一种生物质成型颗粒燃料的制备方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物质能源和固体废弃物再利用领域，具体涉及一种生物质成型颗粒燃料的制备方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着国民经济发展对化石燃料需求的增长，化石燃料资源的消耗正以惊人的速度加快，而且使用煤炭会产生严重的环境污染，因此寻找替代能源的任务日益迫切。生物质能源是一种可再生能源，我国农林废物十分丰富，2010年产秸杆7亿吨，产林业三剩物3亿吨。生物质能源利用的方式主要有直燃、致密成型、液化、气化。目前，生物质致密成型技术是生物质利用的有效途径，已实现工业化利用。
[0003]生物质成型燃料是一种环保清洁的能源，其优点包括燃烧效率高，灰分、含硫和含氮量较低，以及储运成本不高，适宜成为国内外城市供热的主要清洁燃料。然而，成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳是限制生物质成型技术规模化的主要瓶颈。其中的原因主要是生物质成型原料来源广泛，且种类繁多。常规成型设备通常对原料的种类和尺寸有要求，使用来源不一且外形多样的原料将导致成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳等问题。
[0004]再者，我国中南和南方地区普遍气候湿热，全年湿度在80%以上。成型燃料生产和使用之间存在的时空差异，使得成型燃料长距离运输和跨季节储存日渐成为产业常态。成型燃料放置于空气湿度较大的环境中，组成成型燃料的生物质(例如木肩)微粒内部的孔隙结构和亲水性基团会因物理和化学吸附而吸水。过高的成型燃料含水率会导致成型燃料燃烧性能降低，体积膨胀，强度降低，容易破碎，甚至发生粉化和霉变，导致仓储中爆炸或自燃事故的发生。因此，制备较高密度和高抗吸水性的成型燃料具有重要意义。
[0005]烘焙(torrefact1n)又称碳化、低温热解，是一种在常压、无氧的情况下，在200°C?300°C内慢速热解，脱除生物质中的水分和轻质挥发的过程。通过烘焙处理，可以有效的降低生物质的含水量和含氧量，提高生物质能量密度，降低运输和存储成本。虽然烘焙能够提高生物质的能量密度，但烘焙过程中生物质只有很小的收缩，导致烘焙后生物质的体积只有轻微的降低，因此烘焙后生物质的体积能量密度并不高。但目前的研宄表明，烘焙生物质直接成型，成型颗粒的强度不高，成型所需的能耗增大。
[0006]污泥是污水处理的副产物，含有蛋白质和多糖等粘性有机物，我国每年排放干污泥约5X106t，且每年以10%的速度增长。近年来，国内外也有一些文献和专利报道了污泥与生物质或是原煤混合经过成型加工成固体燃料，名称为一种复合型污泥燃料及其制备方法(申请号:201010221587.0)的专利中采用了重量百分比为20%?50%的煤粉，煤粉的加入虽然能够提高成型燃料热值，但不利于节能减排。也有一些专利采用了污泥与生物质在较高含水率下先成型后干化的工艺，如一种制备污泥成型燃料的方法及装置(申请号:201110123139.1)的专利中将含水率70%?85%的污泥与秸杆混合，再加入化学调质剂后脱水，经造粒机造粒后，自然干燥得到含水率35%左右的固体燃料；还有一些专利采用了污泥与生物质先混合，再脱水干燥至较低含水率，然后将混合物成型得到固体燃料，如名称为一种固型燃料的生产方法(申请号:201010119602.0)的专利中将含水80%以上的城市污泥与生物质粉混合，脱水至含水率20%以下，然后低压成型得固体燃料。
[0007]目前，生物质成型燃料大多存在储存困难，储存成本高，成型燃料易发霉、破裂、体积膨胀、强度降低，严重的可导致仓库爆炸或自燃事故的发生。生物质成型所需的温度和压强较大，设备损耗严重，成型易损件寿命短是生物质成型技术规模化的主要瓶颈。生物质成型原料的不足、原料的季节性变化和原料物理化学性质的差异也限制了生物质成型产业的发展。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种防水(抗吸水能力强)、储运成本低、不易霉变、强度高的生物质成型颗粒燃料的制备方法，还相应提供一种运行成本低、成型条件温和、成型设备损耗小、热能利用率高、所得成型燃料性能好的生物质成型颗粒燃料的制备系统。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
[0010]一种生物质成型颗粒燃料的制备方法，包括以下具体步骤:
[0011]I)干燥:用120°C?180°C的中温烟气将生物质原料干燥至含水率为10%?20%，用160°C?200°C的高温蒸汽将污泥原料干燥至含水率为10%?20% ;
[0012]2)粉碎:对干燥后的生物质原料和污泥原料分别进行粉碎，粉碎后生物质原料的粒径< 5mm，粉碎后污泥原料的粒径< 5mm ；
[0013]3)成型:将污泥添加剂、步骤2)中粉碎后的污泥原料和粉碎后的生物质原料混合均匀，然后在一颗粒成型机中挤压成型，得到初始成型颗粒燃料；
[0014]4)烘焙:将步骤3)得到的初始成型颗粒燃料在一成型燃料烘焙装置中进行烘焙，采用220°C?300°C的高温烟气控制成型燃料烘焙装置的内部温度为200°C?280°C，在缺氧条件下烘焙20min?60min，经冷却后，得到生物质成型颗粒燃料。
[0015]上述制备方法中，优选地，所述步骤3)中，所述粉碎后的污泥原料与所述粉碎后的生物质原料的干基质量比为45?55: 55?45，所述污泥添加剂的质量为所述粉碎后的污泥原料干基质量的2%?4%。
[0016]上述制备方法中，优选地，所述污泥添加剂主要由生石灰、硫酸锰、碳酸镁、硫酸亚铁和活性炭组成，其中，按质量分数计，生石灰为87 %?92 %，硫酸锰为O?8 %，碳酸镁为O?6 %，硫酸亚铁为O?5 %，活性炭为O?4 %。
[0017]上述制备方法中，优选地，所述生物质原料包括稻草、杉木肩、黧蒴栲木肩、玉米秸杆、稻壳、刨花、枝丫材、松木肩、樟木肩中的一种或多种。
[0018]作为一个总的技术构思，本发明还提供了所述制备系统包括原料处理系统、成型系统、烘焙系统和锅炉系统，所述原料处理系统包括生物质原料处理系统和污泥原料处理系统，所述生物质原料处理系统包括依次连接的生物质干燥装置、生物质粉碎装置和生物质料仓，所述污泥原料处理系统包括依次连接的污泥干燥装置、污泥粉碎装置和污泥料仓；
[0019]所述成型系统包括依次连接的污泥添加剂料仓、混合装置、颗粒成型机和第一冷却装置，所述污泥料仓和生物质料仓与混合装置连接；
[0020]所述烘焙系统包括相连接的成型燃料烘焙装置和第二冷却装置，所述成型燃料烘焙装置与所述第一冷却装置连接；
[0021]所述锅炉系统包括生物质锅炉，还包括用于提供生物质原料干燥所需中温烟气的中温供气管，所述中温供气管一端连接所述生物质锅炉，另一端连接生物质干燥装置；所述锅炉系统还包括用于提供烘焙所需高温烟气的高温供气管，所述高温供气管上设有高温除尘器和高温风机，所述高温供气管一端与生物质锅炉连接，另一端与所述成型燃料烘焙装置连接；所述锅炉系统还包括用于提供污泥原料干燥所需高温蒸汽的高温蒸汽管道，所述高温蒸汽管道一端与生物质锅炉连接，另一端与所述污泥干燥装置连接；所述锅炉系统还包括排气系统。
[0022]上述制备系统中，优选地，所述排气系统包括第一排气管、第二排气管、第三排气管以及烟囱，所述第一排气管一端与生物质锅炉连接，另一端与烟囱连通，所述第一排气管上设有袋式除尘器和脱硫装置，所述生物质锅炉排出的烟气通过所述第一排气管经袋式除尘器和脱硫装置从烟囱排出，所述第二排气管一端与生物质干燥装置连接，另一端与所述第一排气管连接，且设于所述袋式除尘器和脱硫装置之间，干燥生物质原料所用的烟气通过所述第二排气管排出，所述第三排气管一端与所述成型燃料烘焙装置连接，另一端与所述第一排气管连接，且设于所述袋式除尘器和脱硫装置之间，烘焙成型颗粒燃料所用的烟气通过所述第三排气管排出。
[0023]上述制备系统中，优选地，所述锅炉系统还包括热气管，所述热气管一端与所述生物质锅炉连接，另一端与所述成型燃料烘焙装置连接，所述成型燃料烘焙装置产生的热解气和经过换热后的烟气通过热气管输送到生物质锅炉燃烧。
[0024]上述制备系统中，优选地，所述制备系统还包括一分配系统，所述分配系统包括成型燃料仓以及用于将成型颗粒燃料分配至成型燃料仓和生物质锅炉的分配器，所述分配器与所述成型燃料仓之间设置有用于将合格生物质成型颗粒燃料进行称量和包装的打包秤。
[0025]上述制备系统中，优选地，所述成型燃料烘焙装置为固定床。
[0026]上述制备系统中，优选地，所述颗粒成型机包括环模颗粒机或平模颗粒机。
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