一種生物質顆粒燃料及其製備方法
2023-10-10 17:36:14
一種生物質顆粒燃料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種生物質顆粒燃料製備方法，包括如下步驟：蒸煮步驟：將所述農林廢棄物原料進行蒸煮軟化；熱磨步驟：將蒸煮軟化後的原料進行熱磨處理，分離出纖維；乾燥步驟：將所述分離出的纖維進行乾燥處理；制粒步驟：將乾燥後的纖維壓縮成顆粒。本發明所述的生物質顆粒燃料製備方法能夠將農林廢棄物實現資源化利用，減少了環境汙染；該方法對農林廢棄物進行蒸煮、熱磨處理來替代現有工藝中的粉碎處理，使得最終的顆粒燃料由纖維製成而不是粉末製成，進而使得燃料產品的視密度、熱量提高，燃燒後產生的粉塵較少，更為環保。
【專利說明】一種生物質顆粒燃料及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物能源領域，尤其涉及一種利用農林廢棄物製備生物質顆粒燃料的 方法以及由此方法得到的生物質顆粒燃料。
【背景技術】
[0002] 生物質能顆粒燃料是替代燃油、煤等高成本燃料的理想選擇，使用生物質能顆粒 燃料的成本不到燃油的1/3,不到用電、煤氣的一半，可全面替代電、煤、油、天然氣。所謂生 物質能顆粒燃料是指把秸杆、木肩、雜草、灌木枝條乃至果殼果皮等農林廢棄物在常溫或高 溫下壓縮形成的高密度燃料棒或顆粒。一般農作物秸杆、木肩都具有疏鬆、密度小、單位體 積的熱值低等缺點，作為燃料使用很不方便，生物質成型燃料成型技術不僅能有效地解決 這一問題，而且能有效地改變木肩、秸杆等的燃燒特性，實現快速、潔淨燃燒。成品顆粒可直 接作為燃料燃燒，且顆粒的燃燒值比傳統的燃燒方式燃燒值高4倍，是一種燃燒方式和熱 值均接近煤炭卻基本無汙染物排放的高品位清潔能源，為城市、農村生活用能及工業用能 提供了一種既環保又經濟、安全的綠色消費方式。
[0003] 現有的生物質顆粒燃料製備一般是將農林廢棄物進行切片、粉碎和乾燥之後，經 制粒機壓縮成顆粒。但是，經上述工藝製備的生物質顆粒燃料存在著燃料發熱量較低，燃燒 後產生粉塵多的問題。
【發明內容】
[0004] 為克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種生物質顆粒燃料的製備方 法，通過該方法製得的生物質顆粒燃料更環保。
[0005] 一方面，本發明提供了一種生物質顆粒燃料製備方法，包括如下步驟：蒸煮步驟： 將所述農林廢棄物原料進行蒸煮軟化；熱磨步驟：將蒸煮軟化後的原料進行熱磨處理，分 離出纖維；乾燥步驟：將所述分離出的纖維進行乾燥處理；制粒步驟：將乾燥後的纖維壓縮 成顆粒。
[0006] 可選地，根據本發明的製備方法，在所述蒸煮軟化步驟中，將所述農林廢棄物原料 在壓力為6-8bar、溫度為150-160°c的飽和蒸汽下蒸煮軟化。
[0007] 可選地，根據本發明的製備方法，在所述蒸煮軟化步驟中，蒸煮軟化時間為1-3分 鍾。
[0008] 可選地，根據本發明的製備方法，在所述熱磨步驟中，將蒸煮軟化後的原料在壓力 8_9bar，溫度140_150°C下進行熱磨處理。
[0009] 可選地，本發明所述的製備方法，在所述乾燥步驟中，採用110-140°C的煙氣作為 加熱介質對分離出的纖維乾燥。
[0010] 可選地，根據本發明的製備方法，進一步包括水洗步驟：在進行蒸煮步驟之前，將 所述農林廢棄物原料進行清洗。
[0011] 可選地，根據本發明的製備方法，進一步包括冷卻步驟：在完成制粒後，將壓縮成 的顆粒冷卻至常溫。
[0012] 可選地，根據本發明的製備方法，所述農林廢棄物為木材、鋸末、木肩、果殼和/或 稻杆。
[0013] 可選地，根據本發明的製備方法，所述農林廢棄物為木材、果殼或秸杆時，對其進 行切片處理。
[0014] 另一方面，本發明還提供了一種由上述製備方法得到的生物質顆粒燃料。
[0015] 本發明所述的生物質顆粒燃料製備方法能夠將農林廢棄物實現資源化利用，減少 了環境汙染；該方法對農林廢棄物進行蒸煮、熱磨處理來替代現有工藝中的粉碎處理，使得 最終的顆粒燃料由纖維製成而不是粉末製成，進而使得產品的視密度、熱量提高，燃料燃燒 後產生的粉塵較少，更為環保。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通 技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明 的限制。在附圖中：
[0017] 圖1為本發明所述生物質顆粒燃料製備方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 本發明提供了許多可應用的創造性概念，該創造性概念可大量的體現於具體的上 下文中。在下述本發明的實施方式中描述的具體的實施例僅作為本發明的【具體實施方式】的 示例性說明，而不構成對本發明範圍的限制。
[0019] 下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的描述。
[0020] 本發明提供了一種生物質顆粒燃料製備方法，該方法充分利用諸如木材、鋸末、木 肩、果殼、秸杆等農林廢棄物中的任意一種或者它們的混合物來製備生物質顆粒燃料，實現 廢物利用，減少環境汙染。其中，所述木材包括各種樹木的樹幹、樹枝等，所述果殼可以為諸 如花生殼、瓜子殼、核桃殼等，所述秸杆可以為諸如玉米秸杆、甘蔗秸杆、棉花秸杆、水稻秸 杆等植物稻杆。
[0021] 圖1示出了本發明所述生物質顆粒燃料製備方法的流程示意圖。如圖1所示，該 製備方法包括如下步驟：
[0022] 蒸煮步驟S1200 :將所述農林廢棄物原料進行蒸煮軟化；
[0023] 熱磨步驟S1300 :將蒸煮軟化後的原料進行熱磨處理，分離出纖維；
[0024] 乾燥步驟S1400 :將所述分離出的纖維進行乾燥處理；
[0025] 制粒步驟S1500 :將乾燥後的纖維壓縮成顆粒。
[0026] 其中，在所述蒸煮軟化步驟S1200中，採用立式蒸煮缸對所述農林廢棄物材料進 行蒸煮處理。對所述片狀原料進行蒸煮的目的是用最低的能耗獲得最優質的纖維。用高溫 加熱纖維原料，能夠降低纖維原料細胞壁間力學性能，軟化將纖維牢固的胞間層。 申請人:發 現，當蒸煮溫度達到150°C時，纖維胞間層明顯軟化，溫度高於160°C時，胞間層處於熔溶狀 態而失去結合力，此時分離纖維，纖維形態好，能耗也僅為常溫下的1/4-1/5。但是 申請人:同 時也發現，蒸煮溫度並非越高越好，實驗表明，超過170°C後，分離纖維的能耗不再降低，反 而使纖維值下降，出現纖維顏色變深，脆化和得率低等弊端。因此，優選地，本發明中，將片 狀原料在壓力為6-8bar、溫度為150-160°C的飽和蒸汽下蒸煮軟化，蒸煮時間為1-3分鐘。 通過蒸煮軟化處理，保證了軟化的片狀材料提供給熱磨工序製備合格的纖維。
[0027] 當採用諸如鋸末、木肩等體積較小的原料時，可將原料直接進行蒸煮處理，而採用 諸如木材、果殼、秸杆等體積較大的原材料時，在進行蒸煮處理之前，優選對其進行切片處 理，即，將原料經削片機加工，製成小於30mmX20mmX5mm的規格片狀，然後通過振動篩進 行篩選，將均勻的片狀材料篩選出來，進入下一工序。
[0028] 在所述熱磨步驟S1300中，在加熱弱化纖維牢固的結合作用後，通過機械方法而 獲得纖維。具體地，是將經過蒸煮的原料在熱磨機中進行處理，原料在高速旋轉的磨片中分 離成纖維。優選地，在熱磨機磨纖壓力為8-9bar，溫度為140-150°C的條件下熱磨4-8分鐘 (優選為5分鐘）。熱磨法適用於多種原料製漿，能獲得大量柔韌性和交織性好的完整纖維 (得率高達95% )，能夠大幅度提高勞動生產率。
[0029] 在所述乾燥步驟S1400中，採用高溫煙氣作為加熱介質對分離出的纖維進行幹 燥，使其含水量達到20 %。傳統工藝採用的熱風爐對原料進行烘乾，水分控制較難，誤差 很大，導致最終製成的顆粒燃料產品品質不一。本申請中，採用的乾燥方式為閃急式管道 乾燥，閃急乾燥又稱氣流乾燥、瞬間乾燥，就是將溼纖維與乾燥熱氣流混合，使纖維呈懸浮 狀態在管道內輸送，其溼纖維的水分因吸熱汽化而被乾燥熱氣流帶走，達到纖維乾燥的目 的。採用該種乾燥方式，能夠將纖維的最終含水量誤差控制在0.1%以內；同時，在乾燥過 程中，纖維中的水分汽化大量吸熱，而纖維本身的溫度並不顯著提高，不會造成纖維過熱降 解而降低纖維本身強度。由於精確的控制了纖維的水分，保障生物質顆粒成型燃料的質量 及產量。
[0030] 一般地，使用110-140 °C的煙氣作為加熱介質對分離出的纖維乾燥，乾燥所需時間 為40-60秒，乾燥後的管道出口的煙氣溫度一般控制在50-65°C。乾燥後的纖維經風壓輸送 管道及設備送至制粒系統，即可進行制粒。傳統制粒生產時，由於輸送的是粉碎後的細粉狀 原料，輸送效率低，並且經常造成輸送管道堵塞，本發明中輸送的是乾燥纖維，輸送速度快， 且不會造成管路堵塞。
[0031] 在所述制粒步驟S1500中，採用制粒機將乾燥後的纖維製成顆粒。由於生物質顆 粒燃料製備所用的原料為木材、鋸末、木肩、果殼、秸杆等各種農林廢棄物，這些生物質細胞 中含有大量的纖維素、半纖維素和木質素，佔植物體成分的2/3以上。當溫度達到70-1KTC 左右時，木質素發生軟化，黏合力增加；在200-300°C時軟化程度加劇，此時通過施加外壓 力黏結組合成具有一定形狀的生物質成型塊。由於非彈性或黏彈性的纖維分子之間相互纏 繞及絞合，在外部壓力消除後，不會再恢復原來的結構形狀，從而製成所需的顆粒形狀。本 發明中，採用現有的制粒機即可，由於制粒機工作原理及過程均已知，在此不做贅述。
[0032] 優選地，本發明的製備方法進一步包括水洗步驟S1100, S卩，在進行蒸煮步驟 S1200之前，將所述農林廢棄物原料進行清洗，去除原料中所含的泥石、沙子和其它雜質，保 證生物質顆粒燃料的純淨度，提高燃料發熱量，同時降低後續制粒機的生產能耗，降低生產 成本。
[0033] 進一步優選地，本發明的製備方法進一步包括冷卻步驟S1600 :在完成制粒後，將 壓縮成的顆粒冷卻至常溫。出料時的生物質顆粒燃料溫度較高（高達80-90°C )，結構較為 鬆弛，容易破碎，最好冷卻至常溫後再裝袋入庫。其中，常溫也叫一般溫度或者室溫，一般定 義為25°C。
[0034] 根據本發明提出的生物質顆粒燃料以及其製備方法的可選因素較多，可以設計出 多種實施例，因此具體的實施例僅作為本發明的具體實現方式的示例性說明，而不構成對 本發明範圍的限制。為了具體的描述本發明，選擇以下實施例進行示例性說明。
[0035] 實施例1
[0036] 選擇木肩、鋸末的混合物作為製備生物質顆粒燃料的原料。將原料送至水洗系統 中進行清洗，去除其中所含的泥石、沙子和其它雜質。將清洗後的原料在壓力為7bar、溫度 為150°C的飽和蒸汽下蒸煮3分鐘，使材料軟化。之後將軟化後的材料在壓力為8bar，溫度 為140°C的條件下熱磨5分鐘，分離出纖維。將纖維輸送至乾燥管道，採用110°C的煙氣作 為加熱介質對纖維乾燥40秒使其含水量達到20%。最後將乾燥後纖維輸送至制粒機中進 行制粒，待制粒完成後將顆粒冷卻至常溫即可得到成品。
[0037] 實施例2
[0038] 選擇樹枝、木肩、鋸末的混合物作為製備生物質顆粒燃料的原料。將樹枝經削片機 加工，製成小於30_X20_X 5mm的規格片狀，然後通過振動篩進行篩選，將均勻的片狀材 料篩選出來。將切成片狀的樹枝與木肩和鋸末一起送至水洗系統中進行清洗，去除其中所 含的泥石、沙子和其它雜質。將清洗後的原料在壓力為8bar、溫度為160°C的飽和蒸汽下蒸 煮1分鐘，使材料軟化。之後將軟化後的材料在壓力為9bar，溫度為150°C的條件下熱磨5 分鐘，分離出纖維。將纖維輸送至乾燥管道，採用140°C的煙氣作為加熱介質對纖維乾燥60 秒使其含水量達到20%。最後將乾燥後纖維輸送至制粒機中進行制粒，待制粒完成後將顆 粒冷卻至常溫即可得到成品。
[0039] 實施例3
[0040] 選擇花生殼、玉米秸杆的混合物作為製備生物質顆粒燃料的原料，將花生殼和玉 米秸杆經削片機加工，製成小於30mmX20mmX5mm的規格片狀，然後通過振動篩進行篩選， 將均勻的片狀材料篩選出來。將切片後的材料送至水洗系統中進行清洗，去除其中所含的 泥石、沙子和其它雜質。將清洗後的原料在壓力為7bar、溫度為160°C的飽和蒸汽下蒸煮2 分鐘，使材料軟化。之後將軟化後的材料在壓力為9bar，溫度為150°C的條件下熱磨5分鐘， 分離出纖維。將纖維輸送至乾燥管道，採用120°C的煙氣作為加熱介質對纖維乾燥50秒使 其含水量達到20%。最後將乾燥後纖維輸送至制粒機中進行制粒，待制粒完成後將顆粒冷 卻至常溫即可得到成品。
[0041] 對比例1
[0042] 採用與實施例1相同重量配比的木肩、鋸末的混合物作為製備生物質顆粒燃料的 原料。採用傳統工藝製備顆粒燃料，具體操作為：將所述原料置於熱風爐中乾燥至含水量 20%左右，然後將乾燥後的原料粉碎成粒徑為5_左右的粉末，最後將粉末輸送至制粒機 中進行制粒，待制粒完成後將顆粒冷卻至常溫即可得到成品。
[0043] 對比例2
[0044] 採用與實施例2相同重量配比的樹枝、木肩、鋸末的混合物作為製備生物質顆粒 燃料的原料。顆粒燃料的製備方法同對比例1。
[0045] 對比例3
[0046] 採用與實施例3相同重量配比的花生殼、玉米秸杆的混合物作為製備生物質顆粒 燃料的原料。顆粒燃料的製備方法同對比例1。
[0047] 對比例4
[0048] 該對比例採用與實施例1相同重量配比的木肩、鋸末的混合物作為製備生物質顆 粒燃料的原料。該對比例採用與實施例相同的製備方法製備顆粒燃料，唯一的不同在於省 略了水洗步驟。
[0049] 本發明所述生物質顆粒燃料製備工藝與傳統製備工藝相比，增加了水洗、蒸煮和 熱磨工藝，同時對乾燥工藝進行了改進。經過水洗去除了泥沙粉塵成分，極大得提高了原料 潔淨度，纖維形態的原料由於均勻、細膩、柔軟、含水率低且穩定，為加工制粒提供了優越的 條件，使得加工阻力變小順暢，從而使得設備磨損、電耗下降，制粒機環模的使用壽命明顯 提高（震動、噪音下降），從而生產成本降低，產量提高。具體地，採用傳統工藝時，單臺制粒 機的產量為1. 5噸/h，而採用本發明工藝時，單臺制粒機的產量可達1. 8噸/h產量，產量明 顯提高；採用傳統工藝時，制粒機環模的使用壽命為4000噸左右的生產量，而採用本發明 工藝時，制粒機環模的使用壽命為8000噸左右的生產量，使用壽命提高了一倍；採用傳統 工藝時，每小時的用電量為160度，而採用本發明工藝時，每小時的用電量為128度，電耗降 低明顯。
[0050] 相對於傳統工藝製得的產品，通過本發明方法製得的生物質顆粒燃料產品自身在 視密度、破碎率、發熱量等特徵也有明顯改善。為了更好地說明上述技術優勢，本發明申請 人對實施例1-3以及對比例1-4製得的產品特徵進行了測定，各項檢測指標的檢測方法 為：
[0051] 發熱量一按GB/T 213的規定執行；
[0052] 視密度一準確稱量生物質顆粒20粒。在量筒中裝上其容量一半的水，讀取水面刻 度，將稱量好的顆粒倒入量筒水中，若出現漂浮現象，迅速用大頭針將其扎入水中，在10秒 內迅速讀取水面刻度；
[0053] 破碎率一生物質顆粒燃料中小於規定粒度部分的質量佔測定質量的百分比，本檢 測項目中規定的粒度為3mm ;具體檢測步驟為：選定生物質顆粒燃料的一個完整包裝，在鎊 秤上稱得質量後打開包裝，將裡面的顆粒燃料倒在鐵板上，用臺秤稱包裝物的質量，用鋼叉 叉起燃料放入原包裝中，鐵板上殘留的燃料經3_圓孔篩過濾後，稱得篩下物的質量；
[0054] 揮發分一按GB/T 212的規定執行；
[0055] 灰分一按GB/T 212的規定執行；
[0056] 水分一按GB/T 211的規定執行；
[0057] 全硫一按GB/T 214的規定執行。
[0058] 根據上述檢測方法得到的具體結果如下表1所示。
[0059] 表 1
[0060]
【權利要求】
1. 一種生物質顆粒燃料製備方法，包括如下步驟： 蒸煮步驟：將所述農林廢棄物原料進行蒸煮軟化； 熱磨步驟：將蒸煮軟化後的原料進行熱磨處理，分離出纖維； 乾燥步驟：將所述分離出的纖維進行乾燥處理； 制粒步驟：將乾燥後的纖維壓縮成顆粒。
2. 根據權利要求1所述的製備方法，其中，在所述蒸煮軟化步驟中，將所述農林廢棄物 原料在壓力為6-8bar、溫度為150-160°C的飽和蒸汽下蒸煮軟化。
3. 根據權利要求2所述的製備方法，其中，在所述蒸煮軟化步驟中，蒸煮軟化時間為 1-3分鐘。
4. 根據權利要求1所述的製備方法，其中，在所述熱磨步驟中，將蒸煮軟化後的原料在 壓力8-9bar，溫度140-150°C下進行熱磨處理。
5. 根據權利要求1所述的製備方法，其中，在所述乾燥步驟中，採用110_140°C的煙氣 作為加熱介質對分離出的纖維乾燥。
6. 根據權利要求1-5任一項所述的製備方法，其中，進一步包括水洗步驟：在進行蒸煮 步驟之前，將所述農林廢棄物原料進行清洗。
7. 根據權利要求1-5任一項所述的製備方法，其中，進一步包括冷卻步驟：在完成制粒 後，將壓縮成的顆粒冷卻至常溫。
8. 根據權利要求1-5任一項所述的製備方法，其中，所述農林廢棄物為木材、鋸末、木 肩、果殼和/或秸杆。
9. 根據權利要求8所述的製備方法，其中，所述農林廢棄物為木材、果殼或秸杆時，對 其進行切片處理。
10. -種根據權利要求1-9任一項所述的製備方法得到的生物質顆粒燃料。
【文檔編號】C10L5/44GK104449934SQ201410794804
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】羅楊 申請人:雲南玉加寶人造板有限公司