本发明涉及能源燃料技术领域，尤其涉及一种生物质成型燃料及其制备方法。
背景技术：
随着全球经济的不断发展，人类对能源的需求不断增加，而石油、天燃气、煤等资源却在不断减少。因此，寻找新型可再生能源成为亟待解决的问题。
我国是一个农业大国，秸秆、棉籽壳、稻壳粉、林木废弃物颗粒等生物质资源极为丰富，因此，开发以生物质资源为原料的生物质燃料不仅能够将上述废弃物充分利用，同时能够缓解能源危机。农业废弃物本身的能量密度很低，运输成本高，限制了生物质资源的长距离输送。而将生物质资源进行固化成型处理，形成规则的块状或颗粒状燃料，不仅能够减小燃料体积，提升能量密度，同时还能便于存储和运输，但是成型后原料的密实度增加，又会带来燃烧过程中燃烧不充分、易产生黑色边缘的火焰的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种生物质成型燃料及其制备方法，本发明所提供的生物质成型燃料能够充分燃烧，且燃烧产生的污染小，同时具有较高的燃烧热值。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种生物质成型燃料，由以下质量份的原料制备得到：
优选的，所述林木废弃物颗粒的平均粒径为0.1～1mm。
优选的，所述林木废弃物颗粒的含水率≤12wt.％。
优选的，所述稻壳粉的粒径为0.5～2mm；所述稻壳粉的含水率≤10wt.％。
优选的，所述棉秆破碎颗粒的平均粒径为0.5～6mm；所述棉秆破碎颗粒的含水率≤15wt.％。
优选的，所述煤粉的平均粒径为0.1～1.5mm。
优选的，所述硅藻土的平均粒径为0.1～2mm。
优选的，所述固硫剂为碳酸钙和生石灰中的至少一种。
优选的，所述固硫剂的平均粒径为0.1～1mm。
本发明还提供了上述技术方案所述生物质成型燃料的制备方法，包括如下步骤：
将林木废弃物颗粒、稻壳粉、棉秆破碎颗粒、煤粉、硅藻土、煤焦油、羧甲基纤维素钠和固硫剂混合后，压制成型，得到生物质成型燃料。
本发明提供了一种生物质成型燃料，由以下质量份的原料制备得到：林木废弃物颗粒100份，稻壳粉20～35份，棉秆破碎颗粒20～30份，煤粉25～45份，硅藻土10～15份，煤焦油8～15份，羧甲基纤维素钠2～4份，固硫剂1～3份。本发明以林木废弃物颗粒、稻壳粉、棉秆破碎颗粒和煤粉为主要原料，棉秆破碎颗粒质地较硬，在生物质成型燃料中具有一定的支撑作用，使生物质成型燃料中保留一定的空隙，以提高空气与燃料的接触面积，使生物质燃料燃烧更加充分；稻壳粉在生物质成型燃料中能够使生物质成型燃料具有一定的松散度，与棉秆破碎颗粒结合，能够进一步提高燃烧过程空气与燃料的接触面积，同时稻壳粉与棉秆破碎颗粒结合还能减少亚微米级颗粒的排放；煤粉的加入能够有效提高生物质成型燃料的燃烧热值；本发明以硅藻土、煤焦油、羧甲基纤维素钠和固硫剂为添加剂，其中硅藻土与羧甲基纤维素钠结合，能够降低可吸入颗粒物的排放，减少飞灰，而煤焦油与羧甲基纤维素钠结合，能够提高物料的粘结性，有利于生物质燃料的成型，并且两者均可提高燃烧热值；固硫剂能够大大降低二氧化硫的排放，减少环境污染。此外，在上述配比下，所得生物质成型燃料不仅可以充分燃烧，同时还具有较高的燃烧热值，为5150～5236kcal/kg，且不产生二氧化硫气体和飞灰。
具体实施方式
本发明提供了一种生物质成型燃料，由以下质量份的原料制备得到：
本发明提供的生物质成型燃料，包括林木废弃物颗粒100份；所述林木废弃物颗粒的平均粒径优选为0.1～1mm，更优选为0.2～0.5mm；所述林木废弃物颗粒的含水率优选≤12wt.％。本发明对所述林木废弃物颗粒的来源没有特殊限定，任意木材加工过程产生的废弃物均可，如锯末、木屑；本发明对所述林木废弃物颗粒的种类没有特殊限定，任意种类的木材产生的废弃物均可，如松木、樟木、榆树等；当所述林木废弃物颗粒的粒径不满足要求时，本发明优选将所述林木废弃物颗粒进行破碎，再使用。在本发明中，上述粒径和含水率的林木废弃物颗粒有利于进一步使所得生物质成型燃料燃烧充分。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括稻壳粉20～35份，优选为25～30份；所述稻壳粉的含水率优选≤10wt.％；所述稻壳粉的粒径(即通过稻壳粉中心的最长长度)优选为0.5～2mm，更优选为1～1.5mm。在本发明中，所述稻壳粉本身具有一定的弯曲弧度，在生物质成型燃料中，可使生物质成型燃料具有一定的松散度，与棉秆破碎颗粒结合，能够进一步提高燃烧过程空气与燃料的接触面积，同时由于稻壳粉和棉秆破碎颗粒混合，可降低棉秆破碎颗粒中的碱金属含量，进而降低了碱金属向颗粒物的转化率，减少亚微米级颗粒的排放。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括棉秆破碎颗粒20～30份，优选为23～28份；所述棉秆破碎颗粒的平均粒径(即通过棉秆破碎颗粒的中心最长的长度)优选为0.5～6mm，更优选为2～4mm；所述棉秆破碎颗粒的含水率优选≤15wt.％。在本发明中，所述棉秆破碎颗粒具有一定的支撑作用，使生物质成型燃料中保留一定的空隙，以提高空气与燃料的接触面积，使生物质燃料燃烧更加充分；上述优选的平均粒径有利于进一步提高空气与燃料的接触面积。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括煤粉25～45份，优选为30～35份；所述煤粉的平均粒径优选为0.1～1.5mm，更优选为0.5～1mm。在本发明中，所述煤粉有利于提高生物质成型燃料的燃烧热值。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括硅藻土10～15份，优选为12～13份；所述硅藻土的平均粒径优选为0.1～2mm，更优选为0.5～1.5mm。在本发明中，所述硅藻土具有较强的吸附性能，能够吸附生物质成型燃料中的碱金属，从而减少燃烧过程中颗粒物的排放。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括煤焦油8～15份，优选为10～13份。在本发明中，所述煤焦油与羧甲基纤维素钠共同作为粘结剂使用，同时煤焦油还能提高生物质成型燃料的燃烧热值。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括羧甲基纤维素钠2～4份。在本发明中，所述羧甲基纤维素钠与煤焦油共同作为粘结剂使用，有利于生物质成型燃料的成型，同时羧甲基纤维素钠中含有碳、氢和氧，具有燃烧性能，其加入并不会降低生物质成型燃料的燃烧热值。
在本发明中，以林木废弃物颗粒的质量份为标准，本发明所提供的生物质成型燃料包括固硫剂1～3份；所述固硫剂优选为碳酸钙和生石灰中的至少一种；所述固硫剂的平均粒径优选为0.1～1mm。
本发明还提供了生物质成型燃料的制备方法，包括如下步骤：
将林木废弃物颗粒、稻壳粉、棉秆破碎颗粒、煤粉、硅藻土、煤焦油、羧甲基纤维素钠和固硫剂混合后，压制成型，得到生物质成型燃料。
下面结合实施例对本发明提供的一种生物质成型燃料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将如下质量份数的组分混合后压制成型，得到生物质成型燃料：
平均粒径为1mm、含水率为12wt.％的林木废弃物颗粒100份，平均粒径为2mm、含水率为10wt.％的稻壳粉20份，平均粒径为6mm、含水率为10wt.％的棉秆破碎颗粒30份，平均粒径为1mm的煤粉25份，平均粒径为2mm的硅藻土15份，煤焦油15份；羧甲基纤维素钠2份，平均粒径为1mm的碳酸钙3份。
实施例2
将如下质量份数的组分混合后压制成型，得到生物质成型燃料：
平均粒径为1mm、含水率为12wt.％的林木废弃物颗粒100份，平均粒径为2mm、含水率为10wt.％的稻壳粉25份，平均粒径为4mm、含水率为8wt.％的棉秆破碎颗粒25份，平均粒径为1.5mm的煤粉30份，平均粒径为1mm的硅藻土12份，煤焦油10份；羧甲基纤维素钠4份，平均粒径为0.5mm的碳酸钙1份。
实施例3
将如下质量份数的组分混合后压制成型，得到生物质成型燃料：
平均粒径为0.2mm、含水率为10wt.％的林木废弃物颗粒100份，平均粒径为1mm、含水率为10wt.％的稻壳粉25份，平均粒径为4mm、含水率为10wt.％的棉秆破碎颗粒23份，平均粒径为0.5mm的煤粉30份，平均粒径为0.5mm的硅藻土12份，煤焦油10份；羧甲基纤维素钠3份，平均粒径为0.5mm的碳酸钙2份。
实施例4
将如下质量份数的组分混合后压制成型，得到生物质成型燃料：
平均粒径为0.5mm、含水率为12wt.％的林木废弃物颗粒100份，平均粒径为1.5mm、含水率为10wt.％的稻壳粉25份，平均粒径为2mm、含水率为8wt.％的棉秆破碎颗粒28份，平均粒径为10mm的煤粉35份，平均粒径为1.5mm的硅藻土13份，煤焦油13份；羧甲基纤维素钠2份，平均粒径为1mm的碳酸钙1份。
实施例5
将如下质量份数的组分混合后压制成型，得到生物质成型燃料：
平均粒径为0.1mm、含水率为12wt.％的林木废弃物颗粒100份，平均粒径为0.5mm、含水率为10wt.％的稻壳粉35份，平均粒径为1mm、含水率为10wt.％的棉秆破碎颗粒20份，平均粒径为0.5mm的煤粉45份，平均粒径为1mm的硅藻土12份，煤焦油10份；羧甲基纤维素钠4份，平均粒径为0.5mm的碳酸钙1份。
对比例1
按照实施例1的方法制备生物质成型燃料，不同之处在于，不添加棉秆破碎粒。
对比例2
按照实施例1的方法制备生物质成型燃料，不同之处在于，不添加稻壳粉。
经燃烧试验，检测实施例1～5和对比例1～2所得生物质成型燃料的燃烧热值，结果如表1所示。
表1实施例1～5和对比例1～2所得生物质成型燃料的燃烧热值
由表1可知，本发明所提供的生物质成型燃料的燃烧热值为5150～5236kcal/kg，具有较高的燃烧热值，同时，由表1还可知，由于棉秆破碎颗粒和稻壳粉的加入，在一定程度上也提高了生物质成型燃料的燃烧热值。此外，对燃烧过程进行观察，对比例1～2的生物质成型燃料在燃烧过程中产生了黑色边缘火焰，且有飞灰出现，而实施例1～5所得生物质成型燃料在燃烧过程无黑色边缘火焰产生，无明显的飞灰出现，同时也未检测到有二氧化硫排放。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。