加拿大一枝黄花成型燃料加工方法

摘要

一种加拿大一枝黄花成型燃料的加工方法，其特征在于包括如下步骤①原料收集，于植株生长茁壮，花蕾出现之前，收割加拿大一枝黄花植株；②原料晒干，晾晒1～2周，使植株含水率达到30～35％；③原料粉碎和储存，粉碎后存储至含水率为22％以下；④液压成型，采用液压挤出成型设备，成型温度为150～180℃，成型压力15～18MPa，成型后成品密度大于等于0.8克/立方厘米。与现有技术相比，本发明的优点在于：将恶性杂草加工成型为清洁环保型燃料能源，可以代替部分常用能源，变废为宝；加工成型方法简单，原料易得，成本低廉，容易推广。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物植株成型燃料加工方法，尤其涉及加拿大一枝黄花成型燃料的加工方法。

背景技术

加拿大一枝黄花(Solidago Canadensis L.)，是原产于北美的一种菊科多年生草本植物，20世纪30年代开始进入我国，现在这种植物已成为我国大部分境内迅速扩散传播的恶性杂草。但作为一种植物，一枝黄花的生物成分和材料成分若能得到及时开发和应用，则这种疯长的植物也是一种可以迅速再生的宝贵资源。

目前，国内外的很多研究者已经利用各种方法从加拿大一枝黄花中提取出了倍半萜烯类、氨基酸、醇类等化学物质，对其生物性能进行了研究，并且对于控制这种植物的生长提出了各种解决方案。同时，加拿大一枝黄花已经在提炼精油、医学制药等方面得到广泛的应用。

加拿大一枝黄花的秸杆高大，能达到3米，农民将其割下，直接作为一个燃料来生火。然而，对加拿大一枝黄花作为生物可燃性的研究文献较少，也没有专门针对加拿大一枝黄花的生物成型燃料加工方法的报道，究其原因，主要是加拿大一枝黄花茎秆内海绵体物质较多，含水率高、不利于加工成型，另外，收割后果实易于扩散。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种加拿大一枝黄花成型燃料的加工方法，该方法所得成品是一种清洁、无污染的环保型燃料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种加拿大一枝黄花成型燃料的加工方法，其特征在于包括如下步骤

①原料收集，于植株生长茁壮，花蕾出现之前，收割加拿大一枝黄花植株；

②原料晒干，晾晒1～2周，使植株含水率达到30～35％；

③原料粉碎和储存，至含水率为22％以下；

④液压成型，采用液压挤出成型设备，成型温度为150～180℃，成型压力15～18Mpa，成型后成品密度大于等于0.8克/立方厘米。

理想的收割时间应以植株生长茁壮，花蕾出现之前为宜，此时的植株已基本定型，不大可能继续长高，茎干内的海绵体物质也较少，纤维质较多。若此时进行收割，不但可以有效地遏制其利用气流传播扩散的途径，而且时间正值夏末初秋，气温高且干燥，有利于收割后的自然干燥。另一方面，此时便于将加拿大一枝黄花的收割期与农作物(稻、棉)秸秆的收获期错开，也会有利于生物质成型燃料的均衡生产。

如果采用成熟的植株，收割时的植株外表皮已呈枯黄色，花絮已完全绽开。通过收割过程我们注意到，在这种状况下收割时，由于植株的果实已经完全成熟，收割和运输的过程将会造成植株果实的进一步扩散，同时也不利于收割和破碎。

另一方面，随着植株的成熟，加拿大一枝黄花茎干内的海绵体物质增多，也不利于加工和成型。

所有的生物质成型燃料的加工流程都存在对原料粒径的要求问题，而对原料粒径的要求对成型燃料的加工成本也有着重要的影响。由于生物质原料的密度较低，因此，若以整棵(捆)植株运输的方式收集原料，会大大提高收集成本。同时，处于基本干燥状态的植株在运输时易产生枯萎的叶子、花蕾等散落物，给道路运输带来麻烦。因此，我们认为宜采用就地粉碎后装袋或采用箱式货车进行运输为宜。根据实际测试，粉碎后的运输量仅为整棵(捆)植株运输方式的1/6～1/8。

加拿大一枝黄花的植株收割后，在自然环境中若长时间反复受到雨淋和日晒，会产生霉变和局部腐烂，加工成为成型燃料后也会影响其燃烧质量。因此应该在晾晒到适当的状态后就及时粉碎储存，根据我们的试验，及时储存后的原料在放置了8个月后仍然具有良好的成型性和燃烧特性，反之，在野外放置的原料经过约2个月的日晒雨淋后，无论是加工性还是可燃性都大为下降。

在规模生产的工艺中，由于原料在成型加工前通常都会储存一段时间，因此，若粉碎后的原料含有较高的水分时，容易在堆积的过程中产生发热和霉变等问题，根据我们经验，堆积起来的原料必须做好防雨工作，只要不被淋湿，其水分可逐渐自然降低。

大多数生物质成型燃料都要求原料的含水率在18％以下，采用的液压成型技术允许原料的含水率在22％以下。

作为优选，步骤③中原料粉碎后长度为小于等于5cm。作为最佳，步骤③中原料粉碎后长度为3～5cm。从对加拿大一枝黄花不同长度的原料成型的试验来看，主要有以下几个特点：

当植株的直径小于1cm时，原料的长度对成型的质量没有明显的影响；

当植株的直径大于3cm时，原料的长度对成型的质量有明显的影响，呈现出随长度的增长而成型密度下降的趋势；

当原料的长度增长时，要得到相同密度的成型燃料时，则要求原料的含水率更低；

当原料的长度小于1cm时，较为容易得到较高密度的产品，但粉碎的工作量会增加。

由于加拿大一枝黄花植株的根部较粗，有相当部分为3cm左右，因此，我们根据作为直燃用成型燃料的特点，采用原料长度为3cm～5cm的粉碎工艺，可保证成型产品的密度均在0.8克/立方厘米以上。

作为优选，步骤③原料粉碎和储存后，液压成型前原料的含水率为18％以下。

作为最佳，步骤③原料粉碎和储存后，液压成型前原料的含水率为14～15％。

步骤②中的晾晒为就地晾晒。，充分利用自然条件降低植株的水分。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将恶性杂草加工成型为清洁环保型燃料能源，可以代替部分常用能源，变废为宝；加工成型方法简单，原料易得，成本低廉，容易推广，给加拿大一枝黄花提供了一种新的应用方向，开辟了新的应用领域。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

加拿大一枝黄花成型燃料的加工方法，包括如下步骤

①原料收集，于植株生长茁壮，花蕾出现之前，收割加拿大一枝黄花植株；

理想的收割时间应以植株生长茁壮，花蕾出现之前为宜，此时的植株已基本定型，不大可能继续长高，茎干内的海绵体物质也较少，纤维质较多。若此时进行收割，不但可以有效地遏制其利用气流传播扩散的途径，而且时间正值夏末初秋，气温高且干燥，有利于收割后的自然干燥。另一方面，此时便于将加拿大一枝黄花的收割期与农作物(稻、棉)秸秆的收获期错开，也会有利于生物质成型燃料的均衡生产。

如果采用成熟的植株，收割时的植株外表皮已呈枯黄色，花絮已完全绽开。通过收割过程我们注意到，在这种状况下收割时，由于植株的果实已经完全成熟，收割和运输的过程将会造成植株果实的进一步扩散，同时也不利于收割和破碎。

另一方面，随着植株的成熟，加拿大一枝黄花茎干内的海绵体物质增多，也不利于加工和成型。

②原料晒干，就地晾晒1～2周，充分利用自然条件降低植株的水分，使植株含水率达到30～35％；

③原料粉碎，原料粉碎后长度为3～5cm，储存至含水率为22％以下。宜采用常规的铡切式粉碎机就地粉碎后装袋或采用箱式货车进行运输为宜。根据实际测试，粉碎后的运输量仅为整棵(捆)植株运输方式的1/6～1/8。可选择植株含水率在30％～35％时进行粉碎和储存，储存时不宜堆积过高(一般为2m以下为宜)。

④液压成型，采用液压挤出成型设备，液压成型前原料的含水率为14～15％，成型温度为150～180℃，成型压力15～18Mpa，成型后成品密度大于等于0.8克/立方厘米。

由于生物质成型燃料的原料来自于各种各样的生物质，因此，在成型过程中的温度控制和相应的压力控制就会随不同生物质的特性而产生较大的差异。

从生物质成型燃料应用的角度出发，提高生物质成型燃料的成型密度，将会有利于生物质成型燃料的储运，这对于今后生物质成型燃料的规模化生产和大范围的普及应用是十分重要的。另一方面，在工业生产中应用中，高致密度的生物质成型燃料在燃烧状态的控制和燃烧的持久力等方面也有着明显的优势。

在对“一枝黄花”的成型工艺试验中，我们也就如何采用控制成型温度和成型压力来提高成型密度的问题做了相关的摸索。通过实验，我们发现，当原料的含水率一定时，成型物的密度与成型温度和成型压力的关系呈现如下特点：

成型物的成型工艺温度及成型工艺压力具有区间性；

在成型温度区间内，成型密度与成型温度成反比，与成型压力成正比；

成型工艺的区间随含水率的变化而变化。

所得成品不低于0.8克/立方厘米。

④成品包装。

加拿大一枝黄花成品的成型燃料的基本特性作了相关项目的检测。检测结果见下表，为了便于对成品的检测结果进行分析，我们将煤和其他生物质成型燃料的相关数据分别列表对比如下：

煤炭发热量的分级：

  级别名称  代号  发热量(MJ/kg)  级别名称  代号  发热量(MJ/kg)  低热质煤  LQ  8.50～12.50  中高热值煤  MHQ  ＞21.00～24.00  中低热值煤  MLQ  ＞12.50～17.00  高热值煤  HQ  ＞24.00～27.00  中热值煤  MQ  ＞17.00～21.00  特高热值煤  SHQ  ＞27.00

煤炭挥发分的分级：

  名称  低挥发分  中挥发分  中高挥发分  高挥发分  挥发分(％)  ＞20.0  ＞20.01～28.00  ＞28.01～37.00  ＞30.01

煤炭灰分的分级：

  级别名称  代号  灰分范围(％)  级别名称  代号  灰分范围(％)  特低灰煤  SLA  ≤5.00  中灰分煤  MA  ＞20.00～30.00  低灰分煤  LA  ＞5.00～10.00  中高灰煤  MHA  ＞30.00～40.00  低中灰煤  LMA  ＞10.00～20.00  高灰分煤  HA  ＞40.00～50.00

煤炭硫分的分级：

  级别名称  代号  硫分范围(％)  级别名称  代号  硫分范围(％)  特低硫煤  SLS  ≤0.50  中硫分煤  MS  ＞1.50～2.00  低硫分煤  LS  ＞0.50～1.00  中高硫煤  MHS  ＞2.00～3.00  低中硫煤  LMS  ＞1.00～1.50  高硫分煤  HS  ＞3.00

根据检测数据，可以得到下列结论：

1.加拿大一枝黄花的成型燃料是一种典型的生物质成型燃料，作为煤的替代物使用时，相当于低灰份的中热值煤，由于其中全硫的含量很低，因此作为燃料使用时，是一种清洁的、无污染的环保型燃料。

2.由于生物质燃料具有高挥发分、低碳的特点，因此在燃烧时应按照相应的工艺操作。

3.为了说明生物质燃料的环保特性，下面给出了两种生物质成型燃料在半气化燃烧状态下的有关实测参数(数据引自【中国生物质能利用技术评价】)作为参考。

稻草秸秆半气化燃烧时的实测参数：

  项目  检测值  国家标准值  烟尘排放浓度  28-39mg/Nm3  120mg/Nm3  烟尘平均排放速度  0.009kg/h  0.096kg/h  二氧化硫排放浓度  10-14mg/Nm3  550mg/Nm3  二氧化硫平均排放速度  0.003kg/h  0.739kg/h  氮氧化物排放浓度  30-38mg/Nm3  240mg/Nm3  氮氧化物平均排放速度  0.008kg/h  0.219kg/h  林格曼黑度  ＜1级  1级

玉米秸秆半气化燃烧时的实测参数：

  项目  检测值  国家标准值  烟尘排放浓度  21-36mg/Nm3  120mg/Nm3  烟尘平均排放速度  0.008kg/h  0.096kg/h  二氧化硫排放浓度  8-12mg/Nm3  550mg/Nm3  二氧化硫平均排放速度  0.0028kg/h  0.739kg/h  氮氧化物排放浓度  26-35mg/Nm3  240mg/Nm3  氮氧化物平均排放速度  0.0075kg/h  0.219kg/h  林格曼黑度  ＜1级  1级

液压挤出成型”工艺具有如下优点：

(1)适合于我国资源丰富的各种农作物秸杆，大块型的设计使得原料粉碎工艺比较简单，对原料前期的预处理采用了避繁从简的措施，只需一次简单粉碎处理，对原料的长度要求可放宽到15cm以下，而环模压辊式的成型设备，对原料的需求则在0.5cm以下，螺杆挤压式的要在2cm以下。因此大大的降低了秸秆前期预处理的能耗。

(2)放宽了成型过程中对原料含水率的要求。螺旋式成型一般要求原料的含水率小于12％，通常必须进行烘干。我们采用活塞套筒往复机构，原料的含水率在18％左右，也能正常成型，原料不需要烘干，减少了原料烘干的能耗及不成型现象；

(3)采用液压驱动成型方式，显著提高了磨损件的使用寿命，活塞冲杆与原料之间没有相对运动，解决了能耗高和易损件寿命短问题。

(4)运行稳定，生产率可达500kg/h，吨能耗降为80kWh左右。

附表：生物质固体成型燃料常用的三种成型方式的比较表

  参数  环模压辊式设备  螺杆挤出式设备  液压成型式设备  对原料的粉碎要求  单位(mm)  ＜5  ＜20  ＜150  适用原料  锯末、部分农作物秸  秆  竹屑、锯末  各种农作物秸秆、锯末、树  枝等  生产效率(按相同电  机功率折算)  单位(Kg)  400-500  120-150  400-600  加工成本  单位(元)  250-300  200-250  120-150  易损部件及其使用寿  命  环模400-500h  螺杆60-80h  油封  一年更换一次  产品规格  单位(mm)  颗粒状Φ10～15  棒状Φ50～70  棒状Φ80～120  适用范围  工业小型锅炉、家用  取暖、饮事  炭化后用作机制木炭  工业小型锅炉、民用取暖、  饮事  优点  颗粒外型美观，易  燃，清洁，适用于家  用  外型美观，可以炭化后  做成机制木炭  生产工艺简单，原料前处  理简单，生产成本低廉，易  于工业化使用  缺点  原料的前处理要  求过高、生产工艺复  杂、生产成本过高、  成型率不高、易损部  件维修更换费用过高  生产效率过低，螺杆使  用寿命过短，更换过于  频繁，导致生产成本过  高。  外型不太美观，需配专用  炉具才能造于家用。