专利名称：改进的生物质材料的利用方法及其燃烧方法
技术领域：
本发明是关于改进的生物质材料的利用方法及其燃烧方法，特别是关于利用生物
质材料作为工业反应的热源、生产碱金属硅酸盐的方法。
背景技术：
在先中国专利申请号为200780002709. 3的专利申请中提供了一种生物质材料(包括农林生产中产生的林木、秸秆、野生草木材料本身及其造纸等加工后的剩余产物)的利用方法，使生物质材料在燃烧时与反应物直接接触混合，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生化学反应；使能源的生产和化工产品的生产合为一体，即在同一反应器内同步进行燃烧放热及化学合成反应，燃烧放出的热能促使氧化硅与氢氧化钠等进行化学反应，在不需要外部能源输入情况下得到所需的偏硅酸钠等工业化学品。但该在先技术方案中反应物与生物质混合为混合物或横向分层地码放容易造成反应物层减少和阻碍上下方向流动的助燃空气与生物质的有效接触，另外，由于生物质燃烧时放出大量的二氧化碳，当反应物散布于生物质材料块内时，二氧化碳容易与反应物发生接触并发生化学反应生成不需要的副产物，如与反应物之一的氢氧化钠接触反应生成碳酸钠的副反应；还有，由于混合有反应物的生物质材料制成块状码放在炉篦上放入炉窑内后鼓风助燃燃烧，当只有上吹风时容易有气流难以到达的燃烧死角使炉窑的后期燃烧效果较差，影响了整体的燃烧效率；当收集反应物时还由于反应物容易破碎及生物质燃烧后的灰烬易于形成粉尘污染了收集物料的现场工作环境。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种对前述在先技术改进的生物质材料的利用方法及其燃烧方法，利用生物质材料在燃烧时的现场放热来作为与反应物直接接触的内部热源，减少副反应和副产物的发生和生成，提高炉具的燃烧效率，以及避免粉尘的出现改善现场工作环境。 本发明的技术方案是一种改进的利用生物质材料的方法，使生物质材料在燃烧
时与反应物直接接触混合，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生
化学反应，反应物经预先充分混合成型后再有间隔地排列入生物质材料块中。 根据本发明的第二方面，在打捆成型的生物质块内插入一个或一排或两排通心钢
管，将反应物放入该钢管内后拔出钢管使反应物留在生物质块内自然成形为长条形；且将
长条形的反应物沿重力(上下)方向也是助燃空气流动方向有间隔地排列在生物质材料块中。 根据本发明的第三方面，将反应物放入塑料袋中使反应物依塑料袋内腔形状而成型。 根据本发明的第四方面，在反应物中加入胶黏剂水玻璃使反应物成型。 根据本发明的第五方面，反应物成型为近似园球形或方形或任何立体形状有间隔地排列在生物质材料块中。 根据本发明的第六方面，反应物为氢氧化钠与石英砂或碳酸钠与石英砂或硫酸钠与煤粉及石英砂的混合物或石灰石。 根据本发明的第七方面，一种改进的利用生物质材料的燃烧方法，生物质的燃烧炉具有一个居中的上吹风和数个对称设置的下吹风。上吹风首先吹风助燃，当燃烧接近完毕时，减弱或关闭上吹风，再开启下吹风助燃并利用风力将炉内四周角落里未充分燃烧的生物质吹离炉篦落入炉底部空间内。 根据本发明的第八方面，生物质的燃烧炉的底部与物料收集水道直接连接，落入炉底的反应产物以及生物质燃烧灰烬一起落入水道内或被推入水道内，避免了粉尘的产生。水溶性的物料主要为反应后的产物，经过溶解扩散至水道的最远端而被抽提后进行干燥处理得到最终产品；而不溶于水的灰烬等杂质被集中捞出后沥干备用。
具体实施方式
实施例1 将自然风干的稻草(或麦草或野草)用市售打捆机打捆成长宽高分别是80厘米、32厘米、42厘米的草捆，平均重量约为12公斤。按比例将市售片状氢氧化钠(重量含量96% ) 3. 3公斤与市售过80目石英砂(重量含量98% ) 2. 7公斤均匀混合作为反应物。利用内直径4. 5厘米外直径5厘米长40厘米的无缝钢管沿草捆的宽度方向插入草捆至约40厘米深处(以此保证钢管不会穿透草捆使草捆内的反应物不会漏出草捆)，将前述氢氧化钠与石英砂的混合物约0. 6公斤装填入钢管内压实后轻轻拔出钢管，反应物自动落下留在草捆内形成一个长条形的反应物。在草捆的长宽面上均匀分布地分两排每排5个装料孔方式插入该钢管并装填反应物或将10根同样大小的钢管同时插入草捆并同样地装填反应物后再拔出草捆，将总计约6公斤的反应物留在一个草捆内。因为反应物互相均匀混合形成块状体，增加了反应物之间所希望发生的生成稳定的硅酸钠产物的主反应，当氢氧化钠已经被消耗转化后也就直接减少了氢氧化钠与燃烧废气中的二氧化碳之间的可能副反应，同时与将反应物分层散布在生物质材料内或均匀地与生物质材料混合时相比，减少了反应物的表面积，从而也减少了反应物与二氧化碳接触发生副反应的可能性。
将上述含有反应物的草捆每层两排每排四捆码放在耐热角钢制做的炉篦(炉篦框长宽分别是1. 7米、1. 5米，中间等距布置纵横两排炉篦)上并使长条形反应物长度方向沿重力方向，共重复码放5层，形成一个总计40捆的生物质燃烧块。这样码放的优点是，反应物受热产生氢氧化钠液体时液体向下流动易于与其它反应物进一步的进行充分接触混合发生化学反应，当生物质燃烧消失或化为灰烬后，反应物可以自动受重力作用在较少阻力的情况下落入炉底并被收集处理。 码放时沿炉篦中心线稍留一个中心气流通道以便在生物质从其上方点火时可以优先在生物质块的中心开始燃烧。生物质燃烧块在其最上部点火后与炉篦一起沿轨道(轨道由中空内径3厘米外径10厘米无缝钢管组成，钢管内始终通有循环冷却水进行冷却)内送入炉窑上部(上燃烧室)，关闭炉门后启动鼓风机助燃燃烧。所利用的容纳生物质燃烧块的炉窑上部是一个长宽高分别为2米、1. 8米、2. 4米的方形体，顶部带有一直径80厘米的通风口，由一个IIKW鼓风机鼓入助燃空气(阻燃空气可以先经过烟气余热换热器预
4热)，空气的流量通过自动控制电机转速或风门大小控制，控制参数为炉窑底部火焰出口烟气中残氧量的多少来定，一般设定在10%左右，但在不考虑热能二次利用的情况下，也可以始终将风机保持在最大转速，炉篦下端烟道前端最大火焰温度测得达到IOO(TC。炉窑底部(下燃烧室)为长宽与上部相同，深度为1. 5米的空间以容纳反应产物和生物质燃烧后的灰烬，烟气通道为沿炉篦轨道滑动方向向前，与炉窑下部等高为1. 5米，宽度1. 5米，烟道长度12米，烟道内设置空气或水或导热油热交换器以利用生物质燃烧以及化学反应所放出的热能，最后经过换热后的烟气进入15米高直径1. 5米烟囱内排出。 燃烧时间约为15分钟后即停止或减少上吹风，同时开启设置于炉篦下部50厘米处位于四个角落的四个3KW鼓风机(风口直径30厘米)从下向上侧向向生物质块送风助燃5分钟。此时位于边沿残余未燃尽的生物质材料得到充分供氧燃烧或被吹落入炉窑底部继续燃烧。 停止燃烧后，落入炉窑下部的反应产物以及灰烬经与烟道方向垂直的侧向移料门移出后进行处理，首先冷却后通过风选除去生物质燃烧后的灰烬得到白色的主要为偏硅酸钠及少量极细小灰烬的块状或粉状产物约180公斤(因为部分小颗粒的偏硅酸钠与灰烬同时吹出故远低于理论值的193. 2公斤)；如将反应产物以及生物质燃烧后的灰烬一起放入水中溶解过滤掉灰烬等固体杂质，再将所得液体经过充分脱水干燥，则可得到白色产物约190公斤，经过成分检测其中含偏硅酸钠90%，碳酸钠6%，其它主要为钾的碳酸盐、硫酸盐及盐酸盐，以及其它少量杂质成分。 或者将反应产物与生物质灰烬一起直接落入或通过设置一斜坡被推入设置于烟道直接下方的水道内，水道长超过烟道长度为20米，与烟道等宽为1. 5米，深度为1米，烟道与水道通过不锈钢板隔绝开，超出烟道部分的目的是使溶解于水的反应物及微小的粉尘颗粒经过溶解扩散至水道的最远端而被抽提出来后进行压滤干燥处理得到纯净的硅酸钠主产品，而不溶于水的固体灰烬和杂质滞留在水道的近前端被集中捞出后沥干备用。当然水道的流向可以是向任何方向而不影响反应物和生物质灰烬落入水道内被溶解过滤。水道直接置于烟道或炉底之下由此避免了粉尘向炉外飘散污染环境的问题。
实施例2 该实施例与实施例1的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例中的反应物预先装入一 内径4. 5厘米长度45厘米一端封口的塑料袋内，反应物装入袋内达40厘米后再将另一开口封口，并直接放入前述钢管内，当钢管移出草捆后，塑料袋连同反应物留在草捆内。 实施例3 该实施例与实施例1、2的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例中的反应物预先与为反应物重量的5%的水玻璃(模数2.5，含水量约20%)混合均匀并固化成型为直径4. 5厘米长度40厘米圆柱形，并直接放入前述钢管内，当钢管移出草捆后，塑料袋连同反应物留在草捆内。
实施例4 该实施例与实施例1、2、3的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例将混合后的反应物装入方形塑料袋内，封口时使反应物成型为近似圆球形(直径10厘米)或其它形状，在向炉篦上码放散草或小草捆时立体有间隔地将装有反应物的塑料袋放置在草上，间隔为15厘米。
实施例5 该实施例与实施例1、2、3、4的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例按比例将市售片状氢氧化钠(重量含量96% )2.4公斤与市售过80目石英砂(重量含量98% ) 3. 6公斤均匀混合作为反应物，并灌装入一个草捆内。40个这样的草捆码放成燃烧块后经燃烧反应后得到难溶于水的固体反应物和生物质燃烧后的灰烬，将固体破碎后，通过旋风分离生物质灰烬，得到约210公斤略带黄色的粉末状固体，经检测主要为模数为2的硅酸钠(含量90，其它为碳酸钠及杂质成分)。按照常规工艺，通过高温热水溶解该固体即可以得到主要为模数2的水玻璃产品。
实施例6 该实施例与实施例1、2、3、4、5的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例按比例将市售片状氢氧化钠(重量含量96%)1.96公斤与市售过80目石英砂(重量含量98% ) 4. 1公斤均匀混合作为反应物，并灌装入一个草捆内。40个这样的草捆码放成燃烧块后经燃烧反应后得到难溶于水的固体反应物和生物质燃烧后的灰烬，将固体破碎后，通过旋风分离生物质灰烬，得到约230公斤略带黄色的粉末状固体，经检测主要为模数为2. 8的硅酸钠(含量92%，其它为碳酸钠和其它杂质成分)。按照常规工艺，通过高温热水溶解该固体即可以得到主要为模数2. 8的水玻璃产品。
实施例7 该实施例与实施例1、2、3、4、5的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例将
前述氢氧化钠用碳酸钠代替。
实施例8 该实施例与实施例1、2、3、4、5的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例将
前述氢氧化钠用硫酸钠与煤粉的混合物代替。所得有用产物为硅酸钠及氧化硫气体。
实施例9 该实施例与实施例1、2、3、4、5的原理及效果相同，不再重述。区别是该实施例将前述氢氧化钠及石英砂的混合物用单纯的过20目石灰石(碳酸钙)粉末或过0. 5厘米孔径筛石灰石颗粒代替。燃烧完成后，部分石灰石未被完全转化为氧化钙，因此最终产物为氧化钙、石灰石、草木灰的混合物(草木灰也可以通过旋风分离基本除掉)。该产物可以经过进一步的研磨使之适合作为建筑用的含有草木灰、氧化钙、碳酸钙及其它随反应物和生物质材料带入的杂质的复合材料，或溶于水后得到含有草木灰、氢氧化钙、石灰石等的浆料即可用于建筑施工中，或用于与粉煤灰混合制造粉煤灰砖工艺中。
权利要求
一种改进的利用生物质材料的方法，使生物质材料在燃烧时与反应物直接接触混合，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度而发生化学反应，其特征在于，反应物经预先充分混合成型后再有间隔地排列入生物质材料块中。
2. 如权利要求1所述的改进的利用生物质材料的方法，其特征在于，反应物成型为长条形并沿重力方向有间隔地排列在生物质材料块中。
3. 如权利要求1所述的改进的利用生物质材料的方法，其特征在于，在打捆成型的生物质块内插入一个或一排通心钢管，将反应物放入该钢管内后拔出钢管使反应物留在生物质块内自然成形。
4. 如权利要求1所述的改进的利用生物质材料的方法，其特征在于，将反应物放入塑料袋中使反应物依塑料袋内腔形状而成型。
5. 如权利要求1所述的改进的利用生物质材料的方法，其特征在于，在反应物中加入胶黏剂水玻璃使反应物成型。
6. 如权利要求1所述的改进的利用生物质材料的方法，其特征在于，反应物成型为球形或方形或任何立体形状有间隔地排列在生物质材料块中。
7. 如权利要求1所述的改进的利用生物质材料的方法，其特征在于，所述反应物为氢氧化钠与石英砂或碳酸钠与石英砂或硫酸钠与煤粉及石英砂的混合物或石灰石。
8. —种改进的利用生物质材料的燃烧方法，其特征在于，生物质的燃烧炉具有一个居中的上吹风和数个对称设置的下吹风。
9. 如权利要求8所述的改进的利用生物质材料的燃烧方法，其特征在于，上吹风首先吹风助燃，当燃烧接近完毕时，减弱或关闭上吹风，再开启下吹风助燃并利用风力将炉内四周角落里未充分燃烧的生物质吹离炉篦落入炉底部空间内。
10. 如权利要求8所述的改进的利用生物质材料的燃烧方法，其特征在于，烟道下方有一用于溶解过滤反应产物和灰烬杂质的水道。
全文摘要
一种改进的生物质材料的利用方法及其燃烧方法，使生物质材料在燃烧时与反应物直接接触，由生物质材料的自燃烧放热直接加热反应物至反应温度，反应物经预先充分混合成型后再有间隔地排列入生物质材料块中，减少副反应和副产物的发生和生成，提高炉具的燃烧效率，以及避免粉尘的出现改善现场工作环境。
文档编号C01B33/32GK101767794SQ20081018983
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者秦才东 申请人:秦才东