CN108998140A - 一种生物质燃料的压缩工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质燃料的压缩工艺，属于生物质燃料的加工领域，本工艺采用两次热压缩工艺，预热压缩采用低压力和低温进行预压缩，有利于使松散的原料颗粒排列的结构发生变化，减少生物质内部孔隙率，二次压缩有利于木质素的熔融形成胶体，在颗粒内部形成非自由移动粘结剂作用的粘结力，两者的结构提高了成型物的结合强度和耐久性，制备出的生物质燃料的低位发热量远大于标准的13.1M.J.Kg‑1。

Description

一种生物质燃料的压缩工艺
技术领域
本发明属于生物质燃料加工技术领域，具体涉及一种生物质燃料的压缩工艺。
背景技术
生物质资源是极其丰富的清洁可再生资源，以其可再生性、永续性、多样性、对环境友好性和对人类的亲和性等重要特点而倍受人们青睐，生物质燃料根据利用形式的不同被分为固态技术农林废弃物直然或压缩成型，液态技术制备生物乙醇、甲醇或生物柴油，气态技术生物沼气、垃圾沼气和木质气，目前技术较为成熟，应用较多是的固态技术中的压缩成型，将各种分散、体型轻、储运困难、使用不便的生物质原料加工成具有一定几何形状、密度较大的成型燃料，以提高燃料的热值，改善燃烧性能，使之成为商品能源，便于运输和装卸，适用性强，压缩工艺直接影响生物质燃料的燃烧，目前生物质燃料的压缩工艺多是采用一次压缩成型，压缩后的生物质燃料易出现散落或者过于结实，不利于后续生物质燃料的燃烧。
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燃料的压缩工艺，通过分阶段压缩和对压缩过程中力度的控制，解决了现有技术中一次成型导致的生物质后续散落和燃烧困难的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种生物质燃料的压缩工艺，该压缩工艺包括预热压缩、加热和压缩，具体步骤如下：
1)将预先粉碎后的秸秆颗粒，先进行干燥，将干燥的颗粒进行预热压缩；
2)将预热压缩的燃料进行水蒸汽喷洒，并加热至110-130℃，保温1-3min；
3)将加热后的燃料置于压缩机中进行压缩成型，在压缩过程中存在如下关系：F1＝F2·tanx且4°≤x≤8°，F2为20-30Mpa，其中，F1为压缩机的主推动力，F2为压缩腔壁的向心反作用压力，x为压缩机内壁的倾斜角。
4)将压缩后的燃料进行保型、包装。
优选的，所述预先粉碎采用二次粉碎工艺，第一次粉碎采用研磨式粉碎，研磨的压力为5-12Mpa，粉碎成粒径5-8mm，二次粉碎采用球磨粉碎，球磨转速为800-1000r/min，粉碎成粒径10-50目。
优选的，所述干燥采用立体气流干燥，温度为80-100℃，进料量为0.75-1.5kg/min，干空气的流量为0.31-0.75kg/s，原料的分散性好，故干燥有效面积大，干燥强度高，生产能力大，从而干燥时间大大缩短，同时工艺流程简单，气流的干燥有利于原料中充斥空气形中空气泡结构，有利于生物质燃料的燃烧，提高生物质燃料的燃烧值。
优选的，所述水蒸汽的喷洒量为燃料重量的1.5-4.5％。
优选的，所述压缩成型采用锥辊式成型机，温度为140-180℃，有利于木质素的熔融形成胶体，在颗粒内部形成非自由移动粘结剂作用的粘结力，提高了成型物的结合强度和耐久性。
优选的，所述预热压缩的温度为90-110℃，压力为2-5Mpa，采用低压力和低温进行预压缩，有利于使松散的原料颗粒排列的结构发生变化，减少生物质内部孔隙率，提高生物质燃料成型后的结合力度。
本发明有益效果是:
1.本发明采用预热压缩和压缩相结合的方法制备出生物质燃料，预热压缩采用低压力和低温进行预压缩，有利于使松散的原料颗粒排列的结构发生变化，减少生物质内部孔隙率，二次压缩有利于木质素的熔融形成胶体，在颗粒内部形成非自由移动粘结剂作用的粘结力，两者的结构提高了成型物的结合强度和耐久性。
2.本发明在预热压缩后进行喷洒水蒸汽并加热保温，一方面是为了填补预热压缩减少的水分，造成原料的湿度下降，水分含量过低，成型困难，阻碍木质素的软化、塑化，另一方面喷洒水蒸汽并加热保温，有利于促进木质素的软化，为二次压缩在较低加热温度下成型提供基础。
3.本发明采用立体气流干燥，有利于原料的分散性，干燥有效面积大，干燥强度高，生产能力大，从而干燥时间大大缩短，同时工艺流程简单，气流的干燥有利于原料中充斥空气形中空气泡结构，有利于生物质燃料的燃烧，提高生物质燃料的燃烧值。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，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。
一种生物质燃料的压缩工艺，该压缩工艺包括预热压缩、加热和压缩，具体步骤如下：
1)将收集到的植物秸秆先进行切割成5-7cm的秸秆段，有利于后续的粉碎工艺，然后将切割成段的秸秆置于研磨式粉碎机中，在研磨压力10Mpa下进行研磨，然后过6mm的筛进行筛分，不符合规格的重新研磨粉碎，提高原料的利用率，研磨有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，将第一次研磨后的颗粒置于球磨机中进行二次球磨粉碎成粒径40目，球磨转速为900r/min；采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力，最后将粉碎处理后的颗粒进行收集，将收集后的颗粒，置于立体气流干燥机中，在温度为90℃，进料量为1.2kg/min，干空气的流量为0.5kg/s下进行立体气流干燥，干燥过程中采用顺流操作，入口处气温高而原料温度大，能充分利用气体的热能，故热效率高，将颗粒干燥至含水量为15-16％，将干燥后的颗粒输送到压缩区域内，在温度100℃，压力为3.5Mpa下采用螺旋推进器将干燥颗粒推进成型模具进行热预压，此时较低压力传递至生物质颗粒中，使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，生物质内部空隙率减少，有利于提高粘合力；
2)将预热压缩的燃料进行水蒸汽喷洒，水蒸汽喷洒的量为燃料量的3.5％，然后加热至120℃，保温2min，进行喷洒水蒸汽并加热保温，一方面是为了填补预热压缩减少的水分，造成原料的湿度下降，水分含量过低，成型困难，阻碍木质素的软化、塑化，另一方面喷洒水蒸汽并加热保温，有利于促进木质素的软化，为二次压缩在较低加热温度下成型提供基础；
3)将经过喷洒后的颗粒置于压缩机中进行冷压缩成型，温度为165℃，在压缩的过程中采用锥辊式成型机，且压缩机的主推动力的主推动力F1与压缩腔壁的向心反作用压力F2和锥辊式成型机内模的倾斜角x存在F1＝F2·tan6且F2＝25Mpa倾斜角在4°到8°之间压缩后的生物质燃料具有粘结性能好且不影响燃烧效率，其中F1与要压缩的生物质燃料块的密度和直径以及表面摩擦力有关，F2是机械的内壁的最大承受能力，通过这个公式有利于减少对压缩机械的内壁的损伤，延长使用寿命，冷压缩成型具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点。
4)将压缩后的燃料进行切割、保型、冷却和包装，既得生物质燃料。
实施例2
本实施例同实施例1，不同的是第一次粉碎的研磨压力为5Mpa，粒径为8mm，二次球磨的转速为1000r/min，粒径为10目；干燥的温度为80℃，进料量为0.75kg/min，干空气的流量为0.75kg/s，预热压缩的温度为110℃，压力为2Mpa，压缩的F1＝F2·tan4且F2＝30Mpa，温度140。
实施例3
本实施例同实施例1，不同的是第一次粉碎的研磨压力为12Mpa，粒径为5mm，二次球磨的转速为1000r/min，粒径为50目；干燥的温度为100℃，进料量为1.5kg/min，干空气的流量为0.31kg/s，预热压缩的温度为90℃，压力为5Mpa，压缩的F1＝F2·tan8，且F2＝25Mpa，温度为180℃。
实施例4
本实施例同实施例1不同的是预热压缩的温度为110℃，压力为2Mpa，压缩的F1＝F2·tan4且F2＝30Mpa，温度140。
实施例5
本实施例同实施例1不同的是预热压缩的温度为90℃，压力为5Mpa，压缩的F1＝F2·tan8，且F2＝25Mpa，温度为180℃。
性能测试：
按NY/T 1881.7-2010的规定计算成型燃料密度，按GB/T 30727-2014的规定测定成型燃料的发热量，成型燃料的基本性能要求，按GB/T 28731-2012的规定计算固体生物质燃料试样水分统计量和空气干燥基灰分统计量，测试的标准和结果如下：本发明实施例的制备的生物质燃料整体性能达到标准，且低位发热量远大于标准的13.1M.J.Kg-1
测试项目 标准 本发明
成型密度/g.cm-3 ≥1.1 1.38±0.25
抗跌碎性/％ ≥91 93.8±1.7
含水量/％ ≥13 16.1±1.4
灰分含量/％ ≤10 8.89±1.3
低位发热量/M.J.Kg-1 ≥13.1 21.29±2.86
外观 表面光滑 表面光滑
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 (6)

1.一种生物质燃料的压缩工艺，其特征在于，该压缩工艺包括预热压缩、加热和压缩，具体步骤如下：
1)将预先粉碎后的秸秆颗粒，先进行干燥，将干燥的颗粒进行预热压缩；
2)将预热压缩的燃料进行水蒸汽喷洒，并加热至110-130℃，保温1-3min；
3)将加热后的燃料置于压缩机中进行压缩成型，在压缩过程中存在如下关系：F1＝F2·tanx且4°≤x≤8°，F2为20-30Mpa，其中，F1为压缩机的主推动力，F2为压缩腔壁的向心反作用压力，x为压缩机内壁的倾斜角。
4)将压缩后的燃料进行保型、包装。
2.根据权利要求1所述的生物质燃料的压缩工艺，其特征在于，所述预先粉碎采用二次粉碎工艺，第一次粉碎采用研磨式粉碎，研磨的压力为5-12Mpa，粉碎成粒径5-8mm，二次粉碎采用球磨粉碎，球磨转速为800-1000r/min，粉碎成粒径10-50目。
3.根据权利要求1所述的生物质燃料的压缩工艺，其特征在于，所述干燥采用立体气流干燥，温度为80-100℃，进料量为0.75-1.5kg/min，干空气的流量为0.31-0.75kg/s。
4.根据权利要求1所述的生物质燃料的压缩工艺，其特征在于，所述水蒸汽的喷洒量为燃料重量的1.5-4.5％。
5.根据权利要求1所述的生物质燃料的压缩工艺，其特征在于，所述压缩成型采用锥辊式成型机，温度为140-180℃。
6.根据权利要求1所述的生物质燃料的压缩工艺，其特征在于，所述预热压缩的温度为90-110℃，压力为2-5Mpa。
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