[發(fā)明專利]一種生物質成型顆粒燃料的制備方法及系統

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510050817.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104593112B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設計）人: 袁興中;蔣龍波;陳曉紅;梁婕;肖智華;李輝;王侯;曹亮;曾光明
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C10L5/44
• 分類號: C10L5/44;C10L5/46;B01J2/22;C10B53/02;C10B57/10;F23K1/00;F23J15/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發(fā)明屬于生物質能源和固體廢棄物再利用領域，具體涉及一種生物質成型顆粒燃料的制備方法及系統。

背景技術

隨著國民經濟發(fā)展對化石燃料需求的增長，化石燃料資源的消耗正以驚人的速度加快，而且使用煤炭會產生嚴重的環(huán)境污染，因此尋找替代能源的任務日益迫切。生物質能源是一種可再生能源，我國農林廢物十分豐富，2010年產秸稈7億噸，產林業(yè)三剩物3億噸。生物質能源利用的方式主要有直燃、致密成型、液化、氣化。目前，生物質致密成型技術是生物質利用的有效途徑，已實現工業(yè)化利用。

生物質成型燃料是一種環(huán)保清潔的能源，其優(yōu)點包括燃燒效率高，灰分、含硫和含氮量較低，以及儲運成本不高，適宜成為國內外城市供熱的主要清潔燃料。然而，成型能耗過高、設備磨損嚴重和成型燃料質量不佳是限制生物質成型技術規(guī)模化的主要瓶頸。其中的原因主要是生物質成型原料來源廣泛，且種類繁多。常規(guī)成型設備通常對原料的種類和尺寸有要求，使用來源不一且外形多樣的原料將導致成型能耗過高、設備磨損嚴重和成型燃料質量不佳等問題。

再者，我國中南和南方地區(qū)普遍氣候濕熱，全年濕度在80％以上。成型燃料生產和使用之間存在的時空差異，使得成型燃料長距離運輸和跨季節(jié)儲存日漸成為產業(yè)常態(tài)。成型燃料放置于空氣濕度較大的環(huán)境中，組成成型燃料的生物質(例如木屑)微粒內部的孔隙結構和親水性基團會因物理和化學吸附而吸水。過高的成型燃料含水率會導致成型燃料燃燒性能降低，體積膨脹，強度降低，容易破碎，甚至發(fā)生粉化和霉變，導致倉儲中爆炸或自燃事故的發(fā)生。因此，制備較高密度和高抗吸水性的成型燃料具有重要意義。

烘焙(torrefaction)又稱碳化、低溫熱解，是一種在常壓、無氧的情況下，在200℃～300℃內慢速熱解，脫除生物質中的水分和輕質揮發(fā)的過程。通過烘焙處理，可以有效的降低生物質的含水量和含氧量，提高生物質能量密度，降低運輸和存儲成本。雖然烘焙能夠提高生物質的能量密度，但烘焙過程中生物質只有很小的收縮，導致烘焙后生物質的體積只有輕微的降低，因此烘焙后生物質的體積能量密度并不高。但目前的研究表明，烘焙生物質直接成型，成型顆粒的強度不高，成型所需的能耗增大。

污泥是污水處理的副產物，含有蛋白質和多糖等粘性有機物，我國每年排放干污泥約5×10⁶t，且每年以10％的速度增長。近年來，國內外也有一些文獻和專利報道了污泥與生物質或是原煤混合經過成型加工成固體燃料，名稱為一種復合型污泥燃料及其制備方法(申請?zhí)枺?01010221587.0)的專利中采用了重量百分比為20％～50％的煤粉，煤粉的加入雖然能夠提高成型燃料熱值，但不利于節(jié)能減排。也有一些專利采用了污泥與生物質在較高含水率下先成型后干化的工藝，如一種制備污泥成型燃料的方法及裝置(申請?zhí)枺?01110123139.1)的專利中將含水率70％～85％的污泥與秸稈混合，再加入化學調質劑后脫水，經造粒機造粒后，自然干燥得到含水率35％左右的固體燃料；還有一些專利采用了污泥與生物質先混合，再脫水干燥至較低含水率，然后將混合物成型得到固體燃料，如名稱為一種固型燃料的生產方法(申請?zhí)枺?01010119602.0)的專利中將含水80％以上的城市污泥與生物質粉混合，脫水至含水率20％以下，然后低壓成型得固體燃料。

目前，生物質成型燃料大多存在儲存困難，儲存成本高，成型燃料易發(fā)霉、破裂、體積膨脹、強度降低，嚴重的可導致倉庫爆炸或自燃事故的發(fā)生。生物質成型所需的溫度和壓強較大，設備損耗嚴重，成型易損件壽命短是生物質成型技術規(guī)模化的主要瓶頸。生物質成型原料的不足、原料的季節(jié)性變化和原料物理化學性質的差異也限制了生物質成型產業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種防水(抗吸水能力強)、儲運成本低、不易霉變、強度高的生物質成型顆粒燃料的制備方法，還相應提供一種運行成本低、成型條件溫和、成型設備損耗小、熱能利用率高、所得成型燃料性能好的生物質成型顆粒燃料的制備系統。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

一種生物質成型顆粒燃料的制備方法，包括以下具體步驟：

1)干燥：用120℃～180℃的中溫煙氣將生物質原料干燥至含水率為10％～20％，用160℃～200℃的高溫蒸汽將污泥原料干燥至含水率為10％～20％；

2)粉碎：對干燥后的生物質原料和污泥原料分別進行粉碎，粉碎后生物質原料的粒徑≤5mm，粉碎后污泥原料的粒徑≤5mm；