CN104673418B - 一种用于烟叶烘烤的生物质型煤及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于烟叶烘烤的生物质型煤，包括50%～60%的原煤粉末、30%～40%的生物质干粉、5%～7%的灰渣粉末、2.4%～4.8%的粘土粉末和0.2%～0.6%的燃煤添加剂。其制备方法是将原煤、生物质、灰渣、粘土分别破碎，筛选出预定粒度的粉末,再将生物质粉末放在60℃～85℃的水中进行洗滤，同时将燃煤添加剂与水配制成添加剂溶液，之后将上述各物质粉末按比例投入到搅拌设备中进行搅拌，在搅拌过程中将添加剂溶液喷洒在混合物表面，充分混合均匀后加入到型煤成型设备中，加压、冷却脱模后即得烟叶烘烤的生物质型煤。本发明具有节煤、燃烧效率高、成本低、燃烧烟尘排放量小、碱金属问题得到抑制、挥发分易析出、燃点低、燃烧速度快等特点。

Description

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤及制备方法

技术领域

本发明属于清洁煤应用领域，尤其涉及一种用于烟叶烘烤的生物质型煤及制备方法。

背景技术

随着中国生物质能源成为世界第四大能源，我国政府和企业关注的焦点由原来的传统能源发展道路转变为探索和发展生物质能的“中国道路”。 “十二五”期间生物质能源的发展目标给生物质能源作为战略性新兴产业迎来发展的黄金期。

据了解，我国每年产生各类农作物秸秆8.4亿吨，除5亿多吨用于还田、养畜、农用外，剩余大多作为废物就地焚烧，不仅浪费了宝贵资源，更严重污染了环境。针对大气污染和生物资源的现状,解决原煤的清洁燃烧利用和生物质资源的规模化应用有着重要的意义。

生物质型具有节煤、燃烧效率高、成本低、燃烧烟尘排放量小、碱金属问题得到抑制、挥发分易析出、燃点低、燃烧速度快等特点,因此在燃烧过程中,生物质型煤表面很容易形成微孔,而且由于添加剂的存在不容易产生碱金属聚团、烧结、沉积、腐蚀等状况，增加了与空气的接触面积，加快了表面的燃烧扩散速度和表面灰分及不完全燃烧产物的脱落，提高了燃烧效率。同时，由于此处采用的原煤为烟煤，其挥发分易析出且含量高，故而型煤中生物质所占的比重较大，将这种不可再生的煤炭资源和可再生的生物质资源结合利用，不仅减少了环境的污染，而且节约了资源，为生物质资源的商业化应用提供了途径。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种提高燃烧效率、抑制碱金属聚团、降低成本、节约资源、保护环境、易燃的用于烟叶烘烤的生物质型煤。

同时，本发明还公开了一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤，该生物质型煤按重量比包括如下原料：50%～60%的原煤粉末、30%～40%的生物质干粉、5%～7%的灰渣粉末、2.4%～4.8%的粘土粉末和0.2%～0.6%的燃煤添加剂；

所述燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2%～8%、二茂铁 8%～22%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22%～50%、NaNO₃ 3%～15%、KNO₃ 6%～20%、KClO₃ 6%～24%、CaCl₂0.3%～1.2%；

膨松剂：工业食盐 1.8%～15.75%。

作为本发明的一种优选方案，所述生物质干粉是含有木质素的烟叶秸秆干粉。

作为本发明的另一种优选方案，所述原煤粉末采用烟煤粉末。

本发明提供的一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤、生物质、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；

2）按重量比准备如下原料：50%～60%的原煤粉末、30%～40%的生物质干粉、5%～7%的灰渣粉末、2.4%～4.8%的粘土粉末和0.2%～0.6%的燃煤添加剂；

所述燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2%～8%、二茂铁 8%～22%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22%～50%、NaNO₃ 3%～15%、KNO₃ 6%～20%、KClO₃ 6%～24%、CaCl₂0.3%～1.2%；

膨松剂：工业食盐 1.8%～15.75%；

3）按重量比将8%～12%的燃煤添加剂与88%～92%的水混合成添加剂溶液；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、防止碱金属问题：生物质型煤中所用的添加剂，放入了较多的碱金属，改变了灰形成的化学过程，为了抑制低熔点共晶体的形成和提高灰熔点、降低气态碱金属化合物的浓度，在其中加入了CaCl₂。

2、助燃消烟：助燃能使煤充分燃烧，提高燃烧效率，减少了CO的排放，节约资源。

3、添加适当的MnO₂、二茂铁、Ba(NO₃)₂、NaNO₃、KNO₃ 、KClO₃、CaCl₂、工业食盐是必要的，同时生物质在燃烧过程中生成的草木灰具有疏松、多孔、表面积增大等特点，增大了O₂与煤的充分接触，提高了燃烧效率，可添加适当的灰渣。

4、粘结固化：使用2.4%～4.8%的粘土可以起到粘结剂的作用，提高型煤的强度和完整性，便于运输和存储。

5、这种生物质型煤具有节煤、燃烧效率高、成本低、燃烧无烟尘排放、碱金属问题得到抑制、挥发分易析出、燃点低、燃烧速度快等特点。

附图说明

图1为用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备流程图；

图2为秸秆掺混比为40%条件下混合物TG曲线图；

图3为秸秆掺混比为37%条件下混合物TG曲线图；

图4为秸秆掺混比为35%条件下混合物TG曲线图；

图5为秸秆掺混比为32%条件下混合物TG曲线图；

图6为秸秆掺混比为30%条件下混合物TG曲线图；

图7为煤炭燃烧时的热重实验TG曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤，按重量比包括如下原料：50%～60%的原煤粉末、30%～40%的生物质干粉、5%～7%的灰渣粉末、2.4%～4.8%的粘土粉末和0.2%～0.6%的燃煤添加剂。

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2%～8%、二茂铁 8%～22%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22%～50%、NaNO₃ 3%～15%、KNO₃ 6%～20%、KClO₃ 6%～24%、CaCl₂0.3%～1.2%；

膨松剂：工业食盐 1.8%～15.75%。

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤（原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为6000～7000 Kcal/Kg）、生物质（生物质是含有木质素的植物性生物质，优选为烟叶秸秆）、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5%；

2）按重量比准备如下原料：50%～60%的原煤粉末、30%～40%的生物质干粉、5%～7%的灰渣粉末、2.4%～4.8%的粘土粉末和0.2%～0.6%的燃煤添加剂；

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2%～8%、二茂铁 8%～22%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22%～50%、NaNO₃ 3%～15%、KNO₃ 6%～20%、KClO₃ 6%～24%、CaCl₂0.3%～1.2%；

膨松剂：工业食盐 1.8%～15.75%；

3）按重量比将8%～12%的燃煤添加剂与88%～92%的水混合成添加剂溶液，添加剂溶液的温度为25℃～35℃，PH值为7～8；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

生物质型煤是以生物质（烟叶秸秆干粉）和原煤为主要原料，并对生物质进行温水滤洗，脱除碱金属，并在冷压设备上制造而成。生物质型煤是圆柱体，直径30mm～40mm、长度20mm～50mm，表面光洁，颜色深黑，便于运输和储存。

实施例1

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤（原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为7000 Kcal/Kg）、生物质（生物质是含有木质素的植物性生物质，优选为烟叶秸秆）、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5%；

2）按重量比准备如下原料：50%的原煤粉末、40%的生物质干粉、7%的灰渣粉末、2.4%的粘土粉末和0.6%的燃煤添加剂；

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2%、二茂铁 8%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 50%、NaNO₃ 3%、KNO₃ 20%、KClO₃ 6%、CaCl₂ 0.3%；

膨松剂：工业食盐10.7%；

3）将0.8 Kg的燃煤添加剂与9.2 Kg的水混合成添加剂溶液，添加剂溶液的温度为25℃～35℃，PH值为7～8；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末共计300Kg加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，所用添加剂溶液为10Kg,使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

实施例2

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤（原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为6750 Kcal/Kg）、生物质（生物质是含有木质素的植物性生物质，优选为烟叶秸秆）、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5%；

2）按重量比准备如下原料：53%的原煤粉末、37%的生物质干粉、6.5%的灰渣粉末、3.0%的粘土粉末和0.5%的燃煤添加剂；

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 3.5%、二茂铁 11%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 40%、NaNO₃ 5.5%、KNO₃ 16%、KClO₃ 10%、CaCl₂ 0.5%；

膨松剂：工业食盐13.5%；

3）将0.8 Kg的燃煤添加剂与9.2 Kg的水混合成添加剂溶液，添加剂溶液的温度为25℃～35℃，PH值为7～8；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末共计300Kg加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，所用添加剂溶液为10Kg,使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

实施例3

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤（原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为6500 Kcal/Kg）、生物质（生物质是含有木质素的植物性生物质，优选为烟叶秸秆）、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5%；

2）按重量比准备如下原料：55%的原煤粉末、35%的生物质干粉、6%的灰渣粉末、3.6%的粘土粉末和0.4%的燃煤添加剂；

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 5%、二茂铁 14%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 30%、NaNO₃ 8%、KNO₃ 12.5%、KClO₃ 14%、CaCl₂ 0.75%；

膨松剂：工业食盐15.75%；

3）将1Kg的燃煤添加剂与9Kg的水混合成添加剂溶液，添加剂溶液的温度为25℃～35℃，PH值为7～8；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末共计300Kg加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，所用添加剂溶液为10Kg,使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

实施例4

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤（原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为6250 Kcal/Kg）、生物质（生物质是含有木质素的植物性生物质，优选为烟叶秸秆）、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5%；

2）按重量比准备如下原料：58%的原煤粉末、32%的生物质干粉、5.5%的灰渣粉末、4.2%的粘土粉末和0.3%的燃煤添加剂；

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 6.5%、二茂铁 18%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 26%、NaNO₃ 12%、KNO₃ 10%、KClO₃ 20%、CaCl₂ 1%；

膨松剂：工业食盐6.5%；

3）将0.8 Kg的燃煤添加剂与9.2 Kg的水混合成添加剂溶液，添加剂溶液的温度为25℃～35℃，PH值为7～8；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末共计300Kg加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，所用添加剂溶液为10Kg,使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

实施例5

一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，该方法包括如下步骤：

1）将原煤（原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为6000 Kcal/Kg）、生物质（生物质是含有木质素的植物性生物质，优选为烟叶秸秆）、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5%；

2）按重量比准备如下原料：60%的原煤粉末、30%的生物质干粉、5%的灰渣粉末、4.8%的粘土粉末和0.2%的燃煤添加剂；

其中，燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 8%、二茂铁 22%；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22%、NaNO₃ 15%、KNO₃ 6%、KClO₃ 24%、CaCl₂ 1.2%；

膨松剂：工业食盐1.8%；

3）将1.2 Kg的燃煤添加剂与8.8 Kg的水混合成添加剂溶液，添加剂溶液的温度为25℃～35℃，PH值为7～8；

4）将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末共计300Kg加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，所用添加剂溶液为10Kg,使之混合均匀制得混合物；

5）将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行。

综合实施例1至5所得产品（型煤）的实验数据如下表所示：

通过开展煤炭与生物质混合燃烧的热重实验分析，可以利用热重法研究烟叶秸秆、灰渣及煤炭三种燃料在空气气氛下的燃烧失重特性，分析不同配比条件下混合样品的失重特性及其对燃烧过程的影响。

热重分析实验样品选自上述实施例,实验采用德国某公司生产的 STA 409 PCLuxx 型热重分析仪，图 2至图6 所示为烟叶秸秆掺混比为40%、37%、35%、32%、30%等比例分别掺混煤炭燃烧时的热重实验TG 曲线。从图中可以看出，生物质型煤燃烧过程主要分为四个阶段：水分蒸发阶段、挥发气析出着火阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段，这四个阶段均对应不同趋势的TG曲线且受到不同烟叶秸秆掺混比的影响而各不相同。

实施例1至5型煤样品TG曲线在90℃～100℃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，随后TG曲线逐渐趋于平缓并保持水平。随着温度继续升高至210℃左右秸秆的TG曲线开始出现第二次明显的失重过程，此时样品中的挥发分大量析出并随着温度进一步升高开始着火燃烧。进一步观察可以发现不同秸秆掺混比的样品挥发分析出温度均不同，随着秸秆掺混比增加挥发分析出温度逐渐降低，其中秸秆掺混比M为30%、32%、35%、37%、40% 等条件下析出温度分别为250℃、245℃、240℃、235℃、230℃，煤炭的挥发分析出温度则为 480℃，如图7所示，可见生物质型煤具有节煤、燃料着火点低、挥发分易析出、燃烧速度快等特点。

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 (2)

1.一种用于烟叶烘烤的生物质型煤，其特征在于，该生物质型煤按重量比包括如下原料：50％～60％的原煤粉末、30％～40％的生物质干粉、5％～7％的灰渣粉末、2.4％～4.8％的粘土粉末和0.2％～0.6％的燃煤添加剂；

所述燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2％～8％、二茂铁8％～22％；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22％～50％、NaNO₃ 3％～15％、KNO₃ 6％～20％、KClO₃ 6％～24％、CaCl₂ 0.3％～1.2％；

膨松剂：工业食盐1.8％～15.75％；

所述生物质干粉是含有木质素的烟叶秸秆干粉；

所述原煤粉末采用烟煤粉末。

2.一种用于烟叶烘烤的生物质型煤的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)将原煤、生物质、灰渣和粘土分别破碎，并通过筛分装置选出预定粒度≤3mm的粉末；再将生物质粉末在预定温度为60℃～85℃的温水中滤洗，滤洗后干燥制得生物质干粉；

2)按重量比准备如下原料：50％～60％的原煤粉末、30％～40％的生物质干粉、5％～7％的灰渣粉末、2.4％～4.8％的粘土粉末和0.2％～0.6％的燃煤添加剂；

所述燃煤添加剂按重量比包括如下原料：

催化剂：MnO₂ 2％～8％、二茂铁8％～22％；

氧化剂：Ba(NO₃)₂ 22％～50％、NaNO₃ 3％～15％、KNO₃ 6％～20％、KClO₃ 6％～24％、CaCl₂ 0.3％～1.2％；

膨松剂：工业食盐1.8％～15.75％；

3)按重量比将8％～12％的燃煤添加剂与88％～92％的水混合成添加剂溶液；

4)将原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末加入到搅拌机中，在搅拌过程中向其表面喷洒添加剂溶液，使之混合均匀制得混合物；

5)将混合物用模具冷压成型，制得生物质型煤；冷压成型是在20℃～35℃的常温下进行；

所述生物质是含有木质素的烟叶秸秆；

所述原煤为高挥发性的烟煤，烟煤的热值为6000～7000Kcal/Kg；

所述原煤粉末、生物质干粉、灰渣粉末和粘土粉末的物料水分≤5％。