CN101250453A

CN101250453A - 一种复合固体燃料

Info

Publication number: CN101250453A
Application number: CNA2008100108665A
Authority: CN
Inventors: 韩秀明; 关永臣
Original assignee: BENXI HETENG PLASTIC-COATED IRON UTENSILS Co Ltd
Current assignee: BENXI HETENG PLASTIC-COATED IRON UTENSILS Co Ltd
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2008-08-27

Abstract

本发明涉及一种复合固体燃料，该固体燃料包括以下重量百分比的物料：煤粉40％－75％，煤矸石粉20％－50％，添加剂5％－40％。煤矸石粉可兼作粘结剂，且煤可采用一部分低质煤，故该种型煤的成本相对较低，据计算，用本发明所提出的复合固体燃料制作的型煤与相同体积的现有型煤相比，其成本可降低50％，而热值比现有型煤要高出20％以上；同时因本型煤中采用生石灰作为固硫剂，所以该型煤燃烧后所产生气体基本不含硫质材料，对周边环境不会造成污染。

Description

一种复合固体燃料

技术领域：

本发明涉及一种复合固体燃料。

背景技术：

煤是一种碳质固体燃料。煤按形成阶段和炭化程度的不同，通常将其分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。为了使煤能适应于各种不同的工艺或用途，需要对煤进行加工，在一般情况下，用挥发物含量适宜的烟煤和泥煤制作冶金焦炭；而将挥发物含量较低的无烟煤、无烟碎煤、低级烟煤粉及褐煤作为无烟燃料使用，但，所述构成无烟燃料的煤直接燃烧不仅污染周边环境，而且热值也很难达到理想的程度，所以，为使上述的煤能转化为价值更大的燃料，通常将其与胶结剂混合后压成所需大小的块状型煤；另外，煤矸石是采煤和洗煤过程中排出的含炭岩石及岩石，是煤矿建设、生产过程中的废弃物。在现有技术中，综合利用煤矸石的一种技术启示是将其作为型煤的一部分。

中国专利1074041C号公告的名称为“节能环保工业型煤制品”提出一种制作型煤的方案。该型煤包括25-50份的大同烟煤或京西半烟煤、10-20份垃圾土或煤矸石、1-3份石灰、1-3份粘结剂及1份助燃剂，其中的粘结剂采用骨胶或树脂胶。该种型煤制品是采用烟煤或半烟煤为主料，而烟煤或半烟煤是冶金焦炭主要原料，用其制作型煤是对煤资源的一种浪费，另一个问题是烟煤或半烟煤在燃烧的过程中会产生硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和二氧化硫等污染气体，虽然型煤中添加石灰这种固硫物质，但也不能有效地阻碍所述污染气体挥发；同时该型煤采用骨胶或树脂胶作粘结剂，而骨胶或树脂胶具有相对高的成本；另外，从该专利所披露的内容来看，虽然其也提出对煤和煤矸石进行粉碎和辊压等工序，但由于煤矸石只有粉碎一定细度的情况下才具有粘结性，如果该专利没有认识到利用煤矸石可兼作粘结剂这一特性，会将煤矸石粉碎成较大颗粒，因为颗粒越大成本越低。

CN1037615C号公告的名称为“一种气化用型煤”采用90-94％的无烟煤和5-9％的煤矸石细粉，以及0.3-1.5％的木质素磺酸钙。虽然该专利提出煤矸石可兼作粘结剂的技术启示，但因其没有添加氧化剂等辅助其燃烧的助剂，这样，如果型煤中煤矸石含量过多，会直接影响其燃烧性能，而煤矸石含量少会增加型煤的成本。另外，CN1063778C披露的名称为“一种净化工业型煤的生产方法”给出低质煤、炉灰渣、煤矸石可占型煤的30-40％，净化粉占2-5％、粘合剂占2-5％，型煤中添加5％的粘合剂足以使其成型，所以，该型煤中添加煤矸石的目的不是为了增加粘结性，而只是为了利用煤矸石中所含的碳质燃料部分，所以，为了降低型煤的成本，煤矸石不易粉碎过细。

就型煤而言，要想降低成本，且又要达到理想的热值，至少应该具备以下三个条件：其一是采用低成本且能产生热值的粘结剂；其二是能使低质煤燃烧后能释放出大的能量；其三是各物料配伍合理。然而，在现有技术中还没有发现能同时满足上述三个条件的型煤。

发明内容：

本发明的任务是提供一种利用能使低成本的煤矸石燃烧，同时又能使其兼作粘结剂的方式解决型煤成本和热值问题的复合固体燃料。

本发明所提出复合固体燃料包括以下重量百分比的物料：煤粉40％-75％，煤矸石粉20％-50％，添加剂5％-40％。因煤矸石中含有粘土矿物，当其粉碎到一定细度后就是一种天然的粘土质原料，可用其兼作粘结剂。由于煤中的有机质是以芳香环为主，芳香环上含有硫、氧、氮的官能团，这些官能团由非芳香部分或醚键连接构成数个结构单元，形成空间立体结构的高分子化合物，而高分子化合物化学性能相对比较稳定，不易燃烧，所以，在型煤中加入添加剂以促进其燃烧。添加剂加入的数量和种类可视构成型煤原料的质量来确定，如果型煤中低质煤和煤矸石占有的份额较大，所加入的添加剂可以采用多加氧化剂的方式来破坏煤的化学键，使其变为低分子化合物，以形成自由基，让自由基在高温下发生缩合反应生成半焦物质来提高型煤的热值；如果型煤中煤矸石粘合力不足，添加剂中可多添加纤维材料；而如果型煤中硫含量较大，可选择多添加固硫材料，如生石灰等。

所述添加剂包括氧化剂，该氧化剂由高锰酸钾和硝酸盐或亚硝酸盐构成。硝酸盐包括硝酸钾或硝酸氨或硝酸钠或包括硝酸钾、硝酸氨、硝酸钠中两种或三种物料的混合物；亚硝酸盐包括亚硝酸钾或亚硝酸氨或亚硝酸钠或包括亚硝酸钾、亚硝酸氨、亚硝酸钠中两种或三种物料的混合物。型煤中添加氧化剂可使煤的化学键断裂，使其发生缩合反应。氧化剂中的高锰酸钾是一种强氧化剂，其在240℃即开始分解成氧原子，当煤燃烧温度达到450℃～550℃时，第二个强氧化剂硝酸钾开始分解成氧分子，在此期间可有效的控制CO₂的还原率。

所述添加剂包括纤维植物和/或化学纤维。型煤中添加纤维植物和化学纤维可使其在压力下产生变形，迫使其重新排列，分子间相互缠绕和绞合，可增加型煤的粘结力，所以，其可作为粘结剂辅助原料，同时还具有疏松剂和燃料的性能。

所述添加剂中各物料占其重量百分比分别为：碎纤维植物70％-97％，化学纤维1％-20％，高锰酸钾和硝酸盐各占0.1％-5％。由于型煤在燃烧的过程中，当燃烧温度达到1100℃-1200℃时，其热强度容易下降，在型煤中添加化学纤维可有效地防止热强度下降，以进一步提高型煤的热值。

所述添加剂中还包括生石灰和/或膨润土，各物料占添加剂重量百分比分别为：碎纤维植物70％-96％，化学纤维1％-10％，高锰酸钾和硝酸盐各占0.1％-5％，膨润土0.5％-10％，生石灰0.1％-1％。其中的生石灰是固硫剂，可减少烟气中的硫化物；而膨润土可作为粘结剂。

所述添加剂中还包括萤石，各物料占添加剂重量百分比分别为：碎纤维植物70％-96％，化学纤维1％-10％，高锰酸钾和硝酸盐各占0.1％-5％，膨润土0.5％-10％，生石灰0.1％-1％，萤石1％-5％。该固体燃料在燃烧的同时会将萤石加热，而萤石被加热后散热的速度较慢或基本不散热，所以，萤石可作为该固体燃料的导热剂。

所述煤粉选用无烟煤和低质煤粉，且两者之间的重量百分比为：无烟煤粉50％-90％，低质煤粉或废焦粉10％-50％。所谓低质煤粉或废焦粉是指每千克的热值为1400大卡以下的煤。

所述煤矸石粉中，煤矸石粉中颗粒直径在6毫米以下的占煤矸石总重量的75％以下，且粘土岩类煤矸石占煤矸石总重量的30％-60％。

本发明所提出的复合固体燃料中加入较大量的煤矸石粉兼作粘结剂，而煤可采用了一部分低质煤，所以，该种型煤的成本相对较低，据计算，用本发明所提出的复合固体燃料制作的型煤(以下称本型煤)与相同体积的现有型煤相比，其成本可降低50％，而热值确比现有型煤要高出20％以上；同时因本型煤中加采用生石灰作为固硫剂，其燃烧后所产生气体基本不含硫，对周边环境不会造成污染。

表1：

表1是对本型煤理化指标的检测结果，从表1中可以看出，本型煤多数指标要高出国家标准。

表2(对本型煤的燃烧结果测试)

表2中测试的结果表明，本型煤的燃烧性能均优于普通型煤，特别是燃烧时间长达7小时6分钟，比普通型煤延续3小时多，且上火速度仅仅20分钟，比普通型煤快40分钟。

具体实施方式：

实施例1：

取无烟煤粉400Kg和煤矸石粉500Kg，以及由氧化剂构成的添加剂100Kg，将三种物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。该氧化剂采用高锰酸钾或硝酸盐或等量的高锰酸钾和硝酸盐的混合物。

实施例2：

取无烟煤粉750Kg和煤矸石粉200Kg，以及由氧化剂构成的添加剂50Kg，将三种物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。氧化剂采用高锰酸钾或硝酸盐的混合物，且使混合物中的高锰酸钾为30Kg，硝酸盐为20Kg。

实施例3：

取无烟煤粉600Kg和煤矸石粉300Kg，以及由氧化剂构成的添加剂100Kg，将三种物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定大小和几何形状的型煤。氧化剂采用高锰酸钾和硝酸盐的混合物，其中，高锰酸钾70Kg，硝酸盐30Kg。

实施例4：

取无烟煤粉400Kg和煤矸石粉300Kg，以及由氧化剂构成的添加剂300Kg，将三种物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。氧化剂采用高锰酸钾和硝酸盐的混合物，其中，高锰酸钾180Kg，硝酸盐120K。

实施例5：

取无烟煤粉750Kg，煤矸石粉200Kg，高锰酸钾2.5Kg，硝酸盐2.5Kg，碎纤维植物35Kg，化学纤维10Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例6：

取无烟煤粉400Kg，煤矸石粉500Kg，高锰酸钾1Kg，硝酸盐1Kg，碎纤维植物97Kg，化学纤维1Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例7：

取无烟煤粉500Kg，煤矸石粉300Kg，高锰酸钾6Kg，硝酸盐4Kg，碎纤维植物150Kg，化学纤维40Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例8：

取无烟煤粉400Kg，煤矸石粉200Kg，高锰酸钾12Kg，硝酸盐8Kg，碎纤维植物360Kg，化学纤维20Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例9：

取无烟煤粉600Kg，煤矸石粉200Kg，高锰酸钾11Kg，硝酸盐9Kg，碎纤维植物160Kg，化学纤维20Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例10：

取无烟煤粉750Kg，煤矸石粉200Kg，高锰酸钾2.5Kg，硝酸盐2Kg，碎纤维植物35Kg，化学纤维5Kg，膨润土5Kg，生石灰0.5Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例11：

取无烟煤粉400Kg，煤矸石粉500Kg，高锰酸钾1Kg，硝酸盐1Kg，碎纤维植物96Kg，化学纤维1Kg，膨润土0.5Kg，生石灰0.5Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成型煤。

实施例12：

取无烟煤粉500Kg，煤矸石粉300Kg，高锰酸钾10Kg，硝酸盐8Kg，碎纤维植物140Kg，化学纤维20Kg，膨润土20Kg，生石灰2Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成型煤。

实施例13：

取无烟煤粉530Kg，煤矸石粉280Kg，高锰酸钾0.7Kg，硝酸盐0.5Kg，碎纤维植物155Kg，化学纤维20Kg，膨润土3.5Kg，生石灰0.3Kg，萤石10Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

实施例14：

取无烟煤粉620Kg，煤矸石粉230Kg，高锰酸钾1Kg，硝酸盐0.8Kg，碎纤维植物130Kg，化学纤维6Kg，膨润土3.2Kg，生石灰0.5Kg，萤石8.5Kg，将所述物料混合均匀后直接作为固体燃料或将其压制成预定几何形状的型煤。

上述实施例1至14中，所述的碎纤维植物可由锯末或树枝或硬皮类果壳或稻壳或秸秆等含植物纤维的物料构成或者由锯末、树枝、硬皮类果壳、稻壳、秸秆中两种或两种以上物料的混合物构成；所述化学纤维可由甲基纤维素或乙基纤维素或羧甲基纤维素或羧乙基纤维素或者由甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素中的两种或两种以上的物料混合构成。

由于硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵等硝酸盐具有相同或相近似的氧化性能，而硝酸盐在受热后先形成亚硝酸盐后再起到氧化剂的作用，故实施例1至14中所提出的硝酸盐也可直接采用亚硝酸盐，其中有硝酸盐可由硝酸钾或硝酸钠或硝酸铵或硝酸钾、硝酸氨、硝酸钠其中的两种或三种物料的混合物构成；亚硝酸盐可由亚硝酸钾或亚硝酸钠或亚硝酸铵或亚硝酸钾、亚硝酸氨、亚硝酸氨中的两种或两种以上的混合物料构成。

在实施例1至14中提出的无烟煤粉包括每千克的热值大于5000大卡以上的优质煤和每千克的热值小于1400大卡的低质煤，其中的低质煤占无烟煤粉总重量的10％-50％。

由于煤矸石分为粘土岩类、砂岩类、碳酸盐类和铝质岩类等类型，尤其是粘土岩类煤矸石主要含有粘土矿物，是一种天然的粘结剂。上述实施例1至14中所述的煤矸石，可采用占煤矸石总重量30％-60％的粘土岩类煤矸石，这样，只要将煤矸石粉碎且使其颗粒的直径小于6mm或1-5mm或2-4mm占75％就能具备良好的粘结性能。

实施例1至14中所述无烟煤粉和碎纤维植物的颗粒直径或长度有75％在6mm以下或有70％在1-5mm或2-4mm之间。

Claims

1. 一种复合固体燃料，其特征在于：该固体燃料包括以下重量百分比的物料：煤粉40％-75％，煤矸石粉20％-50％，添加剂5％-40％。

2. 根据权利要求1所述的固体燃料，其特征在于：所述添加剂包括氧化剂，该氧化剂由高锰酸钾和硝酸盐或亚硝酸盐构成。

3. 根据权利要求2所述的固体燃料，其特征在于：所述硝酸盐包括硝酸钾或硝酸氨或硝酸钠或包括硝酸钾、硝酸氨、硝酸钠中两种或三种物料的混合物；亚硝酸盐包括亚硝酸钾或亚硝酸氨或亚硝酸钠或包括亚硝酸钾、亚硝酸氨、亚硝酸钠中两种或三种物料的混合物。

4. 根据权利要求1所述的固体燃料，其特征在于：所述添加剂还包括碎纤维植物和/或化学纤维。

5. 根据权利要求1或2或3或4所述的固体燃料，其特征在于：所述添加剂中各物料占其重量百分比分别为：碎纤维植物70％-97％，化学纤维1％-20％，高锰酸钾和硝酸盐各占0.1％-5％。

6. 根据权利要求5所述的固体燃料，其特征在于：所述添加剂中还包括生石灰和/或膨润土，各物料占添加剂重量百分比分别为：碎纤维植物70％-96％，化学纤维1％-10％，高锰酸钾和硝酸盐各占0.1％-5％，膨润土0.5％-10％，生石灰0.1％-1％。

7. 根据权利要求6所述的固体燃料，其特征在于：所述添加剂中还包括萤石，各物料占添加剂重量百分比分别为：碎纤维植物70％-96％，化学纤维1％-10％，高锰酸钾和硝酸盐各占0.1％-5％，膨润土0.5％-10％，生石灰0.1％-1％，萤石1％-5％。

8. 根据权利要求1所述的固体燃料，其特征在于：所述煤粉选用无烟煤和低质煤粉，且两者之间的重量百分比为：无烟煤粉50％-90％，低质煤粉或废焦粉10％-50％。

9. 根据权利要求1所述的固体燃料，其特征在于：所述煤矸石粉中，粘土岩类煤矸石占煤矸石总重量的30％-60％。

10. 根据权利要求1或9所述的固体燃料，其特征在于：所述煤矸石中颗粒直径在6毫米以下的占煤矸石总重量的75％以下。