一種環保木質顆粒燃料及其生產方法
2023-04-25 22:49:51 1
專利名稱：一種環保木質顆粒燃料及其生產方法
技術領域：
本發明屬於生物能源應用領域中的木質顆粒燃料及其成型工藝。
背景技術：
目前，由於不可再生能源的減少，我國對可再生的生物質能源的利用也越來越重視，但引進整個技術和成套的設備代價昂貴。國內有些研究單位進行過相關的研究，也取得了一些成果，但生產過程中工藝較為複雜，需按一定比例加入粘合劑和助燃劑等添加劑才能生產出合格的木質顆粒，生產過程中的技術要求較高，從而導致產品成本較高，並且加入添加劑後對環境造成一定程度的汙染，致使其推廣應用受到影響。
發明內容
本發明的目的是克服上述缺陷，提供一種不加任何添加劑、生產成本低、工藝簡捷的環保木質顆粒燃料及其生產工藝。
本發明的技術方案採用木材廢料或者森林採伐剩餘物作為原料，首先對其進行切片變成粗料，再進入氣流乾燥機進行乾燥，乾燥到一定溼度後再經粉碎成符合制粒要求的粉料，然後進行制粒成型，成型時不加任何添加劑、利用成型過程中產生的熱量將所含水分汽化來軟化粉料，再在擠壓力作用下，使粉料壓縮成顆粒，成型後的顆粒溫度較高、含有少量碎料，須進行冷卻和篩分，篩分出來的碎料返回制粒成型工序，成品顆粒則進入最後的包裝工序。按照這種工藝方法生產的木質顆粒可以降低能耗及無須任何添加劑，進而使產品成本降低，產品質量達到瑞典木質顆粒標準(The Swedish PelletStandards)。
本發明是採用木材廢料或森林採伐剩餘物作為原料，經切片、乾燥、粉碎、制粒成型、冷卻篩分和包裝即成木質顆粒燃料，具體生產步驟如下A、切片是將木材廢料或森林採伐剩餘物作為原料送入切片機內進行切碎，其切碎後的木質粗料的粒度為8～10mm；B、乾燥是對含水率大於15％以上的木質粗料送入氣流乾燥機內進行乾燥，氣流乾燥機主(細)管風速為20～25m/s，管道總長不小於60m，進料口熱風溫度隨進料含水率及進料速度不同而調節，其乾燥溫度為70℃～150℃，使粗料含水率為13％～14％即可；C、粉碎是將乾燥後的木質粗料送入粉碎機內進行粉碎，其粉碎後的木質粉料粒度為3～4mm，含水率為12％±0.5％；D、制粒成型是將粉碎後的木質粉料送入木質顆粒成型機內進行壓製成型，壓製成直徑為6mm或者8mm的木質顆粒，木質顆粒長度為1～5倍直徑，含水率在8％以下；E、冷卻、篩分是將成型後的木質顆粒送入冷卻篩分組合機內先冷卻30～45分鐘，顆粒降溫不小於60℃，碎料率不大於3％，然後進行篩分，篩分率不小於95％，篩分後的碎料返回制粒成型工序；F、包裝是將經冷卻、篩分後的木質顆粒送入包裝機內進行定量包裝即成木質顆粒燃料。
由權利要求1所述的方法製備的木質顆粒燃料。
下面對本發明的生產工藝進行詳細描述，本發明的工序依次為原料—切片—乾燥—粉碎—制粒成型—冷卻、篩分—包裝。
(1)切片對木材廢料或者森林採伐剩餘物原料，首先經切片機切碎，切片機要求能連續切碎各種木材，輸出粒度80％到達8～10mm，如果其含水率在15％以上，潮溼的木質粗料在高壓風機的作用下送入氣流乾燥機進行乾燥，如果其含水率在15％及以下，則跳過乾燥工序而直接送入粉碎工序。
對潮溼的木屑(包括刨花)原料(含水率大於15％)，跳過切片工序而直接送入乾燥工序。
(2)乾燥氣流乾燥機要求主(細)管風速達到20～25m/s，管道總長不小於60m，進料口熱風溫度隨進料含水率及進料速度不同而調節，通常在70℃～150℃之間，使出料含水率達到13％～14％即可，如果溫度達到上限還不能滿足出料含水率要求，只能降低進料量，進料口熱風極限溫度不能高於180℃，避免自燃。乾燥用的粗料旋風分離器，入口風速要求14～15m/s。對乾燥的木屑(包括刨花)原料(含水率不大於15％)，跳過切片工序，乾燥工序而直接送入粉碎工序。
(3)粉碎粉碎機要求能連續粉碎各種木質粗料或者刨花，輸出粒度由其篩網控制，80％到達3～4mm，輸出風速達到14～18m/s。本發明採用的氣流輸送器，要求管道風速達到15～18m/s。本發明採用的粉料旋風分離器，入料口風速達到10～12m/s，出料含水率達到12％±0.5％。本粉碎工序中採用的粉料儲料鬥，要求下端出口用攪籠出料，防止結拱，上部加布蓋、保持內腔負壓，防止洩料、揚塵。本粉碎工序中採用的粉料提升機，要求回料率不大於10％。
(4)制粒成型木質顆粒成型機，要求不外加蒸氣調質、不加任何添加劑，壓製成直徑6mm或者8mm的木質顆粒，經最少10次隨機抽樣，木質顆粒長度要求達到1～5倍直徑。成型工序中採用的熱顆粒提升機，要求用金屬挖鬥、耐溫120℃、碎料率不大於3％、回料率不大於1％。
(5)冷卻、篩分冷卻篩分組合機要求冷卻時間30～45分鐘、顆粒降溫不小於60℃、碎料率不大於3％、篩分率不小於95％，篩分後的碎料返回制粒成型工序。冷卻篩分工序中採用的冷顆粒提升機，可用塑料挖鬥，要求耐溫60℃、碎料率不大於3％、回料率不大於1％。採用的成品顆粒儲料鬥，要求有密封蓋，容量能夠滿足半個班產量即可。
(6)包裝包裝機無特殊要求，只要能定量包裝即可。木質顆粒成品要求達到瑞典木質顆粒標準(The Swedish Pellet Standards)直徑6mm或者8mm、長度1～5倍直徑、比重不小於600kg/m3、含水率不大於8％、熱值不小於4.7kWh/kg、機械強度——小於3mm的碎粒量不大於0.8％、灰份不大於0.7％、含硫量不大於0.08％、氯化物含量不大於0.03％。採用的通風設備，要求保證生產環境空氣流通即可。採用的除塵設備，用除塵旋風分離器，出口處外加布袋除塵，除塵效果要求達到GB16297-1996中粉塵排放二級標準。
本發明的技術關鍵是木質顆粒成型，也是本發明的關鍵工序，成型機利用國產飼料顆粒成型機，對其局部進行改造，即改進壓輥和環模的結構形狀，改變其有效壓制寬度，可滿足木質顆粒成型的要求。由於木質顆粒制粒產量比飼料顆粒小3～4倍，與之配套的進料量相應減少，進料減速機的減速比要相應加大，通常加大到原來的3～4倍，否則，進料調速控制器經常工作在起始端，調速性能差、穩定性不好。另外，制粒環模孔徑比要求根據不同原料而有所改變，一般為1∶5～1∶6.5。
木質顆粒成型時的粘合力主要是高溫軟化後的木素，而軟化木素的高溫是木質顆粒成型時因擠壓產生的熱量，利用原料中殘存的水分即可產生蒸氣，成型時外加蒸氣軟化原料變得多餘，因此，不需要通入高溫蒸氣加熱，節省了能源和鍋爐設備投資，只要進入制粒成型的原料含水率控制在一定的範圍內(通常在12％±0.5％)，制粒溫度就會達到動態平衡，使顆粒成型機連續穩定運行。
原料制粒成型後，顆粒的溫度很高(一般達到95℃～105℃)，並且混有少量未成型的碎料，因此，必須經過冷卻和篩分，使木質顆粒冷卻定型和篩選出碎料，此工序採用冷卻篩分組合機，該機特點是冷卻篩選效果好、耗電少、機身結構緊湊佔地面積小。
本發明與現有製造木質顆粒工藝相比，本發明的優點是，工藝簡捷、生產成本低由於成型過程中不需要另外加蒸氣軟化木素，可以節省熱能和相應的鍋爐設備投資。不加任何添加劑即可擠壓成型，使木質顆粒燃料的原材料成本大大降低，因而可以大幅度降低產品成本，同時也避免了由於使用添加劑而造成的二次環境汙染問題，成為真正的環保顆粒燃料。
附圖1為本發明的工藝流程示意圖；附圖2為本發明設備布置方案及工藝流程示意圖。圖中1.木材剩餘物原料，2.潮溼木屑原料，3.乾燥木屑原料，4.切片機，5.潮溼木材屑，6.乾燥木材屑，7.氣流乾燥機，8.粗料旋風分離器，9.粗料布袋，10.粉碎機，11.氣流輸送器，12.粉料旋風分離器，13.粉料布袋，14.粉料儲料鬥，15.粉料提升機，16.制粒機，17.熱顆粒，18.熱顆粒提升機，19.冷卻篩分組合機，20.冷顆粒成品，21.碎粉料，22.冷顆粒提升機，23.成品顆粒料鬥，24.包裝機，25.除塵旋風分離器，26.除塵布袋，27.通風設備。
空心箭頭表示原料、木屑流 實心箭頭表示顆粒流 虛線箭頭表示空氣粉塵流具體實施方式
一、設備安裝方法參看圖2，切片機4、氣流乾燥機7、粗料旋風分離器8、粉碎機10、氣流輸送器11、粉料旋風分離器12、粉料儲料鬥14、粉料提升機15、制粒機16、熱顆粒提升機18、冷卻篩分組合機19、冷顆粒提升機22、成品顆粒儲料鬥23、包裝機24，按照工藝順序連接，粗料布袋9連接到粗料旋風分離器8出風口，粉料布袋13連接到粉料旋風分離器12出風口。輔助設備通風設備27安裝在廠房通風口處，除塵旋風分離器25的進風口連接到需要除塵的設備上，如粉料儲料鬥14、粉料提升機15、制粒機16、熱顆粒提升機18、冷卻篩分組合機19，除塵旋風分離器25的出風口連接除塵布袋26，卸料口連接到粉料儲料鬥14上。
二、工序運行方法及參數在圖2中，根據三種不同原料木材剩餘物原料1、潮溼木屑原料2、乾燥木屑原料3，分別從不同入口送入木材剩餘物原料1經切片機4切片後，切片後的木屑粒度控制在8～10mm，如果超標，則檢查修正切片機4篩網孔徑和篩面損壞程度，篩網孔徑為10mm，如果篩面破損，必須立即更換篩片。對於潮溼木材屑5(含水率大於15％)送入氣流乾燥機7，再經粗料旋風分離器8卸料至粉碎機 0、空氣從粗料布袋9溢出，當粗料布袋9內粉塵積聚到一定量時，清理至粉碎機10入口，卸料後物料含水率控制在14％±0.5％；對於乾燥木材屑6(含水率不大於15％)跳過乾燥工序、直接送到粉碎機10。潮溼木屑原料2直接送入氣流乾燥機7內，而乾燥木屑原料3直接送入粉碎機內進行粉碎。
粉碎機10粉碎後物料粒度80％到達3～4mm，如果超標，則檢查修正粉碎機10篩網孔徑和篩面損壞程度，篩網孔徑為5mm，如果篩面破損，必須立即更換篩片；如果粉碎效率降低到2/3，則要檢查料路是否堵塞或者是否需要檢修錘片。
粉碎後的物料經氣流輸送器11送到粉料旋風分離器12，卸料至粉料儲料鬥14，在此過程中會揮發掉2％～3％的水份。在粉料儲料鬥14裡可隨機抽樣物料的含水率，應該達到12％±0.5％。
粉料儲料鬥14下端出料口要求用攪籠出料，以防結拱。出料到粉料提升機15，物料送入制粒機16。
制粒機16將原料壓製成直徑6mm或者8mm的木質顆粒，環模的孔徑比視不同原料而略有差異，通常在1∶5～1∶6.5之間。首次啟動制粒機或者停機檢修後冷機啟動運行前，先要用油料預熱機器，油料配製用50kg木屑摻3％液體油(動、植物油或者機油均可)循環使用壓出的油料顆粒再送進壓制腔內再壓制，配製的油料可反覆使用，用來作為制粒機冷啟動料，正常連續運行就不需要了；預熱過渡時間在5～10分鐘，待壓制區入料口溫度達到50℃～60℃時，即可停止預熱加料，接著慢慢逐漸加入正常物料，一般20～30分鐘即進入穩定運行狀態，穩定運行後，主電機負載電流為額定值的60％～80％、壓制區入料口溫度在80℃～103℃之間(不同原料有所變化)，如果主電機電流過大，需降低進料量；如果壓制區入料口溫度過高，一般是物料含水量過低，反之為含水量過高。製成的顆粒要求經最少10次隨機抽樣，木質顆粒長度要求達到1～5倍直徑，允許含有不大於3％的未成型碎料，這些碎料在後面的篩分工序去除。
成型後的顆粒需要冷卻定型、篩分碎料，冷卻篩分組合機19的冷卻風由除塵旋風分離器25提供，冷卻風量不小於2000m3/h，出口管徑不小於200mm、負風壓不小於300Pa，顆粒在冷卻過程中應儘量少損傷，正常運行時，進料量與出料量要匹配，調節出料閘大小，保持料位在上下限之間，以保證冷卻效果；篩分部分的篩板往復頻率在60～120次/分鐘之間，保證碎料充分過篩和顆粒不跳出篩板為度。
在粉料儲料鬥14內腔、粉料提升機15內腔、制粒機16出料道、熱顆粒提升機18內腔、冷卻篩分組合機19篩網下，用直徑100mm軟管連接到除塵旋風分離器25進風口，均要求保持50～80Pa負壓，防止洩料和揚塵；除塵旋風分離器25風機額定風量不小於3200m3/h、風壓不小於1200Pa。
權利要求
1.一種木質顆粒燃料的生產方法，其特徵在於採用木材廢料或森林採伐剩餘物作為原料，經切片、乾燥、粉碎、制粒成型、冷卻篩分和包裝即成木質顆粒燃料，具體生產步驟如下A、切片是將木材廢料或森林採伐剩餘物作為原料送入切片機內進行切碎，其切碎後的木質粗料的粒度為8～10mm；B、乾燥是對含水率大於15％以上的木質粗料送入氣流乾燥機內進行乾燥，氣流乾燥機主管風速為20～25m/s，管道總長不小於60m，進料口熱風溫度隨進料含水率及進料速度不同而調節，其乾燥溫度為70℃～150℃，使出料含水率為13％～14％即可；C、粉碎是將乾燥後的木質粗料送入粉碎機內進行粉碎，其粉碎後的木質粉料粒度為3～4mm，含水率為12％±0.5％；D、制粒成型是將粉碎後的木質粉料送入木質顆粒成型機內進行壓製成型，其壓製成直徑為6mm或者8mm的木質顆粒，木質顆粒長度為1～5倍直徑，含水率在8％以下；E、冷卻、篩分是將成型後的木質顆粒送入冷卻篩分組合機內先冷卻30～45分鐘，顆粒降溫不小於60℃，碎料率不大於3％，然後進行篩分，篩分率不小於95％，篩分後的碎料返回制粒成型工序；F、包裝是將經冷卻、篩分後的木質顆粒送入包裝機內進行定量包裝即成木質顆粒燃料。
2.由權利要求1所述的方法製備的木質顆粒燃料。
全文摘要
本發明涉及一種本質顆粒燃料及其生產工藝，其特徵是採用木材廢料或森林採伐剩餘物作為原料，首先對其進行切片變成粗料，再送入氣流乾燥機進行乾燥，乾燥到一定溼度後再經粉碎成符合制粒要求的粉料，再進行制粒成型，成型時不加任何添加劑、利用制粒成型過程中產生的熱量將所含水分汽化來軟化粉料，再在擠壓力作用下，使粉料壓縮成顆粒，成型後的顆粒溫度較高、含有少量碎料，須進行冷卻和篩分，篩分出來的碎料返回制粒成型工序，成品顆粒則進入最後的包裝工序。按照上述工藝方法生產的木質顆粒可以降低能耗及無須任何添加劑，進而使產品成本降低，產品質量達到瑞典木質顆粒標準。
文檔編號C10L5/44GK1637122SQ20041004698
公開日2005年7月13日 申請日期2004年11月30日 優先權日2004年11月30日
發明者陳喜龍, 李際平, 譚躍輝, 王義強, 嚴永林, 黃衛文 申請人:中南林學院