一種高品質竹生物質機制炭棒的燒制工藝的製作方法
2023-10-30 23:24:47 2
本發明涉及一種炭棒燒制方法，尤其涉及一種高品質竹生物質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環境的破壞等問題的日益突出，開發可再生的生物質清潔能源已成為當今世界能源經濟發展的主要方向。我國是一個生物質資源生產大國，各種生物質資源十分豐富，如農作物秸稈和林業剩餘物。這些生物質資源的傳統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，而且對環境造成潛移默化的影響。
燒烤，人類最原始的烹調方式，並且一直延續到今天，是以燃料加熱產生乾燥空氣，並把食物放置於熱幹空氣中一個比較接近熱源的位置來加熱食物。現代社會，燒烤方式也逐漸多樣化，燒烤本身也成為一種多人聚會休閒娛樂方式或者為商業途徑。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，燒烤炭是環保、可再生的經濟能源。
機制木炭是我國在1989年前後引進日本技術開發的一種新的型炭，是木炭的一種。現在發展為以鋸末、竹屑、棉杆、稻殼、花生殼、甘蔗渣、糠醛渣、樹枝等任意一種或多種為原料，經高溫擠壓成型、炭化而成的可再生能源炭材料，可替代傳統木炭使用，被譽為「新一代能源」。較之傳統木炭具有形狀規則， 強度高、導熱性好、均勻、耐燃、不爆灰等優點，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作物秸稈等生物質材料生產機制燒烤炭的方法，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(苛性澱粉、羧甲基纖維素、糊精、水3∶1∶3∶4)混合製成成品。中國專利(專利公開號：CN 1081202 A)公開了一種新型燒烤炭生產工藝，它主要有氧化劑、炭素、煤和粘結劑組成，其特徵在於氧化劑Ca(NO3)2和KNO3兩種物質，佔比約為35％～50％，其工藝主要有混合、混捏、成型、烘乾幾個過程。中國專利(專利公開號：CN 1097022A)公開了一種點燃無害燒烤炭，其特點在於不含有毒助燃劑，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、分布範圍廣、生長速度快的生物質資源，是開發竹材固體生物質能源的重要潛在生物質資源。目前關於利用純竹材生產生物質燒烤炭的信息很少。目前國內外生產機制碳，為了追求碳棒成型率高、易點燃、高得炭率、生產周期短，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，這造成機制炭揮發分揮發不完全、粘結劑在燃燒時可能產生有害物質、可能在存放密度大的情況下引起自燃、燃燒過快、發熱量不高等情況。
現有生物質機制炭棒生產過程中採用低溫炭化，為了提高出炭率，炭棒未經過高溫精煉，導致炭棒內揮發分揮發不完全，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不完全，這將會導致在使用時有毒物質排放超標，對食物或者直接對人體有害，且在生產過程中成本增加。
技術實現要素：
本發明的目的就在於提供一種解決上述問題。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種高品質竹生物質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擠出的機制棒成垛堆放進窯內；
b.人工封窯、點火；
c.採用土窯分段炭化法，將竹生物質機制棒在溫度50-750℃之間間斷供氧，進行低溫碳化，碳化過程依次分為乾燥、預炭化、炭化和精煉四個階段；
乾燥、預炭化、炭化和精煉四個階段如下，
乾燥，將窯內溫度從50緩慢升至190℃左右，期間間斷供氧使竹生物質機制棒進行緩慢乾燥，此過程持續使自由水緩慢、充分蒸發，有利於防止棒的開裂和預炭化階段的進行；
預炭化，將窯內溫度控制到220±3℃進行預炭化，半纖維素開始分解，此過程持續一段時間，半纖維素緩慢的進行分解，然後緩慢給氧，將窯內溫度控制在230-240℃之間，達到半纖維素分解溫度，持續一段時間後，揮發分充分的揮發，半纖維素充分緩慢分解；控制給氧量，將窯內溫度控制在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；然後增加給氧量，將窯內溫度控制在280±3℃，並達到木質素分解溫度，此過程持續一段時間後，使木質素緩慢分解；然後增加給氧量，將窯內溫度升至340±10℃，纖維素分解完畢；進行纖維素、半纖維素、木質素緩慢分解防止分解過快產生大量氣體；
炭化，然後增加給氧量，將窯內溫度升至450±5℃進行高溫炭化，木質素 分解完畢；
精煉，繼續增加給氧量，將窯內溫度迅速升至750℃，封窯冷卻。
將精煉好的碳棒進行冷卻，將窯內溫度快速冷卻至440±10℃，然後進行第一次快速噴水冷卻，使溫度下降到240±10℃時，封窯蒸發水分，溫度先升後降；然後在溫度恆定在240±10℃時進行第二次噴水降溫，降溫至170±5℃時，封窯蒸發水分、排潮；然後開窯冷卻至60℃以下出窯。
e.將冷卻後的竹生物質機制炭棒經調溼處理，含水率控制在低於4％。
作為優選，所述竹生物質採用純竹材加工剩餘竹屑為原料，竹生物質擠出機制棒尺寸為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，含水率低於5％。
作為優選，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。
與現有技術相比，本發明的優點在於：採用純竹生物質機制棒為原料，採用低溫分段炭化，高溫迅速精煉的方法，徹底使揮發分揮發完全，使炭棒質地堅硬，燃燒值高，燃燒使用時無煙、五味、無毒。利用竹材加工剩餘物生產出一種節能、環保，發熱量高的竹生物質機制燒烤炭。該燃料的性能可滿足美國和歐洲標準的性能要求，可產生較好的經濟效益、環境效益和社會效益。該產品使用時，發熱量高，灰分低，符合環境保護要求，是中國具有商業化開發潛力的生物質固體燃料，具有較好的經濟效益、社會效益和環境效益。
具體實施方式
下面將對本發明作進一步說明。
實施例1：一種高品質竹生物質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擠出的機制棒成垛堆放進窯內；
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.採用土窯分段炭化法，將竹生物質機制棒在溫度50-750℃之間間斷供氧條件下進行低溫碳化，碳化過程依次為乾燥、預炭化、炭化和精煉四個階段，得到機制炭棒；
乾燥，將窯內溫度從50緩慢升至190℃左右，期間間斷供氧使竹生物質機制棒進行緩慢乾燥，此過程持續使自由水緩慢、充分蒸發，有利於防止棒的開裂和預炭化階段的進行。
預炭化，將窯內溫度控制到220±3℃進行預炭化，半纖維素開始分解，此過程持續一天；然後緩慢給氧，將窯內溫度控制在230-240℃之間，並達到半纖維素分解溫度，充分進行揮發分的揮發，充分分解半纖維素，此過程持續一天；然後將窯內溫度控制在240-250℃，進行緩慢升溫炭化，使纖維素分解開始，此過程持續一天；然後增加給氧量，將窯內溫度控制在280±3℃，並達到木質素分解溫度，此過程持續一天；然後增加給氧量，將窯內溫度升至340±10℃，纖維素分解完畢，此過程持續一天；
炭化，然後增加給氧量，將窯內溫度升至450±5℃進行高溫炭化，木質素分解完畢，此過程持續一天；
精煉，繼續增加給氧量，將窯內溫度迅速升至750℃，封窯冷卻，此過程持續一天。
d.將精煉好的碳棒進行冷卻，將窯內溫度快速冷卻至440±10℃，然後進行第一次快速噴水冷卻，使溫度下降到240±10℃時，封窯蒸發水分，溫度先升後降；然後在溫度恆定在240±10℃時進行第二次噴水降溫，降溫至170±5℃時，封窯蒸發水分、排潮；然後開窯冷卻至60℃以下出窯。
e.將冷卻後的竹生物質機制炭棒經調溼處理，含水率控制在5％以下
所述竹生物質採用純竹材加工剩餘竹屑為原料，竹生物質擠出機制棒尺寸為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，含水率低於5％。竹生物質機制炭棒的含水率低於4％。大於德國標準《木質生物質顆粒燃料》中規定的商業化生物質顆粒燃料燃燒熱值(17500J/g)的最低要求：
竹材是有纖維素、半纖維素、木質素三大類化合物組成，其中半纖維素佔14％-25％，纖維素佔40％-60％，木質素佔16％-34％，三者分解溫度分別為200-250℃，240-350℃，280-500℃。本工藝以各組分所佔比例為參考，控制各溫度段保溫時間和升溫速率，來使得炭率達到最優化。國內目前有許多竹加工企業，分布在福建、浙江、湖南、四川一帶，竹屑是此類企業的主要加工剩餘物，直接燃燒不但利用率低下，且造成環境汙染、能源浪費。本發明在竹生物質燒烤炭棒燒制過程中，同時收集竹焦油、竹醋液，以及直接利用揮發分燃燒乾燥竹屑，使能量達到最大利用率。有利於竹加工企業的剩餘物處理，提高竹加工企業利潤，降低環境汙染。
以上對本發明所提供的一種高品質竹生物質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於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據木發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有 改變之處，對本發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定的構思和範圍，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。