一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料及制备方法，颗粒燃料包括：内芯、控制层、壳层；其中，内芯中包括基础燃料、膨润土；控制层中包括动物骨粉、发酵腐熟干燥后的油菜籽饼、粉煤灰；控制层为多孔结构；壳层中包括基础燃料、动物骨粉、膨润土、石灰粉；所述基础燃料包括麦秸、木屑、玉米芯、花生壳、稻草、稻壳、油茶壳、棉籽壳中的两种以上。本发明专利技术通过向基础燃料中添加动物骨粉、膨润土、发酵后的生物质、粉煤灰、石灰粉等，同时控制产品结构，实现了对生物质燃料燃烧过程的控制，使所得多层结构复合生物质颗粒燃料燃烧缓慢，放热稳定，大大增加了产品的适用范围。

An exothermic and stable multi-layer structure composite biomass pellet fuel and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料及制备方法
本专利技术涉及生物燃料
，特别涉及一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料及其制备方法。
技术介绍
生物质燃料：是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)。主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型(如块状、颗粒状等)的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。由于生物质燃料的原料燃点均较低，且纯度较高，所以其燃烧效率普遍很高，但伴随而来的问题就是燃烧速度很快，可以在短时间内释放出大量的热量，对于大多数用户来说，生物质燃料此特点不会影响正常使用，然而，对于从事精加工产业的用户而言，往往更需要稳定而持续的热源输出，大量热量短时间快速释放会造成生产温度的急剧升高，严重影响其生产工艺的正常运行，不仅会降低产品的品质，还可能对生产设备设施造成严重损害。而且，由于燃烧速度快，相应的燃烧持续时间就会缩短，当生产工艺耗时较长时，就会面临中途增加或更换燃料的需求，从而对实际的生产条件提出了更高的要求，同时增加了技术难度和操作成本。生物质燃料的上述特性在很大程度上限制了其应用的范围，导致许多精加工企业仍难以用其作为主要的生产燃料。
技术实现思路
本专利技术提供一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料及其制备方法，用以解决传统生物质燃料燃烧速度快、燃烧时间段导致放热不稳定的问题。首先，本专利技术提供了一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，包括：内芯1、控制层2、壳层3；其中，所述内芯中包括基础燃料、膨润土；所述控制层中包括动物骨粉、发酵腐熟干燥后的油菜籽饼、粉煤灰；控制层为多孔结构；所述壳层中包括基础燃料、动物骨粉、膨润土、石灰粉；所述基础燃料包括麦秸、木屑、玉米芯、花生壳、稻草、稻壳、油茶壳、棉籽壳中的二种以上。优选地，所述复合生物质颗粒燃料中，按质量份数计，内芯为5-10份，控制层为3-5份，壳层为4-7份。优选地，所述复合生物质颗粒燃料中，按各层厚度计，设内芯粒径为d，则控制层厚度为0.3-0.7d，壳层厚度为0.5-1.0d。优选地，所述内芯中，基础燃料、膨润土的质量比为：(2-9):(0.5-2)。优选地，所述控制层中，动物骨粉、发酵腐熟干燥后的油菜籽饼、粉煤灰的质量比为：(5-10):(1-4):(0.5-1.5)。优选地，所述壳层中，基础燃料、动物骨粉、膨润土、石灰粉的质量比为：(5-9):(1-2):(0.5-1):(1-2)。第二，本专利技术还提供了上述放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将内芯、控制层、壳层中包括的原料分别按需要粉碎、混合，分别制成内芯混料、控制层混料、壳层混料；(2)将内芯混料压制成颗粒状，形成内芯；(3)将控制层混料加水混匀，喷射到内芯表面，干燥后形成控制层；(4)将壳层混料加水混匀，喷射到控制层表面，干燥后形成多层结构复合生物质颗粒燃料。优选地，步骤(1)中所需动物骨粉的制备方法为：是将动物骨头除去表层的杂物质后捣碎，置于管式炉中，在氮气保护下，于800-1000℃下高温处理0.5-1h，再在球磨机中球磨6-10h即得，粒径为0.01-1mm；步骤(1)中所述粉碎，各原料粉碎后粒径为0.5-5mm；所述动物骨头为猪骨头、牛骨头、鱼骨头、羊骨头。优选地，步骤(3)所述干燥，为高温干燥，干燥温度为800-1200℃。优选地，步骤(4)所述干燥，为中温干燥，干燥温度为500-700℃。在干燥阶段(步骤(3)、步骤(4)中)，利用高温或中温烟气对复合生物质颗粒燃料进行干燥，由于复合生物质颗粒燃料外层的温度低于烟气的温度，因此热量从烟气传递到复合生物质颗粒燃料层表面。这些热量中的一部分用来提供水从液态转变为气态的能量，另一部分则用来加热复合生物质颗粒燃料。如果将单位颗粒燃料作为对象，那么单位时间干燥过程应当满足能量守恒。从能量的需求和供给方面来看：在能量的需求方面，为了干燥颗粒燃料，其会从高温或中温烟气中吸收能量。颗粒燃料外层与烟气交换的总能量分为三个部分组成：1.由高温或中温烟气对颗粒燃料外层的对流换热方式的传递热量2.高温或中温烟气对于颗粒的辐射送热；3.干燥的水分蒸汽会流失部分热量。它们之间关系如下：7)对流传热方式的能量wcon表示为：wcon＝h*(Hgas-Hgrain)*Sgrain(1)其中h为对流换热系数，由系统测算可得；Hgas为高温或中温烟气温度；Hgrain为颗粒燃料温度；Sgrain为颗粒燃料表面对流换热的面积。8)高温或中温辐射送热表示为：其中：α为辐射送热系数。9)水分蒸汽热量流失另外，在干燥过程中，颗粒燃料中的一部分水分会通过颗粒燃料外层表面蒸发到高温或中温烟气中，这部分能量wsteam会进入到烟气中。wsteam＝-Msteam*(Hgrain*Cwater+(Hgas-Hgrain)*Csteam+kh)(3)其中Msteam为单位时间从颗粒燃料中蒸发到高温或中温烟气中的水分质量。Cwater为水分在当前温度下的比热。Csteam为水蒸气在当前温度下的比热；kh为水在该温度下的气化潜热。因此，颗粒燃料从高温或中温烟气中得到的能量Wgrain为Wgrain＝wcon+wrad-wsteam(4)另外整个干燥过程，高温或中温烟气作为能量的提供者，其失去的总能量Wall为：其中Mgas为单位时间的高温或中温烟气质量；Cp-gas为当前温度下高温或中温烟气的比热；Yw-gas为此时高温或中温烟气的含水量。为单位时间的高温或中温烟气的温度变化。因此，从能量守恒方程来看，能量的需求与供给相等。即高温或中温烟气的能量供给等于颗粒燃料得到的能量Wgrain和周围环境的传递的热量损失Wloss之和。有如下的关系：Wall＝Wgrain+Wloss(6)Wall＝wcon+wrad-wsteam+Wloss(7)其中热量损失Wloss为常数，由干燥设备决定。通过以上公式(1)～(7)可以实时获得放热最为稳定的高温或中温烟气温度，进而控制烟气达到所获得的温度。有益效果本专利技术通过向基础燃料中添加动物骨粉、膨润土、发酵后的生物质、粉煤灰、石灰粉等非燃料物质，并控制产品结构，实现了对生物质燃料燃烧过程的控制。在多层结构复合生物颗粒燃料的制备过程中，依据能量守恒，严控各层之间的干燥烟气温度，使所得多层结构复合生物质颗粒燃料结构更为稳定，最终实现燃烧缓慢，放热稳定的目标，大大增加了产品的适用范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，包括：内芯(1)、控制层(2)、壳层(3)；/n其中，所述内芯中包括基础燃料、膨润土；/n所述控制层中包括动物骨粉、发酵腐熟干燥后的油菜籽饼、粉煤灰；控制层为多孔结构；/n所述壳层中包括基础燃料、动物骨粉、膨润土、石灰粉；/n所述基础燃料包括麦秸、木屑、玉米芯、花生壳、稻草、稻壳、油茶壳、棉籽壳中的二种以上。/n

【技术特征摘要】
1.一种放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，包括：内芯(1)、控制层(2)、壳层(3)；
其中，所述内芯中包括基础燃料、膨润土；
所述控制层中包括动物骨粉、发酵腐熟干燥后的油菜籽饼、粉煤灰；控制层为多孔结构；
所述壳层中包括基础燃料、动物骨粉、膨润土、石灰粉；
所述基础燃料包括麦秸、木屑、玉米芯、花生壳、稻草、稻壳、油茶壳、棉籽壳中的二种以上。


2.根据权利要求1所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述复合生物质颗粒燃料中，按质量份数计，内芯为5-10份，控制层为3-5份，壳层为4-7份。


3.根据权利要求2所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述复合生物质颗粒燃料中，按各层厚度计，设内芯粒径为d，则控制层厚度为0.3-0.7d，壳层厚度为0.5-1.0d。


4.根据权利要求1所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述内芯中，基础燃料、膨润土的质量比为：(2-9)∶(0.5-2)。


5.根据权利要求1所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述控制层中，动物骨粉、发酵腐熟干燥后的油菜籽饼、粉煤灰的质量比为：(5-10)∶(1-4)∶(0.5-1.5)。


6.根据权利要求1所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述壳层中，基础燃料、动物骨粉、膨润土、石灰粉的质量比为：(5-9)∶(1-2)∶(0.5-1)∶(1-2)。


7.一种权利要求1-6任一项所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将内芯、控制层、壳层中包括的原料分别按需要粉碎、混合，分别制成内芯混料、控制层混料、壳层混料；
(2)将内芯混料压制成颗粒状，形成内芯；
(3)将控制层混料加水混匀，喷射到内芯表面，干燥后形成控制层；
(4)将壳层混料加水混匀，喷射到控制层表面，干燥后形成多层结构复合生物质颗粒燃料。


8.根据权利要求7所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所需动物骨粉的制备方法为：是将动物骨头除去表层的杂物质后捣碎，置于管式炉中，在氮气保护下，于800-1000℃下高温处理0.5-1h，再在球磨机中球磨6-10h即得，粒径为0.01-1mm；步骤(1)中所述粉碎，各原料粉碎后粒径为0.5-5mm；所述动物骨头为猪骨头、牛骨头、鱼骨头、羊骨头。


9.根据权利要求7所述的放热稳定的多层结构复合生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥，为高温干燥，利用高温烟气对复合生物质颗粒燃料进行干燥，干燥温度为800-1200℃，烟气温度获得算法为：
颗粒燃料外层与烟气交换的总能量分为三个部分组成：
1.由高温烟气对颗粒燃料外层的对流换热方式的传递热量；
2.高温烟气对于颗粒燃料的辐射送热；
3.干燥的水分蒸汽会流失部分热量；
它们之间关系如下：
1)对流传热换热方式的能量wcon表示为：
wcon＝h*(Hgas-Hgrain)*Sgrain(1)
其中h为对流换热系数，由系统测算可得；Hgas为高温烟气温度；Hgrain为颗粒燃料温度；Sgrain为颗粒燃料表面对流换热的面积；
2)高温辐射送热表示为：



其中：α为辐射送热系数；
3)水分蒸汽热量流失
在干燥过程中，颗粒燃料中的一部分水分会通过颗粒燃料外层表面蒸发到高温烟气中，这部分能量wsteam会进入到烟气中；

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义龙，
申请(专利权)人：固始龙海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41