一种生物质颗粒燃料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物质燃料领域，尤其涉及一种生物质颗粒燃料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]以木肩、竹肩、树枝、秸杆、植物壳等为原料，经过专业机械、特殊工艺，无任何化学添加剂，高压低温压缩成型的颗粒状燃料统称为生物质颗粒燃料。生物质颗粒燃料发热量高，清洁无污染，是替代化石能源的高科技环保产品。生物质颗粒燃料在燃烧时所释放出的CO2大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的CO2，所以生物质颗粒的温室气体0)2为零排放。生物质燃料属于可再生能源。只要有阳光存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能源就不会枯竭，温室气体保持动态平衡。没有任何的环境污染问题。生物质颗粒燃料的加工程序如下:原料粉碎-原料筛选-烘干-高温压制成型-冷却-包装。虽然生物质颗粒燃料具有众多优势，但实际的使用中仍然存在着一些问题。目前，已有研宄对生物质燃料的燃烧特性进行了改进。
[0003]例如，已有研宄通过加入添加剂来改变生物质燃料的燃烧特性。公布号为“CN103965985 A”的中国专利申请公开了一种生物质燃料防结焦添加剂，用于解决秸杆类生物质成型燃料碱金属含量高、在燃烧过程中易结焦等问题，此发明的生物质燃料防结焦添加剂主要由20?30%氧化铝、15?30%碳酸镁和40?65%的氧化钙组成，并按照生物质原料总重量的2?8%添加使用。公布号为“CN 104087361 A”的中国专利申请公开了一种生物质颗粒燃料添加剂的制备和使用方法，该添加剂由氧化钙、碳酸钙、氧化铁和凹凸棒石粘土混合制备而成，以一定的比例添加至生物质原料中；使用该添加剂生产得到生物质颗粒燃料，在燃烧过程中不容易发生结渣，燃烧效率高，极大的促进了生物质燃料的燃烧性能，从而提高生物质锅炉的运行效率，使得生物质燃料成为适合于各种规模的城市和工业锅炉使用的高品位燃料。授权公告号为“CN 10550374 B”的中国专利申请公开了一种生物质固体成型燃料添加剂，它涉及一种生物质燃料添加剂，它解决了目前以秸杆为原料生产的生物质固体成型燃料的灰熔点低，导致生物质固体成型燃料在燃烧过程中容易结渣、易积灰、燃烧不充分，燃料利用率和燃烧效率低，以及燃烧所产生的烟气严重腐蚀燃烧设备的问题；此发明添加剂由A1203、Fe2O3和高龄土混合组成。但以上专利均通过向生物质燃料中加入添加剂提高灰熔点，从而解决生物质燃料燃烧过程中存在着的易发生结焦、结渣的问题，进而提高了燃烧效率。然而，实际的生物质燃料在制备和燃烧过程中还存在着其他问题，而这些问题的提出和解决可能大幅提高生物质燃料的燃烧效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是解决现有的生物质燃料颗粒在制备和燃烧时，容易产生易挥发性的不完全燃烧的酸性烟气，从而造成了环境污染，降低了生物质燃料颗粒的燃烧效率的问题。
[0005]生物质燃料如木材、秸杆、植物壳被广泛用于制备生物质燃料颗粒，这些原料大多数含半纤维素乙酰基，特别是木材富含木质素、纤维素、乙酰基纤维素，木材全部成酸性，pH值在4-6.1之间，主要是因为原料中含有甲酸、醋酸、丙酸、苯酚、树脂酸和其它酸性物质。在储存过程中，半纤维素乙酰基水解而生成乙酸。在加工生物质燃料颗粒时，由于挤压，摩擦等导致升温，酸和水的存在下加速水解生成更多的乙酸，乙酸和甲酸等属于易挥发的有机酸，燃烧时，易挥发产生不完全燃烧的酸性烟气。挥发的酸性烟气不仅污染环境，还会降低燃烧效率。
[0006]因此，本发明提供了一种生物质颗粒燃料，包括生物质原料和添加剂，所述添加剂为碳酸钙、碳酸镁或两者的混合物，所述添加剂的重量为所述生物质原料重量的0.1?1.
[0007]在上述技术方案中，由于在生物质原料中加入了添加剂，即碳酸钙或碳酸镁或两者的混合物，使得生物质原料中的易挥发性有机酸转变成了相应的有机酸盐(如甲酸与碳酸钙反应生成甲酸钙，乙酸可与碳酸钙反应生成乙酸钙，甲酸与碳酸镁反应生成甲酸镁，乙酸可与碳酸镁反应生成乙酸镁等)，从而将易挥发性有机酸固定下来。因此，当生物质颗粒燃料初始燃烧时，易挥发性有机酸不会挥发出来污染空气，而是以有机酸盐的形式存在，当燃烧至较高的温度时，有机酸盐中的有机物部分，在较高的温度下得以完全燃烧，转变为0)2排放出去，同时，锅炉内的燃烧温度得以提高，CO、CH 4等可燃性气体燃烧充分，提高了燃烧效率。
[0008]在上述技术方案中，添加剂的加入量较少，仅为所述生物质原料重量的0.1?1.8%，因而添加剂的加入对生物质颗粒燃料的燃烧影响很小，最终生成的灰分较少。而且本发明的添加剂选择碳酸钙或碳酸镁或两者的混合物，相对于碳酸钠、碳酸钾等，对锅炉设备无腐蚀性，延长了锅炉的使用寿命。而且，本发明的添加剂相对于氧化铝、碳酸铝，对易挥发性有机酸的固定效果更好，燃烧效率更高。
[0009]所述生物质原料可为木肩、竹肩、树枝、秸杆、植物壳等生物质原料，也可为几种生物质原料的任意组合。
[0010]作为对上述技术方案的进一步改进，所述生物质颗粒燃料还包含润滑剂，所述润滑剂的重量为所述生物质原料重量的0.1?5%。
[0011]在上述技术方案中，由于在生物质颗粒燃料的制粒过程中，生物质颗粒之间以及生物质颗粒与模具之间存在着摩擦，由于生物质颗粒燃料内部存在着微小的孔隙，因而摩擦会减少颗粒之间传递的径向与轴向力，进而出现掉颗粒、掉粉的问题，容易造成生物质原料的浪费和粉尘污染。为了减少生物质颗粒在制粒过程中的摩擦，本发明的生物质颗粒燃料中添加了润滑剂，润滑剂可有效减少这种摩擦，增加了颗粒的流动性，减少掉颗粒、掉粉的现象的发生，制得的生物质颗粒燃料完整光洁。
[0012]在上述技术方案中，所述润滑剂为植物油或润滑油。为了实现废弃物料资源的综合利用，所述润滑剂优选为回收的植物油或回收的润滑油。为了实现生物质颗粒燃料的清洁燃烧，所述润滑剂更优选为植物油，最优选为回收的植物油，如具有广泛来源的地沟回收食用油(动物油，植物油)。
[0013]在上述技术方案中，为了实现良好的润滑效果，所述润滑剂为所述生物质原料重量的0.1?5%。作为对上述技术方案的进一步改进，所述润滑剂为所述生物质原料重量的0.3?3.5%，在此重量范围之内的润滑剂的润滑效果更佳。
[0014]作为对上述技术方案的进一步改进，所述生物质原料为杂木锯末、秸杆、植物壳体中的任意一种或几种混合。秸杆可为玉米杆、小麦秸杆、水稻秸杆，植物壳体可为稻壳、麦壳，生物质原料还可为甘蔗渣。更优选地，所述生物质原料为杂木锯末。相对于植物秸杆，杂木锯末中钾、钠含量较少，生物质颗粒燃料燃烧的干净充分，不易引发锅炉设备的积灰、积渣。
[0015]作为对上述技术方案的进一步改进，所述添加剂为碳酸钙粉，碳酸镁粉或二者的混合物，其粒径为小于500纳米。这样的添加剂更容易与生物质原料均匀混合，在保证较少用量的条件下，实现与易挥发性有机酸的充分中和。
[0016]作为对上述技术方案的进一步改进，所述添加剂为碳酸钙粉和碳酸镁粉的混合物，其中，碳酸钙粉的重量百分比浓度为80?90%，碳酸镁粉的重量百分比浓度为10?20%，碳酸钙粉和碳酸镁粉的粒径为小于400纳米。
[0017]作为对上述技术方案的进一步改进，所述添加剂的重量为所述生物质原料重量的0.5?1.6%。在此重量范围之内的添加剂对易挥发性有机酸的固定效果更佳。
[0018]本发明还提供了一种生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤:
[0019](I)干燥筛分后生物质原料；
[0020](2)将干燥后的生物质原料进行旋风分离；
[0021](3)向经旋风分离后的生物质原料中加入添加剂和润滑剂，混合均匀；
[0022](4)将混合后生物质原料、添加剂和润滑剂在压力为50?200MPa，温度为70?110°c的条件下进行挤压制粒，冷却后即得所述生物质颗粒燃料。
[0023]在上述技术方案中，生物质颗粒燃料对生物质原料的含水量有较严格的要求，生物质原料经过筛分后，需进行干燥，干燥时可利用烘干机通过热风或红外线干燥。
[0024]生物质原料烘干后，在传送的过程中，会有大量的湿气存在，通过旋风分离可将湿气排走，旋风分离可在旋风分离器中进行。
[0025]向经旋风分离后的生物质原料中加入添加剂和润滑剂后，润滑剂可减少生物质颗粒之间以及生物质颗粒与模具之间存在的摩擦，更有利于后续的制粒过程。
[0026]在挤压制粒的过程中，压力是一个重要的影响因素，合适的压力不仅可节省能耗，还可确保生物质颗粒燃料的良好成型性。在制粒过程中，压力较小时，颗粒之间的空隙被相邻颗粒相互充填，颗粒间的位置不断更新，当颗粒间所有较大的空隙都被进入的颗粒占据后，随着压力继续增加，颗粒本身发生变形，这时，颗粒在垂直于最大主应力的平面上被延展，当颗粒被延展到相邻两颗粒相互接触的时候，再增加压力，颗粒就会相互结合，分散的颗粒被压缩成型。温度是另一个影响制粒的重要因素，生物