菊芋秸秆燃料棒及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种菊芋秸秆燃料棒及其制作方法，由以下原料按重量配比组成：菊芋秸秆50～80份；劣煤15～30份；氧化钙1～3份；硅藻土2～4份；助燃剂0.5～1份；固硫剂1～3份；膨润土0.5～1.5份。本发明充分利用菊芋秸秆燃烧热量值高的特点，在燃料棒中添加助燃成分，同时添加氧化钙、硅藻土等添加剂，降低菊芋秸秆结渣率及腐蚀性，制作出菊芋秸秆燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产，提高菊芋秸秆资源的利用率，促进菊芋产业链的延伸及发展。
【专利说明】
菊芋秸秆燃料棒及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及生物质燃料技术领域，特别是涉及一种菊芋秸杆燃料棒及其制作方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，全国乃至世界能源与环境状况都面临着严峻危机，因此，改变能源消费结 构，防治大气污染已经成为社会和经济可持续发展所面临的重要课题。生物质能源作为一 种可再生的清洁能源，越来越受到各方关注。现阶段，我国秸杆资源利用率低，通常是焚烧 在农田中，不仅造成了资源浪费，还对环境造成了严重污染。
[0003] 菊芋(Helianthus tuberosus)是菊科向日葵属的多年生草本植物，又称洋姜、鬼 子姜、洋芋头等。菊芋原产北美，后经欧洲传人我国，由于适应性强而在我国各地均有栽培。 菊芋植株高大（可高达3.7m以上）、生长迅速，地上秸杆产量巨大，加之菊芋具有较强的耐 盐、耐旱、耐寒的习性，因此可以实现荒坡地及盐碱地的种植，并作为一种新资源食品和新 能源植物备受青睐。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种菊芋秸杆燃料棒及其制作方法，以提高秸 杆的燃烧热量值。
[0005] 基于上述目的，本发明提供的菊芋秸杆燃料棒由以下原料按重量配比组成： 菊芋秸秆 50~80份; 劣煤 15~30份;
[0006] 氧化钙 1~3份； 桂藻土 2~4份; 助燃剂 0.5~1份; 固硫剂 1~3份；
[0007] 膨润土 0.5~1.5份；以及 粘合剂 上述原料总质量的3~6%。
[0008] 在本发明的一些实施例中，所述固硫剂为硫酸钡和碳酸钠按照95~97:3~5质量 比组成的粉末状混合物。
[0009] 在本发明的一些实施例中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按照1~3: 2~ 6:5~15的质量比组成的混合物。
[0010] 在本发明的一些实施例中，所述粘合剂为淀粉、聚丙烯和氢氧化钠按照质量比1~ 1.5:0.1~0.3:0.2~0.6混合的混合物。
[0011]本发明还提供一种制作上述菊芋秸杆燃料棒的方法，包括以下步骤：
[0012] 将菊芋秸杆晾晒干燥，控制秸杆含水量在13~15%以下；
[0013] 将干燥后的菊芋秸杆粉碎成碎料；
[0014]将菊芋秸杆碎料、劣煤、氧化钙、硅藻土、助燃剂、固硫剂和膨润土搅拌均匀，再向 混合物料中加入粘合剂，然后混匀；
[0015] 混合后的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成燃料棒。
[0016] 在本发明的一些实施例中，所述燃料棒的规格为直径3~5cm、长度5~10cm的圆柱 型。
[0017] 在本发明的一些实施例中，将干燥后的菊芋秸杆碎成20~40目的碎料。
[0018] 由此可见，本发明充分利用菊芋秸杆燃烧热量值高的特点，在燃料棒中添加助燃 成分，同时添加氧化钙、硅藻土等添加剂，降低菊芋秸杆结渣率及腐蚀性，制作出菊芋秸杆 燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产，提高菊芋秸杆资源的利用率，促进菊芋产业链的延 伸及发展。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发 明进一步详细说明。
[0020] 菊芋秸杆富含热量，种植菊芋每亩地可收获干秸杆1000kg~1500kg，菊芋秸杆中 纤维素含量48 %左右，半纤维素含量18 %左右，木质素含量25 %左右，每亩地收获菊芋干秸 杆的热量值相当于500kg~750kg的标准煤释放的热量值。本发明充分利用生物质原料，主 要采用菊芋秸杆制作一种秸杆燃料棒，可广泛应用于工业及民用生产生活领域。
[0021] 实施例1
[0022] (1)原料的收集:待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸 杆收获机收割菊芋茎杆；
[0023] (2)干燥及去杂:将收割后的菊芋秸杆晾晒干燥，控制秸杆含水量在15%以下，将 秸杆通过振动筛去除秸杆上夹杂的尘土等杂质；
[0024] (3)原料粉碎:将去除尘土及杂质的菊芋秸杆用粉碎机粉碎成20目的碎料，备用；
[0025] (4)混料:按重量份计，将菊芋秸杆碎料70份、劣煤20份、氧化钙3份、硅藻土 4份、助 燃剂1份、固硫剂1份、膨润土 1份搅拌均匀;其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按 照1.5:4:10的质量比组成的混合物，所述固硫剂为96%硫酸钡和4%碳酸钠组成的粉末状 混合物；
[0026] (5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入4%粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂 为:淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1.2:0.15:0.4混合的混合物；
[0027] (6)挤压成型:混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成规格 为直径5cm、长度10cm的圆柱型燃料棒；
[0028] (7)冷却：将燃料棒送入冷却箱进行冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎 料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到96 %以上，颗粒含水率13 %左右， 从而提尚物料的利用率，避免造成物料的浪费；
[0029] (8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
[0030] 实施例2
[0031 ] (1)原料的收集:待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸 杆收获机收割菊芋茎杆；
[0032] (2)干燥及去杂:将收割后的菊芋秸杆晾晒干燥，控制秸杆含水量在13%以下，将 秸杆通过振动筛去除秸杆上夹杂的尘土等杂质；
[0033] (3)原料粉碎:将去除尘土及杂质的菊芋秸杆用粉碎机粉碎成30目的碎料，备用；
[0034] (4)混料:按重量份计，将菊芋秸杆碎料79份、劣煤15份、氧化钙2份、硅藻土 2份、助 燃剂〇. 5份、固硫剂1份、膨润土 0.5份搅拌均匀;其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化 钙按照2.5: 3:12的质量比组成的混合物，所述固硫剂为95%硫酸钡和5%碳酸钠组成的粉 末状混合物；
[0035] (5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入3%粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂 为:淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1: 〇. 2:0.5混合的混合物；
[0036] (6)挤压成型:混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成规格 为直径3cm、长度8cm的圆柱型燃料棒；
[0037] (7)冷却：将燃料棒送入冷却箱进行冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎 料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到96%以上，颗粒含水率14%左右； [0038] (8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
[0039] 实施例3
[0040] (1)原料的收集:待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸 杆收获机收割菊芋茎杆；
[0041] (2)干燥及去杂:将收割后的菊芋秸杆晾晒干燥，控制秸杆含水量在14%以下，将 秸杆通过振动筛去除秸杆上夹杂的尘土等杂质；
[0042] (3)原料粉碎:将去除尘土及杂质的菊芋秸杆用粉碎机粉碎成30目的碎料，备用；
[0043] (4)混料:按重量份计，将菊芋秸杆碎料60份、劣煤30份、氧化钙2.5份、硅藻土 4份、 助燃剂1份、固硫剂2份、膨润土 0.5份搅拌均匀;其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化 钙按照1:6:5的质量比组成的混合物，所述固硫剂为97%硫酸钡和3%碳酸钠组成的粉末状 混合物；
[0044] (5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入5 %粘合剂，然后混匀；其中，所述粘合剂 为:淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1.2:0.3:0.3混合的混合物；
[0045] (6)挤压成型:混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成规格 为直径3cm、长度8cm的圆柱型燃料棒；
[0046] (7)冷却：将燃料棒进行自然冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎料，将破 碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到97%以上，颗粒含水率13.5%左右；
[0047] (8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
[0048] 实施例4
[0049] (1)原料的收集:待田间菊芋块茎成熟后，菊芋地上部叶片及茎杆枯黄后，利用秸 杆收获机收割菊芋茎杆；
[0050] (2)干燥及去杂:将收割后的菊芋秸杆晾晒干燥，控制秸杆含水量在14%以下，将 秸杆通过振动筛去除秸杆上夹杂的尘土等杂质；
[0051] (3)原料粉碎:将去除尘土及杂质的菊芋秸杆用粉碎机粉碎成30目的碎料，备用；
[0052] (4)混料:按重量份计，将菊芋秸杆碎料69份、劣煤25份、氧化钙1份、硅藻土 2份、助 燃剂1份、固硫剂1份、膨润土 1份搅拌均匀;其中，所述助燃剂为硝酸钾、高锰酸钾、氯化钙按 照2.8:5:5的质量比组成的混合物，所述固硫剂为95.5 %硫酸钡和4.5 %碳酸钠组成的粉末 状混合物；
[0053] (5)粘合：向步骤(4)得到的混料中加入4.5%粘合剂，然后混匀;其中，所述粘合剂 为:淀粉、聚丙烯及氢氧化钠按照质量比1: 〇. 1: 〇. 5混合的混合物；
[0054] (6)挤压成型：混合均匀的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压造型，制作成 规格为直径4cm、长度8cm的圆柱型燃料棒；
[0055] (7)冷却：将燃料棒送入冷却箱进行冷却，冷却后的燃料棒通过振动筛去除破碎 料，将破碎料返回步骤(6)进行再挤压，使颗粒成型率达到96%以上，颗粒含水率13.8%左 右；
[0056] (8)将过筛后的燃料棒包装、称重。
[0057] 对比试验1
[0058]将实施例1中的菊芋秸杆碎料70份替换成玉米秸杆碎料70份、大豆秸杆碎料70份， 其他同实施例1，作为对比实施例。将两组对比实施例与实施1获得的燃烧棒的燃烧参数进 行比较，结果见表1。
[0059]表1不同生物质秸杆燃烧参数比较
[0062] 从表1可以看出，菊芋秸杆作为主要燃料，其放热量较传统的玉米、大豆秸杆要高， 且其燃烧后灰分含量底，是一种理想的高能清洁燃料。
[0063] 对比试验2
[0064]将实施例2中的菊芋秸杆碎料的粉碎程度分别替换成10目、20目和40目，其他同实 施例2,作为对比实施例。将三组对比实施例与实施2获得的燃烧棒的燃烧情况进行比较，结 果见表2。
[0065]表2利用不同粉碎程度的菊芋秸杆碎粒生产的燃料棒燃烧率情况比较
[0067]从表2可以看出，通过不同目数菊芋秸杆制作的燃料棒的燃烧情况，可以看出，将 秸杆粉碎至20~30目后，可以显著地加快其燃烧速度，并且燃烧也更为充分。
[0068] 对比试验3
[0069] 对比实施例1:不添加劣煤，其他同实施例1。
[0070] 对比实施例2:按重量份计，将菊芋秸杆碎料80份、劣煤10份、氧化钙3份、硅藻土 4 份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土 1份搅拌均匀。其他同实施例1。
[0071] 对比实施例3:按重量份计，将菊芋秸杆碎料50份、劣煤40份、氧化钙3份、硅藻土 4 份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土 1份搅拌均匀。其他同实施例1。
[0072] 对添加不同比例劣煤后制作的菊芋秸杆燃料棒燃烧情况进行比较，结果见表3。 [0073]表3添加不同比例劣煤制作的菊芋秸杆燃料棒燃烧情况比较
[0075]由表3可看出，加入劣煤后，可以提高燃料棒的放热量，同时也能很显著的延长燃 料棒燃烧时间，劣煤比例在1~30 %范围时，延长效果明显，且燃烧灰分有小幅度增加，30 % 以上，燃烧灰分增加过多，因此建议添加劣煤的比例控制在15~30%之间。
[0076] 对比试验4
[0077]对比实施例4:按重量份计，将菊芋秸杆碎料65份、劣煤25份、氧化钙5份、硅藻土 2 份、助燃剂1份、固硫剂1份、膨润土 1份搅拌均匀。其他同实施例4。
[0078]对比实施例5:按重量份计，将菊芋秸杆碎料70份、劣煤25份、硅藻土 2份、助燃剂1 份、固硫剂1份、膨润土 1份搅拌均匀。其他同实施例4。
[0079] 对添加不同比例的氧化钙后制作的菊芋燃料棒结渣特性进行比较，结果见表4。
[0080] 表4添加不同比例氧化钙制作的菊芋秸杆燃料棒结渣特性的比较
[0083]由表4可看出，添加氧化钙可显著降低菊芋燃料棒结渣率，且随着添加氧化钙量的 增加效果更为显著，但是考虑到氧化钙对燃烧具有一定的抑制作用，本发明将比例控制在 3%以下。
[0084] 本发明充分利用菊芋猜杆燃烧热量值尚的特点，在燃料棒中添加助燃成分，同时 添加氧化钙、硅藻土等添加剂，降低菊芋秸杆结渣率及腐蚀性，制作出菊芋秸杆燃料棒，可 广泛应用于工业及民用生产，提高菊芋秸杆资源的利用率，促进菊芋产业链的延伸及发展。
[0085] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0086] (1)本发明创新采用菊芋秸杆作为燃料来源，利用了菊芋秸杆燃烧热量高的特点， 增加了燃料的品种，扩大了燃料的来源，采用将秸杆加工为燃料棒的方式，一方面使菊芋秸 杆携带运输及使用更为方便，对菊芋产业的发展起到促进作用，另一方面也可替代部分不 可再生能源，解决能源危机，减少环境污染。同时菊芋秸杆燃料棒燃烧后生成的灰分也可作 为改良剂进行盐渍土壤的改良。
[0087] (2)本发明将菊芋秸杆粉碎成微粒，同时添加助燃剂，促进了菊芋秸杆的燃烧，提 高了菊芋秸杆燃烧充分性;添加固硫剂及膨润土，提高菊芋秸杆的成型性，同时固硫剂还可 除去燃料棒燃烧废气中硫氧化物，起到避免污染环境的作用；添加劣煤主要是增强燃料棒 的燃烧持久性;加入氧化钙的主要作用是缓解所制备菊芋燃料棒的结渣；
[0088] (3)本发明所用粘合剂由淀粉、聚丙烯及氢氧化钠组成，一方面利用了淀粉具有良 好的稳定粘性和极好的含水性能的特性，另一方面加入聚丙烯及氢氧化钠，起到降低淀粉 膨胀和胶化的温度的作用，可精确控制淀粉膨胀和胶化的温度，从而使淀粉能够最大限度 发挥其粘性，该粘合剂稳定性较好;本发明所用固硫剂以硫酸钡为固硫基底，添加3~5%的 碳酸钠，将两种原料混匀后磨成粉末以备用，由于硫酸钡分解温度大大高于传统固硫剂硫 酸钙的分解温度，使秸杆显示较高的热稳定性，且钡基固硫剂在高温燃烧中的固硫效果高 于钙基固硫剂，而添加了碳酸钠，则可以使固硫剂的固硫率达到85%以上;本发明所用助燃 剂选用高猛酸价作为助燃剂，主要是利用其高温下可分解产生氧气的作用，而添加了硝酸 钾及氯化钙，则可起到很好的催化与附着效果；
[0089] (4)本发明制作的燃料棒，采用氧化钙作为缓解结渣程度的添加剂，极大的降低了 菊芋燃料棒的结渣程度，提高了菊芋秸杆的燃烧效率，解决秸杆燃料在使用过程中出现的 结渣、积灰问题；
[0090] (5)本发明中采用硅藻土作为菊芋秸杆燃料碱金属调节剂，一方面硅藻土来源广 泛，容易获得，另一方面，硅藻土具有很好的减轻或解决秸杆燃烧过程中由碱金属所引起的 金属腐蚀问题。
[0091] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非 旨在暗示本公开的范围（包括权利要求)被限于这些例子;在本发明的思路下，以上实施例 或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面 的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种菊芋賴杆燃料棒，其特征在于，由W下原料按重量配比组成： 菊芋稻巧 50~80份； 劣煤 1.5~30份； 氧化锅 1~3份； 娃藻上 2~4份； 助燃剂 0.5~1份； 固硫剂 1~3份； 膨润上 0.5~1.5份；臥及 粘合剂 上述原料总质量的3~6%。2. 根据权利要求1所述的菊芋賴杆燃料棒，其特征在于，所述固硫剂为硫酸领和碳酸钢 按照95~97:3~5质量比组成的粉末状混合物。3. 根据权利要求1所述的菊芋賴杆燃料棒，其特征在于，所述助燃剂为硝酸钟、高儘酸 钟、氯化巧按照1~3:2~6:5~15的质量比组成的混合物。4. 根据权利要求1所述的菊芋賴杆燃料棒，其特征在于，所述粘合剂为淀粉、聚丙締和 氨氧化钢按照质量比1~1.5:0.1~0.3:0.2~0.6混合的混合物。5. -种如权利要求1~4中任意一项所述的菊芋賴杆燃料棒的制作方法，其特征在于， 包括W下步骤： 将菊芋賴杆惊晒干燥，控制賴杆含水量在13~15% W下； 将干燥后的菊芋賴杆碎成碎料； 将菊芋賴杆碎料、劣煤、氧化巧、娃藻±、助燃剂、固硫剂和膨润±揽拌均匀，再向混合 物料中加入粘合剂，然后混匀； 混合后的物料经蒸汽软化后送入造粒机内进行挤压，制作成燃料棒。6. 根据权利要求1所述的菊芋賴杆燃料棒的制作方法，其特征在于，所述燃料棒的规格 为直径3~5cm、长度5~10cm的圆柱型。7. 根据权利要求1所述的菊芋賴杆燃料棒的制作方法，其特征在于，将干燥后的菊芋賴 杆碎成20~40目的碎料。
【文档编号】C10L5/44GK105969473SQ201610382164
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】左兆河, 张秀波, 杨诚, 史建伟
【申请人】山东沾化亿元宝农业种植有限公司