CN106479588A - 型煤锅炉用生物质燃料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料，尤其是型煤锅炉用生物质燃料及其制造方法，按重量份数配比为12份草本植物秸秆，88份低硫原煤粉，3份熟石灰粉，1份助燃剂，10份水；所述草本植物秸秆70%为秸秆粉，30%为秸秆段。本发明提供的型煤锅炉用生物质燃料及其制造方法，成本低、加工简单，燃烧效果好、热效率高，并且污染低。

Description

型煤锅炉用生物质燃料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种燃料，尤其是型煤锅炉用生物质燃料及其制造方法。

背景技术

经济的快速发展离不开能源，而传统化石能源石油、天然气和煤炭的紧缺问题日益严重。生物质能作为第四大能源，以其可再生、零碳排放等特点，成为新能源中发展潜力较大的一种能源。

生物质固体燃料是生物质能的一种利用方式，其生产原料是林业“三剩物”(木材加工剩余物、森林采伐剩余物、造材剩余物)、各种木质下脚料、木质废弃物、农作物秸秆、以及灌木等。生产过程是将质地疏松、能力密度小的生物质原料，经过粉碎、干燥等工序，然后经环模压辊挤压成型方式加工成生物质固体颗粒燃料。生物质颗粒燃料的粒度均匀，单位密度可达到1～1.4g/cm3，强度增加，运输和储存方便，燃烧性能明显改善，燃烧后能源利用率可提高80％以上，几乎没有二氧化硫排放，燃烧后的炉灰还是优质的有机肥料。

植物原料主要有纤维素、半纤维素、木素组成。由于木素属于非晶体，为一种热塑性高分子物质，无确定熔点，但具有较高的玻璃态转化温度。当温度为70-110℃时木素软化且具有黏性，可将植物原料中的半纤维素、纤维素在压力下压缩粘结成颗粒燃料，木素可起到一种粘结剂的作用。不同种类的植物原料，其木素、纤维素、半纤维素含量不同。一般地，木材中木素的含量为27-32％(绝干原料)，禾草类植物中木素含量为14-25％。在加工过程中通常被丢弃的花生壳、稻壳、木屑等都可作为生物质颗粒燃 料的原料，进一步经过压制，成为高效碳源。但目前的生物质颗粒燃料存在热值低、燃烧结渣高的缺陷，不利于推广和利用。

型煤锅炉主要用于民用取暖和洗浴，是为了解决原煤散烧环保不达标而替换散煤锅炉的一种新型环保锅炉，是利用自然风，低温循环燃烧，无需使用鼓风机和引风机，也不用安装脱硫除尘器。型煤锅炉原设计是燃料在炉膛中低温燃烧，释放的烟气温度低，只要烟气温度低于120度二氧化硫、一氧化氮等就不会大量排出，而固化在炉渣中，从而达到降低污染物排放的目的，因此它的燃烧无需很高的发热量。

型煤锅炉约十年前开始在国内推广，但由于是一种新型锅炉，在推广中经常产生炉、煤不配套的现象导致燃烧过程中热效率达不到设计能力，污染物排放严重超标。市场上的型煤大部分是全部使用原煤制作，型煤的外表面由于人为加工的因素，在成型压制过程中使之密度加大，燃烧时外表面不易剥落，而是形成外层灰的包裹效应，使内层燃煤不易与空气接触，燃烧速度慢，导致炉膛和排烟温度过低，蒸汽产生慢，不能满足使用要求。排烟温度过低，烟气中所含的灰贴在管壁上，影响受热面传热，也会引起烟气流量减少，导致燃烧速度更慢，热效率更差。烟气温度过低，还导致二氧化硫、一氧化氮大量排出，不能固化在炉渣中，污染增大。

由于本技术中使用的是低质煤炭和秸秆混合后制成的生物质型燃料为3600-3800大卡，发热量不高。因此燃烧时炉膛温度不高（一般不超过900℃）。在炉膛中又是循环燃烧，热量得到了充分利用，烟气温度也不会很高（80℃左右）。此时SO2和NO就不会大量排出，而固化在炉渣中。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种燃烧快、热效率高、低污染的型煤锅炉使用的燃料，具体技术方案为：

型煤锅炉用生物质燃料，由以下物质按重量份数配比制备所得：10-15份草本植物秸秆，80-90份低硫原煤粉，2-5份熟石灰粉，0.5-1.5份助燃剂，5-15份水；所述草本植物秸秆60-70%质量比为秸秆粉，30-40%为秸秆段。

优选地，12份草本植物秸秆，88份低硫原煤粉，3份熟石灰粉，1份助燃剂，10份水；所述草本植物秸秆70%为秸秆粉，30%为秸秆段。

所述秸秆粉的粒度为2mm；所述秸秆段长为80mm。

所述低硫原煤粉的粒度为3mm，发热量为3800大卡。

型煤锅炉用生物质燃料发热量在3600～3800大卡，形状为方形蜂窝状。

型煤锅炉用生物质燃料的制造方法，包括以下步骤：

（1）将草本植物秸秆分别加工成粒度为2mm的秸秆粉和80mm的秸秆段；

（2）将低硫原煤加工成粒度为3mm的低硫原煤粉；

（3）将秸秆粉、秸秆段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃剂和水搅拌均匀，再静置4个小时，即成生物质复合型燃料；

（4）将生物质复合型燃料冲压成方形蜂窝状；

（5）将成型的生物质燃料晒干，得到型煤锅炉用生物质燃料。

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。

型煤锅炉用生物质燃料，采用了生物质，密度相对低、挥发分高，燃烧时间短且易于着火。生物质的快速燃尽使型煤内部形成微孔隙，这些孔隙有利于氧气和气态生成物和热量的输送，有一定的助燃作用，由于燃烧较快保证了炉内稳定的温度，避免了炉内温度过低，提高了热效率，蒸汽产生快。同时不结焦，降低炉渣含量。

通过将秸秆粉和低硫原煤粉加工到适当的粒度保证了燃料在炉膛中的透气性，提高燃烧率和热效率。

由于炉内温度不超过900度即可，可以选择低硫、低质原煤，减少了污染物排放，同时减少了优质煤的使用量，降低了成本。

采用生物质不仅降低了成本，还方便在生物质较多的地区生产该型煤锅炉用生物质燃料。

本发明提供的型煤锅炉用生物质燃料及其制造方法，成本低、加工简单，燃烧效果好、热效率高，并且污染低。本发明的有益效果是：将生物质能源和矿物燃料有机结合，所生产出的生物质燃料粘结度好，燃烧值高，燃烧污染小，几乎不产生二氧化硫和飞灰，利于生态环境的建设；其外表面包裹的生物质聚酯使得该燃料储存运输方便，颗粒不易碎裂。另外，由于使用了促燃剂，可以提高热效率大约10％，降低炉渣残碳量大约10％，使烟气中二氧化硫的浓度降低50-60％，烟气中一氧化碳浓度降低40％左右。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体实施方式。

实施例1

型煤锅炉用生物质燃料，按重量份数配比：12份草本植物秸秆，88份低硫原煤粉，3份熟石灰粉，1份助燃剂，10份水；所述草本植物秸秆70%为秸秆粉，30%为秸秆段。

所述秸秆粉的粒度为2mm；所述秸秆段长为80mm。

所述低硫原煤粉的粒度为3mm，发热量为3800大卡。

型煤锅炉使用的生物质复合型方形燃料发热量在3600～3800大卡，形状为方形蜂窝状。

型煤锅炉用生物质燃料的制造方法，包括以下步骤：

（1）将草本植物秸秆分别加工成粒度为2mm的秸秆粉和80mm的秸秆段；

（2）将低硫原煤加工成粒度为3mm的低硫原煤粉；

（3）将秸秆粉、秸秆段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃剂和水搅拌均匀，再静置4个小时，即成生物质复合型燃料；

（4）将生物质复合型燃料冲压成方形蜂窝状；

（5）将成型的生物质燃料晒干，得到型煤锅炉用生物质燃料。

型煤锅炉用生物质燃料是方形蜂窝状，规格可以制成长宽高分别为150mm × 150mm × 90mm、180mm × 180mm × 90mm、200mm × 200mm × 90mm等。型煤锅炉用生物质燃料是以炉膛宽度和长度为依据而选择以不同大小型燃料整齐码放进炉膛，然后再根据炉膛高度决定码放几层，一般不超过5层。蜂窝孔是上下对齐以利于通风，蜂窝孔以16mm × 16mm、25mm × 25mm规格排列。

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%）、间甲基酚和乙二醇5、草酸性催化剂0.5；

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200℃温度下预热10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。

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50:28:5:2:３，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850℃，用水蒸气活化３小时，处理后得到煤粉。

实施例2

10份草本植物秸秆，80份低硫原煤粉，2份熟石灰粉，0.5份助燃剂，5份水；所述草本植物秸秆60%质量比为秸秆粉，40%为秸秆段

所述秸秆粉的粒度为2mm；所述秸秆段长为80mm。

所述低硫原煤粉的粒度为3mm，发热量为3800大卡。

型煤锅炉使用的生物质复合型方形燃料发热量在3600～3800大卡，形状为方形蜂窝状。

型煤锅炉用生物质燃料的制造方法，包括以下步骤：

（1）将草本植物秸秆分别加工成粒度为2mm的秸秆粉和80mm的秸秆段；

（2）将低硫原煤加工成粒度为3mm的低硫原煤粉；

（3）将秸秆粉、秸秆段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃剂和水搅拌均匀，再静置4个小时，即成生物质复合型燃料；

（4）将生物质复合型燃料冲压成方形蜂窝状；

（5）将成型的生物质燃料晒干，得到型煤锅炉用生物质燃料。

型煤锅炉用生物质燃料是方形蜂窝状，规格可以制成长宽高分别为150mm × 150mm × 90mm、180mm × 180mm × 90mm、200mm × 200mm × 90mm等。型煤锅炉用生物质燃料是以炉膛宽度和长度为依据而选择以不同大小型燃料整齐码放进炉膛，然后再根据炉膛高度决定码放几层，一般不超过5层。蜂窝孔是上下对齐以利于通风，蜂窝孔以16mm × 16mm、25mm × 25mm规格排列。

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%）、邻甲基酚10、草酸性催化剂0.5；

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200℃温度下预热10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。

所述洗涤为用有机溶剂：乙二醇；

所述中和是用氢氧化钙。

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40:26:15:3:2，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℃／分钟加热到800℃，并且在此温度下炭化2小时；然后按升温速度15℃／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3

15份草本植物秸秆，90份低硫原煤粉，5份熟石灰粉，1.5份助燃剂，15份水；所述草本植物秸秆70%质量比为秸秆粉，30%为秸秆段

所述秸秆粉的粒度为2mm；所述秸秆段长为80mm。

所述低硫原煤粉的粒度为3mm，发热量为3800大卡。

型煤锅炉使用的生物质复合型方形燃料发热量在3600～3800大卡，形状为方形蜂窝状。

型煤锅炉用生物质燃料的制造方法，包括以下步骤：

（1）将草本植物秸秆分别加工成粒度为2mm的秸秆粉和80mm的秸秆段；

（2）将低硫原煤加工成粒度为3mm的低硫原煤粉；

（3）将秸秆粉、秸秆段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃剂和水搅拌均匀，再静置4个小时，即成生物质复合型燃料；

（4）将生物质复合型燃料冲压成方形蜂窝状；

（5）将成型的生物质燃料晒干，得到型煤锅炉用生物质燃料。

型煤锅炉用生物质燃料是方形蜂窝状，规格可以制成长宽高分别为150mm × 150mm × 90mm、180mm × 180mm × 90mm、200mm × 200mm × 90mm等。型煤锅炉用生物质燃料是以炉膛宽度和长度为依据而选择以不同大小型燃料整齐码放进炉膛，然后再根据炉膛高度决定码放几层，一般不超过5层。蜂窝孔是上下对齐以利于通风，蜂窝孔以16mm × 16mm、25mm × 25mm规格排列。

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%）、间甲基酚和乙二醇10、草酸性催化剂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200℃温度下预热10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。

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30:25:25:3:2，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800℃，并且在此温度下炭化3小时；然后按升温速度8℃／分钟升温到750℃，用水蒸气活化３小时，处理后得到煤粉。

该型煤锅炉用生物质燃料能与锅炉完美结合，达到最佳燃烧效果。经实际测试，可降低烟尘浓度98%以上，SO₂降低70%以上，NO降低50%以上，全部达到国标规定的排放标准。

Claims (8)

1.型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，由以下物质按重量份数配比制备所得：10-15份草本植物秸秆，80-90份低硫原煤粉，2-5份熟石灰粉，0.5-1.5份助燃剂，5-15份水；所述草本植物秸秆60-70%质量比为秸秆粉，30-40%为秸秆段。

2.根据权利要求1所述的型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，优选地，配比为按照如下重量份制备：12份草本植物秸秆，88份低硫原煤粉，3份熟石灰粉，1份助燃剂，10份水；所述草本植物秸秆70%质量比为秸秆粉，30%为秸秆段。

3.根据权利要求1所述的型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，所述秸秆粉的粒度为2mm；所述秸秆段长为80mm。

4.根据权利要求1所述的型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，所述低硫原煤粉的粒度为3mm。

5.根据权利要求1所述的型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，型煤锅炉用生物质燃料的形状为方形蜂窝状。

6.根据权利要求1所述的型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，秸秆粉末使用本发明优选的方法处理。

7.根据权利要求1所述的型煤锅炉用生物质燃料，其特征在于，原煤使用本发明优选的方法处理。

8.根据权利要求1到7任一项所述的型煤锅炉用生物质燃料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将草本植物秸秆分别加工成粒度为2mm的秸秆粉和80mm的秸秆段；

（2）将低硫原煤加工成粒度为3mm的低硫原煤粉；

（3）将秸秆粉、秸秆段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃剂和水搅拌均匀，再静置4个小时，即成生物质复合型燃料；

（4）将生物质复合型燃料冲压成方形蜂窝状；

（5）将成型的生物质燃料晒干，得到型煤锅炉用生物质燃料。