CN101348741A - 锅炉型煤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种锅炉型煤及其制备方法。所述锅炉型煤包括以下重量份的成分：大同煤粉60－90份，粘结剂5－15份(以干物质计)，灰渣1－20份，固硫剂1－10份，助燃剂0.05－1.5份。所述粘结剂通过将淀粉类物质使用无机碱稀溶液在50－85℃的温度下处理而得。其制备方法包括：将原料粉煤、粘结剂、灰渣、固硫剂和助燃剂混合均匀，成型，烘干。本发明的锅炉型煤能良好成型，并具有良好的机械强度，以及良好的防水性能，适用于20吨/小时以上的大中型锅炉。

Description

锅炉型煤及其制备方法

技术领域

本发明涉及锅炉用型煤，尤其涉及环保型锅炉型煤及其制备方法。

背景技术

煤炭是我国现阶段所采用的主要能源之一。但是，目前我国每年直接用于燃烧的煤炭占全国煤炭消费总量的80％以上，其中半数以上是以原煤散烧的形式供给直接燃烧。这样就造成煤炭利用效率低、污染物排放严重超标，并且优质块煤原料供不应求。

从煤炭生产来看，随着采煤机械化的不断发展，粉煤产率逐渐提高。因此，由于块煤产率大幅度下降，使得块煤供不应求的形势日趋严峻。同时，有大量的粉煤得不到有效使用，销售困难，造成大量积压，不仅影响了煤矿企业的正常生产和经济效益，而且造成了煤炭资源的大量浪费和矿区环境的严重污染。

生产锅炉型煤则是改变现有煤炭燃烧状况的一个有效方式，可以有效解决煤炭浪费和环境污染问题。

工业型煤包括锅炉型煤和造气型煤。然而，工业锅炉型煤粘结剂与造气型煤粘结剂使用的是两种不同性质的粘结剂，前者要求粒度小、冷机械强度小、着火速度快、反应活性大，而后者则恰好相反。为了在运输和搬运过程中不碎，必须增加锅炉型煤的冷机械强度；而在锅炉中燃烧，强度太大又烧不透，这是互相矛盾的，解决矛盾的办法只有采取既不影响燃烧又少破碎的中间强度。这需要选择使用合适的粘结剂。

而且，型煤技术的一个很重要问题在于型煤的粘结剂配方。现有技术中通常所用的造纸黑液粘结剂的缺点如下：一是具有亲水性，导致型煤在存储时易吸收空气中的水分，强度下降，粉末增多；二是黑液使用时需浓缩，随着治理造纸厂废液直接排放工程的深入，造纸黑液大量减少，价格上涨，造成采购困难。

已知的是，使用造纸废液粘结剂和亲水性的腐植酸盐粘结剂生产的锅炉型煤，经存储粉末增多，品质低下。其他粘结剂，例如，淀粉类、膨润土类、石灰类，都是怕雨淋的和亲水性的，不具有防水性；还有属于有机化工类、煤焦油沥青类的，不是价格高、强度低，就是送入炉口就软化，并产生二次污染，使用极其受限。

截至目前为止，还没有寻找到价格低廉理想的锅炉型煤用粘结剂。

此外，部分锅炉灰渣含碳量高达40％-50％，还具有很高的燃烧再利用价值，但是灰渣目前只能是以很低的价格卖给制砖厂或当作工业垃圾，即造成浪费，又造成环境污染。

目前也有关于生物质型煤的报道，其采用锯末、秸杆、稻草、稻壳等生物质原料作为辅助原料，并以其易着火、高效燃烧、低污染和变废为宝而受到重视。在燃烧过程中，生物质型煤容易形成微孔，增加了与空气的接触面，加快了煤粒表面的扩散燃烧速度，因此适合小型锅炉或者民用锅炉，但因其压不住火，燃烧速度快，并且在炉中易粉碎，不适合在中、大型工业锅炉中使用。

事实上，本案申请的申请人已经在先提出过关于锅炉型煤的专利申请，其中国申请号为97113356.5，该申请公开了一种固硫防水锅炉型煤的制备方法，其以煤或焦炭为原料，将其粉碎至粒径小于3mm后按比例加入固硫剂、助燃剂、防水剂和粘结剂进行混合、混捏、冷压成型、烘干进行制备。在该申请中，需要使用防水剂，而且该申请的主要特点在于使用含硫较高的原料煤制成固硫率高的锅炉型煤。

大同是中国重要的产煤区，大同粉煤在中国能源市场具有广阔的利用空间，因此其合理利用是非常重要的课题。但大同粉煤具有质地软、弹性大、成型后冷热强度低等特性，难以制成强度合适的锅炉型煤，而且大同型煤一般含硫率较低，一般不必使用97113356.5所公开的方法来制造高固硫率的锅炉型煤。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以大同煤粉为原料煤的锅炉型煤，该锅炉型煤易于成型，且具有良好的机械强度。

本发明的目的还在于提供上述锅炉型煤的制备方法。

本发明的主要技术构思在于，选择一种质优价廉的新型粘结剂，并适当使用含碳量较高的煤灰渣，配以其他辅助性原料，以大同煤粉为原料煤来生产性能良好的锅炉型煤。

下面对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种锅炉型煤，其包括以下重量份的成分：

大同煤粉                60-90

粘结剂                  5-15(以干物质计)

灰渣                    1-20

固硫剂                  1-10

助燃剂                  0.05-1.5

其中，所用大同煤粉的重量优选为65-87份；

其中，粘结剂的重量优选为6-12份，更优选为6-10份，最优选为6-9份；

灰渣的重量优选为5-18份，更优选为12-16份，以粘结剂干物质重量计；

固硫剂的重量优选为1-8份，更优选为1-6份，还更优选为1-5份；

助燃剂的重量优选为0.05-1.1份，更优选为0.2-0.8份，还更优选为0.4-0.6份。

粘结剂：

本发明锅炉型煤中，所用粘结剂是将淀粉类物质，如薯类(马铃薯、红薯、木薯等)淀粉厂下脚料粉渣，用无机碱稀溶液在50-85℃的温度下处理所得。其中，所用无机碱为优选为可溶性无机碱，例如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾等，无机碱的稀溶液浓度优选为0.2％2％，更优选为0.8％-1.5％。其中，淀粉类物质重量优选为8-32份，无机碱稀溶液的量优选为使得其中无机碱的重量为0.1-1.5份。处理温度为50-85℃，优选55-80℃，更优选70-75℃。为了配制无机碱稀溶液，可以使用固体无机碱或高浓度无机碱溶液用水溶解或稀释实现，这些对于本领域技术人员来说都是很容易实现的。

上述粘结剂具有良好的粘结性，可以将大同煤粉良好成型，得到强度合适的锅炉型煤，一般能满足锅炉型煤的防水需要。

灰渣：

本发明锅炉型煤中，灰渣并没有特别限定，一般工业、民用煤灰渣都可以使用。大同粉煤的特点是弹性大，煤粉不宜冷压成型，如果采用热压成型将大大增加制造成本并且环保方面不好控制。灰渣能起增强剂的作用，利用灰渣脆性可以吸收煤粉的弹性。用淀粉类物质加工而成的粘结剂使之均匀固定，可以达到良好的冷强度和热强度。如果不混合灰渣制备锅炉型煤的话，所得型煤强度相对低，易破碎。此外，灰渣还可以起到固硫的作用，因为在制成的型煤燃烧过程中，含碳量较高的灰渣在燃烧过程中不排放硫，并且其中所含有的氧化硅、氧化铝可以在型煤燃烧中吸收一部分二氧化硫，起到一定的固硫效果。以此，通过添加灰渣，可以减少固硫剂的使用。

而且，当使用上述重量比例的大同粉煤、粘结剂和灰渣时，既可以确保所得锅炉型煤具有足够的冷机械强度，又可以使得锅炉型煤的强度足以使其充分燃烧，达到存放、运输和燃烧的使用要求。

固硫剂：

本发明锅炉型煤中，所述固硫剂优选为钙及镁系化合物物质，例如，使用氧化镁与选自电石渣、水合石灰和白云石等中的至少一种钙系化合物物质的组合。镁系化合物物质和钙系化合物物质的重量比优选为1∶8-12，优选约为1∶10。本发明锅炉型煤中，固硫剂的加入量优选使得固硫剂中钙含量与原料煤粉中硫含量之比为1∶2-3，这样有助于型煤燃烧时固硫。

助燃剂：

本发明锅炉型煤中，所述助燃剂选自NaNO₃、NaOH、Na₂CO₃、KNO₃、KOH、KCL和NaCL，可以使用其中的一种或多种的组合，优选使用多种组合，这样助燃效果更佳。最优选使用NaNO₃、NaOH和Na₂CO₃的组合，其重量比优选为NaNO₃∶NaOH∶Na₂CO₃＝0.5-1.5∶0.51.5∶0.51.5，该比例最优选约为1∶0.5∶0.5。

本发明还提供了上述锅炉型煤的制备方法，该方法包括：将原料粉煤、粘结剂、灰渣、固硫剂和助燃剂混合均匀，成型，烘干。为了便于成型，优选原料粉煤以及其它固体状原料的粒径低于3mm。其中，混合、成型可以通过常规方式实现，例如使用混合搅拌机、对辊成型机等。

本发明中，由于使用特定粘合剂和灰渣，使得大同粉煤能够有效成型，获得机械强度良好的锅炉型煤，而且即使不使用防水剂，本发明的锅炉型煤仍能达到锅炉型煤所要求的防水性。此外，本发明所得的锅炉型煤可以适用于20吨/小时以上的大中型锅炉，并且不需对锅炉结构进行改动，也可以适用于小型锅炉，使用范围极其广泛。

此外，由于固硫剂中的氧化镁和氧化钙，与煤中的碳反应，生成活性较高的碳化镁和碳化钙，其与水反应生成碳氢化合物，能使煤充分燃烧。而且，经过不同燃烧温度对燃煤助燃脱硫剂燃烧应用测试，本发明锅炉型煤的脱(固)硫率可达33％～72％。

因为本发明生产的型煤具有一定的冷、热强度，块度均匀，孔隙适当，有利于通风，并能经受强制通风时所产生的振动，因而燃烧状况稳定，型煤层燃时扬尘小、不漏屑，固体不完全燃烧损失小，排烟热损失也小。本发明的型煤入炉燃烧后，高温下会开裂出花卉状，并释放出挥发分，增加了燃烧的比表面和氧的扩散能力，使煤炭充分燃烧。由于型煤具有较好的热变形特性，可以做到裂而不粉，燃而不扬，既可以烧透，又减少了粉尘，大幅度地减少了粉尘的排放。具有资源丰富、廉价、制造成本低，工艺简单、容易制造，着火温度低，易燃尽，防水固硫效果好等特点。并且使用灰渣作为原料，使灰渣变废为宝，节省成本。

现有技术中，加工大同低硫烟煤粉成为锅炉型煤，增强剂一般是用煤泥。其效果达不到大型锅炉所要求的冷强度、热强度，原因就在于大同低硫烟煤粉煤煤质较软，弹性大，不易成型。实际上煤泥质地更软，加煤泥的型煤效果很不理想。另外，煤泥每吨的销售价格也在1百元左右，而炉渣则不超过15元每吨，本发明大大降低了型煤的生产成本。

具体实施方式

以下通过具体实施例来进一步详细描述本发明，本发明的特点和优点将会随着这些描述而更清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不违背本发明的精神和范围情况下，可以对本发明的细节进行修改或替换，而这些修改或替换均落入本发明的保护范围内。

实施例中所述份均为重量份；实施例中粘结剂的重量以其干物质重量计。

实施例1粘结剂的制备

先将自来水50份经计量加入到反应釜中，再用泵将贮罐的40％的烧碱溶液0.5份泵入高位计量槽中计量加入具有蒸汽加热夹套的反应釜中，开动反应釜搅拌，搅拌5分钟使混合均匀后，由电动葫芦将8份的固体淀粉类物质(淀粉厂下脚料)加入到反应釜中，向反应釜夹套通入蒸气加热到75℃的温度反应30分钟，得到粘结剂，将其用泵送入贮罐待用。

实施例2粘结剂的制备

先将自来水90份经计量加入到反应釜中，再用泵将贮罐中的40％的烧碱溶液3份泵入高位计量槽中计量加入具有蒸汽加热夹套的反应釜中，开动反应釜搅拌，搅拌5分钟使混合均匀后，由电动葫芦将30份的固体淀粉类物质(淀粉厂下脚料)加入到反应釜中，向反应釜夹套通入蒸气加热到80℃的温度反应20分钟，得到粘结剂，将其用泵送入贮罐待用。

实施例3粘结剂的制备

先将自来水70份经计量加入到反应釜中，再用泵将贮罐的40％的烧碱溶液1.25份泵入高位计量槽中计量加入具有蒸汽加热夹套的反应釜中，开动反应釜搅拌，搅拌5分钟使混合均匀后，由电动葫芦将15份的固体淀粉类物质(淀粉厂下脚料)加入到反应釜中，向反应釜夹套通入蒸气加热到70℃的温度反应30分钟，得到粘结剂，将其用泵送入贮罐待用。

实施例4锅炉型煤的制备

将粒径低于3mm的大同粉煤80份、10份实施例1中所得粘结剂(以干物质重量计)、12份煤灰渣、0.3份氧化镁、3份电石渣、0.1份由NaNO₃、NaOH和Na₂CO₃按1∶0.5∶0.5重量比组合而得的助燃剂加入到混合搅拌机中，混合8分钟，然后将物料加入成型机成型，烘干后即为成品型煤。

所得型煤：抗压强度：440N/个；落下强度＞13mm％：95.5；

防水性能：16天浸水不散

实施例5锅炉型煤的制备

按照与实施例4相同的方法制备锅炉型煤，区别在于，所用原料重量为：大同粉煤65份，6份实施例3中所得粘结剂(以干物质重量计)，5份煤灰渣，0.5份氧化镁，6份电石渣，0.1份NaCL。

所得型煤：抗压强度：430N/个；落下强度＞13mm％：94.1

防水性能：13天浸水不散

实施例6锅炉型煤的制备

按照与实施例4相同的方法制备锅炉型煤，区别在于，所用原料重量为：大同粉煤87份，22份实施例3中所得粘结剂(以干物质重量计)，20份煤灰渣，1份氧化镁，5份电石渣，0.5份NaCL。

所得型煤：抗压强度：520N/个；落下强度＞13mm％：97.5；

防水性能：20天浸水不散

比较实施例7锅炉型煤的制备

按照与实施例6性格的方法制备锅炉型煤，区别在于，所用原料重量为：大同粉煤87份，煤泥15份，1份氧化镁，5份电石渣，0.5份NaCL。

锅炉型煤：抗压强度：300N/个；落下强度＞13mm％：90.2；

不具备防水性能

通过将实施例7和比较实施例7中的过滤型煤性能进行比较，可以看出，本发明锅炉型煤具有显著提高的抗压强度和落下强度，并且具有良好的防水性能，而使用煤泥的比较实施例7中的锅炉型煤，其抗压强度和落下强度都比较低，并且根本不具有放水性能。这说明，本发明使用特定粘结剂以及灰渣的锅炉型煤具有良好的机械强度和防水性能，显然优于现有技术中使用煤泥来制备的锅炉型煤。

Claims (10)

1、一种锅炉型煤，其包括以下重量份的成分：

大同煤粉        60-90

粘结剂          5-15(以干物质计)

灰渣            1-20

固硫剂          1-10

助燃剂          0.05-1.5。

2、如权利要求1的锅炉型煤，其中所述大同煤粉的重量为65-87份；

和/或

其中所述粘结剂的重量为6-12份，优选为6-10份，最优选为6-9份；

和/或

其中所述灰渣的重量为5-18份，更优选为12-16份，以粘结剂干物质重量计；

和/或

其中所述固硫剂的重量为1-8份，更优选为1-6份，还更优选为1-5份；

和/或

其中所述助燃剂的重量为0.051.1份，更优选为0.2-0.8份，还更优选为0.4-0.6份。

3、如权利要求1的锅炉型煤，其中所述粘结剂为将淀粉类物质用无机碱稀溶液在50-85℃，优选55-80℃，更优选70-75℃的温度下处理所得，淀粉类物重量优选为8-32份，无机碱稀溶液的量优选为其中无机碱的重量为0.1-1.5份。

4、如权利要求3的锅炉型煤，其中所述淀粉类物质为薯类淀粉厂下脚料；

和/或

所述无机碱为可溶性无机碱，所述无机碱溶液的浓度为0.2-2％，优选为0.8-1.5％。

5、如权利要求1的锅炉型煤，其中所述固硫剂为镁系以及钙系化合物物质，例如使用氧化镁与选自电石渣、水合石灰和白云石等中的至少一种物质的组合。

6、如权利要求5的锅炉型煤，其中镁系化合物物质和钙系化合物物质的重量比为1∶8-12，优选约为1∶10。

7、如权利要求1的锅炉型煤，其中所述助燃剂选自NaNO₃、NaOH、Na₂CO₃、KNO₃、KOH、KCL和NaCL中的一种或多种的组合。

8、如权利要求7的锅炉型煤，其中所述助燃剂使用NaNO₃、NaOH和Na₂CO₃的组合，其重量比为NaNO₃∶NaOH∶Na₂CO₃＝0.5-1.5∶0.5-1.5∶0.5-1.5，该比例最优选约为1∶0.5∶0.5。

9、制备权利要求1-8任一项锅炉型煤的方法，该方法包括：将原料粉煤、粘结剂、灰渣、固硫剂和助燃剂混合均匀，成型，烘干。

10、如权利要求9的方法，其中，原料粉煤以及其它固体状原料的粒径低于3mm。