本发明工农业生产废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种利用工农业废弃物制备生物质燃料的方法。
背景技术
随着能源资源消耗日益严重，能源资源也日趋紧张，环境污染问题日益突出，各个行业开始对可再生能源的使用意识逐步加强，其中生物质能源的利用是目前最切实可行的。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料(biomassmouldingfuel，简称“bmf”)，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型(如块状、颗粒状等)的，可直接燃烧的一种新型燃料，燃烧值3500～4500cal/g，能源密度与中质烟煤相当，输送、储存方便，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域。生物质能是一种可再生清洁能源，具有挥发性高，污染小等特点，而我国具有丰富的生物质资源，就我国的基本国情和生物质资源而言，研究和发展生物质燃烧技术无疑成为我国高效利用生物质资源的有效途径之一。
在我国，目前生产生物质燃料的企业取材大多局限于竹、木屑等富含纤维素的材料，往往是利用秸秆、锯末、甘蔗渣、竹屑等与煤直接混合形成一种复合型的生物质燃料；但是这种生物质燃料中秸秆等的着火点在300℃左右，而煤的着火点却在500℃以上。这样将容易造成秸秆完全燃烧后煤却还没有起燃，不能达到协同作用的效果。另外一个问题是当生物质燃料中添加有煤时，在燃烧的过程中容易产生硫化物污染环境。在福建漳州龙岩两地有较大规模的皮革加工基地和食品饮料加工企业和生猪养殖、烤烟种植基地及相当庞大的厨余垃圾，对于这些规模化的工农业生产最终都会产出大量的废弃物，例如皮革厂会产出大量的牛肉渣和牛毛废弃物，食品饮料加工企业会产出大量茶叶渣和草渣废弃物，养殖场的粪污，烤烟种植基地收成后的烟杆等，这些都是对于企业或者养殖户和烟农而言感到非常棘手的问题。目前，关于工农业中动植物废弃物的资源化处理受到越来越广泛的关注，而动植物的废弃物研究集中在于禽畜粪便和秸秆的处理，申请号为201710039631.8的中国专利公开了一种沼渣生物质燃料及其制备方法，主要利用动物粪便、秸秆和水葫芦经过厌氧发酵制沼气，通过厌氧发酵的方法制成生物质燃料能够大大降低发酵过程和生物质燃料燃烧过程的异味感，但是其方法制成的生物质燃料热值较低且发酵时间长。申请号为201510353802.5的中国专利公开了一种利用沼渣、地沟油、煤粉、汽油、农作物秸秆、沼泽地污泥和锯末面生产生物质燃料，对生物质燃料的配方以及制备方法进行调整和控制生产，从而提高了生物质燃料的燃烧热值，但该发明中采用了煤粉、汽油等来降低生物质燃料的燃点，提高热值的成本较高。现有技术中关于利用皮革生产中产生的大量牛肉渣和牛毛等废弃物的处理大多都是通过深埋或者焚烧，其中深埋的方法可能对地下水造成污染，而焚烧法的处理成本高，投入大，处理能力有限同时还需要对产生的有害气体进行再处理。因此，将牛肉渣和皮毛等废弃物用于资源化处理需要更多的关注和研究，不仅有效的解决了工农业生产废弃物综合利用及对环境的保护作用，同时也顺应了国家的政策和发展趋势，很好的解决了燃煤锅炉改造后的新型环保清洁能源。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种利用工农业废弃物制备生物质燃料的方法，利用大量的工农业的废弃物，不仅减少了焚烧和掩埋对空气、土壤和地下水造成的污染，而且能够使牛肉渣和牛毛废弃物和禽畜粪便得到有效处理，提高了回收利用的使用价值，与常规生物质燃料相比，燃烧热值高，成分稳定，制备和燃烧过程无异味产生。
本发明的技术方案如下：
一种利用工农业废弃物制备生物质燃料的方法，具体包括以下步骤：
s1、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便分别进行固液分离处理，使得各原料组份水分含量在50％～60％；同时将烟杆粉碎后单独进行堆捂或者装袋；
s2、在固液分离后的牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便的原料中接入微生物菌剂；
s3、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣、禽畜粪便以及处理后的烟杆进行发酵制得发酵料；
s4、将发酵料粉碎和烘干，烘干后在发酵料中添加10％～20％含水量低于5％的竹木屑并压制成生物质燃料颗粒。
其中，所述步骤s3发酵过程可以将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣、禽畜粪便以及烟杆各原料组份混合后进行综合发酵。
其中，所述综合发酵为二阶段发酵；第一阶段发酵时间为6～7天，发酵温度升至45～60℃；第二阶段发酵时间为5～7天，温度升至60～65℃并保持60～65℃的发酵温度5～7天使其充分发酵并产生糖蜜香即发酵完成。
其中，所述步骤s3发酵过程可以将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣分别进行建堆发酵；禽畜粪便装袋进行厌氧发酵，再将各发酵料混合搅拌均匀。
其中，所述建堆发酵与厌氧发酵可同时进行，发酵周期为7～10天；首先发酵3～4天，待发酵温度达到50～55℃，继续发酵1～2天后，发酵温度升至62～65℃并保持该温度3～4天即完成发酵。
其中，所述综合发酵和建堆发酵为好氧发酵或厌氧发酵。
其中，所述微生物菌剂为水剂，加入糖和水进行扩繁，微生物与糖与水的比例为1:2:10。
其中，所述微生物菌剂的接入量为脱水后总物料质量的1％。
其中，所述步骤s4中采用分段式烘干炉进行烘干，炉头烘干温度设置为600～610℃，炉尾烘干温度设置为60～65℃，烘干至含水量小于15％即可。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中的原材料来源于福建漳州和龙岩两地的皮革厂产出的牛肉渣和牛毛废弃物、食品饮料加工厂产出茶叶渣和草渣废弃物、养殖场的禽粪和种植烤烟收成后烟杆，就地取材，获取成本低，且能够实现当地工农业生产废弃物的综合资源化再生利用，提高废弃物资源利用率，减少通过焚烧和深埋废弃物对大气、土壤和地下水造成的环境污染。
2、本发明中利用牛肉渣和牛毛等动物肉体废弃物作为主要原料，由于动物肉体带有大量油脂，因此使用动物肉体相较于使用沼渣、污泥等能够降低生物质燃料的燃点，进而提高生物质燃料在应用过程中的燃烧成本，同时降低生物质燃料在制备过程中的生产成本。
3、本发明利用改进的发酵工艺，可进行综合发酵也可进行建堆发酵，加入微生物菌剂后，可进行厌氧发酵也可进行好氧发酵，使得各原料中的有机物发生微观的生化反应，原料相互间发生作用，进而增强生物质的结构，降低对生物质原料进行粉碎、压制成型的难度，且能够得到具有糖蜜香的发酵成熟物，最终制成成分稳定且热值高的生物质燃料，整个发酵制备过程和生物质燃料燃烧过程均无异味产生，同时建堆发酵和装袋堆捂等过程能够大大缩短了发酵时间，节省时间成本。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，并不会对本发明构成任何限定。
微生物菌剂：购自湖南省生物研究所。
实施例1
一种利用工农业废弃物制备生物质燃料的方法，具体包括以下步骤：
s1、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便利用固液分离机分别进行固液分离处理，使得各原料组份水分含量在50％；同时利用粉碎机将烟杆粉碎后单独进行堆捂；
s2、将固液分离后的牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣、禽畜粪便以及堆捂后的烟杆进行混合，在混合料中接入微生物菌剂；所述微生物菌剂为水剂，加入糖和水进行扩繁，微生物菌剂与糖与水的体积比为1:2:10；微生物菌剂的添加量为脱水后混合物料质量的1％；
s3、将混合均匀且接入微生物菌剂的原料进行好氧综合发酵或厌氧综合发酵制得发酵料；所述好氧或厌氧综合发酵为二阶段发酵；第一阶段发酵时间为6～7天，发酵温度升至45～60℃；第二阶段发酵时间为5～7天，温度升至60～65℃并保持60～65℃的发酵温度5～7天使其充分发酵并产生淡淡的糖蜜香即发酵完成。
s4、将发酵料粉碎和烘干；烘干采用分段式烘干炉进行烘干，炉头烘干温度设置为600℃，炉尾烘干温度设置为60℃，烘干至含水量小于15％即可；烘干后添加10％的含水量低于5％的竹木屑并压制成生物质燃料颗粒，加入竹木屑有助于生物质燃料的成型，竹木屑可起到良好的润滑和粘结作用，填充到原材料的空隙中，将原材料的各组分紧密结合在一起，有效的提高颗粒燃料的成型率、产品密度和耐久度，最终将生物质燃料压制成直径为8mm，长度为50mm的颗粒。
实施例2
一种利用工农业废弃物制备生物质燃料的方法，具体包括以下步骤：
s1、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便利用固液分离机分别进行固液分离处理，使得各原料组份水分含量在60％；同时利用粉碎机将烟杆粉碎后进行装袋；
s2、在固液分离后的牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便的组份中分别接入微生物菌剂；所述微生物菌剂为水剂，加入糖和水进行扩繁，微生物菌剂与糖与水的体积比为1:2:10；微生物菌剂的总接入量为脱水后总物料质量的1％；
s3、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及装袋的烟杆分别进行建堆好氧发酵或建堆厌氧发酵；禽畜粪便装袋进行厌氧发酵，建堆发酵和厌氧发酵同时进行制得各发酵料；建堆发酵与厌氧发酵的发酵周期均为7～10天；首先发酵3～4天，待发酵温度达到50～55℃，此后继续发酵1～2天后，发酵温度升至62～65℃，之后保持该发酵温度3～4天使其充分发酵并产生淡淡的糖蜜香即完成发酵；最终将各发酵完成的发酵料混合搅拌均匀。
s4、将发酵料粉碎和烘干；烘干采用分段式烘干炉进行烘干，炉头烘干温度设置为610℃，炉尾烘干温度设置为65℃，烘干至含水量小于15％即可；烘干后添加20％含水量低于5％的竹木屑并压制成生物质燃料颗粒，加入竹木屑有助于生物质燃料的成型，竹木屑可起到良好的润滑和粘结作用，填充到原材料的空隙中，将原材料的各组分紧密结合在一起，有效的提高颗粒燃料的成型率、产品密度和耐久度，最终将生物质燃料压制成直径为8mm，长度为50mm的颗粒。
实施例3
一种利用工农业废弃物制备生物质燃料的方法，具体包括以下步骤：
s1、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便利用固液分离机分别进行固液分离处理，使得各原料组份水分含量在50～60％％；同时利用粉碎机将烟杆粉碎后进行堆捂；
s2、在固液分离后的牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便的原料中接入微生物菌剂；所述微生物菌剂为水剂，加入糖和水进行扩繁，微生物菌剂与糖与水的比例为1:2:10；
s3、将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣、禽畜粪便以及处理后的烟杆进行发酵制得发酵料；
s4、将发酵料粉碎和烘干；烘干采用分段式烘干炉进行烘干，炉头烘干温度设置为600～610℃，炉尾烘干温度设置为60～65℃，烘干至含水量小于15％即可；＝烘干后添加10％～20％含水量低于5％的竹木屑并压制成生物质燃料颗粒，加入竹木屑有助于生物质燃料的成型，竹木屑可起到良好的润滑和粘结作用，填充到原材料的空隙中，将原材料的各组分紧密结合在一起，有效的提高颗粒燃料的成型率、产品密度和耐久度，最终将生物质燃料压制成直径为8mm，长度为50mm的颗粒。
其中，所述步骤s3发酵过程可以将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣、禽畜粪便以及烟杆各原料组份混合后进行综合发酵；若采用综合发酵技术，可在混合各脱水原料后接入微生物菌剂，微生物菌剂的接入量为脱水后总物料质量的1％；所述综合发酵为二阶段发酵；第一阶段发酵时间为6～7天，发酵温度升至45～60℃；第二阶段发酵时间为5～7天，温度升至60～65℃并保持60～65℃的发酵温度5～7天使其充分发酵并产生淡淡的糖蜜香即发酵完成。
其中，所述步骤s3发酵过程可以将牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣分别进行建堆发酵，禽畜粪便装袋进行厌氧发酵；若采用建堆发酵技术，可分别在不同的原料即牛肉渣和牛毛废弃物、茶叶渣和草渣以及禽畜粪便中接入微生物菌剂，微生物菌剂的总接入量为脱水后总物料质量的1％；所述建堆发酵与厌氧发酵可同时进行，发酵周期为7～10天；首先发酵3～4天，发酵温度可达到50～55℃，继续发酵1～2天后，发酵温度升至62～65℃并保持该温度3～4天使其充分发酵并产生淡淡的糖蜜香即完成发酵；最终再将各发酵完成的发酵料混合搅拌均匀。
对比实施例1
一种沼渣生物质燃料的的制备方法，具体包括以下步骤：s1、原料混合；s2、发酵制备沼气；s3、获取沼渣；s4、制备生物质燃料。所述原料包括动物粪便50-80％、秸秆5-30％、水葫芦5-30％。所述获取沼渣的方法为：将步骤s2制备沼气后的残留去固液分离得到液相产物和固相产物。所述步骤s4制备生物质燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土＝2-5:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后将所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物质燃料。
对比实施例2
一种利用废弃物制备生物质燃料的方法，以利木本植物剩余物为原料，包括以下步骤：粉碎：将利用废弃物制备生物质燃料的方法发酵废弃物粉碎至1～3mm，木本植物剩余物粉碎至3～6mm；搅拌混合：按照重量份数比，将粉碎得到利用废弃物制备生物质燃料的方法发酵废弃物粉末5～40份和木本植物剩余物粉末60～95份搅拌混合均匀；干燥：将混合均匀的物料加热干燥至含水率为14～25％；压制成型：将干燥好的物料送入压辊式环模成型机压制成无孔实心圆柱型、密度在1.0～1.4g/cm3的生物质颗粒燃料。
性能测试：
生物质燃料的理化参数测试：由福建省121地质大队化验测试中心测验。
表1测试依据和仪器及环境
表2检测结果
根据表2中数据分析可知，相对于对比实施例1而言，本发明制得的生物质燃料料在燃烧过程中灰渣较少且热值高，燃料更加充分，燃烧效果更好；相对于对比实施例2而言，本发明制得的生物质燃料虽然灰分含量稍高，但燃烧热值高出约1000cal/g；综上所述，本发明制得的生物质燃料的燃烧热值较高，为5201～5222cal/g，每吨生物质燃料相当于0.81吨标准煤，解决了市面上现有生物质燃料燃烧热值低((一般3500-4000cal/g)的问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。