[发明专利]一种生物质成型颗粒燃料的制备方法及系统

说明书

技术领域

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

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年产秸秆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。

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。

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(例如木屑)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。

烘焙(torrefaction)又称碳化、低温热解，是一种在常压、无氧的情况下，在200℃～300℃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。但目前的研究表明，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。

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5×10⁶t，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％的污泥与秸秆混合，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。

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

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。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种生物质成型颗粒燃料的制备方法，包括以下具体步骤：

1)干燥：用120℃～180℃的中温烟气将生物质原料干燥至含水率为10％～20％，用160℃～200℃的高温蒸汽将污泥原料干燥至含水率为10％～20％；

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；