CN109456811A - 一种烟秸复合型生物质成型燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟秸复合型生物质成型燃料及其制备方法,该烟秸复合型生物质成型燃料包括以下质量百分比含量的原料:烟秸50～70%、玉米芯10～19%、木屑19～30%、抗结渣剂1～3%。其制备方法是先将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑分别小段条；再进行烘干和称量，之后将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣搅拌混匀后再次进行粉碎；最后再将粉碎后的混合物压缩成棒状，再将棒状燃料冷却包装即可得到所述秸复合型生物质成型燃料。本发明不仅能够大大提高烟秸的综合利用效率，降低环境污染，而且制得的燃料含水率适中，成型率和燃烧值高，颗粒密度大，灰分和结渣量少，燃烧后无有害气体排放，是一种安全、经济、环保的理想型生物质颗粒燃料。

Description

一种烟秸复合型生物质成型燃料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种烟秸复合型生物质成型燃料及其制备方法。

背景技术

有研究表明，生物质颗粒燃料是一种典型的生物质固体成型燃料，其燃烧性能优于柴薪，可以实现高效燃烧、低污染排放，是解决当前秸秆禁烧难题的有效途径之一,可替代煤炭等燃料而广泛应用于农业、工业等领域。近年来，随着化石能源的急剧消耗，由此引起的能源紧缺及环境问题，已成为世界的关注热点。生物质主要由纤维素、半纤维素及木质素组成，各组分的含量对生物质的燃烧特性有很大影响，是生物质燃烧特性的综合表现。我国拥有丰富的生物质资源,在可收集的条件下,中国目前可利用的生物质资源主要是传统的生物质,包括农作物秸秆、木屑和柴薪，然而单一的秸秆类生物质或木屑、柴薪等成型颗粒燃烧特性稍差，而且原料供应保障业存在问题。烟杆也是我国农村一种最常见的生物原料，经检测，其成分如纤维素、半纤维素和木质素与木材相似，根据秸秆系数计算，全国每年产烟秸约2500万吨，现有的烟秸处理主要是回田或焚烧两种方式，腐熟不充分回田容易增加土壤病害率风险水平，焚烧不仅造成资源浪费，而且容易造成大气污染。目前，我国烤烟烘烤环节用工量大、能耗多、环境污染严重、烘烤人才缺乏等现状，已经阻碍了我国烤烟烘烤的健康科学发展，在此背景下，烟杆等作物秸秆的合理利用及烤烟烘烤燃煤替代已经迫在眉睫。因此，因地制宜，筛选适宜的生物质原料，开展高效的烟秸生物质复合型颗粒燃料研究，为农村地区提供生活和生产用能，实现小康目标具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种取材容易、制备工艺简单、燃烧热量高、燃烧彻底、残渣少、燃烧时间长的烟秸复合型生物质成型燃料及其制备方法。

本发明所述烟秸复合型生物质成型燃料，包括以下质量百分比含量的原料:烟秸50～70%、玉米芯10～19%、木屑19～30%、抗结渣剂1～3%。

其中，烟秸为烤烟采烤后去叶、砍伐、晒干后得到的杆茎；所述烟秸的纤维素含量为42～50%，半纤维素含量为13～15 %，木质素含量为20～25%。

进一步的，玉米芯为成熟的玉米棒子采收、晾干、去粒后的剩余物；玉米芯的纤维素含量为33～38%，半纤维素含量为33～40%，木质素含量为5～10%。

进一步的，木屑为林木下脚料、林木废弃品、林木加工产生的木屑或者其组合；所述木屑的纤维素含量为45～50%，半纤维素含量为14～26%，木质素含量为35～40%。

进一步的，抗结渣剂为纳米级粒径的碳酸钙。

所述烟秸复合型生物质成型燃料的方法，包括以下制备步骤：

①切碎：将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑清除杂物后，分别切成0.2～0.5cm长的小段条；

②筛选和烘干：将步骤①得到的烟秸、玉米芯和木屑转入烘干室进行烘干，使其含水率在8～12%，并同时去除烟秸、玉米芯和木屑中的沙石、铁钉等杂物；

③称量：根据配方要求，将步骤②烘干处理后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂进行称量；

④混合：将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂送入搅拌机中搅拌混匀，得到混合生物质原料；

⑤粉碎：将步骤④混匀后的混合生物质原料送入粉碎机中再次进行粉碎，混合生物质原料粒径3～6mm；

⑥制粒：将经步⑤骤粉碎后的混合生物质原料送入生物质成型机内压缩成直径为8～10mm的棒状生物质燃料；

⑦冷却：将步骤⑥得到的棒状生物质燃料送入冷却器内进行冷却；

⑧包装：将经步骤⑦冷却后的棒状生物质燃料通过输送带送入装包和打包区进行包装即可得到所述烟秸复合型生物质成型燃料。

在本发明选用的原料中，烟杆的着火温度低，燃烧后能产生较高的热量，烟草中含有丰富的木质素，燃烧的时间长，同时，烟杆中还含有焦油成分，焦油成分一是可以作为一种助燃剂，促进木屑、玉米芯的快速、充分燃烧，二是焦油具有极强的黏结性，能够使燃料不易松散，增加成型强度，更加有利于加工过程中的成型；玉米芯结构疏松，使制成的生物质颗粒燃料内部具有微孔通道，便于氧气从通孔中进入生物质颗粒内部，促进燃料的充分燃烧，与烟杆协同作用，可以使生物质燃料不完全燃烧的现象大大减少，且降低成本；木屑的木质素含量相对比较高，其燃烧的时间长，燃烧热值、燃烧率和热效率较高；防结渣剂中的主要成分为硅、钙、铝和铁等，与木屑、烟杆和玉米芯相互协调作用，提高了灰熔点，使得燃烧后的结渣现象得到了良好改善。

本发明选用的原料以烟杆、木屑和玉米芯为主，添加适量的抗结渣剂，清洁环保，充分利用能源，做到了农业废料合理利用，成本便宜，通过对原料成分进行科学配比，能够保证燃料的成型性、耐久性、燃烧持久性、燃烧热值以及燃烧率，烟杆中含有的助燃剂，可促进燃料的燃烧，大大提高燃烧率，含有的抗结渣剂，组份简单，来源安全，抗结渣效果好，本发明的制备工艺简单，易于控制操作，制得的燃料含水率适中，成型率和燃烧值高，颗粒密度大，灰分和结渣量少，与燃煤的燃烧相比，不仅能够大大提高烟秸的综合利用效率，提高燃烧效率，降低环境污染，延长燃烧设备使用寿命，而且燃烧彻底、燃烧时间长、结渣率低、燃烧后无有害气体排放，是一种安全、经济、环保的理想型生物质颗粒燃料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例1所述的烟秸复合型生物质成型燃料，其特征在于:包括以下质量百分比含量的原料:烟秸50%、玉米芯19%、木屑30%、抗结渣剂1%。优选地，所述烟秸为烤烟采烤后去叶、砍伐、晒干后得到的杆茎；所述烟秸的纤维素含量为42%，半纤维素含量为13 %，木质素含量为20%。优选地，所述玉米芯为成熟的玉米棒子采收、晾干、去粒后的剩余物；玉米芯的纤维素含量为33%，半纤维素含量为33%，木质素含量为5%。优选地，所述木屑为林木下脚料、林木废弃品、林木加工产生的木屑或者其组合；所述木屑的纤维素含量为45%，半纤维素含量为14%，木质素含量为35%。优选地，所述的抗结渣剂为纳米级粒径的碳酸钙。

制备烟秸复合型生物质成型燃料的方法，：包括以下制备步骤：

①切碎：将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑清除杂物后，分别切成0.2cm长的小段条；

②筛选和烘干：将步骤①得到的烟秸、玉米芯和木屑转入烘干室进行烘干，使其含水率在8%，并同时去除烟秸、玉米芯和木屑中的沙石、铁钉等杂物；

③称量：根据配方要求，将步骤②烘干处理后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂按以下百分比含量进行称量，烟秸50%、玉米芯19%、木屑30%、抗结渣剂1%；

④混合：将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂送入搅拌机中搅拌混匀，得到混合生物质原料；

⑤粉碎：将步骤④混匀后的混合生物质原料送入粉碎机中再次进行粉碎，混合生物质原料粒径3～6mm；

⑥制粒：将经步⑤骤粉碎后的混合生物质原料送入生物质成型机内压缩成直径为8mm的棒状生物质燃料；

⑦冷却：将步骤⑥得到的棒状生物质燃料送入冷却器内进行冷却；

⑧包装：将经步骤⑦冷却后的棒状生物质燃料通过输送带送入装包和打包区进行包装即可得到所述烟秸复合型生物质成型燃料。

本实施例1的生物质成型燃料以烟杆、木屑和玉米芯的废料为主，做到了农业废料的合理利用，成本便宜，而且含有烟杆、玉米芯、木屑和抗结渣剂的相互配合，能够保证燃料的成型性、耐久性、燃烧持久性、燃烧热值以及燃烧率。同时，采用本实施例1制得的生物质燃料，具有燃烧彻底、燃烧效率高、产生的灰分少、结渣率低、热值高的优点，将本实施例制得的成品进行检测和燃烧试验，其产品的成型率达到98.8%，产品密度为1.24g/cm³，结渣率为0.93%，空气干燥基低位发热量为4048.4kcal/kg。

实施例2：

本实施例2所述的烟秸复合型生物质成型燃料，包括以下质量百分比含量的原料:烟秸60%、玉米芯10%、木屑28%、抗结渣剂2%。优选地，所述烟秸为烤烟采烤后去叶、砍伐、晒干后得到的杆茎；所述烟秸的纤维素含量为45%，半纤维素含量为14%，木质素含量为22%。优选地，所述玉米芯为成熟的玉米棒子采收、晾干、去粒后的剩余物；玉米芯的纤维素含量为36%，半纤维素含量为36%，木质素含量为8%。优选地，所述木屑为林木下脚料、林木废弃品、林木加工产生的木屑或者其组合；所述木屑的纤维素含量为48%，半纤维素含量为20%，木质素含量为38%。优选地。所述的抗结渣剂为纳米级粒径的碳酸钙。

制备烟秸复合型生物质成型燃料的方法，包括以下制备步骤：

①切碎：将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑清除杂物后，分别切成0.3cm长的小段条；

②筛选和烘干：将步骤①得到的烟秸、玉米芯和木屑转入烘干室进行烘干，使其含水率在9%，并同时去除烟秸、玉米芯和木屑中的沙石、铁钉等杂物；

③称量：根据配方要求，将步骤②烘干处理后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂按以下百分比含量进行称量，烟秸60%、玉米芯10%、木屑28%、抗结渣剂2%；

④混合：将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂送入搅拌机中搅拌混匀，得到混合生物质原料；

⑤粉碎：将步骤④混匀后的混合生物质原料送入粉碎机中再次进行粉碎，混合生物质原料粒径3～6mm；

⑥制粒：将经步⑤骤粉碎后的混合生物质原料送入生物质成型机内压缩成直径为9mm的棒状生物质燃料；

⑦冷却：将步骤⑥得到的棒状生物质燃料送入冷却器内进行冷却；

⑧包装：将经步骤⑦冷却后的棒状生物质燃料通过输送带送入装包和打包区进行包装即可得到所述烟秸复合型生物质成型燃料。

本实施例2的生物质成型燃料以烟杆、木屑和玉米芯的废料为主，做到了农业废料的合理利用，成本便宜，而且含有烟杆、玉米芯、木屑和抗结渣剂的相互配合，能够保证燃料的成型性、耐久性、燃烧持久性、燃烧热值以及燃烧率。同时，采用本实施例2制得的生物质燃料，具有燃烧彻底、燃烧效率高、产生的灰分少、结渣率低、热值高的优点，将本实施例制得的成品进行检测和燃烧试验，其产品成型率达到98.1%，产品密度为1.27g/cm³，结渣率为0.82%，空气干燥基低位发热量为4096.7kcal/kg。

实施例3

本实施例3所述的烟秸复合型生物质成型燃料，包括以下质量百分比含量的原料:烟秸60%、玉米芯17%、木屑20%、抗结渣剂3%。优选地，所述烟秸为烤烟采烤后去叶、砍伐、晒干后得到的杆茎；所述烟秸的纤维素含量为48%，半纤维素含量为15 %，木质素含量为23%。优选地，所述玉米芯为成熟的玉米棒子采收、晾干、去粒后的剩余物；玉米芯的纤维素含量为33%，半纤维素含量为38%，木质素含量为8%。优选地，所述木屑为林木下脚料、林木废弃品、林木加工产生的木屑或者其组合；所述木屑的纤维素含量为50%，半纤维素含量为22%，木质素含量为39%。优选地，所述的抗结渣剂为纳米级粒径的碳酸钙。

制备烟秸复合型生物质成型燃料的方法，包括以下制备步骤：

①切碎：将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑清除杂物后，分别切成0.4cm长的小段条；

②筛选和烘干：将步骤①得到的烟秸、玉米芯和木屑转入烘干室进行烘干，使其含水率在10%，并同时去除烟秸、玉米芯和木屑中的沙石、铁钉等杂物；

③称量：根据配方要求，将步骤②烘干处理后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂按以下百分比含量进行称量，烟秸60%、玉米芯17%、木屑20%、抗结渣剂3%；

④混合：将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂送入搅拌机中搅拌混匀，得到混合生物质原料；

⑤粉碎：将步骤④混匀后的混合生物质原料送入粉碎机中再次进行粉碎，混合生物质原料粒径3～6mm；

⑥制粒：将经步⑤骤粉碎后的混合生物质原料送入生物质成型机内压缩成直径为10mm的棒状生物质燃料；

⑦冷却：将步骤⑥得到的棒状生物质燃料送入冷却器内进行冷却；

⑧包装：将经步骤⑦冷却后的棒状生物质燃料通过输送带送入装包和打包区进行包装即可得到所述烟秸复合型生物质成型燃料。

本实施例3的生物质成型燃料以烟杆、木屑和玉米芯的废料为主，做到了农业废料的合理利用，成本便宜，而且含有烟杆、玉米芯、木屑和抗结渣剂的相互配合，能够保证燃料的成型性、耐久性、燃烧持久性、燃烧热值以及燃烧率。同时，采用本实施例3制得的生物质燃料，具有燃烧彻底、燃烧效率高、产生的灰分少、结渣率低、热值高的优点，将本实施例制得的成品进行检测和燃烧试验，其产品成型率达到97.4%，产品密度为1.29g/cm³，结渣率为0.65%，空气干燥基低位发热量为4172.8kcal/kg。

实施例4

本实施例4所述的烟秸复合型生物质成型燃料，包括以下质量百分比含量的原料:烟秸70%、玉米芯10%、木屑19%、抗结渣剂1%。优选地，所述烟秸为烤烟采烤后去叶、砍伐、晒干后得到的杆茎；所述烟秸的纤维素含量为50%，半纤维素含量为15 %，木质素含量为25%。优选地，所述玉米芯为成熟的玉米棒子采收、晾干、去粒后的剩余物；玉米芯的纤维素含量为38%，半纤维素含量为40%，木质素含量为10%。优选地，所述木屑为林木下脚料、林木废弃品、林木加工产生的木屑或者其组合；所述木屑的纤维素含量为50%，半纤维素含量为26%，木质素含量为40%。优选地，所述的抗结渣剂为纳米级粒径的碳酸钙。

制备烟秸复合型生物质成型燃料的方法，包括以下制备步骤：

①切碎：将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑清除杂物后，分别切成0.5cm长的小段条；

②筛选和烘干：将步骤①得到的烟秸、玉米芯和木屑转入烘干室进行烘干，使其含水率在12%，并同时去除烟秸、玉米芯和木屑中的沙石、铁钉等杂物；

③称量：根据配方要求，将步骤②烘干处理后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂按以下百分比含量进行称量，烟秸70%、玉米芯10%、木屑19%、抗结渣剂1%；

④混合：将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂送入搅拌机中搅拌混匀，得到混合生物质原料；

⑤粉碎：将步骤④混匀后的混合生物质原料送入粉碎机中再次进行粉碎，混合生物质原料粒径6mm；

⑥制粒：将经步⑤骤粉碎后的混合生物质原料送入生物质成型机内压缩成直径9.5mm的棒状生物质燃料；

⑦冷却：将步骤⑥得到的棒状生物质燃料送入冷却器内进行冷却；

⑧包装：将经步骤⑦冷却后的棒状生物质燃料通过输送带送入装包和打包区进行包装即可得到所述烟秸复合型生物质成型燃料。

本实施例4的生物质成型燃料以烟杆、木屑和玉米芯的废料为主，做到了农业废料的合理利用，成本便宜，而且含有烟杆、玉米芯、木屑和抗结渣剂的相互配合，能够保证燃料的成型性、耐久性、燃烧持久性、燃烧热值以及燃烧率。同时，采用本实施例4制得的生物质燃料，具有燃烧彻底、燃烧效率高、产生的灰分少、结渣率低、热值高的优点，将本实施例制得的成品进行检测和燃烧试验，产品成型率达到97.2%，产品密度为1.30g/cm³，结渣率为0.71%，空气干燥基低位发热量为3971.9kcal/kg。

Claims (6)

1.一种烟秸复合型生物质成型燃料，其特征在于:包括以下质量百分比含量的原料:烟秸50～70%、玉米芯10～19%、木屑19～30%、抗结渣剂1～3%。

2.根据权利要求1所述的一种烟秸复合型生物质成型燃料，所述烟秸为烤烟采烤后去叶、砍伐、晒干后得到的杆茎；所述烟秸的纤维素含量为42～50%，半纤维素含量为13～15%，木质素含量为20～25%。

3.根据权利要求1所述的一种烟秸复合型生物质成型燃料，所述玉米芯为成熟的玉米棒子采收、晾干、去粒后的剩余物；玉米芯的纤维素含量为33～38%，半纤维素含量为33～40%，木质素含量为5～10%。

4.根据权利要求1所述的一种烟秸复合型生物质成型燃料，所述木屑为林木下脚料、林木废弃品、林木加工产生的木屑或者其组合；所述木屑的纤维素含量为45～50%，半纤维素含量为14～26%，木质素含量为35～40%。

5.根据权利要求1所述的一种烟秸复合型生物质成型燃料，所述的抗结渣剂为纳米级粒径的碳酸钙。

6.一种制备权利要求1所述烟秸复合型生物质成型燃料的方法，其特征在：包括以下制备步骤：

①切碎：将晒干后的烟秸、玉米芯、木屑清除杂物后，分别切成0.2～0.5cm长的小段条；

②筛选和烘干：将步骤①得到的烟秸、玉米芯和木屑转入烘干室进行烘干，使其含水率在8～12%，并同时去除烟秸、玉米芯和木屑中的沙石、铁钉等杂物；

③称量：根据配方要求，将步骤②烘干处理后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂进行称量；

④混合：将称量后的烟秸、玉米芯、木屑、抗结渣剂送入搅拌机中搅拌混匀，得到混合生物质原料；

⑤粉碎：将步骤④混匀后的混合生物质原料送入粉碎机中再次进行粉碎，混合生物质原料粒径3～6mm；

⑥制粒：将经步⑤骤粉碎后的混合生物质原料送入生物质成型机内压缩成直径为8～10mm的棒状生物质燃料；

⑦冷却：将步骤⑥得到的棒状生物质燃料送入冷却器内进行冷却；

⑧包装：将经步骤⑦冷却后的棒状生物质燃料通过输送带送入装包和打包区进行包装即可得到所述烟秸复合型生物质成型燃料。