本發(fā)明涉及一種炭棒燒制方法，尤其涉及一種高品質(zhì)竹生物質(zhì)機制炭棒的燒制工藝。

背景技術：

面對化石能源燃料危機和全球生態(tài)環(huán)境的破壞等問題的日益突出，開發(fā)可再生的生物質(zhì)清潔能源已成為當今世界能源經(jīng)濟發(fā)展的主要方向。我國是一個生物質(zhì)資源生產(chǎn)大國，各種生物質(zhì)資源十分豐富，如農(nóng)作物秸稈和林業(yè)剩余物。這些生物質(zhì)資源的傳統(tǒng)的利用方式是直接燃燒或者露天焚燒，不僅造成了能量轉化效率低，資源消耗大等缺點，而且對環(huán)境造成潛移默化的影響。

燒烤，人類最原始的烹調(diào)方式，并且一直延續(xù)到今天，是以燃料加熱產(chǎn)生干燥空氣，并把食物放置于熱干空氣中一個比較接近熱源的位置來加熱食物。現(xiàn)代社會，燒烤方式也逐漸多樣化，燒烤本身也成為一種多人聚會休閑娛樂方式或者為商業(yè)途徑。不論在亞洲、美洲和歐洲，燒烤通常是小至家庭，大至學校的集體活動以及一些公司組織的集體活動。作為燒烤這一熱源，燒烤炭是環(huán)保、可再生的經(jīng)濟能源。

機制木炭是我國在1989年前后引進日本技術開發(fā)的一種新的型炭，是木炭的一種?，F(xiàn)在發(fā)展為以鋸末、竹屑、棉桿、稻殼、花生殼、甘蔗渣、糠醛渣、樹枝等任意一種或多種為原料，經(jīng)高溫擠壓成型、炭化而成的可再生能源炭材料，可替代傳統(tǒng)木炭使用，被譽為“新一代能源”。較之傳統(tǒng)木炭具有形狀規(guī)則， 強度高、導熱性好、均勻、耐燃、不爆灰等優(yōu)點，因而成為燒烤炭的主要來源。

近年來，人們開始研究了利用林木廢棄物和農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)材料生產(chǎn)機制燒烤炭的方法，如中國專利(專利公開號：CN 103421571 A)公開了利用竹炭或木炭或秸稈炭的炭粉與粘結劑(苛性淀粉、羧甲基纖維素、糊精、水3∶1∶3∶4)混合制成成品。中國專利(專利公開號：CN 1081202 A)公開了一種新型燒烤炭生產(chǎn)工藝，它主要有氧化劑、炭素、煤和粘結劑組成，其特征在于氧化劑Ca(NO3)2和KNO3兩種物質(zhì)，占比約為35％～50％，其工藝主要有混合、混捏、成型、烘干幾個過程。中國專利(專利公開號：CN 1097022A)公開了一種點燃無害燒烤炭，其特點在于不含有毒助燃劑，點燃時無煙、無異味、無公害，炭塊分為點火層(煤粉、木炭粉、硝酸鍶、硝酸鉀、粘合劑)和本體層(煤粉、礦渣、粘合劑)，形狀為方塊形，四邊均分布有圓形和十字通孔。

我國素有“竹子王國”之稱，竹材是我國一種資源豐富、分布范圍廣、生長速度快的生物質(zhì)資源，是開發(fā)竹材固體生物質(zhì)能源的重要潛在生物質(zhì)資源。目前關于利用純竹材生產(chǎn)生物質(zhì)燒烤炭的信息很少。目前國內(nèi)外生產(chǎn)機制碳，為了追求碳棒成型率高、易點燃、高得炭率、生產(chǎn)周期短，在燒制時未使碳棒達到精煉階段，通常炭化溫度一般是300-500℃的條件下進行，這造成機制炭揮發(fā)分揮發(fā)不完全、粘結劑在燃燒時可能產(chǎn)生有害物質(zhì)、可能在存放密度大的情況下引起自燃、燃燒過快、發(fā)熱量不高等情況。

現(xiàn)有生物質(zhì)機制炭棒生產(chǎn)過程中采用低溫炭化，為了提高出炭率，炭棒未經(jīng)過高溫精煉，導致炭棒內(nèi)揮發(fā)分揮發(fā)不完全，其次很多工藝涉及粘結劑、引燃劑、助燃劑等化學物品，在低溫碳化的時候也揮發(fā)不完全，這將會導致在使用時有毒物質(zhì)排放超標，對食物或者直接對人體有害，且在生產(chǎn)過程中成本增加。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于提供一種解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種高品質(zhì)竹生物質(zhì)機制炭棒的燒制工藝，方法步驟如下，

a.將由擠出機高溫擠出的竹生物質(zhì)擠出的機制棒成垛堆放進窯內(nèi)；

b.人工封窯、點火；

c.采用土窯分段炭化法，將竹生物質(zhì)機制棒在溫度50-750℃之間間斷供氧，進行低溫碳化，碳化過程依次分為干燥、預炭化、炭化和精煉四個階段；

干燥、預炭化、炭化和精煉四個階段如下，

干燥，將窯內(nèi)溫度從50緩慢升至190℃左右，期間間斷供氧使竹生物質(zhì)機制棒進行緩慢干燥，此過程持續(xù)使自由水緩慢、充分蒸發(fā)，有利于防止棒的開裂和預炭化階段的進行；

預炭化，將窯內(nèi)溫度控制到220±3℃進行預炭化，半纖維素開始分解，此過程持續(xù)一段時間，半纖維素緩慢的進行分解，然后緩慢給氧，將窯內(nèi)溫度控制在230-240℃之間，達到半纖維素分解溫度，持續(xù)一段時間后，揮發(fā)分充分的揮發(fā)，半纖維素充分緩慢分解；控制給氧量，將窯內(nèi)溫度控制在240-250℃，進行緩慢升溫炭化，使纖維素分解開始，此過程持一段時間，使纖維素緩慢開始分解；然后增加給氧量，將窯內(nèi)溫度控制在280±3℃，并達到木質(zhì)素分解溫度，此過程持續(xù)一段時間后，使木質(zhì)素緩慢分解；然后增加給氧量，將窯內(nèi)溫度升至340±10℃，纖維素分解完畢；進行纖維素、半纖維素、木質(zhì)素緩慢分解防止分解過快產(chǎn)生大量氣體；

炭化，然后增加給氧量，將窯內(nèi)溫度升至450±5℃進行高溫炭化，木質(zhì)素 分解完畢；

精煉，繼續(xù)增加給氧量，將窯內(nèi)溫度迅速升至750℃，封窯冷卻。

將精煉好的碳棒進行冷卻，將窯內(nèi)溫度快速冷卻至440±10℃，然后進行第一次快速噴水冷卻，使溫度下降到240±10℃時，封窯蒸發(fā)水分，溫度先升后降；然后在溫度恒定在240±10℃時進行第二次噴水降溫，降溫至170±5℃時，封窯蒸發(fā)水分、排潮；然后開窯冷卻至60℃以下出窯。

e.將冷卻后的竹生物質(zhì)機制炭棒經(jīng)調(diào)濕處理，含水率控制在低于4％。

作為優(yōu)選，所述竹生物質(zhì)采用純竹材加工剩余竹屑為原料，竹生物質(zhì)擠出機制棒尺寸為50cm×5cm×5cm、中間有直徑1.8cm的貫穿圓形空洞的棒狀結構，平均重量為1.25Kg，含水率低于5％。

作為優(yōu)選，所述窯的尺寸為3.35m深、2.2m寬、側高1.4m、中高1.85m，上為拱形：窯門尺寸為1m寬、側高1.2m、中高1.6m，上為拱形，窯門留一個點火口，一個給氧口。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用純竹生物質(zhì)機制棒為原料，采用低溫分段炭化，高溫迅速精煉的方法，徹底使揮發(fā)分揮發(fā)完全，使炭棒質(zhì)地堅硬，燃燒值高，燃燒使用時無煙、五味、無毒。利用竹材加工剩余物生產(chǎn)出一種節(jié)能、環(huán)保，發(fā)熱量高的竹生物質(zhì)機制燒烤炭。該燃料的性能可滿足美國和歐洲標準的性能要求，可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。該產(chǎn)品使用時，發(fā)熱量高，灰分低，符合環(huán)境保護要求，是中國具有商業(yè)化開發(fā)潛力的生物質(zhì)固體燃料，具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：一種高品質(zhì)竹生物質(zhì)機制炭棒的燒制工藝，方法步驟如下，

a.將由擠出機高溫擠出的竹生物質(zhì)擠出的機制棒成垛堆放進窯內(nèi)；

b.人工封窯，窯門留一個點火口，一個給氧口；所述窯的尺寸為3.35m深、2.2m寬、側高1.4m、中高1.85m，上為拱形；窯門尺寸為1m寬、側高1.2m、中高1.6m，上為拱形；

c.采用土窯分段炭化法，將竹生物質(zhì)機制棒在溫度50-750℃之間間斷供氧條件下進行低溫碳化，碳化過程依次為干燥、預炭化、炭化和精煉四個階段，得到機制炭棒；

干燥，將窯內(nèi)溫度從50緩慢升至190℃左右，期間間斷供氧使竹生物質(zhì)機制棒進行緩慢干燥，此過程持續(xù)使自由水緩慢、充分蒸發(fā)，有利于防止棒的開裂和預炭化階段的進行。

預炭化，將窯內(nèi)溫度控制到220±3℃進行預炭化，半纖維素開始分解，此過程持續(xù)一天；然后緩慢給氧，將窯內(nèi)溫度控制在230-240℃之間，并達到半纖維素分解溫度，充分進行揮發(fā)分的揮發(fā)，充分分解半纖維素，此過程持續(xù)一天；然后將窯內(nèi)溫度控制在240-250℃，進行緩慢升溫炭化，使纖維素分解開始，此過程持續(xù)一天；然后增加給氧量，將窯內(nèi)溫度控制在280±3℃，并達到木質(zhì)素分解溫度，此過程持續(xù)一天；然后增加給氧量，將窯內(nèi)溫度升至340±10℃，纖維素分解完畢，此過程持續(xù)一天；

炭化，然后增加給氧量，將窯內(nèi)溫度升至450±5℃進行高溫炭化，木質(zhì)素分解完畢，此過程持續(xù)一天；

精煉，繼續(xù)增加給氧量，將窯內(nèi)溫度迅速升至750℃，封窯冷卻，此過程持續(xù)一天。

d.將精煉好的碳棒進行冷卻，將窯內(nèi)溫度快速冷卻至440±10℃，然后進行第一次快速噴水冷卻，使溫度下降到240±10℃時，封窯蒸發(fā)水分，溫度先升后降；然后在溫度恒定在240±10℃時進行第二次噴水降溫，降溫至170±5℃時，封窯蒸發(fā)水分、排潮；然后開窯冷卻至60℃以下出窯。

e.將冷卻后的竹生物質(zhì)機制炭棒經(jīng)調(diào)濕處理，含水率控制在5％以下

所述竹生物質(zhì)采用純竹材加工剩余竹屑為原料，竹生物質(zhì)擠出機制棒尺寸為50cm×5cm×5cm、中間有直徑1.8cm的貫穿圓形空洞的棒狀結構，平均重量為1.25Kg，含水率低于5％。竹生物質(zhì)機制炭棒的含水率低于4％。大于德國標準《木質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃料》中規(guī)定的商業(yè)化生物質(zhì)顆粒燃料燃燒熱值(17500J/g)的最低要求：

竹材是有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素三大類化合物組成，其中半纖維素占14％-25％，纖維素占40％-60％，木質(zhì)素占16％-34％，三者分解溫度分別為200-250℃，240-350℃，280-500℃。本工藝以各組分所占比例為參考，控制各溫度段保溫時間和升溫速率，來使得炭率達到最優(yōu)化。國內(nèi)目前有許多竹加工企業(yè)，分布在福建、浙江、湖南、四川一帶，竹屑是此類企業(yè)的主要加工剩余物，直接燃燒不但利用率低下，且造成環(huán)境污染、能源浪費。本發(fā)明在竹生物質(zhì)燒烤炭棒燒制過程中，同時收集竹焦油、竹醋液，以及直接利用揮發(fā)分燃燒干燥竹屑，使能量達到最大利用率。有利于竹加工企業(yè)的剩余物處理，提高竹加工企業(yè)利潤，降低環(huán)境污染。

以上對本發(fā)明所提供的一種高品質(zhì)竹生物質(zhì)機制炭棒的燒制工藝進行了詳盡介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)木發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有 改變之處，對本發(fā)明的變更和改進將是可能的，而不會超出附加權利要求所規(guī)定的構思和范圍，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。