CN110499200A - 一种秸秆燃料处理及收集系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆燃料处理及收集系统和方法，包括水源、生物质粉碎箱、浸洗水箱、固液分离机及生物质燃料回收装置，生物质粉碎箱上设置有秸秆入口，生物质粉碎箱的出口及水源的出口与浸洗水箱的入口相连通，浸洗水箱的出口与固液分离机的入口相连通，固液分离机的固体颗粒出口与生物质燃料回收装置相连通，该系统和方法能够实现秸秆类生物质的处理及收集，能够有效的避免生物质在热转化过程中碱金属元素气态释放造成的受热面积灰、结渣及高温腐蚀的问题，安全性较高。

Description

一种秸秆燃料处理及收集系统和方法
技术领域
本发明属于可再生能源发电燃料预处理领域，涉及一种秸秆燃料处理及收集系统和方法。
背景技术
生物质能是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源，成为国际能源转型的重要力量。生物质能是以农林等有机废弃物和边际性土地种植的能源植物为原料，生产的绿色能源，具有资源丰富、可再生、清洁环保、低碳排放、储存和运输便利等特点。生物质的来源十分广泛，主要包括农林业废弃物及生活垃圾等。生物质能具有可再生性、可替代性、碳中性、清洁性、储量巨大等几大特点。其主要利用途径有热化学转换、生物化学转换和物理转换。
我国的秸秆资源十分丰富，产量位列世界之首。农业部的评估结果显示：2015年全国主要农作物秸秆理论资源量为10.4亿吨，可收集资源量为9.0亿吨，利用量为7.2亿吨，秸秆综合利用率达到80.1％。然而，秸秆“用则利，弃则害”。仅2015年就有1.8亿吨秸秆尚未被利用，造成了浪费，污染了环境。政府从1999年就明令禁止焚烧秸秆，但是每年的夏收和秋冬之际，仍有大量秸秆在田间直接焚烧。对环境造成极大的污染，成为农村面源污染的主要源头；并且容易引发交通事故和火灾；甚至会破坏土壤结构，造成农田质量的下降。
将生物质用作锅炉燃料被认为是一种较有前景的利用方式，但是也存着在许多亟待解决的问题。在北美和欧洲，生物质锅炉已经服役超过20年，其中层燃炉使用最为广泛。在中国，过去十年里也有一些生物质锅炉建成投运，同样以层燃炉为主。然而，根据国外的运行实践，生物质层燃炉经受着积灰结渣及高温腐蚀等严峻的考验。在中国已投入运行的生物质层燃炉中，由沉积物引发的高温腐蚀，造成过热器管道破裂的情况也时有发生。这些问题被认为是由生物质燃烧过程中气态释放的钾元素引起的，安全性较差。
生物质在热转化过程中，碱金属元素的气态释放会造成受热面积灰、结渣和高温腐蚀等问题，尤其是秸秆类生物质极为明显，严重威胁着设备的安全运行，限制了我国生物质能的推广使用。而我国的秸秆资源十分丰富，如果不能有效利用，必然会造成资源浪费和环境污染。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种秸秆燃料处理及收集系统和方法，该系统和方法能够实现秸秆类生物质的处理及收集，能够有效的避免生物质在热转化过程中碱金属元素气态释放造成的受热面积灰、结渣及高温腐蚀的问题，安全性较高。
为达到上述目的，本发明所述的秸秆燃料处理及收集系统包括水源、生物质粉碎箱、浸洗水箱、固液分离机及生物质燃料回收装置，生物质粉碎箱上设置有秸秆入口，生物质粉碎箱的出口及水源的出口与浸洗水箱的入口相连通，浸洗水箱的出口与固液分离机的入口相连通，固液分离机的固体颗粒出口与生物质燃料回收装置相连通。
所述水源中的水为灌溉水，固液分离机的液体出口连通有灌溉渠。
固液分离机为螺旋挤压式固液分离机；
浸洗水箱为搅拌式浸洗水箱。
本发明所述的秸秆燃料处理及收集方法包括以下步骤：
将秸秆从生物质粉碎箱上的秸秆入口送入生物质粉碎箱中进行破碎筛分，再将筛分出来的生物质颗粒送入浸洗水箱中，同时水源向浸洗水箱中送入灌溉水，生物质颗粒在浸洗水箱中进行水洗处理，以去除生物质颗粒中的碱金属和Cl元素，浸洗水箱输出的固液混合物送入固液分离机中进行固液分离，其中，分离出来的水洗滤液送入灌溉渠中用于植物的灌溉，分离出来的生物质颗粒送入生物质燃料回收装置中进行成型处理。
生物质粉碎箱输出的筛分出来的生物质颗粒的粒径小于等于250μm。
浸洗水箱的水洗温度为20℃-90℃。
浸洗水箱的水洗时间为1min-24h。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的秸秆燃料处理及收集系统和方法在具体操作时，先将秸秆利用生物质粉碎箱进行粉碎，然后送入浸洗水箱中进行水洗，以去除生物质中的碱金属元素和Cl元素，然后进行固液分离，分离后的秸秆颗粒利用生物质燃料回收装置进行成型，分离出来的水洗滤液，则直接排入灌溉渠中，需要说明的是，本发明通过秸秆类生物质燃料水洗前处理以及燃料成型、滤液处理的一体化设计，相较于传统的水洗，极大的节约了水资源以及各类运输成本，同时变废为宝，将富含钾元素的生物质滤液还田，变废为宝，实现水洗滤液的回收再利用，减少土壤钾肥及硫肥的使用，同时在一定程度上解决秸秆类生物质燃料燃用过程中产生的受热面积灰、结渣及高温腐蚀的问题，提高设备的整体利用率，有助于以小麦秸秆为代表的秸秆类生物质的推广应用，促进我国生物质资源的应用进程。另外，本发明以灌溉水作为水洗水，可以在秸秆类生物质原产地进行水洗处理，不仅可以通过灌溉水进行水洗处理，还能利用自然降水等不稳定的水资源，实现水资源的节约，减少供水设备的投资。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中，1为生物质粉碎箱、2为浸洗水箱、3为固液分离机、4为生物质燃料回收装置、5为灌溉渠、6为水源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的秸秆燃料处理及收集系统包括水源6、生物质粉碎箱1、浸洗水箱2、固液分离机3及生物质燃料回收装置4，生物质粉碎箱1上设置有秸秆入口，生物质粉碎箱1的出口及水源6的出口与浸洗水箱2的入口相连通，浸洗水箱2的出口与固液分离机3的入口相连通，固液分离机3的固体颗粒出口与生物质燃料回收装置4相连通。
所述水源6中的水为灌溉水，固液分离机3的液体出口连通有灌溉渠5；固液分离机3为螺旋挤压式固液分离机；浸洗水箱2为搅拌式浸洗水箱。
本发明所述的秸秆燃料处理及收集方法包括以下步骤：
将秸秆从生物质粉碎箱1上的秸秆入口送入生物质粉碎箱1中进行破碎筛分，再将筛分出来的生物质颗粒送入浸洗水箱2中，同时水源6向浸洗水箱2中送入灌溉水，生物质颗粒在浸洗水箱2中进行水洗处理，以去除生物质颗粒中的碱金属和Cl元素，浸洗水箱2输出的固液混合物送入固液分离机3中进行固液分离，其中，分离出来的水洗滤液送入灌溉渠5中用于植物的灌溉，分离出来的生物质颗粒送入生物质燃料回收装置4中进行成型处理。
生物质样品粒度对水洗效果的影响最大，一般来说，样品粒度越小，比表面积越大，则与水洗液接触越充分，水洗效果越好，实验室中粒径在150-250μm之间时水洗效果显著，本发明中生物质粉碎箱1输出的筛分出来的生物质颗粒的粒径小于等于250μm，因而，可以选择先在田间初步破碎，再送入生物质粉碎箱1中进行二次破碎，以便达到较高的水洗条件。
本发明中水洗温度的范围为20℃～90℃。随着水温的升高，生物质中钾元素和灰分的脱除率均逐渐增大，但在实际应用过程中，升高水温会带来成本过高，因而本发明选用灌溉水直接对秸秆颗粒进行水洗，而由水温较低带来的不利影响则通过提高其他参数来弥补。
本发明利用水洗去除生物质中的碱金属和Cl元素，所以水洗时间由生物质中的碱金属和Cl含量决定，本发明中的水洗时间范围为1min-24h，一般情况下，水洗3h能够除去大部分碱金属及氯元素，考虑到田间并没有充足的土地来长时间放置水洗设备，浸洗水箱2为搅拌式浸洗水箱，该浸洗水箱2采用连续进样的方式组织水洗，在水洗时，先进行浸泡水洗，然后进行机械脱水，以加速秸秆与水洗液的混合并减小产品的含水量，提高碱金属及氯元素的脱除率，以此弥补水温较低和水洗时间较短而造成的碱金属及氯元素脱除率较低的弊端。
另外，本发明向浸洗水箱2中引入灌溉水，从较小粒度的秸秆样品中分离出大量钾和硫元素，再送至灌溉渠5中灌溉农田，以补充土壤的肥力，变废为宝，减少钾肥及硫肥的使用。另外，通过水洗预处理提升了秸秆燃料的品质，从源头上减少了秸秆燃料燃烧过程中钾元素的释放，从而缓解生物质锅炉积灰结渣的问题。
需要说明的是，本发明将秸秆类生物质的水洗处理进行整合，兼顾了水源6选择的便捷性以及滤液的后处理，以及水洗后生物质秸秆的加工，可以有效地脱除以小麦秸秆为代表的秸秆类生物质中的碱金属元素，需要特别说明的是，不论是在在水资源相对匮乏还是水资源丰富的地区，水洗滤液的还田再利用，不仅能实现水资源的多级利用，还能充分利用脱除的钾元素，实现改良土壤的目的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (7)

1.一种秸秆燃料处理及收集系统，其特征在于，包括水源(6)、生物质粉碎箱(1)、浸洗水箱(2)、固液分离机(3)及生物质燃料回收装置(4)，生物质粉碎箱(1)上设置有秸秆入口，生物质粉碎箱(1)的出口及水源(6)的出口与浸洗水箱(2)的入口相连通，浸洗水箱(2)的出口与固液分离机(3)的入口相连通，固液分离机(3)的固体颗粒出口与生物质燃料回收装置(4)相连通。
2.根据权利要求1所述的秸秆燃料处理及收集系统，其特征在于，所述水源(6)中的水为灌溉水，固液分离机(3)的液体出口连通有灌溉渠(5)。
3.根据权利要求1所述的秸秆燃料处理及收集系统，其特征在于，固液分离机(3)为螺旋挤压式固液分离机；
浸洗水箱(2)为搅拌式浸洗水箱。
4.一种秸秆燃料处理及收集方法，其特征在于，基于权利要求2所述的秸秆燃料处理及收集系统，包括以下步骤：
将秸秆从生物质粉碎箱(1)上的秸秆入口送入生物质粉碎箱(1)中进行破碎筛分，再将筛分出来的生物质颗粒送入浸洗水箱(2)中，同时水源(6)向浸洗水箱(2)中送入灌溉水，生物质颗粒在浸洗水箱(2)中进行水洗处理，以去除生物质颗粒中的碱金属和Cl元素，浸洗水箱(2)输出的固液混合物送入固液分离机(3)中进行固液分离，其中，分离出来的水洗滤液送入灌溉渠(5)中用于植物的灌溉，分离出来的生物质颗粒送入生物质燃料回收装置(4)中进行成型处理。
5.根据权利要求4所述的秸秆燃料处理及收集方法，其特征在于，生物质粉碎箱(1)输出的筛分出来的生物质颗粒的粒径小于等于250μm。
6.根据权利要求4所述的秸秆燃料处理及收集方法，其特征在于，浸洗水箱(2)的水洗温度为20℃-90℃。
7.根据权利要求4所述的秸秆燃料处理及收集方法，其特征在于，浸洗水箱(2)的水洗时间为1min-24h。
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