一种生物质流化床烘焙制备固体燃料的方法及制备系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种木质素类生物质粉碎、烘焙和成型的方法和系统。
【背景技术】
[0002]21世纪以来，能源和环境问题成为当今世界面临的关系到国家可持续发展的中心问题。随着世界人口和人民生活水平的提高，各类的不可再生能源消耗日益增长，能源危机日益严重。另一方面，由于大量的化石燃料的燃烧，引发了酸雨、温室效应等一系列的环境问题，给自然环境和人类生活带来了巨大的危害。为缓解和逐步解决上述问题，世界各国都在积极的开发可再生能源。
[0003]生物质能源作为一种绿色环保的可再生资源得到世界各国的日益关注，然而生物质的大规模工业应用仍面临着巨大的挑战。目前，主要通过烘焙和成型等技术实现对生物质热值和密度的提高。烘焙技术使水分和有机挥发分从生物质中去除具有提高能量密度和改进生物质的易磨性和疏水性的作用，成型技术将生物质挤压致密使其密度提高降低储存和运输过程的成本。经过烘焙和成型的处理使生物质具有类似煤的燃烧特性并且实现对环境零污染。
[0004]该工艺在实际应用中仍存在诸多问题。首先，生物质在粉碎过程中存在对粉碎机磨损程度严重、粉碎效果不好和生物质含水率高导致原料易腐败的问题。其次，烘焙过程中存在烘焙不完全、烘焙效率低和烘焙能耗高的问题。最后，经过烘焙后的原料成型能耗高和产品强度低不利于连续生产、储存和运输。中国专利201410012856.0公开了一种秸杆类生物质粉碎成型系统，包括粉碎机、成型机、热风炉和鼓风机，采用热风炉对粉碎料进行干燥处理降低生物质的含水率。但由于生物质中木质素含高导致粉碎过程中粉碎设备磨损大和能耗高不利于设备的连续运行。中国专利201180039772.0公开了由于木质素材料烘焙的方法和系统，一种使用具有堆叠托盘的烘焙反应器容器对木质素生物质进行烘焙的方法，该方法可以使生物质经过多层、充分的烘焙处理。但该方法处理单位质量的生物质所需时间较长，难以实现工业中大规模的生物质烘焙处理。成型过程一般采用增大成型压力从而提高生物质颗粒的强度，但增大成型压力导致成型过程的能耗增加和成本增加，不利于工业生产的应用。中国专利201410097780.6公布了环保生物质材料及其制备方法，该方法通过添加淀粉等添加剂协同成型使生物质颗粒强度提高，但该方法成本较高，而且淀粉的粘结作用会导致生物质颗粒的粘壁效应增大成型过程中的能耗。因此，寻求更好的生物质粉碎、烘焙和成型的处理方法并探索出更加科学环保节能的配套处理系统受到了广泛的关注与重视。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可有效降低粉碎过程中摩擦损耗，可充分、快速的对生物质进行烘焙处理、可有效解决成型能耗高、颗粒强度低的问题的工艺方法，还应提供一种运行稳定、节约能源和操作简便的生物质制备固体燃料的系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种生物质流化床烘焙制备固体燃料的工艺方法，包括以下步骤:
(1)晾晒、预热和粉碎处理:将生物质原料置于热源为太阳能的玻璃温室晾晒5-10天；然后将晾晒后的生物质原料输送至干燥器中进行预热处理，干燥器的热源来自生物质燃料燃烧产生的高温废气，生物质原料的预热温度控制在100-180°C范围内，预热时间控制在10-30min ;然后将预热处理后的生物质原料直接输送至粉碎机中进行粉碎处理，粉碎时温度控制在100-180°C范围内，经粉碎后，生物质原料的粒度不超过5_ ；
(2)流化床烘焙处理:将经粉碎后的生物质原料输送至流化床反应器的内腔，烘焙气体温度控制在200-300°C范围内，烘焙时间为5-10min ;经烘焙后的生物质原料通过旋风分离器进行分离和收集，得到生物质烘焙原料；
(3)成型:将生物质烘焙原料输送至混合搅拌机，将生物质烘焙原料和油料饼柏按干基质量比为1:0.1-0.3混合，并加入干基质量为油料饼柏干基质量的3-5%的脱硫防霉添加齐IJ，经调节含水率和混合搅拌得到原料混合物，将上述原料混合物输送至环模成型机中挤压成型，成型压强控制在70-1300MPa，成型温度控制在90_130°C，挤压成型颗粒经冷却降温得到生物质混合燃料。
[0007]进一步地，步骤(I)中的生物质原料为硬木、软木或草本植物，其可通过以下方法得到:将同一类生物质的一种或几种混合，置于晾晒室晾晒，晾晒至含水率不超过25%，所述晾晒室为太阳能玻璃温室，所述高温废气为生物质燃料燃烧时产生的高温高压蒸汽和高温烟气，含氧量为2-6%，所述高温高压蒸汽的温度为180-240°C，所述高温高压蒸汽压强为0.5-2MPa，所述高温烟气的温度为150-210°C。
[0008]进一步地，步骤(2)先将所述高温废气通过气体加热装置加热至200-30(TC，然后通过引风机进入流化床反应器,并在流化床内带动生物质原料形成循环气流,高温废气在流化床内经过热传导作用对生物质原料进行烘焙反应，其中气体分布板表面气体速度在0.2-lm/s的范围内。
[0009]进一步地，步骤(3)中所述油料饼柏为大豆、花生、芝麻、山苍子、蓖麻、光皮树、苏子、油用亚麻和大麻工业油料榨油过程中的固相残渣，所选油料饼柏为其中的一种或几种混合，其含水率不超过25%.进一步地，步骤(3)中，所述脱硫防霉添加剂至少包括生石灰，还包括硫酸钠、亚硫酸钾或硫酸钾中的一种或多种，所述生石灰的质量分数为85-95%，所述硫酸钠为0-10%，所述亚硫酸钾为0-5%，所述硫酸钾为0-10%，各组分之和为100%。
[0010]进一步地，步骤(3)中，所述原料混合物的含水率为5-15%，原料混合时的温度控制在 90-130°C。
[0011]一种生物质流化床烘焙制备固体燃料的系统，包括生物质粉碎系统、流化床烘焙系统、生物质混合成型系统和生物质燃烧系统，所述生物质粉碎系统包括晾晒室、用于对生物质原料预热处理的干燥器和用于粉碎生物质原料的粉碎机，所述晾晒室为与干燥器连接的通风玻璃温室，所述干燥器的物料输出口与粉碎机连接；所述流化床烘焙系统包括气体加热装置、流化床反应器和旋风分离器，所述气体加热装置进气口与所述生物质燃烧系统的出气口连接，所述气体加热装置的出气口与流化床反应器进气口连接，所述流化床反应器的进料口与粉碎机的出料口相连接，所述旋风分离器与流化床反应器的输料口连接；所述生物质混合成型系统包括用于将物料与添加剂混合的混合搅拌机、用于将混合原料挤压成型的环模成型机以及用于颗粒冷却的冷却装置；所述生物质燃烧系统包括生物质锅炉、第一输气管道、第二输气管道以及气体输出管道，所述第一输气管道用于将空气输送至生物质锅炉，第二输气管道与旋风分离器的气体输出口连接，用于将烘焙后的废气输送至生物质锅炉，所述气体输出管道用于将高温废气输送至干燥器和气体加热装置。
[0012]进一步地，所述生物质粉碎系统还包括设于干燥器上用于气体降温的气体冷却器和用于除尘的除尘装置，所述干燥器设有第一、第二和第三气体输入口与所述生物质锅炉气体输出口连接，所述粉碎机下层设有用于筛选颗粒的孔径为5mm的筛子。
[0013]进一步地，所述流化床烘焙系统还包括气体储存装置和气体测温仪，所述气体储存装置与气体加热装置输出口连接，所述气体测温仪设于气体储存装置上，用于控制气体储存装置中气体的温度，所述流化床反应器设有气体分布板，可形成循环气流用于气体和生物质充分接触。
[0014]进一步地，所述生物质混合成型系统还包括称量装置，所述称量装置的物料输出口与混合搅拌机连接，所述混合搅拌机内设有湿度调节装置和温湿度测定仪用于调节物料湿度。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1.本发明首先采用玻璃温室对生物质原料进行晾晒和储存，将晾晒后的生物质