一种生物质燃料块及其制备方法与流程

本发明涉及生物质燃料技术领域，具体而言，涉及一种用于生物质工业锅炉的生物质燃料块及其制备方法。

背景技术：

生物质燃料的利用方式包括制成燃料乙醇、生物柴油等液体燃料、沼气等气化燃料及固体成型燃料，其中将其制成固体成型燃料是目前应用最为广泛的方式。

当前的生物质颗粒燃料存在生产成本高、生产效率低、价格偏高、热值低等缺点。特别是将其用于工业锅炉大生产时，由于其热值低、单块量小，容易造成投料频繁且锅炉温度难以达到要求；另外，其在生产制造过程中需要耗费大量热能、电能来实现挤压成型，因此其很难用于工业锅炉的生产应用。

专利文献cn108913269a公开了一种麦秸秆生物质颗粒及其制备方法，其是以麦秆为主要原材料，添加石蜡、煤渣等，通过晒干、切断、粉碎、混合、搅拌、压制、烘干、造粒、包装制成。这种方案是传统的生物质颗粒制作工艺，需要在加热温度180-230℃，加热时间15-23min的条件下制作，耗费大量电能且工效极低，造成该专利制作的颗粒燃料成本极高，而原煤的成本不过500-600元/吨左右，这就使得该颗粒燃料很难能够得到大范围推广使用。

专利文献cn109321301a公开了一种生物质颗粒燃料的生产工艺，其通过原料预处理、烘干除尘、筛选、分料、搅拌、造粒、除尘、筛选而制成。该工艺需要对物料进行烘干处理，然后再添加其自制的氧化淀粉胶黏剂搅拌均匀后，挤出成型。该工艺由于添加了胶黏剂，所以在挤出成型时不需要热能。但是挤出成型效率低，挤出的料粒径小，难以制备直径较大的物料；另外，其在拌胶前，需要将原料烘干，这就浪费了热能，提高了生产成本；最后，其采用的是氧化淀粉胶黏剂，由于该胶黏剂粘性很好，在成型时有可能会出现粘模的现象。

目前，固体成型的生物质燃料通常采用挤出成型工艺，具体分为不加热挤出成型和加热挤出成型两种方式。

其中，加热挤出成型过程中一般不添加胶黏剂，通过加热使物料进行长时间的高温高压挤出，在挤出过程中物料表面的木质素熔融，形成一定的粘接力，实现挤出成型。这种成型方式需要消耗大量的热能，生产效率低、生产成本高，且无法生产尺寸较大的物料。

不加热挤出成型方式是依靠物料在挤出机内部长时间的摩擦生热，并辅以少量胶黏剂实现挤出成型，其同样存在挤压时间长、效率低的问题。并且，该方式只能添加少量胶黏剂，因为若添加较多胶黏剂，会使水份含量增加，在挤出过程中水会在高温下(不加热时，物料与模具摩擦产热形成高温)形成气态，造成物料膨胀甚至“崩料”，无法成型。目前不加热挤出成型技术并不实用，主要因为成型差，破损率达到20％左右，难以达到使用要求。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种生物质燃料块及其制备方法，该制备方法节能环保、生产成本低、生产流畅、生产效率高，该生物质燃料块成型性好、燃值高、燃烧充分、发烟量少。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种生物质燃料块的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质纤维原料进行粉碎，得到生物质纤维粉末，所得生物质纤维粉末的粒径为0.1mm-1.0mm；

(2)将助燃剂与生物质纤维粉末进行混合均匀，然后向混合物料中喷入聚乙烯醇改性淀粉胶，通过雾化加水的方式控制混合物料的水分质量含量在20％-35％之间；

(3)将步骤(2)所得混合物料加入到冲压模具中，用冲压机在20吨-100吨冲压力下进行冲压；

(4)将冲压好的物料通过自然晾干或烘干的方式进行干燥，控制物料中含水质量分数在15％以内，即得所述生物质燃料块；

其中，生物质纤维粉末、聚乙烯醇改性淀粉胶和助燃剂的投料质量比为(60-90)：(10-30)：(6-15)。

在传统的生物质燃料的生产过程中，通常是采用挤出成型工艺制成颗粒燃料，这种成型方式主要存在能耗高、效率低、成本高的问题，并且所得产品为颗粒物料，用于工业锅炉大生产时，由于其热值低、单块量小，容易造成投料频繁且锅炉温度难以达到要求。而将用于挤出成型的生物质燃料原料直接用于冲压成型，则会存在物料弹抗较大，成型性差的问题。

本发明的制备方法，通过控制生物质纤维粉末的粒径尺寸为0.1mm-1.0mm，配以特定比例的聚乙烯醇改性淀粉胶(生物质纤维粉末与聚乙烯醇改性淀粉胶60-90：10-30)，并严格控制水分含量在20％-35％之间，在20吨-100吨冲压力下实现了生物质燃料块的冲压成型。

本发明通过添加相对较多的(较挤出成型)胶黏剂，并选用聚乙烯醇改性淀粉胶黏剂，控制生物质纤维粉末的粒径尺寸为0.1mm-1.0mm，并提高材料的含水率至20％-35％；在冲压过程中，在较高的冲压力(20吨-100吨)作用下，物料与模具结合部位会聚集相对较多的胶黏剂，聚乙烯醇改性淀粉胶黏剂具有较好的表面活性及润滑性，从而方便模具润滑脱模，提高物料表面粘合力，确保成型性佳、生产流畅；并且，由于物料粒径尺寸小、含水率高，在冲压成型过程中确保了物料不吸水溶胀，而且物料能够得到充分润湿，提高了冲压成型过程中物料的塑性成型性能，并降低了生产过程中的粉尘及热损耗。

进一步地，生物质纤维素粉末为木质、秸秆或稻壳粉末。

进一步地，助燃剂为硝酸钠、硝酸钾、氯酸钾、高氯酸钾、过氧酸钾和硝石中的一种或多种的混合物。

根据本发明的另一方面，提供了一种生物质燃料块，该生物质燃料块由上述的制备方法制备得到。

进一步地，生物质燃料块为圆柱形或矩形柱体的蜂窝燃料块，生物质燃料块上具有导气孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的制备方法，通过控制生物质纤维粉末的粒径尺寸为0.1mm-1.0mm，配以特定比例的聚乙烯醇改性淀粉胶，并严格控制水分含量在20％-35％之间，在20吨-100吨冲压力下实现了生物质燃料块的冲压成型；与传统挤压成型相比，可大幅提高生产效率，生产效率较挤压成型可提高10倍以上，并且降低了热损耗，生产费用降低50％以上；并且生物质燃料块的成型性佳，生产流畅。

(2)本发明的制备方法，在冲压成型之前物料不需要烘干处理，反而要有一定的含水率。故在破碎、粉碎、拌胶段，均可雾化加水，降低了粉尘污染并确保了压制时的成型性，最后可通过自然晾干即可使用。与现有技术中的需要烘干再挤压成型的方法相比，节约了热能，降低了生产成本，更环保。

(3)本发明的生物质燃料块成型性好，燃值高，与现有的挤出燃烧颗粒相比，本发明的生物质燃料块呈蜂窝状，具有孔状导气孔，燃烧更加充分，发烟量大幅减少；单块重量高，单块重达0.5kg-2.5kg/块，减少了在烧锅炉时添料的工作量并确保热量供应。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所得生物质燃料块的照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种本发明实施例的生物质燃料块及其制备方法，该生物质燃料块包括如下以重量份数计的原料：棉花秸秆粉末75份，聚乙烯醇改性淀粉胶15份，硝酸钾8份，煤粉15份。

其中，生物质燃料块有12个孔，其形状为圆形柱体，直径为12cm。

该生物质燃料块的制备方法如下：

(1)粉碎磨粉：将棉花秸秆使用破碎机破碎后，再使用磨粉机进行磨粉，得到粒径为0.6mm-1.0mm的棉花秸秆粉末；

(2)混合：按配比将煤粉、硝酸钾与棉花秸秆粉末在螺旋混合机中混合均匀得到混合料，然后将聚乙烯醇改性淀粉胶喷入混合料中，水分质量含量控制在25％；在混合过程中，若物料含水率不够，可喷雾添加水分，以增湿处理，以确保冲压成型性好；

(3)冲压成型：使用冲压机，并选用蜂窝冲压模具，冲压即可得到蜂窝状燃烧块；其中蜂窝冲压模具直径12cm，冲压力40吨；

(4)自然晾干或烘干：通过自然晾干或烘干的方式将含水率降至15％以内，即可使用。

其中，在步骤(1)、(2)中，为了避免破碎、粉碎磨粉、混合过程中的产生大量粉尘，可在该过程中添加少量水，以减少粉尘。

本实施例制作的生物质燃料块，其热值达到4612.5kcal/kg，生产成本低，为320-350元/吨，单套设备产能50t/d以上，且生产流畅，无粘模现象。所得生物质燃料块的照片如图1所示。

实施例2

一种本发明实施例的生物质燃料块及其制备方法，该生物质燃料块包括如下以重量份数计的原料：园林修剪枝杈材粉末65份，聚乙烯醇改性淀粉胶10份，硝酸钠10份，高锰酸钾1份。

其中，生物质燃料块有1个孔，其形状为圆形柱体，直径为18cm。

该生物质燃料块的制备方法如下：

(1)粉碎磨粉：将园林修剪枝杈使用破碎机破碎后，再使用磨粉机进行磨粉，得到粒径为0.1mm-1.0mm的园林修剪枝杈材粉末；

(2)混合：按配比将硝酸钠、高锰酸钾与园林修剪枝杈材粉末在螺旋混合机中混合均匀，得到混合料，然后将聚乙烯醇改性淀粉胶喷入混合料中，水分质量含量控制在20％；在混合过程中，若物料含水率不够，可喷雾添加水分，以增湿处理，以确保冲压成型性好；

(3)冲压成型：使用冲压机，并选用蜂窝冲压模具，冲压即可得到蜂窝状燃烧块；其中蜂窝冲压模具直径18cm，冲压力60吨；

(4)自然晾干或烘干：通过自然晾干或烘干的方式将含水率降至15％以内，即可使用。

其中，步骤(1)、(2)中，为避免破碎、粉碎磨粉、混合过程中的产生大量粉尘，可在该过程中添加少量水，减少粉尘。

本实施例制作的生物质燃料块，其热值达到3721.2kcal/kg，生产成本低，为280-310元/吨，单套设备产能50t/d以上，且生产流畅，无粘模现象。

实施例3

一种本发明实施例的生物质燃料块及其制备方法，该生物质燃料块包括如下以重量份数计的原料：杨木粉末75份，聚乙烯醇改性淀粉胶14份，硝酸钾8份，硝石2份，煤粉15份。

其中，生物质燃料块有16个孔，其形状为方形柱体，边长为12cm。

该生物质燃料块的制备方法如下：

(1)粉碎磨粉：将杨木使用破碎机破碎后，再使用磨粉机进行磨粉，得到粒径为0.1mm-0.6mm的杨木粉末；

(2)混合：按配比将煤粉、硝酸钾、硝石与杨木粉末在螺旋混合机中混合均匀，得到混合料，然后将聚乙烯醇改性淀粉胶喷入混合料中，水分质量含量控制在30％；在混合过程中，若物料含水率不够，可喷雾添加水分，以增湿处理，以确保冲压成型性好；

(3)冲压成型：使用冲压机，并选用蜂窝冲压模具，冲压即可得到蜂窝状燃烧块；其中蜂窝冲压模具边长12cm，冲压力60吨；

(4)自然晾干或烘干：通过自然晾干或烘干的方式将含水率降至15％以内，即可使用。

其中，步骤(1)、(2)中，为避免破碎、粉碎磨粉、混合过程中的产生大量粉尘，可在该过程中添加少量水，减少粉尘。

本实施例制作的生物质燃料块，其热值达到4701.8kcal/kg，生产成本低，为330-360元/吨，单套设备产能50t/d以上，且生产流畅，无粘模现象。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。