CN109504489A - 一种生物质燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种生物质燃料及其制备方法，通过在生物质原料中加入了石英砂，利用石英砂一方面可以用作核心捕捉飞灰，使燃烧灰尘聚焦避免其飞散在炉壁管道表面，防止在炉壁上产生结焦的问题，另一方面，石英砂和偏高岭土可以提高生物质燃料整体的凝结的稳定性，避免生物质燃料的坍塌，导致在大批量燃烧时，内部的燃料未完全燃烧，影响其燃烧利用率。本发明的一种生物质燃料，在加工过程中，通过拉毛对生物质燃料的表面进行拉毛处理，使得生物质表面的粗糙度更高，通过喷涂磷酸溶液，进一步的增加其可燃率，方便其燃烧点火。

Description

一种生物质燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物质燃料制备技术领域，更具体地，涉及一种生物质燃料及其制备方法。
背景技术
目前，我国工业锅炉中燃煤锅炉占主导地位，低廉的燃料成本是工业燃煤锅炉的一大优势。由数十年实践经验可知，燃煤锅炉有两点不可回避的弊端：一是锅炉热效率较低，一般在70％左右，燃料燃烧不充分；二是烟气黑度大，SO2、NOX含量高，环境污染严重。因此清洁能源发展和全球气候变化成为了当前国际社会共同关注的焦点，全世界200多年的工业化历程中，只有不到10亿人口的发达国家实现现代化，但全球资源和生态却为此付出了沉重代价，在此背景下，以欧美为代表的许多国家都纷纷加大了对生物质能源化利用的重视和投入。
生物质燃料是将农业废弃的生物质压缩成型转换成能量密度高、使用方便、高效环保的成型燃料。近年来，虽然生物质燃料的研发有了较为快速发展，然而，现有的生物质燃料在燃烧过程中普遍存在，生物质燃料在点燃过程中，由于其工业加工特性，导致其点燃效率不高，其次，在燃烧过程中，由于大量生物质燃料堆叠，且生物质燃料在燃烧后坍塌导致内部燃料燃烧不充分的问题；最后，现有生物质燃料燃烧过程中结焦率较高，对燃烧设备损耗较高。
因此，基于上述的问题，急需发明一种生物质燃料，解决上述的技术问题，以减少生物质燃料燃烧结焦，提高其燃烧特性。
发明内容
本发明提供一种生物质燃料，以解决上现有生物质燃料燃烧的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料70-80份、石英砂3-5份、偏高岭土5～ 10份、助燃剂1～3份、磷酸5～10份，且所述磷酸浓度为25～30％。
在上述方案基础上优选，所述助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
在上述方案基础上优选，所述生物质燃料的外缘面由多个正六边形构成的多面体，且所述生物质燃料的内部呈中空状，所述生物质燃料的表面上设有至少四个与所述生物质燃料中部连通的通孔。
在上述方案基础上优选，所述生物质燃料的表面形成拉毛状，并在该生物质燃料的表面喷涂助燃剂。
在上述方案基础上优选，所述生物质原料包括秸秆35-40份、稻草粉末25-30份、棉籽壳15-20份、油茶壳17-20份和玉米芯5-8份。
本发明还提供了一种制备生物质燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将生物质原料粉粹，过筛网以获取生物质原料粉末；
步骤S2，按照如权利要求1的比例，将所述生物质原料粉末与石英砂、偏高岭土、磷酸和一半分量的助燃剂进行混合搅拌形成泥状物；
步骤S3，将另一半分量的所述助燃剂加溶剂搅拌混合形成助燃剂液；
步骤S4，将步骤S3获取助燃剂溶液喷涂在型腔内表面；
步骤S5，将步骤S2获取的泥状物，通过注塑至型腔内，进行 90-110°烘烤成型形成预成型生物质燃料；
步骤S5，将所述步骤S4获取的预成型生物质燃料，进行表面拉毛处理，并采用步骤S3中获取的助燃剂进行表面喷涂，进行二次70-85°烘烤成型形成生物质燃料。
在上述方案基础上优选，所述步骤S1包括，
将秸秆原料、稻草杆、玉米芯、棉籽壳和油茶壳分别进行粗粉碎处理，得到粒径均匀且不大于5mm的碎料，将获取到的初加工的秸秆、稻草杆和玉米芯分别进行精加工，以得到粒径均匀且不大于2mm的精碎料。
在上述方案基础上优选，所述型腔包括内芯和外芯，所述外芯可拆卸式装设在所述内芯的表面，所述外芯与所述内芯之间形成型腔，并在所述外芯上设有进料孔。
在上述方案基础上优选，所述内芯的外表面和所述外芯的内表面设有凸起，且所述内芯上的凸起与所述外芯上的凸起交错设置。
在上述方案基础上优选，所述凸起的高度小于3mm。
本发明的一种生物质燃料，通过在生物质原料中加入了石英砂，利用石英砂一方面可以用作核心捕捉飞灰，使燃烧灰尘聚焦避免其飞散在炉壁管道表面，防止在炉壁上产生结焦的问题，另一方面，石英砂和偏高岭土可以提高生物质燃料整体的凝结的稳定性，避免生物质燃料的坍塌，导致在大批量燃烧时，内部的燃料未完全燃烧，影响其燃烧利用率。
作为本发明的另一优点在于，本发明的一种生物质燃料，通过将本发明的生物质燃料设计成多个正六边形构成的多面体，利用石英砂、偏高岭土及磷酸的，将生物质燃料燃烧后的结构不会产生坍塌，并且利用生物质燃料的表面上设有至少四个与所述生物质燃料中部连通的通孔，通过通孔的作用可以将相邻的生物质燃料点燃，使其燃烧更加充分合理。
作为本发明的另一优点在于，本发明的一种生物质燃料，在加工过程中，通过拉毛对生物质燃料的表面进行拉毛处理，使得生物质表面的粗糙度更高，通过喷涂磷酸溶液，进一步的增加其可燃率，方便其燃烧点火。
附图说明
图1为本发明的生物质燃料的结构图；
图2为本发明的一种制备生物质燃料的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
试验例
本发明的实施例中的磷酸，是选自上海麦克林生化科技有限公司生产的CAS号为7664-38-2的磷酸，通过稀释加工以获取。
实施例1
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料70份、石英砂3份、偏高岭土5份、助燃剂1份、磷酸5 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例2
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土5份、助燃剂1份、磷酸5 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例3
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂0份、偏高岭土5份、助燃剂1份、磷酸5 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例4
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土8份、助燃剂1份、磷酸5 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例5
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土10份、助燃剂1份、磷酸5 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例6
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土0份、助燃剂1份、磷酸5 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例7
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂3份、偏高岭土5份、助燃剂1份、磷酸10 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例8
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土8份、助燃剂1份、磷酸10 份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例9
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土10份、助燃剂1份、磷酸 10份，且磷酸浓度为25％。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
实施例10
本实施例中的一种生物质燃料，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料75份、石英砂5份、偏高岭土10份、助燃剂1份、磷酸0 份。
其中，助燃剂为助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)；生物质原料包括秸秆35-40份、稻草粉末25-30 份、棉籽壳15-20份、油茶壳17-20份和玉米芯5-8份。
请参阅图2所示，将实施例1至实施例10分别采用以下方法加工，以获取生物质燃料的外缘面由多个正六边形构成的多面体，且所述生物质燃料的内部呈中空状，所述生物质燃料的表面上设有至少四个与所述生物质燃料中部连通的通孔110。
步骤S1，将生物质原料粉粹，过筛网以获取生物质原料粉末；
步骤S2，按照对应实施例的比例，将生物质原料粉末与石英砂、偏高岭土、磷酸和一半分量的助燃剂进行混合搅拌形成泥状物；
步骤S3，将另一半分量的助燃剂加溶剂搅拌混合形成助燃剂液；
步骤S4，将步骤S3获取助燃剂溶液喷涂在型腔内表面；
步骤S5，将步骤S2获取的泥状物，通过注塑至型腔内，进行 90-110°烘烤成型形成预成型生物质燃料；
步骤S5，将所述步骤S4获取的预成型生物质燃料，进行表面拉毛处理，并采用步骤S3中获取的助燃剂进行表面喷涂，进行二次70-85°烘烤成型形成生物质燃料。
经实施例1至实施例10的原料经过上述加工分别形成生物质燃料，并分别编号实施例1至实施例10。
其中，实施例1至实施例10中的生物质燃料的外缘面由多个正六边形构成的多面体100的生物质燃料，且生物质燃料的内部呈中空状，生物质燃料的表面上设有8个与生物质燃料中部连通的通孔110。
同时，将实施例1至实施例10的原料通过传统的挤压形成实心颗粒状的普通生物质燃料，且对比例1至对比6的普通生物质燃料表面不做拉毛处理，而对比例7至10的普通生物质燃料表面做拉毛处理，以分别形成对比例1至对比例10，并分别编号。
为了检测实施例与对比例的生物质燃料性能，本发明将取重量相同，水分含量相同的实施例1至实施例10及对比例1至对比例10的生物质燃料，在燃烧环境相同的燃烧炉内，供入相同的氧气，进行以下数据测试。
测试实施例与对比例的燃料的常规性能，包括热值GB-T 384-1981、热效率GB17954-2007、燃烧效率GB 16410-2007、点燃时间GBT 8745-2001、燃料灰熔融性，采用六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法。
生物质燃料的性能测试结果如下：
其中，热值表示1kg的燃料完全燃烧所放出的热量；热效率表示生物质燃烧产生可利用的能量占生物质燃烧产生的总能量的百分比；燃烧效率表示相同质量的燃料在燃烧室内燃烧时实际可用来加热燃烧产物的热量与该燃料在绝热条件下实现完全燃烧时所释出的低位发热量之比；固体比表示相同重量的生物质燃料完全燃烧后的余灰中，生物质形状未坍塌50％的生物质燃渣占总的生物质燃料的比例；
请参阅上述表单中，实施例1、实施例2、实施例3和对比例10，可以得出，随着生物质燃料中，石英砂含量的递增，生物质的结焦率可有效降低，也就是说在燃烧过程中，碱金属与石英砂中的二氧化硅、偏高岭土之间相互作用，提高了秸秆灰分的熔点，使秸秆灰不易结渣，从而降低了生物质燃烧时的结焦率。
请参阅上述表单中，实施例4、实施例5、实施例6和对比例10，可以得出，随着生物质燃料中，偏高岭土含量的递增，固体比增加，且热效率和燃烧效率相对提高，利用偏高岭土的作用，可以调整生物质燃料的燃烧时间，提高其热量利用率。
请参阅上述表单中，实施例7、实施例8、实施例9和对比例10，可以得出，随着生物质燃料中，磷酸含量的递增，点火时间相对较低。
请参阅上述表单中，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10，并对比对比例1至对比例6可以得出，实施例中的生物质燃料的热效率和燃烧效率明显高于对比例的热效率和燃烧效率。因此，将生物质燃料的外形制作成多个正六边形构成的多面体100，如图1所示，利用石英砂、偏高岭土及磷酸的，将生物质燃料燃烧后的结构不会产生坍塌，并且利用生物质燃料的表面上设有至少四个与所述生物质燃料中部连通的通孔110，通过通孔110的作用可以将相邻的生物质燃料点燃，使其燃烧更加充分合理。
值得说明的是，为了方便生物质燃料的塑性与生产，本发明的型腔包括内芯和外芯，外芯可拆卸式装设在内芯的表面，外芯与内芯之间形成型腔，并在外芯上设有进料孔。优选的，该内芯的外表面和外芯的内表面设有凸起，且内芯上的凸起与外芯上的凸起交错设置，凸起的高度小于3mm。即在加工过程中，利用凸起使得生物质燃料表面呈表面凹凸不平的形状，以提高助燃剂的嵌入。进一步的，本发明还通过在生物质燃料的表面形成拉毛状，并在该生物质燃料的表面喷涂助燃剂，使得生物质燃料表面涂覆助燃剂，确保其点燃与燃烧。
本发明的步骤S1中具体步骤是，通过将秸秆原料、稻草杆、玉米芯、棉籽壳和油茶壳分别进行粗粉碎处理，得到粒径均匀且不大于5mm 的碎料，将获取到的初加工的秸秆、稻草杆和玉米芯分别进行精加工，以得到粒径均匀且不大于2mm的精碎料。
本发明的一种生物质燃料，通过在生物质原料中加入了石英砂，利用石英砂一方面可以用作核心捕捉飞灰，使燃烧灰尘聚焦避免其飞散在炉壁管道表面，防止在炉壁上产生结焦的问题，另一方面，石英砂和偏高岭土可以提高生物质燃料整体的凝结的稳定性，避免生物质燃料的坍塌，导致在大批量燃烧时，内部的燃料未完全燃烧，影响其燃烧利用率。
作为本发明的另一优点在于，本发明的一种生物质燃料，通过将本发明的生物质燃料设计成多个正六边形构成的多面体100，利用石英砂、偏高岭土及磷酸的，将生物质燃料燃烧后的结构不会产生坍塌，并且利用生物质燃料的表面上设有至少四个与所述生物质燃料中部连通的通孔110，通过通孔110的作用可以将相邻的生物质燃料点燃，使其燃烧更加充分合理。
作为本发明的另一优点在于，本发明的一种生物质燃料。在加工过程中，通过拉毛对生物质燃料的表面进行拉毛处理，使得生物质表面的粗糙度更高，通过喷涂磷酸溶液，进一步的增加其可燃率，方便其燃烧点火。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质燃料，其特征在于，包括以下组分且各组分的比例为：生物质原料70-80份、石英砂3-5份、偏高岭土5～10份、助燃剂1～3份、磷酸5～10份，且所述磷酸浓度为25～30％。
2.如权利要求1所述的一种生物质燃料，其特征在于，所述助燃剂为高锰酸钾、氧化铝、磷酸二氢铵，其比例为1∶(3～5)∶(5～10)。
3.如权利要求1所述的一种生物质燃料，其特征在于，所述生物质燃料的外缘面由多个正六边形构成的多面体，且所述生物质燃料的内部呈中空状，所述生物质燃料的表面上设有至少四个与所述生物质燃料中部连通的通孔。
4.如权利要求1所述的一种生物质燃料，其特征在于，所述生物质燃料的表面形成拉毛状，并在该生物质燃料的表面喷涂助燃剂。
5.如权利要求1所述的一种生物质燃料，其特征在于，所述生物质原料包括秸秆35-40份、稻草粉末25-30份、棉籽壳15-20份、油茶壳17-20份和玉米芯5-8份。
6.一种制备生物质燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将生物质原料粉粹，过筛网以获取生物质原料粉末；
步骤S2，按照如权利要求1的比例，将所述生物质原料粉末与石英砂、偏高岭土、磷酸和一半分量的助燃剂进行混合搅拌形成泥状物；
步骤S3，将另一半分量的所述助燃剂加溶剂搅拌混合形成助燃剂液；
步骤S4，将步骤S3获取助燃剂溶液喷涂在型腔内表面；
步骤S5，将步骤S2获取的泥状物，通过注塑至型腔内，进行90-110°烘烤成型形成预成型生物质燃料；
步骤S5，将所述步骤S4获取的预成型生物质燃料，进行表面拉毛处理，并采用步骤S3中获取的助燃剂进行表面喷涂，进行二次70-85°烘烤成型形成生物质燃料。
7.如权利要求6所述的一种制备生物质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S1包括，
将秸秆原料、稻草杆、玉米芯、棉籽壳和油茶壳分别进行粗粉碎处理，得到粒径均匀且不大于5mm的碎料，将获取到的初加工的秸秆、稻草杆和玉米芯分别进行精加工，以得到粒径均匀且不大于2mm的精碎料。
8.如权利要求6所述的一种制备生物质燃料的方法，其特征在于，所述型腔包括内芯和外芯，所述外芯可拆卸式装设在所述内芯的表面，所述外芯与所述内芯之间形成型腔，并在所述外芯上设有进料孔。
9.如权利要求8所述的一种制备生物质燃料的方法，其特征在于，所述内芯的外表面和所述外芯的内表面设有凸起，且所述内芯上的凸起与所述外芯上的凸起交错设置。
10.如权利要求9所述的一种制备生物质燃料的方法，其特征在于，所述凸起的高度小于3mm。
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