CN104449926B - 一种烟草秸秆生物质型煤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟草秸秆生物质型煤及其制备方法，其中，生物质型煤由如下重量百分比的原材料制成：原煤45‑55%，烟草秸秆35‑45%，灰渣5‑7%，膨润土2‑5%，添加剂0.2‑0.6%。利用本发明配方及方法制备的生物质型煤不仅能够有效利用当地的烟草秸秆，降低煤炭消耗量，而且型煤燃点低、固硫率高、燃烧特征好，使用时容易控制烤房内温度，达到烤烟的三段六步式温度要求，解决了现有型煤技术中型煤的燃点高、固硫率低、不易成型、受潮易脱散以及烟叶烘烤中煤炭消耗量高、燃烧利用率低的问题。

Description

一种烟草秸秆生物质型煤及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物质能源技术领域，具体涉及一种烟草秸秆生物质型煤以及该生物质型煤的制备方法。

背景技术

我国每年的生物质产量非常大，而生物质能的利用又特别小，其中全国每年1200多万亩烟田的秸秆更是具有秸秆粗大、不易腐烂的特点。这些生物质绝大多数被直接焚烧、填埋或直接丢弃在农田进行生物降解，这部分资源被大大的浪费掉。

现在的烟农直接利用煤炭进行烤烟时不仅煤炭耗量高，燃烧利用率低，排放物的污染性高，而且燃烧后的灰渣仍含有较多的碳未完全燃烧，致使能源利用率较低。由于直接燃煤时的点火温度高，对于现有的集中烤房不易控制炉内温度，烤烟效果不好。而现有的一些生物质型煤很少有因地制宜的技术和产品，不能适合各个地区的需求。并且型煤中多以生石灰作为固硫剂，但以生石灰作为固硫剂时，不仅活性低且加入量大，降低了型煤的热值。在煤燃烧温度较低时不能有效控制二氧化硫的排放量。当炉内温度达到900℃左右时硫酸盐的分解比较严重，固硫率降低。同时以现有型煤技术生产出来的型煤没有防潮和吸水的特性，受潮后容易脱散影响型煤的正常燃烧。现在大多数型煤技术都没有考虑到这些问题，较难在提高烟农收入水平的基础上达到控制污染物排放的要求。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明主要目的是提供一种能够有效利用当地烟草秸秆，降低煤炭消耗量的生物质型煤，该生物质型煤具有燃点低、固硫率高、燃烧特性好的优点。

进一步，本发明还提供了一种烟草秸秆生物质型煤的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种烟草秸秆生物质型煤，由如下重量百分比的原材料制成：

原煤45-55%，烟草秸秆35-45%，灰渣5-7%，膨润土2-5%，添加剂0.2-0.6%。

进一步，所述添加剂为钙基固硫剂、固硫添加剂和氧化剂的混合物。

更进一步，所述钙基固硫剂为氢氧化钙，固硫添加剂为三氧化二铝和氧化镁的混合物，氧化剂为三氧化二铁；各添加剂含量占总添加剂含量的重量百分比如下：

氢氧化钙50-60%，三氧化二铝20-30%，氧化镁10-20%，三氧化二铁10-20%。

更进一步，所述原煤为烟煤和无烟煤中的一种或两种的混合物。

一种烟草秸秆生物质型煤的制备方法，按上述的重量百分比称取原材料，按如下步骤制备：

(1)将原煤烘干使其含水率在8%~10%之间，然后将烘干的原煤放入粗磨煤机中进行破碎，破碎后，再放入细磨煤机中进行粉碎，得到煤粉，煤粉粒度≤5mm；

(2)将烟草秸秆烘干使其含水率在8%~10%之间，然后采用生物质粉碎机将烟草秸秆的长度粉碎至5-20mm，粉碎后，与步骤（1）中得到的煤粉充分混合；

(3)将灰渣和膨润土分别粉碎至粒度<3mm，并与步骤（2）中得到的煤粉与烟草秸秆混合物进行充分混合，搅拌均匀；

(4)将步骤（3）中得到的煤粉、烟草秸秆、灰渣和膨润土的混合物平均分成十份备用；

(5)将添加剂磨成粉末状，平均分成十份；将每份添加剂粉末放入孔筛中，利用孔筛将每份添加剂分别均匀地撒到步骤（4）中得到的每份混合物表面，并充分搅拌均匀；将添加有添加剂的十份混合物再次混合均匀后放入型煤成型机内制成型煤。

进一步，所述添加剂粉末的粒径为80~100μm。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、利用本发明配方及方法制备的生物质型煤不仅能够有效利用当地的烟草秸秆，降低煤炭消耗量，而且型煤燃点低、固硫率高、燃烧特征好，使用时容易控制烤房内温度，达到烤烟的三段六步式温度要求，解决了现有型煤技术中型煤的燃点高、固硫率低、不易成型、受潮易脱散以及烟叶烘烤中煤炭消耗量高、燃烧利用率低的问题。

2、使用烟草秸秆作为生物质原材料，使型煤具有更高的强度。烟草秸秆的纤维素含量高，破碎至2-20mm时秸秆中的纤维状结构与原煤混合成型时更有利于起到粘结作用，使形成的型煤跌落强度在90%以上。并且生物质燃烧后在型煤内形成的微孔通道，便于煤的燃烧，提高型煤的燃烬率。同时使用烟草秸秆也充分利用了当地的生物质原料，解决了烟叶烘烤中煤炭耗量高的问题。

3、由于生物质原料的挥发分含量高，燃点低，含硫量少。所以在型煤中加入烟草秸秆生物质，不仅能够有效降低型煤的燃点，使燃烧室内的温度更加容易控制，而且由于生物质的加入减少了硫化产物的排放，提高固硫率。

4、煤炭燃烧后的灰渣中，含有未燃尽的固定碳，经过工业分析灰渣的发热量在1700kcal/kg左右，并且灰渣中含有大量的矿物质。在型煤中加入灰渣不仅充分利用了资源，而且其中的矿物质对固硫反应起到了促进作用。

5、固硫剂采用的是氢氧化钙粉末，而没有使用生石灰，是由于生石灰的活性低且和二氧化硫发生反应时所需的温度较高，低温时的固硫效果不好。而使用氢氧化钙在低温500℃时就能发生分解反应，生成氧化钙，与煤燃烧释放出二氧化硫的温度区间相吻合。

6、当烤烟过程中的燃烧室内的温度达到900℃左右时，此时固硫产物硫酸盐易于分解生成二氧化硫降低固硫率，在型煤中加入三氧化二铝粉末能够在高温时抑制硫酸盐的分解，提高固硫效果。

7、型煤中加入的三氧化二铁和氧化镁不仅对氢氧化钙的固硫反应起促进作用，而且三氧化二铁产生的部分氧气可以提高燃烧特性，同时三氧化二铁也能抑制高温区硫酸盐的分解。镁盐复合物的存在同时防止了型煤的受潮和遇水时产生吸水作用。

附图说明

图1为本发明型煤制备流程图；

图2为不同秸秆含量的型煤TG曲线图；

图3为不同秸秆含量的型煤DTG曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细地说明。

参见图1：

实施例一：

(1)将45kg原煤烘干使其含水率在8%~10%之间，然后将烘干的原煤放入粗磨煤机中进行破碎，破碎后，再放入细磨煤机中进行粉碎，得到煤粉，煤粉粒度≤5mm。

(2)将45kg烟草秸秆烘干使其含水率在8%~10%之间，然后采用生物质粉碎机将烟草秸秆的长度粉碎至5-20mm，粉碎后，与步骤（1）中得到的煤粉充分混合。

(3)将5.5kg灰渣和4kg膨润土分别粉碎至粒度<3mm，并与步骤（2）中得到的煤粉与烟草秸秆混合物进行充分混合，搅拌均匀。

(4)将步骤（3）中混合好的99.5kg煤粉、烟草秸秆、灰渣和膨润土的混合物平均分成十份，每份9.95kg备用。

(5)将0.3kg氢氧化钙、0.1kg三氧化二铝、0.05kg氧化铁和0.05kg氧化镁磨成粉末状，平均分成十份，每份0.05kg，粉末的粒径为80~100μm。将0.05kg的每份添加剂粉末放入孔筛中，利用孔筛将0.05kg的每份添加剂分别均匀地撒到步骤（4）中得到的9.95kg每份的混合物表面，并充分搅拌均匀。最后将添加有添加剂的十份混合物再次混合均匀后放入型煤成型机内制成型煤。

实施例二：

(1)将50kg原煤烘干使其含水率在8%~10%之间，然后将烘干的原煤放入粗磨煤机中进行破碎，破碎后，再放入细磨煤机中进行粉碎，得到煤粉，煤粉粒度≤5mm。

(2)将40kg烟草秸秆烘干使其含水率在8%~10%之间，然后采用生物质粉碎机将烟草秸秆的长度粉碎至5-20mm，粉碎后，与步骤（1）中得到的煤粉充分混合。

(3)将5.5kg灰渣和4kg膨润土分别粉碎至粒度<3mm，并与步骤（2）中得到的煤粉与烟草秸秆混合物进行充分混合，搅拌均匀。

(4)将步骤（3）中混合好的99.5kg煤粉、烟草秸秆、灰渣和膨润土的混合物平均分成十份，每份9.95kg备用。

(5)将0.3kg氢氧化钙、0.1kg三氧化二铝、0.05kg氧化铁和0.05kg氧化镁磨成粉末状，平均分成十份，每份0.05kg，粉末的粒径为80~100μm。将0.05kg的每份添加剂粉末放入孔筛中，利用孔筛将0.05kg的每份添加剂分别均匀地撒到步骤（4）中得到的9.95kg每份的混合物表面，并充分搅拌均匀。最后将添加有添加剂的十份混合物再次混合均匀后放入型煤成型机内制成型煤。

将上述二种配比所制得的型煤和秸秆含量为0%、20%、80%的型煤进行对比。使用德国某公司生产的热重分析仪对它们进行热重分析实验。得到秸秆含量分别为0%、20%、40%、45%、80%时的热重实验TG 曲线图，该TG曲线图请参见图2所示：

由图2中可以看出不同秸秆含量的样品TG曲线失重过程是不同的。秸秆含量越高样品挥发分析出的温度越低，其中秸秆含量为20%、40%和45%时析出温度为260℃、250℃、240℃，煤炭的挥发分析出温度则为485℃，可见添加秸秆有助于燃料的着火燃烧过程。同时添加秸秆使燃烧过程提前进入固定碳燃烧阶段，并且更早释放出大量热量，可使燃烧过程提前进入燃尽阶段。

同时从TG曲线中可以看出，秸秆含量40%和45%时型煤的燃烧特性比较稳定，燃烧温度低。

同时得到秸秆含量分别为0%、20%、40%、45%、80%时的热重实验DTG 曲线图，该DTG曲线图如图3所示：

从图3中可以看出，不同秸秆含量下样品的DTG曲线在50-150℃ 时出现第一次明显的失重过程，此时样品中的水分开始蒸发，而DTG曲线出现明显的失重峰，随着秸秆含量的增加其峰值温度由160℃ 降至50℃，且峰值温度范围增加。不同秸秆含量条件下样品挥发分析出的峰值速率各不相同，随着秸秆含量的增加挥发分析出峰值速率逐渐增加。煤炭在燃烧过程中挥发分析出阶段和固定碳燃烧阶段没有明显的分界点，因此只在400～900℃出现一次失重峰，可见添加秸秆有助于挥发分的析出和着火提前，强化了燃烧及燃尽。

通过分析DTG曲线可以得出此配方型煤与不添加任何生物质及添加剂的原煤相比，当秸秆含量为40%和45%时，型煤的整体燃烧效果最好，挥发分强、燃点低、燃烧强烈、燃尽效果好。工业分析测得该型煤热值在5100 kcal/kg左右，可满足烟农烤烟燃料的热值需求。

密集型烤烟房用此型煤后，燃烧效率及能源利用效率均有所提高，由于所制型煤燃点低易于着火，有利于控制烤房内的温度。并且二氧化硫、氮氧化合物和烟尘的排放量都有较大幅度降低。生物质的使用降低了原煤的使用量，有效的降低了烤烟成本。

总之，本发明型煤热值符合工业要求，固硫率高，燃料着火温度低，且降低了烟农的烤烟成本，是一种高效的生物质燃料型煤。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种烟草秸秆生物质型煤，其特征在于，由如下重量百分比的原材料制成：

原煤45-55％，烟草秸秆35-45％，灰渣5-7％，膨润土2-5％，添加剂0.2-0.6％；

所述添加剂为钙基固硫剂、固硫添加剂和氧化剂的混合物；

所述钙基固硫剂为氢氧化钙，固硫添加剂为三氧化二铝和氧化镁的混合物，氧化剂为三氧化二铁；各添加剂含量占总添加剂含量的重量百分比如下：

氢氧化钙50-60％，三氧化二铝20-30％，氧化镁10-20％，三氧化二铁10-20％。

2.根据权利要求1所述的烟草秸秆生物质型煤，其特征在于，所述原煤为烟煤和无烟煤中的一种或两种的混合物。

3.一种烟草秸杆生物质型煤的制备方法，其特征在于，按权利要求1～2中任一项所述的重量百分比称取原材料，按如下步骤制备：

(1)将原煤烘干使其含水率在8％～10％之间，然后将烘干的原煤放入粗磨煤机中进行破碎，破碎后，再放入细磨煤机中进行粉碎，得到煤粉，煤粉粒度≤5mm；

(2)将烟草秸秆烘干使其含水率在8％～10％之间，然后采用生物质粉碎机将烟草秸秆的长度粉碎至5-20mm，粉碎后，与步骤(1)中得到的煤粉充分混合；

(3)将灰渣和膨润土分别粉碎至粒度<3mm，并与步骤(2)中得到的煤粉与烟草秸秆混合物进行充分混合，搅拌均匀；

(4)将步骤(3)中得到的煤粉、烟草秸秆、灰渣和膨润土的混合物平均分成十份备用；

(5)将添加剂磨成粉末状，平均分成十份；将每份添加剂粉末放入孔筛中，利用孔筛将每份添加剂分别均匀地撒到步骤(4)中得到的每份混合物表面，并充分搅拌均匀；将添加有添加剂的十份混合物再次混合均匀后放入型煤成型机内制成型煤。

4.根据权利要求3所述的烟草秸秆生物质型煤的制备方法，其特征在于，所述添加剂粉末的粒径为80～100μm。