一種生物質(zhì)顆粒燃料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)燃料領(lǐng)域，尤其涉及一種生物質(zhì)顆粒燃料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以木肩、竹肩、樹枝、秸桿、植物殼等為原料，經(jīng)過專業(yè)機械、特殊工藝，無任何化學(xué)添加劑，高壓低溫壓縮成型的顆粒狀燃料統(tǒng)稱為生物質(zhì)顆粒燃料。生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)熱量高，清潔無污染，是替代化石能源的高科技環(huán)保產(chǎn)品。生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒時所釋放出的CO2大體上相當(dāng)于其生長時通過光合作用所吸收的CO2，所以生物質(zhì)顆粒的溫室氣體0)2為零排放。生物質(zhì)燃料屬于可再生能源。只要有陽光存在，綠色植物的光合作用就不會停止，生物質(zhì)能源就不會枯竭，溫室氣體保持動態(tài)平衡。沒有任何的環(huán)境污染問題。生物質(zhì)顆粒燃料的加工程序如下:原料粉碎-原料篩選-烘干-高溫壓制成型-冷卻-包裝。雖然生物質(zhì)顆粒燃料具有眾多優(yōu)勢，但實際的使用中仍然存在著一些問題。目前，已有研宄對生物質(zhì)燃料的燃燒特性進行了改進。
[0003]例如，已有研宄通過加入添加劑來改變生物質(zhì)燃料的燃燒特性。公布號為“CN103965985 A”的中國專利申請公開了一種生物質(zhì)燃料防結(jié)焦添加劑，用于解決秸桿類生物質(zhì)成型燃料堿金屬含量高、在燃燒過程中易結(jié)焦等問題，此發(fā)明的生物質(zhì)燃料防結(jié)焦添加劑主要由20?30%氧化鋁、15?30%碳酸鎂和40?65%的氧化鈣組成，并按照生物質(zhì)原料總重量的2?8%添加使用。公布號為“CN 104087361 A”的中國專利申請公開了一種生物質(zhì)顆粒燃料添加劑的制備和使用方法，該添加劑由氧化鈣、碳酸鈣、氧化鐵和凹凸棒石粘土混合制備而成，以一定的比例添加至生物質(zhì)原料中；使用該添加劑生產(chǎn)得到生物質(zhì)顆粒燃料，在燃燒過程中不容易發(fā)生結(jié)渣，燃燒效率高，極大的促進了生物質(zhì)燃料的燃燒性能，從而提高生物質(zhì)鍋爐的運行效率，使得生物質(zhì)燃料成為適合于各種規(guī)模的城市和工業(yè)鍋爐使用的高品位燃料。授權(quán)公告號為“CN 10550374 B”的中國專利申請公開了一種生物質(zhì)固體成型燃料添加劑，它涉及一種生物質(zhì)燃料添加劑，它解決了目前以秸桿為原料生產(chǎn)的生物質(zhì)固體成型燃料的灰熔點低，導(dǎo)致生物質(zhì)固體成型燃料在燃燒過程中容易結(jié)渣、易積灰、燃燒不充分，燃料利用率和燃燒效率低，以及燃燒所產(chǎn)生的煙氣嚴重腐蝕燃燒設(shè)備的問題；此發(fā)明添加劑由A1203、Fe2O3和高齡土混合組成。但以上專利均通過向生物質(zhì)燃料中加入添加劑提高灰熔點，從而解決生物質(zhì)燃料燃燒過程中存在著的易發(fā)生結(jié)焦、結(jié)渣的問題，進而提高了燃燒效率。然而，實際的生物質(zhì)燃料在制備和燃燒過程中還存在著其他問題，而這些問題的提出和解決可能大幅提高生物質(zhì)燃料的燃燒效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的生物質(zhì)燃料顆粒在制備和燃燒時，容易產(chǎn)生易揮發(fā)性的不完全燃燒的酸性煙氣，從而造成了環(huán)境污染，降低了生物質(zhì)燃料顆粒的燃燒效率的問題。
[0005]生物質(zhì)燃料如木材、秸桿、植物殼被廣泛用于制備生物質(zhì)燃料顆粒，這些原料大多數(shù)含半纖維素乙酰基，特別是木材富含木質(zhì)素、纖維素、乙酰基纖維素，木材全部成酸性，pH值在4-6.1之間，主要是因為原料中含有甲酸、醋酸、丙酸、苯酚、樹脂酸和其它酸性物質(zhì)。在儲存過程中，半纖維素乙?；舛梢宜?。在加工生物質(zhì)燃料顆粒時，由于擠壓，摩擦等導(dǎo)致升溫，酸和水的存在下加速水解生成更多的乙酸，乙酸和甲酸等屬于易揮發(fā)的有機酸，燃燒時，易揮發(fā)產(chǎn)生不完全燃燒的酸性煙氣。揮發(fā)的酸性煙氣不僅污染環(huán)境，還會降低燃燒效率。
[0006]因此，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)顆粒燃料，包括生物質(zhì)原料和添加劑，所述添加劑為碳酸鈣、碳酸鎂或兩者的混合物，所述添加劑的重量為所述生物質(zhì)原料重量的0.1?1.
[0007]在上述技術(shù)方案中，由于在生物質(zhì)原料中加入了添加劑，即碳酸鈣或碳酸鎂或兩者的混合物，使得生物質(zhì)原料中的易揮發(fā)性有機酸轉(zhuǎn)變成了相應(yīng)的有機酸鹽(如甲酸與碳酸鈣反應(yīng)生成甲酸鈣，乙酸可與碳酸鈣反應(yīng)生成乙酸鈣，甲酸與碳酸鎂反應(yīng)生成甲酸鎂，乙酸可與碳酸鎂反應(yīng)生成乙酸鎂等)，從而將易揮發(fā)性有機酸固定下來。因此，當(dāng)生物質(zhì)顆粒燃料初始燃燒時，易揮發(fā)性有機酸不會揮發(fā)出來污染空氣，而是以有機酸鹽的形式存在，當(dāng)燃燒至較高的溫度時，有機酸鹽中的有機物部分，在較高的溫度下得以完全燃燒，轉(zhuǎn)變?yōu)?)2排放出去，同時，鍋爐內(nèi)的燃燒溫度得以提高，CO、CH 4等可燃性氣體燃燒充分，提高了燃燒效率。
[0008]在上述技術(shù)方案中，添加劑的加入量較少，僅為所述生物質(zhì)原料重量的0.1?1.8%，因而添加劑的加入對生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒影響很小，最終生成的灰分較少。而且本發(fā)明的添加劑選擇碳酸鈣或碳酸鎂或兩者的混合物，相對于碳酸鈉、碳酸鉀等，對鍋爐設(shè)備無腐蝕性，延長了鍋爐的使用壽命。而且，本發(fā)明的添加劑相對于氧化鋁、碳酸鋁，對易揮發(fā)性有機酸的固定效果更好，燃燒效率更高。
[0009]所述生物質(zhì)原料可為木肩、竹肩、樹枝、秸桿、植物殼等生物質(zhì)原料，也可為幾種生物質(zhì)原料的任意組合。
[0010]作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述生物質(zhì)顆粒燃料還包含潤滑劑，所述潤滑劑的重量為所述生物質(zhì)原料重量的0.1?5%。
[0011]在上述技術(shù)方案中，由于在生物質(zhì)顆粒燃料的制粒過程中，生物質(zhì)顆粒之間以及生物質(zhì)顆粒與模具之間存在著摩擦，由于生物質(zhì)顆粒燃料內(nèi)部存在著微小的孔隙，因而摩擦?xí)p少顆粒之間傳遞的徑向與軸向力，進而出現(xiàn)掉顆粒、掉粉的問題，容易造成生物質(zhì)原料的浪費和粉塵污染。為了減少生物質(zhì)顆粒在制粒過程中的摩擦，本發(fā)明的生物質(zhì)顆粒燃料中添加了潤滑劑，潤滑劑可有效減少這種摩擦，增加了顆粒的流動性，減少掉顆粒、掉粉的現(xiàn)象的發(fā)生，制得的生物質(zhì)顆粒燃料完整光潔。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述潤滑劑為植物油或潤滑油。為了實現(xiàn)廢棄物料資源的綜合利用，所述潤滑劑優(yōu)選為回收的植物油或回收的潤滑油。為了實現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料的清潔燃燒，所述潤滑劑更優(yōu)選為植物油，最優(yōu)選為回收的植物油，如具有廣泛來源的地溝回收食用油(動物油，植物油)。
[0013]在上述技術(shù)方案中，為了實現(xiàn)良好的潤滑效果，所述潤滑劑為所述生物質(zhì)原料重量的0.1?5%。作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述潤滑劑為所述生物質(zhì)原料重量的0.3?3.5%，在此重量范圍之內(nèi)的潤滑劑的潤滑效果更佳。
[0014]作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述生物質(zhì)原料為雜木鋸末、秸桿、植物殼體中的任意一種或幾種混合。秸桿可為玉米桿、小麥秸桿、水稻秸桿，植物殼體可為稻殼、麥殼，生物質(zhì)原料還可為甘蔗渣。更優(yōu)選地，所述生物質(zhì)原料為雜木鋸末。相對于植物秸桿，雜木鋸末中鉀、鈉含量較少，生物質(zhì)顆粒燃料燃燒的干凈充分，不易引發(fā)鍋爐設(shè)備的積灰、積渣。
[0015]作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述添加劑為碳酸鈣粉，碳酸鎂粉或二者的混合物，其粒徑為小于500納米。這樣的添加劑更容易與生物質(zhì)原料均勻混合，在保證較少用量的條件下，實現(xiàn)與易揮發(fā)性有機酸的充分中和。
[0016]作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述添加劑為碳酸鈣粉和碳酸鎂粉的混合物，其中，碳酸鈣粉的重量百分比濃度為80?90%，碳酸鎂粉的重量百分比濃度為10?20%，碳酸鈣粉和碳酸鎂粉的粒徑為小于400納米。
[0017]作為對上述技術(shù)方案的進一步改進，所述添加劑的重量為所述生物質(zhì)原料重量的0.5?1.6%。在此重量范圍之內(nèi)的添加劑對易揮發(fā)性有機酸的固定效果更佳。
[0018]本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)顆粒燃料的制備方法，包括以下步驟:
[0019](I)干燥篩分后生物質(zhì)原料；
[0020](2)將干燥后的生物質(zhì)原料進行旋風(fēng)分離；
[0021](3)向經(jīng)旋風(fēng)分離后的生物質(zhì)原料中加入添加劑和潤滑劑，混合均勻；
[0022](4)將混合后生物質(zhì)原料、添加劑和潤滑劑在壓力為50?200MPa，溫度為70?110°c的條件下進行擠壓制粒，冷卻后即得所述生物質(zhì)顆粒燃料。
[0023]在上述技術(shù)方案中，生物質(zhì)顆粒燃料對生物質(zhì)原料的含水量有較嚴格的要求，生物質(zhì)原料經(jīng)過篩分后，需進行干燥，干燥時可利用烘干機通過熱風(fēng)或紅外線干燥。
[0024]生物質(zhì)原料烘干后，在傳送的過程中，會有大量的濕氣存在，通過旋風(fēng)分離可將濕氣排走，旋風(fēng)分離可在旋風(fēng)分離器中進行。
[0025]向經(jīng)旋風(fēng)分離后的生物質(zhì)原料中加入添加劑和潤滑劑后，潤滑劑可減少生物質(zhì)顆粒之間以及生物質(zhì)顆粒與模具之間存在的摩擦，更有利于后續(xù)的制粒過程。
[0026]在擠壓制粒的過程中，壓力是一個重要的影響因素，合適的壓力不僅可節(jié)省能耗，還可確保生物質(zhì)顆粒燃料的良好成型性。在制粒過程中，壓力較小時，顆粒之間的空隙被相鄰顆粒相互充填，顆粒間的位置不斷更新，當(dāng)顆粒間所有較大的空隙都被進入的顆粒占據(jù)后，隨著壓力繼續(xù)增加，顆粒本身發(fā)生變形，這時，顆粒在垂直于最大主應(yīng)力的平面上被延展，當(dāng)顆粒被延展到相鄰兩顆粒相互接觸的時候，再增加壓力，顆粒就會相互結(jié)合，分散的顆粒被壓縮成型。溫度是另一個影響制粒的重要因素，生物