于，所述粉尘回收仓采用过滤袋结构；所述木醋液回收仓为封闭式的漏斗形构件，其底部设置有阀控开关，所述木醋液回收仓的侧壁上部及顶端分别开设有输入孔及输出孔，所述输入孔通过通气管与所述粉尘回收仓的输出端连接；所述输出孔通过通气管与所述生物油回收仓的输入端连接；所述输入孔与所述粉尘回收仓的输出端之间的通气管上设置有鼓风机。