一种曝气助燃分离型生物质成型燃料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物质成型燃料技术领域，具体为一种曝气助燃分离型生物质成型燃 料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展。能源和环境问题已成为全球关注的焦点，传统的诸如煤、石油和 天然气等化石能源由于日益枯竭带来的能源危机和其燃烧产生的污染问题日益突出，开发 洁净的可再生能源迫在眉睫。生物质是一种多样性的能源资源，来源广泛，应用简单，作为 一种有效的替代能源具有良好的应用前景。近些年来，利用林木加工废弃物，秸杆等粉碎加 工后制成生物质颗粒燃料的研究和应用也逐渐增加，目前生物质能源主要通过直接挤压成 型直接形成条状、颗粒状或块状，在加工过程中，水分问题对于生物质燃料的加工过程和性 能的影响不可避免，如果水分含量过高，会造成生物质燃料在储存的过程中形成熟化腐烂， 在燃烧过程也会由于水分含量问题造成燃烧性能的发挥；若水分含量偏低，层压加工难度 大，严重影响生物质燃料压实密度的提升。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种曝气助燃分离型生物质成型燃料的制备方法，充分考虑 生物质燃料水分含量的影响，充分利用生物质燃料内部的水分，具有加工方便、产品燃烧性 能高、通用性强、成本低廉和便于规模化生产的特点。
[0004] 本发明可以通过以下技术方案来实现： 本发明公开了一种曝气助燃分离型生物质成型燃料的制备方法，包括以下步骤：第一 步、生物质燃料基板的制备，把纤维素类的生物质碎肩进行粉碎、预烘，加入相当于生物质 碎肩原料干料重量3~8%的生石灰、2~5%的高岭土，混合均匀，挤压成型得到规整形状 的生物质燃料基板；第二步、曝气助燃型粘结剂的制备，在纤维类粘合剂按照质量配比2~ 5%加入碳酸氢钾曝气剂、3~6%加入高锰酸钾助燃剂，搅拌混合均匀得到曝气助燃型粘结 剂；第三步、生物质燃料基板的表面处理，将第一步所得的生物质燃料基板进行表面粗糙化 处理，然后在生物质燃料基板需要压合的表面涂覆第二步所得曝气助燃型粘结剂形成曝气 助燃粘结层；第四步、层压成型，把涂有曝气助燃型粘结剂的若干生物质燃料基板上下表面 对齐，然后通过辊压机对辊层压，得到最终的层压式生物质成型燃料。
[0005] 在第一步中，通过加入生石灰和高岭土，生石灰既可以在混合的过程中吸收水分 形成消石灰，所形成的消石灰和高岭土产生粘结作用，从而把生物质碎肩原料相互粘连，方 便挤压成型；而且，生石灰在吸收水分形成消石灰的过程中可以产生大量的热，从而软化生 物质碎肩原料，降低挤压成型难度。在第二步中，通过在纤维素类粘结剂中加碳酸氢钾、高 锰酸钾形成曝气助燃型的粘结剂，最终在形成生物质成型燃料的曝气助燃型粘结剂层。
[0006] 通过在生物质燃料基板设置有曝气助燃粘结层，曝气助燃粘结层中包含有加热可 以产生二氧化碳的碳酸氢钾，干燥的碳酸氢钾晶体可以吸水后变成十水合碳酸氢钾，50°C 以上开始逐渐分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，440°C时完全分解。既可以利用碳酸氢钾的 吸水性在储存的过程中吸收生物质燃料内部残留的水分，有效避免生物质燃料在存储过程 中熟化造成的损耗，还可以利用碳酸氢钾分解的过程中加速不同层之间的分离增大燃烧接 触的表面积，从而使用生物质燃料的燃烧更加充分，有效提高了生物质成型燃料的燃烧性 能；而且，在碳酸氢钾分解的过程中，水分变成水蒸气随着二氧化碳逸出，水蒸气会与灼烧 的生物质燃料表面形成充分接触，水蒸气与生物质燃料表面炽热的焦炭会生产水煤气，水 煤气的主要成分为一氧化碳和氢气，一氧化碳和氢气均为可燃性气体，会在燃烧过程中进 行燃烧，进一步提升生物质燃料的燃烧性能。
[0007] 通过在生物质燃料基板设置有曝气助燃粘结层，曝气助燃粘结层中包含有加热可 以产生氧气的高锰酸钾，既可以利用高锰酸钾分解的过程中加速不同层之间的分离增大燃 烧接触的表面积，又可以通过产生的氧气实现助燃作用，从而使用生物质燃料的燃烧更加 充分，有效提高了生物质成型燃料的燃烧性能。高锰酸钾为无色片状结晶或白色颗粒粉末， 常温下稳定，在400°C以上则分解并放出氧气，急剧加热时可发生爆炸，因此，选择高锰酸 钾混合在纤维素粘合剂里面，且高锰酸钾的质量比例在3~6%之间，使高锰酸钾均匀分散 在纤维素粘合剂里面，有效保证了高锰酸钾分解时产生的使生物质燃料基板之间的分离力 比较均匀，产生的氧气在实现生物质燃料基板层间分离时也可以利用氧气助燃充分发挥生 物质成型燃料的燃烧性能。与此同时，相比单独在纤维素类粘合剂中单独添加高锰酸钾或 碳酸氢钾的状况，单独添加高锰酸钾的含量比两者组合使用的量少，究竟原因在于高锰酸 钾的高温分解比较剧烈，会存在一定的安全隐患；两者同时添加，可以充分发挥二氧化碳的 阻燃性，通过二氧化碳冲淡氧气的浓度，降低安全隐患，提升氧气产生量，进一步提升了氧 气的助燃效果。相比于单独添加二氧化碳的情况，高锰酸钾的加入也可以加速二氧化碳的 产生，加速二氧化碳带动水蒸气的逸出，形成更多的水煤气，提升燃烧性能。
[0008] 此外，通过设置曝气助燃粘结层，既可以根据需要设置多层的生物质燃料基板满 足厚度的要求，也对于生物质燃料的水分控制不用过分严格，降低加工难度，提升生物质燃 料的压实密度，具有较强的通用性。此外，选用的原料为常规原料节省原料成本，采用的助 燃剂碳酸氢钾用量非常少加工过程非常简单，加工过程无需匹配专门的加工设计，有效降 低制造成本，便于规模化推广使用。
[0009] 第一步所述生物质燃料基板的制备过程中，预烘过程控制生物质碎肩的水分含量 为8%至15%。通过合理控制生物质燃料的水分含量，既有效降低生物质燃料压实加工的难 度，又有效避免由于水分含量过高对于生物质成型燃料的储存造成影响。
[0010] 所述生物质碎肩原料的材料包括农业废弃物、木质素和/或油料作物废弃物，可 以根据实际需要，灵活选用不同类型的材料，充分降低成本，拓展生物质成型燃料的使用。
[0011] 所述农业废弃物包括秸杆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水萌芦中的一种或一种以上的 混合物，来源非常广泛，有效降低生产制造成本。
[0012] 所述木质素包括木块、木肩和树皮中的一种或一种以上的混合物，来源非常广泛， 有效降低生产制造成本。
[0013] 所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物，来源 非常广泛，有效降低生产制造成本。
[0014] 所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维，来源非常广泛，有效降低生产制造成 本，既能起到粘结作用，又有效分散碳酸氢钾保证助燃剂的安全效果。
[0015] 所述曝气助燃粘结层与所述生物质燃料基板的厚度比为1:30~1:70,可以根据 实际需要选用不同的厚度比，进一步提升生物质成型燃料的厚度要求，并未生物质成型燃 料的高压实密度提供潜在的提升空间。
[0016] 所述生物质燃料基板为充气型生物质燃料基板，所述充气型生物质燃料基板在制 备过程中加入相当于生物质碎肩原料干料重量3~8%的生石灰、2~5%的高岭土，充气混 合均匀。选用充气型生物质燃料基板，可以进一步在燃烧过程中增大生物质成型燃料的接 触比表面积，促进生物质成型燃料燃烧性能的发挥。
[0017] 所述生物质燃料基板的层数为两层及以上，可以根据实际需要灵活选用符合要求 的厚度，进一步拓展生物质成型燃料的厚度。
[0018] 本发明一种曝气助燃分离型生物质成型燃料的制备方法，具有如下的有益效果： 第一、加工方便，通过先加工生物质燃料基板和曝气助燃型粘结剂的方式再进行层压 形成最终的生物质成型燃料，生物质燃料基板和曝气助燃型粘结剂的加工过程简单，对辊 层压的过程操作方便，加工生产便捷性高； 第二、产品燃烧性能高，通过在生物质燃料基板设置有曝气助燃粘结层，曝气助燃粘结 层中包含有加热可以产生二氧化碳的碳酸氢钾，既可以利用碳酸氢钾分解的过程中加速不 同层之间的分离增大燃烧接触的表面积，又可以通过产生的二氧化碳带动水蒸气逸出与焦 炭接触生成水煤气实现助燃作用，从而使用生物质燃料的燃烧更加充分，有效提高了生物 质成型燃料的燃烧性能； 第二、通用性强，通过设置曝气助燃粘结层，既可以根据需要设置多层的生物质燃料基 板满足厚度的要求，也有效保证高密度生物质成型燃料的燃烧性能的发挥，具有较强的通 用性； 第四、成本低廉，选用的原料为常规原料节省原料成本，加工流程非常简单，采用的设 备均为常规设备无需较大的设备投资节省设备投资成本，进一步降低制造成本； 第五、便于规模化生产，曝气助燃分离型生物质成型燃料的制备方法结构简单，有效 简化加工工序，且均为常规化操作，操作连续性高，有效降低规模化生产的难度。