CN105062602A - 一种手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源技术领域，尤其是手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：25-35份木本植物秸秆，60-80份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。本发明的有益效果是：配置好的燃料在燃烧后可达到提高锅炉热效率10%以上，降低CO、CO2排放40%以上，SO2排放降低60%以上，煤渣含碳量降低70%以上，NO排放降低20%以上。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，尤其是种手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料。
技术背景
经济的快速发展，使得对能源的需求量猛增。据权威发布，2014年我国一次性煤炭用量为52亿吨，折合成标准煤达42亿吨。这么大的用量也就同时造成了大量的空气污染。据统计，我国的大气污染源主要还是来自燃煤。因此，减少化石能源——煤炭的用量，降低大气污染就摆在了当前政府政策的首要位置之一。
生物质能源目前是全球三大可再生能源之一（前两项为风能和太阳能）。因我国还是发展中国家，前两项可再生能源的利用对技术要求高，资源投入量大，目前在我国还不能大面积推广。而我国地大物博，生物质存量丰富，但却大多没有被利用。据统计每年我国植物废弃物（包括农作物秸秆，木材加工剩余物，林木修整剩余物，药渣、酒渣等）有近13亿吨，其中仅有1/5被利用，其余大部分被废弃（就地焚烧、还田、作为垃圾废弃等）。
本专利技术就是将这种废弃物变为能源以替代化石能源。这样，既能节约化石能源又能大大降低空气污染。因为木材燃烧时不排放一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），而本身也不含硫，因此燃烧时二氧化硫（SO2）排放几乎为零。另外，由于其发热量低，燃烧时温度也比化石能源低，因此氮氧化物（NO）排放也很低。如处理得当，科学利用，生物质作为燃料可以是很好的清洁能源。而其燃烧后的灰渣还是优质的有机肥。
目前的电厂和机械炉排锅炉都属于大型锅炉，均使用散装燃料，其烟筒很高（30米以上）。它排放的污染物进入高空对大气造成污染。而本节介绍的手烧式锅炉都属于小型锅炉，烟筒很低（最低不足5-6米）。它排放的污染物悬浮在低空，对人体造成的危害更大。而且是人工操作，炉排是固定的，炉膛小燃烧工况自然不好。因此热效率也较低，能源消耗量大。同时，它使用的原煤全部是块状煤，价格贵，成本高。此类锅炉在国内使用相当普遍，一般小型企业，在南方主要用于工业，北方地区除工业外，在地、县等地区还用于取暖、洗浴等。此种锅炉在全国有几十万甚至上百万台。可以说北方地区雾霾的形成与此类锅炉的使用有很大关系。
手烧式锅炉有立式和卧式两种，燃烧方式是一样的。但由于固定炉排只能烧块状煤，因此本专利也将生物质复合燃料加工成块状。其形状有两种：圆柱形及长方块型。圆柱形一般有直径30mm和40mm两种，方块型有40mmx60mm、50mmx70mm两种。由于是挤压成型的，所以煤块长度不定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，具体技术方案为：
工业用锅炉主要用于烧蒸汽来加工产品，因此需炉温高，用煤的发热量也高。本发明使用（以重量份计）：
25-35份木本植物秸秆，60-80份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂。
优选地，30份木本植物秸秆，70份中质原煤（4500大卡左右），1份助燃剂。
将秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状，以上几种原料先混合，然后加15%水搅拌均匀，饧3-5小时，优选4个小时，最后进入型燃料挤压机挤压成前述的40x60mm或50x70mm块状。块大小根据炉排宽度而选择（挤压机磨具可以随时更换）。最后经烘干或晾干即可使用。
优选地，由于工业用锅炉主要用于然蒸汽，加工工业产品，对燃料要求较高，需要发热量高的块煤。为了达到锅炉的使用要求，本技术在配料中优选地加入一种木炭粉。此木碳粉是将木本秸秆或其它木本植物先挤压成块，经炭化为木炭后，再粉碎成2mm左右的炭粉，在总燃料中加入重量份的15-30%，优选加入重量份20%。因为木本秸秆等经炭化后去除了其中的杂质，降低了挥发份，提高了发热量。发热量一般可达5000大卡以上，且比原秸秆耐烧。所以这样制成的型燃料既能达到发热量与原煤块煤相当，还降低了污染物排放。由于增加了工序，加工成本会略有增加。但它的性价比远高于原煤块煤。市场完全可以接受。其他散煤和民用型燃料中也可增加木炭粉，但会增加成本，在当前煤炭市场低迷的情况下，增加价格使企业难以接受。
如果是民用锅炉：则主要用于取暖及洗浴，对燃料的发热量要求不高，因此可选用草本植物秸秆（小麦、玉米等）40重量份，60重量份原煤（3500-4000大卡），1重量份助燃剂。此秸秆无需粉的太碎，其中80%粉成1cm左右长的段状，20%切割成5-10cm长的段状，挤压成型时可以当筋使其不易碎。挤压方法及形状同前述，这样就可以达到燃烧充分，提高炉温，降低炉渣含碳量，降低排放的目的。降低CO、CO2排放浓度50%以上，SO2排放降低60%以上，烟尘排放降低80%以上，NO排放降低30%以上。
其中，所述的助燃剂为：异丙醇、异丁醇、异戊醇、正丁醇或有机硝酸脂化合物中的一种或者几种混合，其中，优选地，还添加有：蓖麻油或生物柴油，添加比例为助燃剂的重量的10-20%。
其中，优选地，粉碎秸秆的处理方法：
将粉碎好的秸秆与稀无机酸水溶液（优选1-10%的无机酸溶液），按一定比例（优选1比0.5-2）加入水解釜，在温度为100℃的条件下回流水解３小时，过滤，得到过滤后的固态物质，备用；
再按照如下重量比例配比：过滤后的固态物质20-50（含水量低于10%）、酚或多元醇类化合物5～10、酸性催化剂0.5～2；
其中，所述酚类化合物为：苯酚、邻甲基酚、间甲基酚、邻氯苯酚、邻硝基苯酚、间苯二酚或对苯二酚；所述多元醇类化合物为：乙二醇、聚乙二醇或丙三醇，其中聚乙二醇的分子量为400～1000；
所述酸性催化剂为无机酸或有机酸，无机酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种；有机酸为苯磺酸、草酸、丙烯酸、水杨酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种，酸性催化剂使用的浓度为３0～９8％；
工艺步骤：按配比将混合物加入到反应器中，搅拌混合均匀后在80～200℃温度下预热10～３0分钟后，加入酸催化剂在此温度下反应30～240分钟，反应完毕进行洗涤、中和、过滤和干燥而得呈淡黄色-黄色-浅褐色至深褐色固体，即得到本发明的处理好的秸秆。
其中，纤维素含量64.0～70.0％，木质素含量4.1～7.6％；
所述洗涤为用有机溶剂：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮或乙酸乙酯洗出低粘度的溶液样的物质；
所述中和是用氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙的甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮或乙酸乙酯溶液中和至中性。
其中，优选地，煤粉的处理方法如下：将小块煤处理成煤粉；按质量比为煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合剂：润滑剂为（30-50）:（25-28）:（5-30）:（2-5）:（2-３），将其加入捏合机中搅拌均匀，制成可塑性的煤泥；可塑性煤泥经过真空练泥机或挤出成型机处理，使煤泥混合均匀，然后在成型机中用60至100目的丝网过滤除去大颗粒物质；湿的蜂窝体干燥至水分低于2％；以惰性气体作为保护气，按升温速度３-5℃／分钟加热到600-800℃，并且在此温度下炭化2-３小时；然后按升温速度5-15℃／分钟升温到750-850℃，用水蒸气活化３-15小时，处理后得到煤粉。
本发明的优点如下：配置好的燃料在燃烧后可达到提高锅炉热效率10%以上，同时降低CO、CO2排放40%以上，SO2排放降低60%以上，煤渣含碳量降低70%以上，NO排放降低20%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：30份木本植物秸秆，70份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
其中，所述的助燃剂为：异丙醇，其中，优选地，还添加有：生物柴油，添加比例为助燃剂的重量的10%。
其中，优选地，粉碎秸秆的处理方法：
将粉碎好的秸秆与稀无机酸水溶液（优选10%的无机酸溶液），按一定比例（优选1比2）加入水解釜，在温度为100℃的条件下回流水解３小时，过滤，得到过滤后的固态物质，备用；
再按照如下重量比例配比：过滤后的固态物质50（含水量低于10%）、多元醇类化合物10、酸性催化剂2；
其中，所述多元醇类化合物为：丙三醇；
所述酸性催化剂为丙酸，酸性催化剂使用的浓度为３0％；
工艺步骤：按配比将混合物加入到反应器中，搅拌混合均匀后在80℃温度下预热３0分钟后，加入酸催化剂在此温度下反应240分钟，反应完毕进行洗涤、中和、过滤和干燥而得呈淡黄色-黄色-浅褐色至深褐色固体，即得到本发明的处理好的秸秆。
其中，纤维素含量64.0～70.0％，木质素含量4.1～7.6％；
所述洗涤为用有机溶剂：甲醇；
所述中和是用氢氧化钠。
其中，优选地，煤粉的处理方法如下：将小块煤处理成煤粉；按质量比为煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合剂：润滑剂为30:25:30:5:3，将其加入捏合机中搅拌均匀，制成可塑性的煤泥；可塑性煤泥经过真空练泥机或挤出成型机处理，使煤泥混合均匀，然后在成型机中用60至100目的丝网过滤除去大颗粒物质；湿的蜂窝体干燥至水分低于2％；以惰性气体作为保护气，按升温速度３-5℃／分钟加热到600℃，并且在此温度下炭化３小时；然后按升温速度5℃／分钟升温到750℃，用水蒸气活化３小时，处理后得到煤粉。
实施例2
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：25份木本植物秸秆，7份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
其中，所述的助燃剂为：正丁醇；还添加有：蓖麻油，添加比例为助燃剂的重量的20%。
其中，优选地，粉碎秸秆的处理方法：
将粉碎好的秸秆与稀无机酸水溶液（优选1%的无机酸溶液），按一定比例（优选1比0.5）加入水解釜，在温度为100℃的条件下回流水解３小时，过滤，得到过滤后的固态物质，备用；
再按照如下重量比例配比：过滤后的固态物质20（含水量低于10%）、酚5、酸性催化剂0.5；
其中，所述酚类化合物为：苯酚；
所述酸性催化剂为草酸，酸性催化剂使用的浓度为９8％；
工艺步骤：按配比将混合物加入到反应器中，搅拌混合均匀后在80～200℃温度下预热10～３0分钟后，加入酸催化剂在此温度下反应30～240分钟，反应完毕进行洗涤、中和、过滤和干燥而得呈淡黄色-黄色-浅褐色至深褐色固体，即得到本发明的处理好的秸秆。
其中，纤维素含量64.0～70.0％，木质素含量4.1～7.6％；
所述洗涤为用有机溶剂：乙酸乙酯洗出低粘度的溶液样的物质；
所述中和是用氢氧化镁中和至中性。
其中，优选地，煤粉的处理方法如下：将小块煤处理成煤粉；按质量比为煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合剂：润滑剂为40:26:20:4:2.5，将其加入捏合机中搅拌均匀，制成可塑性的煤泥；可塑性煤泥经过真空练泥机或挤出成型机处理，使煤泥混合均匀，然后在成型机中用60至100目的丝网过滤除去大颗粒物质；湿的蜂窝体干燥至水分低于2％；以惰性气体作为保护气，按升温速度5℃／分钟加热到700℃，并且在此温度下炭化３小时；然后按升温速度15℃／分钟升温到800℃，用水蒸气活化15小时，处理后得到煤粉。
实施例3
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：30份木本植物秸秆，70份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
实施例4
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：25份木本植物秸秆，80份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
实施例5
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：35份木本植物秸秆，60份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
实施例6
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：35份木本植物秸秆，80份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
实施例7
手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其中，由以下物质按重量份数配比：25份木本植物秸秆，60份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂；
其中，秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状。
上述对于示例性实施例进行说明，不应理解为对本发明进行限制。虽然已经公开了多个示例性实施例，本领域技术人员很容易理解示例性实施例中可能的多种变形，而没有从本质上偏离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这些变形目的是包含在权利要求所定义的本发明的范围中。可以理解的是，前述是对多种示例性实施例的说明，并不是限制公开的特殊实施例、公开实施例的变形以及其它示例性实施例，目的是包含于所附权利要求的范围中。
Claims (8)
1.手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，由以下物质按重量份数配比：25-35份木本植物秸秆，60-80份中质原煤（优选4500大卡左右），1份助燃剂。
2.根据权利要求1所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，优选地，30份木本植物秸秆，70份中质原煤（4500大卡左右），1份助燃剂。
3.根据权利要求1所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，将秸秆粉碎成2mm粉状物，原煤粉碎成3mm粉状，以上几种原料先混合，然后加15%水搅拌均匀，饧3-5个小时，最后进入型燃料挤压机挤压成前述的40x60mm或50x70mm块状。
4.根据权利要求1所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，优选地加入木炭粉。
5.根据权利要求4所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，所述木碳粉的制备方法是将木本秸秆或其它木本植物先挤压成块，经炭化为木炭后，再粉碎成2mm左右的炭粉，在总燃料中加入重量的15-30%，优选加入重量的20%。
6.根据权利要求1所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，优选地，粉碎秸秆的处理方法：
将粉碎好的秸秆与稀无机酸水溶液（优选1-10%的无机酸溶液），按一定比例（优选1比0.5-2）加入水解釜，在温度为100℃的条件下回流水解３小时，过滤，得到过滤后的固态物质，备用；
再按照如下重量比例配比：过滤后的固态物质20-50（含水量低于10%）、酚或多元醇类化合物5～10、酸性催化剂0.5～2；
工艺步骤：按配比将混合物加入到反应器中，搅拌混合均匀后在80～200℃温度下预热10～３0分钟后，加入酸催化剂在此温度下反应30～240分钟，反应完毕进行洗涤、中和、过滤和干燥而得呈淡黄色-黄色-浅褐色至深褐色固体，即得到本发明的处理好的秸秆。
7.根据权利要求6所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，其中，所述酚类化合物为：苯酚、邻甲基酚、间甲基酚、邻氯苯酚、邻硝基苯酚、间苯二酚或对苯二酚；所述多元醇类化合物为：乙二醇、聚乙二醇或丙三醇，其中聚乙二醇的分子量为400～1000。
8.根据权利要求6所述的手烧式锅炉专用的生物质复合型燃料，其特征在于，所述酸性催化剂为无机酸或有机酸，无机酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种；有机酸为苯磺酸、草酸、丙烯酸、水杨酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种，酸性催化剂使用的浓度为３0～９8％。
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