CN110129107A - 用于烧制页岩陶粒的生物质燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于烧制页岩陶粒的生物质燃料和其制备方法。生物质燃料包括稻壳，还包括有木屑和助燃剂；所述生物质燃料各组分的质量配比为稻壳70～85％、木屑10～25％、助燃剂2～5％；所述稻壳和木屑采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。生物质燃料的制备方法包括原料干燥，一次粉碎，混合后二次粉碎，而后高温蒸汽热处理，最后添加助燃剂混合等步骤。本发明不但成本较低、热值和燃烧效率高，还具有不易结渣，有害气体排放少等优点。

Description

用于烧制页岩陶粒的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技术领域，特别涉及一种用于烧制页岩陶粒的生物质燃料及其制备方法。
背景技术
混凝土作为最大宗人造建筑材料，在道路施工、桥梁施工、建筑施工等工程领域有广泛的应用。它是由胶凝材料，颗粒状集料(也称为骨料)，水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。因封闭的混凝土没有透水、透气性，表面温度在夏季可达40℃～60℃，会加剧城市的“热岛效应”，对城市环境有严重的影像；而现有混凝土的骨料一般采用黄沙，大量采掘黄沙同样会造成严重的环境破坏。此外，传统的混凝土质量较重，随着建筑技术的发展，已经越来越难以适应现代建筑技术的需要。因此，轻骨料混凝土，是目前混凝土材料发展的方向，也是建筑节能、环保新技术需要的新型建筑材料。
轻骨料混凝土是采用轻质骨料来替代黄沙、碎石等传统骨料的新型建筑材料。目前已经应用的轻质骨料有矿渣和陶粒等材料，而陶粒具有轻质、高强、保温、耐火、抗震性好等特点，应用最为广泛。页岩陶粒采用页岩为原料，经高温、焙烧精制而成。其具有材质轻、抗压、保温、防冻、防震、无辐射等优点，是优良的陶粒材料。而且页岩陶粒原料易得，生产工艺简单，极易大规模生产。但是页岩陶粒生产过程中需要经过高温、焙烧等工序，而且焙烧温度要求较高，一般需要900℃以上的温度，采用传统的燃煤等燃料不但成本高，而且污染大。而采用生物质燃料虽然更加环保，成本也较低，但是生物质燃料热值和燃烧效率较低，低成本的生物质燃料很难达到900℃以上的燃烧温度。选用高热值、成本相对较低的稻壳作为燃料，燃烧后炉膛容易结渣，维护和保养也存在问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种用于烧制页岩陶粒的生物质燃料及其制备方法，不但成本较低、热值和燃烧效率高，还具有不易结渣，有害气体排放少等优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，包括稻壳，还包括有木屑和助燃剂；所述生物质燃料各组分的质量配比为稻壳70～85％、木屑10～25％、助燃剂2～5％；所述稻壳和木屑采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。
本发明的有益效果是：本发明采用稻壳为主要原料，辅以少量的木屑和助燃剂，并且燃料粒度在5mm以下，具有极其高的燃烧效率，炉膛中燃烧效果好，灰分少，有利于充分燃烧，而且热值能达到3500kcal/kg以上；而且燃料成分中基本不含有硫和磷等有害物质，不会腐蚀锅炉，燃烧后的尾气对环境污染极小；采用含有镁剂的助燃剂，不但助燃效果好，而且能够有效避免稻壳燃烧结渣；燃料中木屑的占比极低，稻壳的占比较高，整体成本低。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述生物质燃料还包括有花生壳，花生壳的添加量在10％以下，所述花生壳采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下；所述花生壳的添加量优选5～10％，花生壳的粉碎粒度优选1～2mm。
采用上述进一步方案的有益效果是：花生壳的成分中含有大量的木质素，加入颗粒状的花生壳后，能够有效防止燃料在炉膛内结块，提高燃料的燃烧效率；同时，加入少量的花生壳颗粒，还能起到避免燃料结渣、避免炉膛结垢的效果。
进一步，所述稻壳和木屑的颗粒粒度在1～2mm。
采用上述进一步方案的有益效果是粉碎至1～2mm粒度，粉碎成本相对较低，同时，更为细小的颗粒度更有利于充分燃烧。
进一步，所述助燃剂包括30～40％的硝酸钠、15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁、20～30％地沟油，各组分的配比为质量百分比。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用上述组分配比的助燃剂，不但能在燃烧时硝酸钠和硝酸镁能够分解出氧气，充分供氧，而且还增加了氧化镁作为催化剂，进一步助燃，助燃效果极佳；增加一定比例的地沟油，则能够废物利用，地沟油热值极高，燃烧时能够释放大量的热量，加入地沟油能够使燃料燃烧时快速起温，提高燃烧效率；硝酸钠和硝酸镁还能在燃烧时有效脱除稻壳燃烧产生的二氧化硅，避免结渣、结垢。
本发明还提供了上述生物质燃料的制备方法，具体技术方案如下：一种用于烧制页岩陶粒的生物质燃料的制备方法，包括以下步骤：
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑颗粒按照稻壳70～85％、木屑10～25％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为5mm以下的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为2～5％的助燃剂，然后混合均匀，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。
本发明的有益效果是：本发明采用两次粉碎的方式对物料进行粉碎制粒，粒度更为均匀，物料的混合也更为均匀；其次，采用两次粉碎的方式制粒能够使燃料更为蓬松，便于后续蒸气热处理，也能够使燃料在燃烧时燃烧效率更高，燃烧更充分，避免燃料结块，也能够有效避免结渣、结垢；高温蒸气热处理能够使部分燃料原料表面碳化，提高燃料的热值，同时还能进一步脱除燃料中的水分，避免结渣、结垢；采用含有镁剂的助燃剂，不但助燃效果好，而且能够有效避免稻壳燃烧结渣。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤2)中，还包括有将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，按照质量百分比不大于10％的比例一并加入稻壳和木屑颗粒中的工序；所述花生壳的添加比例优选5～10％。
采用上述进一步方案的有益效果是：生壳的成分中含有大量的木质素，加入颗粒状的花生壳后，能够有效防止燃料在炉膛内结块，提高燃料的燃烧效率；同时，加入少量的花生壳颗粒，还能进一步提高燃料的蓬松度，使燃料在燃烧时燃烧效率更高，燃烧更充分，有效避免结渣、结垢。
进一步，所述步骤2)中，再次粉碎工序中，粉碎至粒度为1～2mm的颗粒。
采用上述进一步方案的有益效果是是粉碎至1～2mm粒度，粉碎成本相对较低；同时，更为细小的颗粒度更有利于充分燃烧；粉碎至1～2mm粒度还能有效提高燃料的蓬松度，便于后续处理。
进一步，所述步骤4)中，所述添加的助燃剂包括30～40％的硝酸钠、15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁、20～30％地沟油，各组分的配比为质量百分比。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用上述组分配比的助燃剂，不但能在燃烧时硝酸钠和硝酸镁能够分解出氧气，充分供氧，而且还增加了氧化镁作为催化剂，进一步助燃，助燃效果极佳；增加一定比例的地沟油，则能够废物利用，地沟油热值极高，燃烧时能够释放大量的热量，加入地沟油能够使燃料燃烧时快速起温，提高燃烧效率；硝酸钠和硝酸镁还能在燃烧时有效脱除稻壳燃烧产生的二氧化硅，避免结渣、结垢。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明所设计的用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，包括稻壳，还包括有木屑和助燃剂；所述生物质燃料各组分的质量配比为稻壳70～85％、木屑10～25％、助燃剂2～5％；所述稻壳和木屑采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。
为了提高热值和燃烧效率，本发明还提供了改进的技术方案。在改进的技术方案中，本发明的生物质燃料还可包括有花生壳，花生壳的添加量在10％以下，所述花生壳采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下；所述花生壳的添加量优选5～10％，花生壳的粉碎粒度优选1～2mm。
为了提高燃烧效率，本发明还提供了改进的技术方案。在改进的技术方案中，所述稻壳和木屑的颗粒粒度优选控制在1～2mm。
为了使燃料快速起温，并且提高燃烧效率，本发明还提供了改进的技术方案。在改进的技术方案中，所述助燃剂包括30～40％的硝酸钠、15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁、20～30％地沟油，各组分的配比为质量百分比。
本发明还设计了上述生物质燃料的制备方法，包括以下步骤：
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑颗粒按照稻壳70～85％、木屑10～25％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为5mm以下的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为2～5％的助燃剂，然后混合均匀，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。
为了提高热值和燃烧效率，本发明还提供了改进的技术方案。在改进的技术方案中，所述步骤2)中，还包括有将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，按照质量百分比不大于10％的比例一并加入稻壳和木屑颗粒中的工序；所述花生壳的添加比例优选5～10％。
为了提高燃烧效率，本发明还提供了改进的技术方案。在改进的技术方案中，所述步骤2)中，再次粉碎工序中，粉碎至粒度为1～2mm的颗粒。
稻壳作为一种热值较高的生物质，一直以来被广泛用作生物质燃料的原料，其成本也相对较低。但是目前大量使用的生物质燃料中，稻壳一般是用作辅料，主料一般会选择玉米秸秆等秸秆类生物质，或者是木皮、木屑等木质生物质。其主要原因在于稻壳中富含二氧化硅，用量过大会导致燃料燃烧后在炉膛内壁结垢，而且长期高温会使二氧化硅垢层在炉膛内壁结晶，极难除垢。而本发明设计的燃料则充分考虑了这一点，针对这一点技术问题进行了充分的配方改进。首先在燃料中加入了含有硝酸镁和氧化镁的助燃剂，这样能够在有效供氧和催化的前提下，有效除硅，避免稻壳燃烧产生的二氧化硅附着在炉膛内壁。其次本发明将燃料制成细粒度的颗粒，燃烧时喷入炉内，这样能够有效避免燃料与炉膛体的接触，能够让燃料在炉膛内的空腔中充分燃烧，不但起温迅速，而且能够进一步避免结垢。
实施例1
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑颗粒按照稻壳70％、木屑25％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为5mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为5％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括15％的硝酸镁、15％氧化镁，40％的硝酸钠，30％地沟油。
实施例2
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑颗粒按照稻壳85％、木屑10％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为4mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为5％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括25％的硝酸镁、20％氧化镁，35％的硝酸钠，20％地沟油。
实施例3
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑与粉碎的花生壳颗粒按照稻壳75％、木屑15％、花生壳5％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为3mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为5％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括20％的硝酸镁、20％氧化镁，35％的硝酸钠，25％地沟油。
实施例4
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑与粉碎的花生壳颗粒按照稻壳75％、木屑10％、花生壳10％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为1.2mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为5％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括25％的硝酸镁、20％氧化镁，35％的硝酸钠，25％地沟油。
实施例5
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑与粉碎的花生壳颗粒按照稻壳75％、木屑10％、花生壳7％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为1mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为3％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括25％的硝酸镁、15％氧化镁，40％的硝酸钠，20％地沟油。
实施例6
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑与粉碎的花生壳颗粒按照稻壳80％、木屑10％、花生壳8％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为2mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为2％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括25％的硝酸镁、15％氧化镁，40％的硝酸钠，20％地沟油。
实施例7
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑与粉碎的花生壳颗粒按照稻壳78％、木屑10％、花生壳8％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为1.8mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为4％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括25％的硝酸镁、15％氧化镁，40％的硝酸钠，20％地沟油。
实施例8
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑与粉碎的花生壳颗粒按照稻壳80％、木屑12％、花生壳3％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为1.5mm的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为5％的助燃剂，然后混合均匀，最终制得燃料。所述助燃剂的组分包括25％的硝酸镁、15％氧化镁，40％的硝酸钠，20％地沟油。
将实施例1～8的燃料进行燃烧实验，选用常规的陶粒焙烧锅炉，八种燃料将炉膛温度加热至400℃所需时间均能控制在5min以内，加热至900℃以所需时间均能控制在8min以内，起温很快。经过检测，上述八种燃料的热值均能达到3800kcal/kg以上，灰分能够控制在3.4～4.8％，结渣少，基本不结垢，燃烧效率极高，热值也完全能够满足页岩陶粒的烧制需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，包括稻壳，其特征在于：所述生物质燃料还包括有木屑和助燃剂；所述生物质燃料各组分的质量配比为稻壳70～85％、木屑10～25％、助燃剂2～5％；所述稻壳和木屑采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。
2.根据权利要求1所述用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，其特征在于：所述生物质燃料还包括有花生壳，花生壳的添加量在10％以下，所述花生壳采用粉末状颗粒，粒度在5mm以下。
3.根据权利要求2所述用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，其特征在于：所述生物质燃料还包括有花生壳，花生壳的添加量为5～10％，所述花生壳采用粉末状颗粒，粒度在1～2mm。
4.根据权利要求1所述用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，其特征在于：所述稻壳和木屑的颗粒粒度在1～2mm。
5.根据权利要求1所述用于烧制页岩陶粒的生物质燃料，其特征在于：所述助燃剂包括30～40％的硝酸钠、15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁、20～30％地沟油，各组分的配比为质量百分比。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的用于烧制页岩陶粒的生物质燃料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将稻壳和木屑晒干，使其水分控制在12％以内，然后粉碎至粒度为20～30mm的颗粒；
2)将步骤1)粉碎后的稻壳和木屑颗粒按照稻壳70～85％、木屑10～25％的质量配比混合，然后再次粉碎至粒度为5mm以下的颗粒；
3)将步骤2)粉碎后的稻壳和木屑混合颗粒在250℃以上高温蒸气中热处理25～30min；
4)向步骤3)处理后的稻壳和木屑混合颗粒中添加质量百分比为2～5％的助燃剂，然后混合均匀，所述助燃剂的组分至少包括15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁。
7.根据权利要求6所述的用于烧制页岩陶粒的生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，还包括有将花生壳晒干，使其水分控制在12％以内，而后粉碎至颗粒度为20～30mm的颗粒，按照质量百分比不大于10％的比例一并加入稻壳和木屑颗粒中的工序。
8.根据权利要求7所述的用于烧制页岩陶粒的生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，花生壳按照质量百分比5～10％的比例添加。
9.根据权利要求6所述的用于烧制页岩陶粒的生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，再次粉碎工序中，粉碎至粒度为1～2mm的颗粒。
10.根据权利要求7所述的用于烧制页岩陶粒的生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述添加的助燃剂包括30～40％的硝酸钠、15～25％的硝酸镁、15～20％氧化镁、20～30％地沟油，各组分的配比为质量百分比。
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