一种高致密生物质成型燃料制备方法

摘要

本发明涉及生物质成型燃料技术领域，提供了一种高致密生物质成型燃料制备方法，所述的高致密生物质成型燃料为层状结构，包括如下步骤：原料预处理、内层原料水分含量调节、外层原料水分含量调节、分层叠合和压合成型。本发明采用包括内层原料层和外层原料层的层状结构，通过在内层原料层和外层原料层之间形成原料细度梯度降低压制难度，通过在内层原料层和外层原料层之间形成含水量梯度降低压制难度和保证生物质成型燃料的致密性。本发明具有加工方便、致密性高，成本低廉和便于规模化生产的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质成型燃料领域，特别涉及一种高致密生物质成型燃料制备方法。 

背景技术

随着经济的发展。能源和环境问题已成为全球关注的焦点，传统的诸如煤、石油和天然气等化石能源由于日益枯竭带来的能源危机和其燃烧产生的污染问题日益突出，开发洁净的可再生能源迫在眉睫。生物质是一种多样性的能源资源，来源广泛，应用简单，作为一种有效的替代能源具有良好的应用前景。近些年来，利用林木加工废弃物，秸杆等粉碎加工后制成生物质颗粒燃料的研究和应用也逐渐增加，目前生物质能源主要通过直接挤压成型直接形成条状、颗粒状或块状，成型厚度和压实密度互相制约，存在着燃烧存在着燃烧时间短，热量不高的缺陷。为了提升生物质成型燃料的燃烧时间和热量，增大生物质成型燃料的致密性是行之有效的方法。但是，在目前的制造工艺上，一般通过增大成型压力、提高成型温度和改进成型机具等方式进行改善，但是，这些方式均属于从外部因素方面对生物质成型燃料进行致密性提升，随之而来会造成庞大的设备开发成本、能耗成本和维护成本等问题，造成生物质成型燃料的成本剧增，不利于其应用推广。 

发明内容

本发明针对生物质成型燃料传统的致密性提升过分依赖如机器设备等外在因素的问题，改善生物质成型原料的结构，针对生物质成型燃料进行筛选应用，综合考虑生物质成型燃料的含水率、细度和厚度等自身因素，提出了具有加工方便、致密性高，成本低廉和便于规模化生产等特点的高致密性生物质成型燃料的制造方法。 

本发明的内容为： 

一种高致密生物质成型燃料制备方法，所述的高致密生物质成型燃料为层状结构，包括如下步骤：

第一步、原料预处理，分别选择农业废弃物作为内层原料、木质素和/或油料作物废弃物作为外层原料，分别对内层原料和外层原料进行粉碎、干燥、过筛，外层原料过筛目数为100～200目，内层原料过筛目数为10～60目，得到待加工的内层原料粉末和外层原料粉末；

第二步、内层原料水分含量调节，在内层原料粉末加入质量配比6～10%的纤维类粘合剂和1～3%的生石灰，搅拌均匀，调节内层原料的含水率为8～12%，得到待加工的内层原料浆料；

第三步、外层原料水分含量调节，在外层粉末加入质量配比10～15%的纤维类粘合剂和1～5%的生石灰，搅拌均匀，调节外层原料的含水率为15～20%，得到待加工的外层原料浆料；

第四步、分层叠合，选择形状相同的固定框架分别对内层原料浆料和外层原料浆料进行分层叠合形成内层原料层和外层原料层，叠合形成的层状结构层的数目为三层以上的奇数层，中心层为内层原料层，最外层均为外层原料层，内层原料层和外层原料层交错叠加，得到待加工的层状叠合结构；

第五步、压合成型，把第四步所得的层状叠合结构放入成型机中，进行加热压合，使层状叠合原料的内层原料层和外层原料层相互接触压制，形成最终的高致密生物质成型原料。

第一步所制备的内层原料粉末和外层原料粉末通过过筛形成不同的细度，在压合的过程中不同细度会形成一定的细度梯度，在后续的压合过程中会在内层原料层和外层原料层接触的界面在相互受到挤压变形时较小细度的外层原料层的颗粒会进入内层原料层内部进行填充，既有效提升生物质成型燃料的致密性，又提升内层原料层与外层原料层之间的结合力。第二步和第三步所制备的不同含水量的内层原料浆料和外层原料浆料，内层原料层多采用纤维桩的农用废弃物，材质松软便于干燥和处理，外层原料多采用木质素和油料作物废弃物，材质坚硬处理难度大，因此控制内层原料的低含水量可操作性强，而控制外层原料在较高的含水量可以有效避免由于外层原料含水量过低造成的压制成型困难的问题，同时，内层原料浆料和外层原料浆料形成的一定含水量梯度，在压制成型后内层原料层可以有效吸取外层原料层的水分，既有效降低了生物质成型燃料的加工压制成型难度提升了生物质成型燃料的致密性，又避免了生物质成型燃料由于整体含水量过高在长期的存储过程吸潮松化中对致密性的影响。同时，内层原料层和外层原料层的交错层叠结构，最外层为外层原料层，中心层为内层原料层，可以根据需要灵活改变层叠的数量，针对不同的成型设备依然保持较高的成型密度。 

进一步地，所述的内层原料层与外层原料层的厚度比值为1:1～1:5。通过合适的厚度比值设置，既保证了内层原料层与外层原料层的结合能力，又充分保证了含水量梯度可以有效持久地保持生物质成型燃料的致密性、 

所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物，来源广泛，成本低廉。

所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物，所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物，来源广泛，成本低廉。 

所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维，来源广泛，成本低廉。 

第五步所述的压合成型为分步压合，包括预压缩和二次增压压缩，在实际加工的过程中灵活控制，满足不同的致密性加工要求。 

成型和第五步所述的压合成型方式为活塞冲压成型，可以根据需要使用液压式活塞冲压成型或机械式活塞冲压成型，也可以单向冲压或双向冲压。 

第五步所述的加热压合的温度为140～200℃，在加热的作用下，使原料中含有的木质素或油料作物废弃物软化，起到粘结剂的作用，同时也使原料本身变软，变得容易压缩。 

第四步所述的固定框架为圆形、椭圆形、三角形或平行四边形，根据实际使用需要灵活选择，满足不同锅炉的使用需求。 

本发明的有益效果是： 

第一、加工方便，通过层状结构，形成不同的细度梯度和含水量梯度，降低压制成型难度，有效提升加工的便捷性；

第二、致密性高，通过层状结构，细度梯度使不同的内层原料层和外层原料层相互挤压，含水量梯度既降低外层原料层压制难度又实现内层原料层在层状结构内部的含水量调节，有效保证了生物质成型燃料的致密性；

第三、成本低廉，选用的原料为常规原料节省原料成本，采用的设备均为常规设备无需较大的设备投资节省设备投资成本，且压制成型难度降低保证设备的持续正常使用可以降低设备维护和运行成本；

第四、便于规模化生产，本发明制备工艺工序简单，操作简单，过程控制简易，加之成本低廉，便于规模化推广应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述： 

一种高致密生物质成型燃料制备方法，所述的高致密生物质成型燃料为层状结构，包括如下步骤：

第一步、原料预处理，分别选择农业废弃物作为内层原料、木质素和/或油料作物废弃物作为外层原料，所述农业废弃物包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、藻类和水葫芦中的一种或一种以上的混合物，所述木质素包括木块、木屑和树皮中的一种或一种以上的混合物，所述油料作物废弃物包括棉籽、麻籽和油桐中的一种或一种以上的混合物，分别对内层原料和外层原料进行粉碎、干燥、过筛，外层原料过筛目数为100～200目，内层原料过筛目数为10～60目，得到待加工的内层原料粉末和外层原料粉末；

第二步、内层原料水分含量调节，在内层原料粉末加入质量配比6～10%的纤维类粘合剂和1～3%的生石灰，所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维，搅拌均匀，调节内层原料的含水率为8～12%，得到待加工的内层原料浆料；

第三步、外层原料水分含量调节，在外层粉末加入质量配比10～15%的纤维类粘合剂和1～5%的生石灰，所述纤维类粘合剂为废纸浆和/水解纤维，搅拌均匀，调节外层原料的含水率为15～20%，得到待加工的外层原料浆料；

第四步、分层叠合，选择形状相同的固定框架分别对内层原料浆料和外层原料浆料进行分层叠合形成内层原料层和外层原料层，叠合形成的层状结构层的数目为三层以上的奇数层，中心层为内层原料层，最外层均为外层原料层，内层原料层和外层原料层交错叠加，得到待加工的层状叠合结构；所述的内层原料层与外层原料层的厚度比值为1:1～1:5。

第五步、压合成型，把第四步所得的层状叠合结构放入活塞冲压成型的成型机中，分步压合，设置加热压合的温度为140～200℃，进行预压缩和二次增压压缩进行加热压合，使层状叠合原料的内层原料层和外层原料层相互接触压制，形成最终的高致密生物质成型原料。 

为了进一步对说明本发明的具体效果，以下结合具体实施例对生物质成型燃料的致密性进行测试，结果如表1所述： 

表1 不同生物质成型燃料压实密度对比

为了有效对比说明本发明的具体实施效果，在表1中，实施例1～3和对比例1～3均按照相同的工艺，采用的原料均为同一批次进行加工，需要制备所得的生物质成型原料厚度相同，采用相同的压制设备控制压制温度、压制压力和压制时间相同。通过表1可以看到，在相同的工艺条件下，采用本发明的制备方法制备的生物质成型燃料的致密性更高。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。