一种生物质燃料的制备方法及生物质燃料与流程

1.本技术涉及生物质燃料技术领域，具体涉及一种生物质燃料的制备方法及 生物质燃料。


背景技术：

2.现代的养殖场逐步向规模化、集约化方向发展。在养殖的过程中，为了控 制发病率，提高产量，养殖场往往使用饲料添加剂。除重金属外，养殖场畜禽 的粪便中还含有大量的病原菌和寄生虫卵。大量粪便的高效无害化处理便成为 棘手的问题。
3.近几年，生物质直燃电厂得到了蓬勃发展，大量农林废弃物得到了资源化 利用，在美化乡村建设方面做出了突出贡献。目前生物质直燃发电厂的主要燃 料品种是树皮、木片、秸秆、稻壳、枝桠材燃料等。随着建筑行业的低迷和环 保政策的加强，树皮、木片、枝桠材废弃物的产量逐年大幅降低。稻壳、花生 壳等总量有限，且价格高昂。而生物质电厂数量越建越多，燃料竞争越发激烈。 为保障生物质电厂可持续发展，行业内很多从业人员将生物质电厂的燃料重点 发展方向瞄向了黄色秸秆。目前水稻秸秆和小麦秸秆的收储和高效破碎瓶颈也 得到了突破。但农作物秸秆的收储工作受到天气和地形的严重制约，不确定性 较大，影响到生物质电厂的稳定运行。
4.因此，本技术提供一种生物质燃料均匀掺配的技术手段，把养殖场的粪便 和黄色秸秆等农业废弃物合理掺配，既能解决养殖场粪便环境污染问题，也有 助于生物质电厂的稳定运行。


技术实现要素：

5.本技术为了克服现有技术的不足，提供一种生物质燃料及其制备方法，可 以合理控制和掺配多种燃料，能够使得制备得到的生物质燃料被循环流化床锅 炉充分利用，同时，掺配动物粪便的生物质燃料能够实现稳定燃烧，且混烧动 物粪便可以节约生物质电厂的运营成本、稳定生物质电厂的燃料供应。
6.本技术提供一种生物质燃料的制备方法，所述制备方法包括将动物粪便、 黄色秸秆、小品种燃料和林木质燃料按比例进行掺配，得到生物质燃料；
7.其中，在所述生物质燃料中，所述动物粪便的掺配量为15～58wt％，所述 黄色秸秆的掺配量为10～58wt％，所述小品种燃料的掺配量为4～32wt％，所述 林木质燃料的掺配量为0～10wt％。
8.所述生物质燃料用于生物质循环硫化床锅炉的燃料。
9.可选的，在本技术的一些实施例中，所述制备方法包括如下步骤：
10.将黄色秸秆按掺配量直接进行分段剪切式破碎，得到长度小于等于7cm 的黄色秸秆破碎料，破碎料截面刀口整齐，秸秆间无粘连、抱团现象；
11.将林木质燃料经除铁后破碎至长度小于或等于10cm的林木质燃料破碎料， 且其厚度和宽度均小于或等于7cm；
12.将所述黄色秸秆破碎料、所述动物粪便、所述小品种燃料和所述林木质燃 料破碎料按照掺配量逐层铺放，得到燃料堆，混合均匀，得到生物质燃料。
13.可选的，在本技术的一些实施例中，在所述逐层铺放过程中，一层的黄色 秸秆破碎料、一层的动物粪便、一层的小品种燃料和一层的林木质燃料破碎料 构成燃料层组合单元，共铺放三个燃料层组合单元以上的燃料。
14.可选的，在本技术的一些实施例中，在所述逐层铺放后，得到呈现为带状 的燃料堆。所述燃料堆包括动物粪便层、黄色秸秆层、小品种燃料层和林木质 燃料层。进一步地，所述动物粪便层之间至少具有一层的黄色秸秆层、小品种 燃料层和/或林木质燃料层。
15.可选的，在本技术的一些实施例中，在所述逐层铺放的过程中，每一种燃 料均单层铺放，不连续铺放同一种燃料。
16.更进一步地，在所述制备方法中，可以以一层动物粪便层、一层黄色秸秆 层、一层小品种燃料层和一层林木质燃料层组成燃料层组合单元，并且以该燃 料层组合单元作为一个重复单元。每一重复单元中的动物粪便层、黄色秸秆层、 小品种燃料层和林木质燃料层的顺序均独立限定，也就是说每一重复单元与另 一重复单元中燃料层的顺序可以相同也可以不同。
17.例如，所述逐层铺放的过程可以具体为：按照黄色秸秆、小品种燃料、动 物粪便、林木质燃料的顺序依次逐层铺放三个燃料层组合单元，即12层；也可 以铺放至四个燃料层组合单元，即16层；甚至更多层，超过四个燃料层组合单 元。具体铺放的层数可以根据实际掺配料场空间选择。
18.例如，所述逐层铺放的过程可以具体为：按照黄色秸秆、小品种燃料、林 木质燃料、动物粪便、黄色秸秆、小品种燃料、林木质燃料、动物粪便、黄色 秸秆、小品种燃料、动物粪便、林木质燃料的顺序依次逐层铺放三个燃料层组 合单元，即12层；也可在此基础上铺放更多的燃料层组合单元。
19.例如，所述逐层铺放的过程可以具体为：按照黄色秸秆、林木质燃料、小 品种燃料、动物粪便、黄色秸秆、小品种燃料、林木质燃料、动物粪便、黄色 秸秆、动物粪便、林木质燃料、小品种燃料的顺序依次逐层铺放三个燃料层组 合单元；也可在此基础上铺放更多的燃料层组合单元。
20.可选的，在本技术的一些实施例中，将所述黄色秸秆破碎料作为首层铺料， 在其基础上不重复任选铺放所述动物粪便、所述小品种燃料和所述林木质燃料 破碎料，形成多层堆料，重复铺放所述多层堆料数次，混合后得到所述生物质 燃料。其中，“逐层”铺放指的是：动物粪便、小品种燃料或林木质燃料破碎料 均可铺放在黄色秸秆破碎料的基础上，每一层采用不同的燃料种类进行铺放。
ꢀ“
不重复”铺放指的是：在多层堆料中，相邻两燃料层的燃料种类不同。“任选
”ꢀ
铺放指的是：除了首层黄色秸秆破碎料层之外，其上每层燃料层的燃料种类可 以任意选自动物粪便、小品种燃料和林木质燃料破碎料中的任意一种。上述三 种铺放规则需要同时满足。
21.可选的，在本技术的一些实施例中，所述动物粪便的掺配量可以为15wt％、 19wt％、25wt％、27wt％、30wt％、35wt％、40wt％、44wt％、47wt％、50wt％、 52wt％或58wt％。所述黄色秸秆的掺配量可以为10wt％、15wt％、20wt％、 25wt％、30wt％、33wt％、37wt％、39wt％、41wt％、45wt％、46wt％、49wt％、 54wt％、55wt％或58wt％。所述小品种燃
料的掺配量可以为4wt％、6wt％、11wt％、 13wt％、14wt％、16wt％、17wt％、19wt％、24wt％、30wt％或32wt％。所述林 木质燃料的掺配量为0wt％、1wt％、2wt％、4wt％、5wt％、6wt％、9wt％或10wt％。
22.可选的，在本技术的一些实施例中，所述动物粪便的掺配量为25～50wt％， 所述黄色秸秆的掺配量为20～45wt％，所述小品种燃料的掺配量为12～28wt％， 所述林木质燃料的掺配量为2～6wt％。
23.可选的，在本技术的一些实施例中，所述动物粪便包括但不限于鸡粪、牛 粪、羊粪和鸭粪中的一种或多种。优选地，所述动物粪便采用鸡粪。进一步地， 所述动物粪便采用养殖场禽类粪便或食草动物粪便。禽类粪便包括鸡粪、鸭粪 等。大型家禽类养殖场室内进行养殖的话，常用稻壳、木屑等垫圈料对鸡舍进 行吸水干燥。养殖场的鸡粪燃料实际上是鸡粪与垫圈稻壳/木屑的混合物。此 外，鸡摄入的饲料并不能完全消化吸收，约有40％－70％的营养物被排出体外， 鸡粪燃料有机质多，挥发份高，易着火易燃尽。在与其他燃料成分混合后，能 起到助燃和助稳定燃烧的作用。我国游牧民族很早就利用牛、羊、马等动物的 粪便作为烧火燃料。牛羊等食草动物，其粪便也有大量的植物纤维和养分，也 能够作为燃料而使用。所述鸡粪包括鸡舍垫圈稻壳和饲养鸡排泄粪便的混合物。 同理，鸭粪包括鸭舍垫圈稻壳和饲养鸭排泄粪便的混合物。垫圈稻壳上往往沾 有家禽粪便，无需特别处理即可与家禽粪便相混合。
24.本领域的普通技术人员知道鸡粪焚烧的难度是远高于其他生物质燃料(秸 秆等)。但是本技术采用鸡粪作为燃料，甚至鸡粪的掺配量高达58％，鸡粪的 成本低，不仅能补充燃料数量的缺口，还能无公害处理养殖场的粪便。
25.可选的，在本技术的一些实施例中，所述黄色秸秆主要包括水稻秸秆、小 麦秸秆和玉米秸秆中的一种或多种；对于两种以上的黄色秸秆破碎过程中按照 比例直接混合在一起破碎，先实现黄色秸秆掺配前的均匀混合。
26.可选的，在本技术的一些实施例中，所述小品种燃料包括壳类燃料。
27.可选的，在本技术的一些实施例中，所述壳类燃料包括，稻壳、花生壳、 瓜子壳、果壳、松塔皮和麦糠中的一种或多种。
28.可选的，在本技术的一些实施例中，所述林木质燃料包括旧家具和废弃的 建筑模板中的一种或多种。
29.可选的，在本技术的一些实施例中，所述林木质燃料包括枝桠材、树皮、 竹片、竹屑和灌木中的一种或多种。本技术的林木质燃料事先需经过独立的粉 碎过程，在形成燃料堆后，再搅拌混合。
30.本技术中，黄色秸秆密度小、蓬松、体积大，其他品种燃料相对密度大。 各品种燃料的热值和燃烧特性各有差异，均匀混合后鸡粪、林木质燃料和其他 小品种燃料均匀分布于在黄色秸秆燃料间，形成质地均匀的混合燃料。黄色秸 秆蓬松的体积，能够保障混合料初期燃烧的氧气供应。挥发分高的燃料品种先 燃烧，形成对挥发分低的燃料的预烘干和预引燃。所述生物质燃料中的各燃料 能够形成燃烧的级联反应，加速了燃烧的进程，提高了燃烧的效率和燃烧的稳 定性，充分利用了生物质燃料蕴含的能量，能够为循环流化床锅炉和生物质燃 料发电厂提供更多的能量。另外，上述材料价格便宜，原料来源广泛，材料易 得，能够运营成本、稳定燃料供应，还可以解决养殖场粪便高效无害处理的问 题，实现经济
效益和社会效益最大化。
31.本技术提供了一种动物粪便、黄色秸秆、小品种燃料和林木质燃料等燃料 的制备方法。进一步地，所述制备方法还可以用于其他生物质燃料的混合掺配。
32.相应的，本技术还提供上述生物质燃料的制备方法得到的生物质燃料。所 述生物质燃料适用于生物质循环流化床锅炉使用。本技术得到的生物质燃料特 别适用于以生物质材料作为燃料的生物质直燃发电厂。
33.可选的，在本技术的一些实施例中，所述生物质燃料包括：15～58wt％的 动物粪便，10～58wt％的黄色秸秆，4～32wt％的小品种燃料，0～10wt％的林木 质燃料。
34.可选的，在本技术的一些实施例中，在所述生物质燃料中，所述动物粪便 为25～50wt％，所述黄色秸秆为20～45wt％，所述小品种燃料为12～28wt％，所 述林木质燃料为2～8wt％。
35.可选的，在本技术的一些实施例中，所述动物粪便包括但不限于鸡粪、牛 粪、羊粪和鸭粪中的一种或多种。所述黄色秸秆包括但不限于水稻秸秆、小麦 秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。所述小品种燃料包括壳类燃料，所述壳类燃 料包括但不限于稻壳、花生壳、瓜子壳、果壳、松塔皮和麦糠中的一种或多种。 所述林木质燃料包括但不限于旧家具、废弃的建筑模板、枝桠材、树皮、竹片、 竹屑和灌木中的一种或多种。
36.本技术的有益效果在于：
37.本技术提供了一种含动物粪便的生物质燃料的均匀混合制备方法，既解决 了养殖场的粪便无害化高效处理问题，也解决了生物质电厂的稳定运行问题。 本技术所提及的方法也可作为其他类型养殖场的粪便处理作参考。
38.本技术的方法能够有效地提高鸡粪的燃烧程度，以实现燃烧需求；通过本 申请的方法得到的生物质燃料，其中的鸡粪的掺配量甚至高达58％时仍具有很 好的燃烧性。可见本技术的生物质燃料掺配使用了大量的鸡粪，可以显著降低 生物质燃料的整体成本，即能够显著降低电厂的生产成本，进而提高效益。可 见本技术的方法实现了高掺配量的鸡粪的可焚烧性，降低了成本，提高了经济 效益。
39.本技术中的采用动物粪便与水稻秸秆、小麦秸秆的制备方法有助于解决目 前生物质直燃电厂燃料紧缺和环保问题，满足了生物质直燃电厂燃料数量、质 量、成本和环保排放的要求。
40.此外，应用本技术的生物质燃料的制备方法及生物质燃料，可以将国内的 养殖场家禽的粪便和水稻小麦秸秆利用起来，实现50％比例燃料替代的话，一 座30mw的生物质直燃电厂每年可增加约一千万以上的效益。
具体实施方式
41.下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中 的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本技术保护的范围。
42.本技术实施例提供一种生物质燃料的制备方法和生物质燃料。以下分别进 行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的 限定。另外，在本
申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本技术的 各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅 是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所 述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如， 应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1 到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指 包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
43.实施例1
44.本实施例提供一种生物质燃料，其燃料及掺配质量配比见表1所示，
45.表1
[0046][0047]
如表1所示，生物质燃料中动物粪便、黄色秸秆、小品种燃料、林木质燃 料的质量比35：54：6：5。此处动物粪便优选择鸡粪燃料，黄色秸秆优先选择 玉米秸秆和水稻秸秆田间捡拾打包料，其中玉米秸秆和水稻秸秆的质量配比分 别为27％和27％。此处小品种燃料优先选择较为常见稻壳。此处的林木质原料 优选择较为广泛的板材破碎料
[0048]
所述生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
[0049]
将黄色秸秆大包直接混合进行分段剪切式破碎，破碎料截面刀口整齐，破 碎长度不超过7cm，碎秸秆间无粘连、抱团现象。将林木质燃料经除铁后破碎 至尺寸长度不超过10cm，厚度和宽度不超过7cm。
[0050]
将处理好的黄色秸秆、林木质燃料、动物粪便、小品种燃料，按照质量配 比进行依次逐层铺放燃料，布料方式请如表2所示：一层为黄色秸秆、二层为 小品种燃料、三层为动物粪便、四层为林木质燃料、五层为黄色秸秆、六层为 小品种燃料、七层为动物粪便(如鸡粪)、八层为林木质燃料、九层为黄色秸 秆、十层为小品种燃料、十一层为动物粪便、十二层为林木质燃料。此处的小 品种燃料、动物粪便、林木质燃料、黄色秸秆的顺序，仅是较佳排序之一的举 例，具体实施时可根据各生物质锅炉和其他现场实际情况，进行最优化排序。
[0051]
对于建设有行车装置的，掺拌时，由行车按照表2中顺序将每个品种的燃 料依次抓起后由空中自由下落，按比例逐层叠加，叠加至三个燃料层组合单元 以上，具体层数根据实际干料棚高度，混合三次以上。对于无行车装置的，由 装载机按照掺配料场平面顺序，按比例逐层铺放燃料，布料至三个燃料层组合 单元以上，具体层数根据实际掺配料场空间，已铺好的混合料滚动式翻搅五次 以上。混合均匀的燃料分批次送入燃料上料口，由上
料给料系统输送至生物质 锅炉端。
[0052]
表2
[0053][0054]
实施例2
[0055]
本实施例提供一种生物质燃料，其燃料及掺配质量配比见表3所示，
[0056]
表3
[0057][0058]
如表3所示，生物质燃料中动物粪便、黄色秸秆、小品种燃料、林木质燃 料的质量比为27：45：19：9。
[0059]
此处动物粪便优选选择鸡粪，黄色秸秆优先选择玉米秸秆和水稻秸秆田间 捡拾打包料，其中玉米秸秆和水稻秸秆的质量配比分别为18％和27％。此处小 品种燃料优先选择较为常见稻壳。此处的林木质原料优选择东北地区较为广泛 的松树根片
[0060]
所述生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
[0061]
将黄色秸秆大包直接混合进行分段剪切式破碎，破碎料截面刀口整齐，破 碎长度不超过7cm，碎秸秆间无粘连、抱团现象。将林木质燃料经除铁后破碎 至尺寸长度不超过10cm，厚度和宽度不超过7cm。
[0062]
将处理好的黄色秸秆、动物粪便、小品种燃料、林木质燃料，按照质量配 比进行多层次逐层铺放燃料，具体的布料方式见表4所示：一层为黄色秸秆、 二层为小品种燃料、三层为林木质燃料、四层为动物粪便、五层为黄色秸秆、 六层为小品种燃料、七层为林木质燃料、八层为动物粪便、九层为黄色秸秆、 十层为小品种燃料、十一层为动物粪便、十二层为
林木质燃料。此处，黄色秸 秆、小品种燃料、动物粪便、林木质燃料的顺序，仅是较佳排序之一的举例， 具体应用时可根据各生物质锅炉和其他现场实际情况，进行最优化排序。
[0063]
对于建设有行车装置的，掺拌时，由行车按照表4中顺序将每个品种的燃 料依次抓起后由空中自由下落，按比例逐层依次叠加，叠加至十二层以上，具 体层数根据实际干料棚高度，混合3次以上。对于无行车装置的，由装载机按 照掺配料场平面顺序，按比例逐层依次铺放燃料，布料至十二层以上，具体层 数根据实际掺配料场空间，已铺好的混合料滚动式翻搅五次以上。混合均匀的 燃料分批次送入燃料上料口，由上料给料系统输送至生物质锅炉端。
[0064]
表4
[0065][0066][0067]
实施例3～12
[0068]
实施例3～实施例12分别提供了一种生物质燃料，其燃料及掺配质量配比见 表5所示， 表5
[0069][0070]
根据表5中的各品种燃料的掺配配方进行掺配，即可以得到实施例3～12的 生物
质燃料。其中，各品种燃料与实施例1的原料品种相同，其区别主要在于 掺入量不同。
[0071]
实施例3～实施例12的生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
[0072]
将黄色秸秆大包直接混合进行分段剪切式破碎，破碎料截面刀口整齐，破 碎长度不超过7cm，碎秸秆间无粘连、抱团现象。将林木质燃料经除铁后破碎 至尺寸长度不超过10cm，厚度和宽度不超过7cm。
[0073]
将处理好的黄色秸秆、动物粪便、小品种燃料、林木质燃料，按照质量配 比进行多层次逐层依次布料，具体布料方式见表6所示：一层为黄色秸秆、二 层为小品种燃料、三层为动物粪便、四层为林木质燃料、五层为黄色秸秆、六 层为动物粪便、七层为林木质燃料、八层为小品种燃料、九层为黄色秸秆、十 层为小品种燃料、十一层为动物粪便、十二层为林木质燃料。此处，黄色秸秆、 小品种燃料、动物粪便、林木质燃料的顺序，仅是较佳排序之一的举例，具体 实施时可根据各生物质锅炉和其他现场实际情况，进行最优化排序。
[0074]
对于建设有行车装置的，掺拌时，由行车按照表6中顺序将每个品种的燃 料依次抓起后由空中自由下落，按比例逐层叠加，叠加至三个燃料层组合单元 以上，具体层数根据实际干料棚高度，混合3次以上。对于无行车装置的，由 装载机按照掺配料场平面顺序，按比例逐层铺放燃料，布料至三个燃料层组合 单元以上，具体层数根据实际掺配料场空间，已铺好的混合料翻搅五次以上。 混合均匀的燃料分批次送入燃料上料口，由上料给料系统输送至生物质锅炉端。
[0075]
表6
[0076][0077]
试验例1
[0078]
本试验例对实施例1-12得到的生物质燃料进行燃烧性能的检测，如排烟 温度、床温、排烟含氧量、飞灰可燃物、大渣可燃物、锅炉效率等参数。采用 1
×
120t/h的单炉膛高温超高压循环流化床锅炉，采用料场逐层布料多次混合 掺配，辊式给料机、皮带输送组合上料，炉前双轴、无轴双级给料方式给料， 每小时给料量在35吨，采用实施例1-12得到的混合燃料按照电厂正常生产运 行焚烧，实际生产数据如表7所示。
[0079]
表7
[0080][0081]
根据表7中的实际生产运行数据表明，按照实施例1-12的配比和掺配方 案能够满足1
×
30mw高温超高压循环硫化床机组生产稳定运行的需要。
[0082]
综上，本技术得到的混有动物粪便的生物质燃料能够适用于生物质循环流 化床锅炉，经合理控制和掺配生物质燃料能够在循环流化床锅炉充分利用。具 体地，例如鸡粪燃料的热值和灰熔点和其他生物质燃料有明显差异，但在经过 本技术的方法掺配均匀后，混合料的热值和灰熔点是均匀的。可见本技术在混 有动物粪便(如鸡粪)的情况下，生物质燃料能够稳定燃烧，且混烧动物粪便 可以节约生物质电厂的运营成本、稳定生物质电厂的燃料供应，还可以解决养 殖场粪便高效无害处理的问题，使经济效益和社会效益最大化。本技术的方法 特别适用于以生物质材料作为燃料的生物质直燃发电厂。
[0083]
以上对本技术实施例所提供的一种生物质燃料的制备方法和生物质燃料 进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐 述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时， 对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均 会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。