生物質(zhì)成型顆粒燃料的制備方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源和固體廢棄物再利用領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)成型顆粒燃料的制備方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對化石燃料需求的增長，化石燃料資源的消耗正以驚人的速度加快，而且使用煤炭會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此尋找替代能源的任務(wù)日益迫切。生物質(zhì)能源是一種可再生能源，我國農(nóng)林廢物十分豐富，2010年產(chǎn)秸桿7億噸，產(chǎn)林業(yè)三剩物3億噸。生物質(zhì)能源利用的方式主要有直燃、致密成型、液化、氣化。目前，生物質(zhì)致密成型技術(shù)是生物質(zhì)利用的有效途徑，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化利用。
[0003]生物質(zhì)成型燃料是一種環(huán)保清潔的能源，其優(yōu)點(diǎn)包括燃燒效率高，灰分、含硫和含氮量較低，以及儲運(yùn)成本不高，適宜成為國內(nèi)外城市供熱的主要清潔燃料。然而，成型能耗過高、設(shè)備磨損嚴(yán)重和成型燃料質(zhì)量不佳是限制生物質(zhì)成型技術(shù)規(guī)?；闹饕款i。其中的原因主要是生物質(zhì)成型原料來源廣泛，且種類繁多。常規(guī)成型設(shè)備通常對原料的種類和尺寸有要求，使用來源不一且外形多樣的原料將導(dǎo)致成型能耗過高、設(shè)備磨損嚴(yán)重和成型燃料質(zhì)量不佳等問題。
[0004]再者，我國中南和南方地區(qū)普遍氣候濕熱，全年濕度在80%以上。成型燃料生產(chǎn)和使用之間存在的時(shí)空差異，使得成型燃料長距離運(yùn)輸和跨季節(jié)儲存日漸成為產(chǎn)業(yè)常態(tài)。成型燃料放置于空氣濕度較大的環(huán)境中，組成成型燃料的生物質(zhì)(例如木肩)微粒內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)和親水性基團(tuán)會因物理和化學(xué)吸附而吸水。過高的成型燃料含水率會導(dǎo)致成型燃料燃燒性能降低，體積膨脹，強(qiáng)度降低，容易破碎，甚至發(fā)生粉化和霉變，導(dǎo)致倉儲中爆炸或自燃事故的發(fā)生。因此，制備較高密度和高抗吸水性的成型燃料具有重要意義。
[0005]烘焙(torrefact1n)又稱碳化、低溫?zé)峤?，是一種在常壓、無氧的情況下，在200°C?300°C內(nèi)慢速熱解，脫除生物質(zhì)中的水分和輕質(zhì)揮發(fā)的過程。通過烘焙處理，可以有效的降低生物質(zhì)的含水量和含氧量，提高生物質(zhì)能量密度，降低運(yùn)輸和存儲成本。雖然烘焙能夠提高生物質(zhì)的能量密度，但烘焙過程中生物質(zhì)只有很小的收縮，導(dǎo)致烘焙后生物質(zhì)的體積只有輕微的降低，因此烘焙后生物質(zhì)的體積能量密度并不高。但目前的研宄表明，烘焙生物質(zhì)直接成型，成型顆粒的強(qiáng)度不高，成型所需的能耗增大。
[0006]污泥是污水處理的副產(chǎn)物，含有蛋白質(zhì)和多糖等粘性有機(jī)物，我國每年排放干污泥約5X106t，且每年以10%的速度增長。近年來，國內(nèi)外也有一些文獻(xiàn)和專利報(bào)道了污泥與生物質(zhì)或是原煤混合經(jīng)過成型加工成固體燃料，名稱為一種復(fù)合型污泥燃料及其制備方法(申請?zhí)?201010221587.0)的專利中采用了重量百分比為20%?50%的煤粉，煤粉的加入雖然能夠提高成型燃料熱值，但不利于節(jié)能減排。也有一些專利采用了污泥與生物質(zhì)在較高含水率下先成型后干化的工藝，如一種制備污泥成型燃料的方法及裝置(申請?zhí)?201110123139.1)的專利中將含水率70%?85%的污泥與秸桿混合，再加入化學(xué)調(diào)質(zhì)劑后脫水，經(jīng)造粒機(jī)造粒后，自然干燥得到含水率35%左右的固體燃料；還有一些專利采用了污泥與生物質(zhì)先混合，再脫水干燥至較低含水率，然后將混合物成型得到固體燃料，如名稱為一種固型燃料的生產(chǎn)方法(申請?zhí)?201010119602.0)的專利中將含水80%以上的城市污泥與生物質(zhì)粉混合，脫水至含水率20%以下，然后低壓成型得固體燃料。
[0007]目前，生物質(zhì)成型燃料大多存在儲存困難，儲存成本高，成型燃料易發(fā)霉、破裂、體積膨脹、強(qiáng)度降低，嚴(yán)重的可導(dǎo)致倉庫爆炸或自燃事故的發(fā)生。生物質(zhì)成型所需的溫度和壓強(qiáng)較大，設(shè)備損耗嚴(yán)重，成型易損件壽命短是生物質(zhì)成型技術(shù)規(guī)模化的主要瓶頸。生物質(zhì)成型原料的不足、原料的季節(jié)性變化和原料物理化學(xué)性質(zhì)的差異也限制了生物質(zhì)成型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗吸水能力強(qiáng)、儲運(yùn)成本低、不易霉變、強(qiáng)度高的生物質(zhì)成型顆粒燃料的制備方法，還相應(yīng)提供一種運(yùn)行成本低、成型條件溫和、成型設(shè)備損耗小、熱能利用率高、所得成型顆粒燃料性能好的生物質(zhì)成型顆粒燃料的制備系統(tǒng)。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
[0010]一種生物質(zhì)成型顆粒燃料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]I)干燥:用160°C?200°C的高溫蒸汽將生物質(zhì)原料和污泥原料分別干燥，至生物質(zhì)原料的含水率< 10%，污泥原料含水率為25%?35% ;
[0012]2)粉碎:對干燥后的污泥原料進(jìn)行粉碎，粉碎后污泥原料的粒徑< 5_，對干燥后的生物質(zhì)原料進(jìn)行粗粉，粗粉后生物質(zhì)原料的粒徑為5_?20_ ；
[0013]3)烘焙:將步驟2)中粗粉后的生物質(zhì)原料置于一生物質(zhì)烘焙裝置中進(jìn)行烘焙，采用220°C?300°C的高溫?zé)煔饪刂粕镔|(zhì)烘焙裝置的入口溫度為200°C?280°C，出口溫度為150°C?200°C，在缺氧條件下烘焙1min?40min，烘焙后冷卻；
[0014]4)細(xì)粉:將步驟3)中烘焙冷卻后的生物質(zhì)原料進(jìn)行細(xì)粉，細(xì)粉后生物質(zhì)原料的粒徑 < 3mm ;
[0015]5)成型:將污泥添加劑、步驟2)中粉碎后的污泥原料和步驟4)中細(xì)粉后的生物質(zhì)原料混合均勻，調(diào)節(jié)混合原料的含水率為12%?18%，然后在一顆粒成型機(jī)中擠壓成型，得到生物質(zhì)成型顆粒燃料。
[0016]上述制備方法，優(yōu)選地，所述步驟(5)中，所述粉碎后的污泥原料與所述細(xì)粉后的生物質(zhì)原料的干基質(zhì)量比為45?70: 55?30，所述污泥添加劑的質(zhì)量為所述粉碎后的污泥原料干基質(zhì)量的2%?4%。
[0017]上述制備方法，優(yōu)選地，所述污泥添加劑主要由生石灰、硫酸錳、碳酸鎂、硫酸亞鐵和活性炭組成，其中，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，生石灰為87 %?92 %，硫酸錳為O?8 %，碳酸鎂為O?6 %，硫酸亞鐵為O?5 %，活性炭為O?4 %。
[0018]上述制備方法，優(yōu)選地，所述生物質(zhì)原料包括稻草、杉木肩、黧蒴栲木肩、玉米秸桿、稻殼、刨花、枝丫材、松木肩、樟木肩中的一種或多種。
[0019]作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)成型顆粒燃料的制備系統(tǒng)，所述制備系統(tǒng)包括原料處理系統(tǒng)、成型系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)，所述原料處理系統(tǒng)包括生物質(zhì)原料處理系統(tǒng)和污泥原料處理系統(tǒng)，所述生物質(zhì)原料處理系統(tǒng)包括依次連接的生物質(zhì)干燥裝置、生物質(zhì)粗粉裝置、生物質(zhì)烘焙裝置、生物質(zhì)細(xì)粉裝置和生物質(zhì)料倉，所述污泥原料處理系統(tǒng)包括依次連接的污泥干燥裝置、污泥粉碎裝置和污泥料倉，所述生物質(zhì)干燥裝置和污泥干燥裝置連接；
[0020]所述成型系統(tǒng)包括依次連接的污泥添加劑料倉、混合裝置、顆粒成型機(jī)和冷卻裝置，所述污泥料倉和生物質(zhì)料倉與混合裝置連接；
[0021]所述鍋爐系統(tǒng)包括生物質(zhì)鍋爐，還包括用于提供干燥所需高溫蒸汽的高溫蒸汽管道，所述高溫蒸汽管道一端與生物質(zhì)鍋爐連接，另一端與所述生物質(zhì)干燥裝置和/或污泥干燥裝置連接；所述鍋爐系統(tǒng)還包括用于提供烘焙所需高溫?zé)煔獾母邷毓夤?，所述高溫供氣管上設(shè)有高溫除塵器和高溫風(fēng)機(jī)，所述高溫供氣管一端與生物質(zhì)鍋爐連接，另一端與所述生物質(zhì)烘焙裝置連接；所述鍋爐系統(tǒng)還包括排氣系統(tǒng)。
[0022]上述制備系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述排氣系統(tǒng)包括排氣管以及煙囪，所述排氣管一端與生物質(zhì)鍋爐連接，另一端與煙囪連通，所述排氣管上設(shè)有袋式除塵器和脫硫裝置，所述生物質(zhì)鍋爐排出的煙氣通過所述排氣管經(jīng)袋式除塵器和脫硫裝置從煙囪排出。
[0023]上述制備系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述鍋爐系統(tǒng)還包括熱氣管，所述熱氣管一端與所述生物質(zhì)鍋爐連接，另一端與所述生物質(zhì)烘焙裝置連接，所述生物質(zhì)烘焙裝置產(chǎn)生的熱解氣和經(jīng)過換熱后的煙氣通過熱氣管輸送到生物質(zhì)鍋爐燃燒。
[0024]上述制備系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述制備系統(tǒng)還包括一分配系統(tǒng)，所述分配系統(tǒng)包括成型燃料倉以及用于將生物質(zhì)成型顆粒燃料分配至成型燃料倉和生物質(zhì)鍋爐的分配器，所述分配器與所述成型燃料倉之間設(shè)置有用于將生物質(zhì)成型顆粒燃料進(jìn)行稱量和包裝的打包秤。
[0025]上述制備系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述生物質(zhì)烘焙裝置為循環(huán)流化床。
[0026]上述制備系統(tǒng)中，優(yōu)選地