一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，解決了現(xiàn)有生物質(zhì)固體顆粒燃料制備方法得到的顆粒燃料品質(zhì)較差，易碎，耐久性不好，在燃燒過程中易結(jié)渣，會對受熱面造成腐蝕，燃燒率低的問題，本發(fā)明的制備方法主要包括以下步驟：（1）原料粉碎；（2）農(nóng)作物秸稈與甘蔗渣預處理；（3）原料烘干；（4）混料成型。本發(fā)明的制備方法工藝步驟簡單，在制備過程中通過對各原料種類與含量進行嚴格篩選與優(yōu)化，同時對原料粉碎粒度及含水率的進行嚴格控制，得到的生物質(zhì)固體顆粒燃料耐久性與抗結(jié)渣效果好，燃燒率高。
【專利說明】一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，尤其是涉及一種抗結(jié)渣生物質(zhì) 固體顆粒燃料的制備方法。
[0002]

【背景技術】
[0003] 生物質(zhì)固體成型染料是指利用農(nóng)作物秸桿等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剩余物，通過專門設備壓縮 成特定形狀來增加其密度的固體燃料。使用時C02凈排放量近似為零，N0X，S02的排放量較 低，有利于減少廣大農(nóng)村地區(qū)秸桿焚燒的現(xiàn)象，改善大氣環(huán)境。
[0004] 但是，由于秸桿等生物質(zhì)固有的堿金屬元素含量高等特點，導致灰熔點低，使用時 結(jié)渣現(xiàn)象嚴重，這不僅降低燃燒效率，而且還對燃燒設備產(chǎn)生嚴重的腐蝕現(xiàn)象，降低燃燒設 備的性能和使用壽命。
[0005] 目前的生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法通常是采用熱壓成型法，即將原料粉碎、 干燥后直接加入成型機中，經(jīng)熱壓成型即得到固體顆粒燃料。
[0006] 例如，申請公布號CN102796586A，申請公布日2012. 11. 28的中國專利中公開了一 種生物質(zhì)顆粒燃料制備方法，其工藝步驟如下：將木屑、秸桿等農(nóng)林廢棄物清潔去除雜質(zhì)后 破碎，獲得顆粒尺寸為〇. 02?20mm的原材料；對原材料進行干燥，使其含水率在5?15% 之間；通過擠壓成型設備重新定型為生物質(zhì)顆粒燃料；冷卻；篩選，將松散的碎料去除；經(jīng) 氣流機干燥后包裝存儲，含水率在5?10%之間。該顆粒燃料的制備方法為常規(guī)的熱壓成 型制備方法，在熱壓成型過程中，水分在成型中起到了黏結(jié)劑和潤滑劑的作用，生物質(zhì)內(nèi)的 水分作為一種必不可少的自由基，流動于生物質(zhì)顆粒間，在壓力作用下，與果膠質(zhì)和糖類混 合形成膠體，起到黏結(jié)劑的作用，同時適量存在的自由水和，使粒子間的內(nèi)摩擦變小，流動 性增強，從而促進粒子在壓力作用下滑動而嵌合，具有潤滑劑的作用，該制備方法中將原料 統(tǒng)一烘干，即將所有原料均烘至相同的含水率，由于不同生物質(zhì)原料中的木質(zhì)素、纖維素、 果膠質(zhì)等成分含量有較大差別，在熱壓成型過程中對水含量的要求也不同，因此，該方法得 到的顆粒燃料品質(zhì)較差，易碎，耐久性不好；其次，該方法未對秸桿進行預處理，而秸桿中含 有較高的堿金屬和氯，得到的生物質(zhì)固體顆粒燃料在燃燒過程中易結(jié)渣，會對受熱面造成 腐蝕；另外，該方法制得的生物質(zhì)固體顆粒燃料不能充分燃燒，燃燒率低。
[0007]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有生物質(zhì)固體顆粒燃料制備方法得到的顆粒燃料品質(zhì)較差， 易碎，耐久性不好，在燃燒過程中易結(jié)渣，會對受熱面造成腐蝕，燃燒率低的問題，提供了一 種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，本發(fā)明的制備方法工藝步驟簡單，在制備過程 中通過對各原料種類與含量進行嚴格篩選與優(yōu)化，同時對原料粉碎粒度及含水率的進行嚴 格控制，得到的生物質(zhì)固體顆粒燃料耐久性與抗結(jié)渣效果好，燃燒率高。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案： 一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，包括以下步驟： (1)原料粉碎：分別對農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣除雜后進行粉碎，同時分別對促燃燒 齊IJ、抗結(jié)渣劑進行粉碎過篩，上述原料待用。除雜主要是除去原料中的石粒、金屬等雜物。
[0010] (2)農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣預處理：分別對步驟（1)得到的農(nóng)作物秸桿、甘蔗渣進行 蒸煮處理，蒸煮的具體步驟為：將農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣分別置于檸檬酸溶液中蒸煮l~2h后 浙干。本發(fā)明中對粉碎后的農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣進行了蒸煮處理，通過熱水的萃取以快速 除去農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣中所含大量的鉀、鈉、氯等元素，從而大大降低燃料的結(jié)渣率，粉 碎后再蒸煮有利于萃取，而秸桿表皮具有一層角質(zhì)層，該層角質(zhì)層會阻礙農(nóng)作物秸桿與甘 蔗渣中所含的鉀、鈉、氯等元素被水萃取，也會阻礙后續(xù)烘干過程中水分的逸出，而檸檬酸 可破壞該層角質(zhì)層，有利于農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣中所含的鉀、鈉、氯等元素快速進入水中， 同時還有利于后續(xù)的烘干。
[0011] (3)原料烘干：分別將步驟（2)中的農(nóng)作物秸桿、木屑以及甘蔗渣烘干。
[0012] (4)混料成型：以重量份計，將6(Γ70份烘干后的農(nóng)作物秸桿、1(Γ15份烘干后的木 屑及5~10份烘干后的甘蔗渣與3~5份的促燃燒劑、1~3份的抗結(jié)渣劑混合均勻后，加入成型 機中熱壓成型，得到的燃料經(jīng)冷卻后即為抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料。本發(fā)明中的固體顆 粒燃料的主要原料為農(nóng)作物秸桿(一般為玉米秸桿、小麥秸桿、水稻秸桿、棉花秸桿等)，農(nóng) 作物秸桿來源廣，易取得，有利于控制生產(chǎn)成本；木屑可提高顆粒燃料的密度、燃燒持久性 及燃燒熱值，但是木屑含量不可太高，木屑含量過高一是會增加成本，二是使燃料的燃燒持 續(xù)時間較長，造成爐膛溫度過高，會提高燃料的結(jié)渣率，最重要的是，秸桿與木屑混燒可減 輕聚團發(fā)生，降低結(jié)渣率；甘蔗渣可增加燃料致密成型時的強度，使燃料不易松散，可提高 耐久性，同時甘蔗渣還能避免燃料中較小的原料組分在成型時脫落；促燃燒劑能使燃料充 分燃燒，提高燃燒率；抗結(jié)渣劑可提高整個燃料的灰熔點，降低結(jié)渣鋁，還能進一步促進燃 燒。本發(fā)明的制備方法中，通過對原料種類的嚴格篩選控制，使得到的生物質(zhì)固體顆粒燃料 抗結(jié)渣效果好，燃燒率高。
[0013] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，農(nóng)作物秸桿的粉碎粒度為：T5mm，木屑的粉碎粒度為 0. 5~lmm，甘蔗渣的粉碎粒度為：T5mm，促燃燒劑的過篩粒度為18(Γ200目，抗結(jié)渣劑的過篩 粒度為18(Γ200目。木屑由于較難充分燃燒，因此粒度最小以便于充分燃燒，另外，粒度最 小的杉木屑還可以適當增大燃料的密度，提高燃燒熱值；；而甘蔗渣主要用于增加燃料致密 成型時的強度以及避免燃料中較小的原料組分(本發(fā)明中主要是木屑、促燃燒劑和抗結(jié)渣 齊U)在成型時脫落，必須保證其具有較長的纖維長度，因此要求甘蔗渣具有較大的粒度；農(nóng) 作物秸桿易燃燒，燃燒的持久性差，為保證燃料的持久性，也必須要求農(nóng)作物秸桿具有較大 的粒度；促燃燒劑與抗結(jié)渣劑的粒度過小，在燃料成型中易脫落，粒度過大，燃料的成型性 差。本發(fā)明通過對原料粒度的嚴格控制，使各原料的粒度形成梯度，從而以保證燃料的成型 性、耐久性、燃燒熱值以及燃燒率。
[0014] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，所述促燃燒劑為碳酸氫銨與過氧化鈣的混合物，其中，過氧 化鈣與碳酸氫銨的質(zhì)量比為5。本發(fā)明中促燃燒劑由碳酸氫銨與過氧化鈣組成，其 中，碳酸氫銨分解產(chǎn)生co 2、ΝΗ3和H20, C02與ΝΗ3的逸出能使固體顆粒燃料內(nèi)部產(chǎn)生微小的 通道，能在避免染料的碎裂，保證燃燒時間的前提下，以便于氧氣從通道中進入固體顆粒燃 料的內(nèi)部，促進固體顆粒燃料的充分燃燒，而產(chǎn)生的H20則能與過氧化鈣反應生成02和Ca (OH) 2，反應產(chǎn)生的〇2可進一步促進固體顆粒燃料的燃燒，產(chǎn)生的Ca (OH) 2可以與燃燒產(chǎn) 生的C02反應生成CaC03和H20, CaC03可提高燃料的抗結(jié)渣效果，而生成的H20則也能與過 氧化鈣反應。本發(fā)明的促燃燒劑可促進燃料的燃燒，大大提高燃燒率。
[0015] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，所述抗結(jié)渣劑為白云石粉、三氧化二鋁與氧化銅的混合物， 抗結(jié)渣劑中各組分的質(zhì)量百分含量為：白云石粉3(Γ40%，三氧化二鋁3(Γ40%，氧化銅余量。 所述抗結(jié)渣劑為白云石粉、三氧化二鋁與氧化銅的混合物，抗結(jié)渣劑中各組分的質(zhì)量百分 含量為：白云石粉3(Γ40%，三氧化二鋁3(Γ40%，氧化銅余量。白云石粉能明顯提高顆粒燃料 的灰熔點，具有優(yōu)異的抗結(jié)渣效果，且還具有固硫、消煙，提高反應活性與分散度的作用；三 氧化二鋁對燒結(jié)的產(chǎn)生具有抑制作用，且三氧化二鋁更易于堿金屬反應，產(chǎn)物熔點高；氧化 銅為氧的載體，活性高，與可起到向碳原子傳遞氧的作用，使燃料充分燃燒，而且氧化銅還 能增加燃料中揮發(fā)分的析出，提高燃料的燃燒活性，最重要的是，氧化銅與硫生成的產(chǎn)物具 有尖晶石型結(jié)構(gòu)，可提1?灰溶點。
[0016] 作為優(yōu)選，步驟（2)中，檸檬酸溶液中檸檬酸的質(zhì)量濃度為:Γ5%。
[0017] 作為優(yōu)選，步驟（3)中，農(nóng)作物秸桿烘干至含水率為1(Γ12%，木屑烘干至含水率為 6~8%，甘蔗渣烘干至含水率為15~18%。由于成型工藝對原料水分的要求較為嚴格，本發(fā)明對 不同原料的含水率分別進行嚴格控制，使得到的顆粒燃料品質(zhì)與耐久性好。
[0018] 作為優(yōu)選，步驟（4)中熱壓成型時，控制固體顆粒燃料的密度為l~1.05g/cm3。固 體顆粒燃料的結(jié)渣性能還受固體顆粒燃料密度的影響，密度過小，燃料的燃燒熱值低，但是 密度過大，燃料的燃燒持續(xù)時間較長，造成爐膛溫度過高，會提高燃料的結(jié)渣率，因此須嚴 格控制顆粒燃料的密度以同時保證燃燒熱值與結(jié)渣率。
[0019] 因此，本發(fā)明的有益效果是： (1) 對農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣采用檸檬酸溶液進行蒸煮，可大大降低燃料的結(jié)渣率，同時 還有利于后續(xù)的烘干； (2) 制備方法工藝步驟簡單，在制備過程中通過對各原料種類、粉碎粒度及含水量的嚴 格控制，使制得的生物質(zhì)固體顆粒燃料耐久性與抗結(jié)渣效果好，燃燒率高。
[0020]

【具體實施方式】
[0021] 下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述。
[0022] 下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規(guī)方法。
[0023] 實施例1 一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，包括以下步驟： (1)原料粉碎：分別對農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣除雜后進行粉碎，同時分別對促燃燒 齊U、抗結(jié)渣劑進行粉碎過篩，上述原料待用，其中，農(nóng)作物秸桿的粉碎粒度為3mm，木屑的粉 碎粒度為〇. 5mm，甘蔗渣的粉碎粒度為3mm，促燃燒劑的過篩粒度為180目，抗結(jié)渣劑的過篩 私度為180目。
[0024] (2)農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣預處理：分別對步驟（1)得到的農(nóng)作物秸桿、甘蔗渣進行 蒸煮處理，蒸煮的具體步驟為：將農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣分別置于質(zhì)量濃度為5%的檸檬酸溶 液中蒸煮1后浙干。
[0025] (3)原料烘干：分別將步驟（2)中的農(nóng)作物秸桿、木屑以及甘蔗渣烘干，農(nóng)作物秸 桿烘干至含水率為10%，木屑烘干至含水率為6%，甘蔗渣烘干至含水率為15%。
[0026] (4)混料成型：將烘干后的農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣與促燃燒劑、抗結(jié)渣劑混合 均勻后，加入成型機中熱壓成型，熱壓成型時，控制固體顆粒燃料的密度為lg/cm 3,得到的 燃料經(jīng)冷卻后即為抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料，抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料中各原料的具 體配比如表1所示，促燃燒劑由過氧化鈣與碳酸氫銨按質(zhì)量比1:1混合而成，抗結(jié)渣劑由 30wt%的白云石粉、40wt%的三氧化二錯及30wt%的氧化銅混合而成。
[0027] 實施例2 一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，包括以下步驟： (1)原料粉碎：分別對農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣除雜后進行粉碎，同時分別對促燃燒 齊U、抗結(jié)渣劑進行粉碎過篩，上述原料待用，其中，農(nóng)作物秸桿的粉碎粒度為4mm，木屑的粉 碎粒度為〇. 7mm，甘蔗渣的粉碎粒度為4mm，促燃燒劑的過篩粒度為190目，抗結(jié)渣劑的過篩 粒度為190目。
[0028] (2)農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣預處理：分別對步驟（1)得到的農(nóng)作物秸桿、甘蔗渣進行 蒸煮處理，蒸煮的具體步驟為：將農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣分別置于質(zhì)量濃度為4%的檸檬酸溶 液中蒸煮1.5h后浙干。
[0029] (3)原料烘干：分別將步驟（2)中的農(nóng)作物秸桿、木屑以及甘蔗渣烘干，農(nóng)作物秸 桿烘干至含水率為11%，木屑烘干至含水率為7%，甘蔗渣烘干至含水率為16%。
[0030] (4)混料成型：將烘干后的農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣與促燃燒劑、抗結(jié)渣劑混合 均勻后，加入成型機中熱壓成型，熱壓成型時，控制固體顆粒燃料的密度為1. 〇2g/cm3,得到 的燃料經(jīng)冷卻后即為抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料，抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料中各原料的 具體配比如表1所示，促燃燒劑由過氧化鈣與碳酸氫銨按質(zhì)量比1:1. 2混合而成，抗結(jié)渣劑 由35wt%的白云石粉、32wt%的三氧化二錯及33wt%的氧化銅混合而成。
[0031] 實施例3 一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，包括以下步驟： (1)原料粉碎：分別對農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣除雜后進行粉碎，同時分別對促燃燒 齊U、抗結(jié)渣劑進行粉碎過篩，上述原料待用，其中，農(nóng)作物秸桿的粉碎粒度為5mm，木屑的粉 碎粒度為1mm，甘蔗渣的粉碎粒度為5mm，促燃燒劑的過篩粒度為200目，抗結(jié)渣劑的過篩粒 度為200目。
[0032] (2)農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣預處理：分別對步驟（1)得到的農(nóng)作物秸桿、甘蔗渣進行 蒸煮處理，蒸煮的具體步驟為：將農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣分別置于質(zhì)量濃度為3%的檸檬酸溶 液中蒸煮2h后浙干。
[0033] (3)原料烘干：分別將步驟（2)中的農(nóng)作物秸桿、木屑以及甘蔗渣烘干，農(nóng)作物秸 桿烘干至含水率為12%，木屑烘干至含水率為8%，甘蔗渣烘干至含水率為18%。
[0034] (4)混料成型：將烘干后的農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣與促燃燒劑、抗結(jié)渣劑混合 均勻后，加入成型機中熱壓成型，熱壓成型時，控制固體顆粒燃料的密度為1~1. 〇5g/cm3,得 到的燃料經(jīng)冷卻后即為抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料，抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料中各原料 的具體配比如表1所示，促燃燒劑由過氧化鈣與碳酸氫銨按質(zhì)量比1: 1. 5混合而成，抗結(jié)
【權利要求】
1. 一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 原料粉碎：分別對農(nóng)作物秸桿、木屑及甘蔗渣除雜后進行粉碎，同時分別對促燃燒 齊?、抗結(jié)渣劑進行粉碎過篩，上述原料待用； (2) 農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣預處理：分別對步驟（1)得到的農(nóng)作物秸桿、甘蔗渣進行蒸 煮處理，蒸煮的具體步驟為：將農(nóng)作物秸桿與甘蔗渣分別置于檸檬酸溶液中蒸煮l~2h后浙 干； (3) 原料烘干：分別將步驟（2)中的農(nóng)作物秸桿、木屑以及甘蔗渣烘干； (4) 混料成型：以重量份計，將6(Γ70份烘干后的農(nóng)作物秸桿、1(Γ15份烘干后的木屑及 5~10份烘干后的甘蔗渣與3~5份的促燃燒劑、1~3份的抗結(jié)渣劑混合均勻后，加入成型機中 熱壓成型，得到的燃料經(jīng)冷卻后即為抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在于， 步驟（1)中，農(nóng)作物秸桿的粉碎粒度為：T5mm，木屑的粉碎粒度為0. 5~lmm，甘蔗渣的粉碎粒 度為:T5mm，促燃燒劑的過篩粒度為18(Γ200目，抗結(jié)渣劑的過篩粒度為18(Γ200目。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在 于，步驟（1)中，所述促燃燒劑為碳酸氫銨與過氧化鈣的混合物，其中，過氧化鈣與碳酸氫銨 的質(zhì)量比為1:1~1.5。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在 于，步驟（1)中，所述抗結(jié)渣劑為白云石粉、三氧化二鋁與氧化銅的混合物，抗結(jié)渣劑中各組 分的質(zhì)量百分含量為：白云石粉3(Γ40%，三氧化二鋁3(Γ40%，氧化銅余量。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在于， 步驟（2)中，檸檬酸溶液中檸檬酸的質(zhì)量濃度為:Γ5%。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在于， 步驟（3)中，農(nóng)作物秸桿烘干至含水率為1(Γ12%，木屑烘干至含水率為6~8%，甘蔗渣烘干至 含水率為15?18%。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料的制備方法，其特征在于， 步驟（4)中熱壓成型時，控制固體顆粒燃料的密度為1~1. 05g/cm3。
【文檔編號】C10L5/44GK104059709SQ201410031415
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】陳敏 申請人:江山華隆能源開發(fā)有限公司