CN109022089B - 一种膨软秸秆制备燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膨软秸秆制备燃料的方法，属于生物质燃料的加工领域，该方法采用超声浸泡和热碾压预处理，研磨预粉碎，半无氧烘焙二次处理和超细再粉碎进行处理膨软秸秆，并添加有地沟油、活性污泥和海带浆作为黏合剂与粉碎后的秸秆颗粒进行高速共混，最后采用逐步升压的冷压缩进行压缩成型，制备出的生物质燃料具有表面光滑，粘结力强，且燃烧热和燃烧质量均有不同的提升。

Description

一种膨软秸秆制备燃料的方法
技术领域
本发明属于生物质燃料加工技术领域，具体涉及一种膨软秸秆制备燃料的方法。
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，生物质原料在开发利用前需要进行粉碎，烘干，压缩成块状或颗粒状的处理，有利于后期的运输和燃烧利用，粉碎加工技术是生物质能转化利用的关键和决定性因素，生物质原料经过粉碎,颗粒由大变小,物料单位质量的表面积增加,颗粒尺寸的减小可以增加总表面积以及压缩过程中颗粒间粘结作用尺寸的数量，提高后期加工利用效果，压缩工艺是决定后续运输过程中燃料的稳定性和燃烧时的耗氧量和放热量，膨软秸秆由于秸秆结构的特殊性，制备成生物质燃料时不能完全与其他秸秆或木头类、竹屑类制备的方法相同，应用现有的技术制备出的膨软秸秆的生物质燃料燃烧热低，且不易成型，限制了膨软秸秆的应用，因此，开发出适合膨软秸秆制备生物质燃料的方法，是提高膨软秸秆在生物质燃料中利用率的关键因素。
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膨软秸秆制备燃料的方法，通过采用不同的预处理方法、粉碎处理方法和压缩方法，解决了现有技术中膨软秸秆的生物质燃料燃烧热低，且不易成型的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种膨软秸秆制备燃料的方法，该方法包括预处理，预粉碎，二次处理，再粉碎和冷压缩，具体步骤如下：
1)预处理：将收集到的膨软秸秆置于浸泡池内，超声浸泡15-30min，捞出进行热碾压处理2-3遍；
2)预粉碎：将热碾压后的秸秆进行研磨粉碎至颗粒粒径为2-3cm；
3)二次处理：将预粉碎后的颗粒进行半无氧烘焙至含水量为10-15％；
4)再粉碎：将二次处理后的颗粒进行超细粉碎至粒度为200-300目；
5)压缩：将再粉碎的颗粒与黏合剂进行高速搅拌混合均匀后，进行压缩，然后将压缩后的颗粒进行干燥保型，切割，包装，得生物质燃料。
优选的，所述膨软秸秆为质量比为1:2-3:1.5-2.5的玉米、油菜和麦秸的混合物。
优选的，所述超声浸泡的功率为600-850w，频率为45-65Hz，超声的机械作用有利于秸秆对浸泡液的吸收，同时超声的空化作用对秸秆的木质素和纤维素进行物理破坏，提高后续的粉碎效率。
优选的，所述热碾压的碾压辊的温度为90-110℃，压力为15-25Mpa，速度为3-5m/min，热碾压是对秸秆的二次物理破坏，同时具有软化木质素和纤维素的作用，提高生物质燃料的在后续工艺的制作效率，碾压同时也去除秸秆内孔隙率，提高秸秆的密实性，有利于预粉碎的填料操作。
优选的，所述半无氧烘焙的操作如下：将要烘焙的颗粒置于烘焙箱内，密封升温度至60-70℃，保温3-5min，继续鼓入氧气升温至150-170℃，保温15-20min，然后鼓入氮气升温至200-230℃，保温20-25min，停止加热并继续鼓入氮气至温度≤30℃，取料，烘焙有利于秸秆的炭化，提高秸秆的热值和能量密度，同时具有降低碳氧比和碳氢比，提高制备的生物质燃料的燃烧效率和燃烧品质，烘焙处理也有利于二次粉碎的细度化，在烘焙中氧气的加入有利于加速制备的生物质燃料热解反应，同时减小反应放热温度范围，增大放热峰峰值。
优选的，所述黏合剂包括如下重量份成分：地沟油15-20份，活性污泥5-12份，海带浆30-45份。
优选的，所述黏合剂包括如下重量份成分：地沟油18份，活性污泥8份，海带浆40份，采用此黏合剂，地沟油不仅具有粘结作用，还具有促进燃烧的作用，活性污泥含有丰富的有机质，燃烧后的灰尘有机质提高，且可以提高生物质燃料的稳定性，提高成型燃烧密度，海带浆中含有丰富的海藻酸钠，是天然的粘合剂，具有环保无污染。
优选的，所述压缩为冷压缩并采用逐步升压的方式，开始的压力10-15Mpa，升压频率为3-4Mpa/min，最终压力为50-60Mpa，初期，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，压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小粒子，并发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固。
与现有技术相比，本发明有益效果是:
1.本发明采用地沟油、活性污泥和海带浆作为黏合剂的原料，采用此黏合剂，地沟油不仅具有粘结作用，还具有促进燃烧的作用，活性污泥含有丰富的有机质，燃烧后的灰尘有机质提高，且可以提高生物质燃料的稳定性，提高成型燃烧密度，海带浆中含有丰富的海藻酸钠，是天然的粘合剂，具有环保无污染，同时海带浆还具有调节颗粒的湿度，有利于后续的冷压缩的进行。
2.本发明采用逐步升压的冷压缩方式，初期，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，压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小粒子，并发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固，且冷压缩具有节能环保的作用。
3.本发明采用超声浸泡和热碾压预处理，研磨预粉碎，半无氧烘焙二次处理，超细再粉碎和逐步升压的冷压缩，从不同的物理和化学方面对秸秆进行处理，有利于提高秸秆的密实性，方便粉碎的填料操作，同时提高粉碎效率，提高制备的生物质燃料的燃烧热和燃烧质量。
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
本实施例中，膨软秸秆为质量比为1:2.5:2的玉米、油菜和麦秸的混合物，黏合剂包括如下重量份成分：地沟油18份，活性污泥8份，海带浆40份。
一种膨软秸秆制备燃料的方法，该方法包括预处理，预粉碎，二次处理，再粉碎和冷压缩，具体步骤如下：
1)预处理：选取收集到的膨软秸秆按配方将秸秆先进行切割处理，切割成7-8cm的秸秆段，然后将混合秸秆段置于清水浸泡池内，在功率为750w，频率为55Hz下超声浸泡25min，超声的机械作用有利于秸秆对浸泡液的吸收，同时超声的空化作用对秸秆的木质素和纤维素进行物理破坏，提高后续的粉碎效率，减少膨软秸秆的蓬松度，捞出浸泡后的秸秆置于热压床上，将碾压辊的温度设定为100℃，压力设定为20Mpa，速度设定为4m/min对浸泡后的秸秆段进行热碾压处理3遍，热碾压是对秸秆的二次物理破坏，同时具有软化木质素和纤维素的作用，提高生物质燃料的在后续工艺的制作效率，碾压同时也去除秸秆内孔隙率，提高秸秆的密实性，有利于预粉碎的填料操作；
2)预粉碎：将热碾压后的秸秆段置于研磨粉碎机中，在压力15Mpa下进行研磨粉碎至颗粒粒径为3cm，过筛，重复研磨至全部符合标准，研磨粉碎有利于对秸秆中木质素和纤维素的破坏作用；
3)二次处理：将经过预粉碎后的颗粒置于烘焙箱内，密封烘焙箱升温度至65℃，保温4min，然后以1L/min速度鼓入氧气的同时升温至165℃，在有氧气存在的状态下保温20min，然后以1.3L/min的速度鼓入氮气的同时升温至220℃，在氮气的存在下保温25min，停止加热并继续鼓入氮气至温度降温低于30℃，将烘焙后的颗粒取出，检测含水量为10-15％，烘焙有利于秸秆的炭化，提高秸秆的热值和能量密度，同时具有降低碳氧比和碳氢比，提高制备的生物质燃料的燃烧效率和燃烧品质，烘焙处理也有利于二次粉碎的细度化，在烘焙中氧气的加入有利于加速制备的生物质燃料热解反应，同时减小反应放热温度范围，增大放热峰峰值；
4)再粉碎：将二次处理后的颗粒置于离心刀型粉碎机，进行超细粉碎至粒度为300目；
5)压缩：将再粉碎的颗粒与黏合剂置于高速搅拌机中进行高速搅拌混合均匀，高速搅拌机的转速为1500r/min，搅拌3-5min，黏合剂的添加量为秸秆颗粒量的15-20％，将混合料置于压缩机中采用逐步升压的冷压缩进行压缩成型，开始的压力为10Mpa，并采用升压频率为3Mpa/min，进行逐步升压，当压力升至为60Mpa时，停止升压，进行压缩成型，初期，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，压力逐渐增大时，生物质大颗粒在压力作用下破裂，变成更加细小粒子，并发生变形或塑性流动，粒子开始充填空隙，粒子间更加紧密地接触而互相啮合，一部分残余应力贮存于成型块内部，使粒子间结合更牢固，然后将压缩后的颗粒进行干燥保型，切割，包装，得生物质燃料。
实施例2
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中膨软秸秆为质量比为1:3:2.5的玉米、油菜和麦秸的混合物，黏合剂包括如下重量份成分：地沟油20份，活性污泥12份，海带浆45份，黏合剂的添加量为秸秆颗粒量的15-18％。
实施例3
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中膨软秸秆为质量比为1:2:1.5的玉米、油菜和麦秸的混合物，黏合剂包括如下重量份成分：地沟油15份，活性污泥5份，海带浆30份，黏合剂的添加量为秸秆颗粒量的18-20％。
实施例4
本实施例同实施例2不同的是本实施例中热碾压的碾压辊的温度为90℃，压力为25Mpa，速度为5m/min，冷压缩开始的压力10Mpa，升压频率为3Mpa/min，最终压力为60Mpa，超声浸泡的功率为600w，频率为65Hz。
实施例5
本实施例同实施例2不同的是本实施例中热碾压的碾压辊的温度为110℃，压力为15Mpa，速度为3m/min，冷压缩开始的压力15Mpa，升压频率为3Mpa/min，最终压力为50Mpa，超声浸泡的功率为850w，频率为45Hz。
实施例6
本实施例同实施例3不同的是本实施例中热碾压的碾压辊的温度为90℃，压力为25Mpa，速度为5m/min，冷压缩开始的压力10Mpa，升压频率为3Mpa/min，最终压力为60Mpa，超声浸泡的功率为600w，频率为65Hz。
实施例7
本实施例同实施例3不同的是本实施例中热碾压的碾压辊的温度为110℃，压力为15Mpa，速度为3m/min，冷压缩开始的压力15Mpa，升压频率为3Mpa/min，最终压力为50Mpa，超声浸泡的功率为850w，频率为45Hz。
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14.5M.J.Kg-1
测试项目 标准 本发明
成型密度/g.cm<sup>-3</sup> ≥1.1 1.43±0.25
抗跌碎性/％ ≥92 96.5±1.9
含水量/％ ≥13 16.7±1.7
灰分含量/％ ≤10 7.89±1.1
低位发热量/M.J.Kg<sup>-1</sup> ≥14.5 22.89±1.16
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 (8)

1.一种膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，该方法包括预处理，预粉碎，二次处理，再粉碎和冷压缩，具体步骤如下：
1)预处理：将收集到的膨软秸秆置于浸泡池内，超声浸泡15-30min，捞出进行热碾压处理2-3遍；所述浸泡池内的浸泡液是清水；
2)预粉碎：将热碾压后的秸秆进行研磨粉碎至颗粒粒径为2-3cm；
3)二次处理：将预粉碎后的颗粒进行半无氧烘焙至含水量为10-15％；
4)再粉碎：将二次处理后的颗粒进行超细粉碎至粒度为200-300目；
5)压缩：将再粉碎的颗粒与黏合剂进行高速搅拌混合均匀后，进行压缩，然后将压缩后的颗粒进行干燥保型，切割，包装，得生物质燃料。
2.根据权利要求1所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述膨软秸秆为质量比为1:2-3:1.5-2.5的玉米、油菜和麦秸的混合物。
3.根据权利要求1所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述超声浸泡的功率为600-850w，频率为45-65Hz。
4.根据权利要求1所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述热碾压的碾压辊的温度为90-110℃，压力为15-25Mpa，速度为3-5m/min。
5.根据权利要求1所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述半无氧烘焙的操作如下：将要烘焙的颗粒置于烘焙箱内，密封升温度至60-70℃，保温3-5min，继续鼓入氧气升温至150-170℃，保温15-20min，然后鼓入氮气升温至200-230℃，保温20-25min，停止加热并继续鼓入氮气至温度≤30℃，取料。
6.根据权利要求1所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述黏合剂包括如下重量份成分：地沟油15-20份，活性污泥5-12份，海带浆30-45份。
7.根据权利要求6所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述黏合剂包括如下重量份成分：地沟油18份，活性污泥8份，海带浆40份。
8.根据权利要求1所述的膨软秸秆制备燃料的方法，其特征在于，所述压缩为冷压缩并采用逐步升压的方式，开始的压力10-15Mpa，升压频率为3-4Mpa/min，最终压力为50-60Mpa。
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