本发明属于生物质能源利用技术领域，尤其涉及一种利用茭白外壳的生物质复合燃料及其制备方法。
背景技术：
近年来，为解决大量使用煤炭和石油等化石燃料而引起的能源短缺和环境恶化问题，生物质能作为一种新的清洁能源得到世界各国的广泛关注。在生物质能的利用过程中对通过热化学转换技术获得高质量的燃料以成为一个新的研究热点。
生物质因其可再生、资源丰富、环境友好而成为世界第四大能源，也是唯一可以运输与储存的清洁可再生能源，主要是利用现代化的生物质能源技术将农业废弃物、采伐剩余物、畜禽粪便、城市固体废物、生活污水和工业有机废水等原料加工成生物质颗粒燃料、生物柴油、生物燃料乙醇等终端产品。生物质燃料在后期利用过程中几乎没有SO2排出，减少了其利用过程中产生的烟气所引起的酸雨及温室效应的危害，使得生物质能源拥有了更为广阔的应用前景和发展空间，因而发展生物质燃料已成为人类解决能源问题和改善环境的一个重要手段和发展方向。
中国是农业大国，生物质资源丰富，每年农作物秸秆的产量超过7亿吨，其中可利用量约为5.055亿吨，占中国生物质资源总量的50％-60％，因此，对其转化利用具有重要意义。农作物秸秆等原料存在结构松散、密度小、分布不集中、热效率低、不便运输和存储等诸多缺陷，不利于大规模利用，利用机械力将生物质压缩或挤压成为密度较大、热效率高，便于运输存储的固体燃料是目前较为先进的一种生物质利用方式。
而茭白是一种水生植物，其喜好温暖，潮湿且阳光充足的环境，在炎热的夏季生长最为旺盛。尽管茭白是一种很受大众欢迎的蔬菜，但其外壳却是农业废弃物之一。如能将茭白外壳加以利用，既可变废为宝，带来可观的经济效益，也可缓解因其长期堆积或焚烧对环境所造成的生态压力。
目前国内以茭白外壳为原料生产生物质燃料的研究还未见报道。因此，为缓解因焚烧或掩埋茭白外壳造成的环境压力，避免资源浪费，将茭白外壳与活性污泥等原料复合转化为一种可再生利用的生物质燃料，具有可观的经济效益和显著的社会意义。
技术实现要素：
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种简单、高效、环保的利用茭白外壳的生物质复合燃料及其制备方法，可有效缓解因焚烧或掩埋茭白外壳造成的环境压力，避免资源浪费。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种利用茭白外壳的生物质复合燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将花生秸秆放入炭化炉中于350-420℃的温度下，隔绝空气炭化20-50分钟，冷却至室温加入活性污泥、过氧化镁、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷研磨20-30分钟，烘干，备用；
(2)将粘土用15wt％盐酸溶液浸泡0.5小时，洗涤至中性，加水于80-100℃下超声波处理8-10分钟，再用8-12wt％氢氧化钠溶液浸泡1-2小时，洗涤至中性，加水于80-100℃下超声波处理6-10分钟，然后加入氧化铝粉末、尿素混合均匀后于450-550℃下焙烧2-4小时，冷却至室温研磨20-30分钟后，制得改性粘土；
(3)将茭白外壳置于80-90℃的热水中浸泡18-24小时，过滤投入发酵池内，控制发酵池温度为30-50℃、湿度为50-60％，发酵处理20-25小时后，加入改性粘土搅拌均匀继续发酵8-15天，冷却至室温放入粉碎机中粉碎至60-80目；
(4)将步骤(1)、(3)物料搅拌混匀，加入适量水及其它剩余成分搅拌混匀，送入挤压成型机，以8-10MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料。
进一步地，按重量份数计，所述步骤(1-(4)中各原料按用量配比为：茭白外壳80-100份、花生秸秆10-20份、黏土8-15份、氧化铝粉末2-8份、活性污泥8-15份、过氧化镁3-6份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2-4份、尿素6-10份、适量水。
进一步地，按重量份数计，所述步骤(1-(4)中各原料按用量配比为：茭白外壳85-90份、花生秸秆15-18份、黏土8-10份、氧化铝粉末3.5-4.2份、活性污泥10-12份、过氧化镁4.6-5.2份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2.5-3.5份、尿素7-8份、适量水。
优选地，按重量份数计，所述步骤(1-(4)中各原料按用量配比为：茭白外壳90份、花生秸秆16份、黏土8份、氧化铝粉末3.6份、活性污泥10份、过氧化镁4.8份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2.8份、尿素7.5份、适量水。
进一步地，所述茭白外壳和花生秸秆原料在使用前进行粉碎处理，分别制得粒径均不大于1cm的碎料；优选地，分别制得粒径均0.5-0.8cm的碎料。
进一步地，所述步骤(1)中，炭化温度为390-400℃，隔绝空气炭化35-40分钟。
进一步地，所述步骤(2)中，超声波处理温度为90-95℃，处理时间为7-8分钟。
进一步地，所述步骤(2)中，焙烧温度为500-520℃，焙烧时间为2.5小时。
进一步地，所述步骤(3)中，过滤后的茭白外壳物料的含水量为30-50％。
本发明的第二个方面是提供一种采用上述方法制备的利用茭白外壳的生物质复合燃料。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的制备工艺简单、操作简便，一方面通过加入油性物质花生秸秆并经炭化处理再加以改性，改善了无机碳颗粒的韧性和密度，同时添加活性污泥提高了花生秸秆残炭的燃烧热值并降低了燃烧过程中的挥发分；另一方面，将茭白外壳进行发酵处理后，改变了原料的结构层形成致密的组织结构，并且形成高含量的有机质物质，提高有机质组成成分，再将改性粘土加入继续发酵处理，进而提高有机质原料中的可燃物，最后再配伍其他有效助剂挤压成型；制得的茭白外壳的生物质复合燃料是一种洁净低碳的可再生能源，具有烟雾少热值高，易于成型，生产效率高的优点，适宜作为高热值生物质燃料以及加工方法应用，而且经济实惠，同时对环境无污染，是替代常规化石能源的优质环保燃料，可广泛应用于工业能源领域，例如，火力发电、金属熔炼、海水淡化、城镇取暖、石灰烧制、热制空调、工业加热，其应用前景极为广阔。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1利用茭白外壳制备生物质复合燃料
(1)将花生秸秆10份放入炭化炉中于350-420℃的温度下，隔绝空气炭化30分钟，冷却至室温加入活性污泥8份、过氧化镁3份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2份研磨25分钟，烘干，备用；
(2)将粘土8份用15wt％盐酸溶液浸泡0.5小时，洗涤至中性，加水于80-85℃下超声波处理8-10分钟，再用10wt％氢氧化钠溶液浸泡1小时，洗涤至中性，加水于80-82℃下超声波处理6分钟，然后加入氧化铝粉末4份、尿素6份混合均匀后于450-480℃下焙烧2小时，冷却至室温研磨30分钟后，制得改性粘土；
(3)将茭白外壳80置于80-90℃的热水中浸泡18小时，过滤投入发酵池内，过滤后的茭白外壳物料的含水量为30-35％，控制发酵池温度为30-32℃、湿度为50-55％，发酵处理20小时后，加入改性粘土搅拌均匀继续发酵8天，冷却至室温放入粉碎机中粉碎至60-80目；
(4)将步骤(1)、(3)物料搅拌混匀，加入适量水及其它剩余成分搅拌混匀，送入挤压成型机，以8-10MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料，即得茭白外壳的生物质复合燃料。
实施例2利用茭白外壳制备生物质复合燃料
(1)将花生秸秆20份放入炭化炉中于420℃的温度下，隔绝空气炭化50分钟，冷却至室温加入活性污泥15份、过氧化镁5份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷4份研磨20-30分钟，烘干，备用；
(2)将粘土15份用15wt％盐酸溶液浸泡0.5小时，洗涤至中性，加水于95-100℃下超声波处理10分钟，再用10wt％氢氧化钠溶液浸泡2小时，洗涤至中性，加水于80-85℃下超声波处理10分钟，然后加入氧化铝粉末8份、尿素10份混合均匀后于530-550℃下焙烧2小时，冷却至室温研磨25分钟后，制得改性粘土；
(3)将茭白外壳100份置于90℃的热水中浸泡18小时，过滤投入发酵池内，过滤后的茭白外壳物料的含水量为45-50％，控制发酵池温度为40-45℃、湿度为50％，发酵处理25小时后，加入改性粘土搅拌均匀继续发酵10天，冷却至室温放入粉碎机中粉碎至60-80目；
(4)将步骤(1)、(3)物料搅拌混匀，加入适量水及其它剩余成分搅拌混匀，送入挤压成型机，以8-10MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料，，即得茭白外壳的生物质复合燃料。
实施例3利用茭白外壳制备生物质复合燃料
(1)将花生秸秆16份放入炭化炉中于400-420℃的温度下，隔绝空气炭化30分钟，冷却至室温加入活性污泥10份、过氧化镁4.8份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2.8份研磨20分钟，烘干，备用；
(2)将粘土8份用15wt％盐酸溶液浸泡0.5小时，洗涤至中性，加水于80-85℃下超声波处理10分钟，再用10wt％氢氧化钠溶液浸泡1小时，洗涤至中性，加水于80-85℃下超声波处理8分钟，然后加入氧化铝粉末4.8份、尿素7.5份混合均匀后于450-460℃下焙烧4小时，冷却至室温研磨30分钟后，制得改性粘土；
(3)将茭白外壳90份置于80-85℃的热水中浸泡20小时，过滤投入发酵池内，过滤后的茭白外壳物料的含水量为30-35％，控制发酵池温度为35-40℃、湿度为50-55％，发酵处理20小时后，加入改性粘土搅拌均匀继续发酵10天，冷却至室温放入粉碎机中粉碎至60-80目；
(4)将步骤(1)、(3)物料搅拌混匀，加入适量水及其它剩余成分搅拌混匀，送入挤压成型机，以8-10MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料，即得茭白外壳的生物质复合燃料。
检测实验：以上述实施例1-3制得的茭白外壳的生物质复合燃料为燃料，利用燃料流态化的特点和粉尘爆炸的原理，将燃料通过气体输送实现燃料和成比例的空气炉外均匀混合，实现生物质的流态化喂入生物质燃料燃烧炉中燃烧，具体燃烧的技术参数指标如下表1所示：
表1茭白外壳的生物质复合燃料技术参数指标
由上述表1的检测结果可知，本发明以茭白外壳、花生秸秆和化工活性污泥为原料，制备的茭白外壳的生物质复合燃料，具有烟雾少热值高，易于成型，生产效率高的优点，适宜作为高热值生物质燃料以及加工方法应用，而且经济实惠，同时对环境无污染，是替代常规化石能源的优质环保燃料；一方面解决了因焚烧或掩埋茭白外壳或花生秸秆造成的环境压力和资源浪费的问题；另一方面解决了污水处理厂的污泥处置问题，实现了污泥的减量化、资源化，满足生产、物流、管理、环保、高效和节能的生产要求，具有可观的经济效益和显著的社会意义。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。