CN108949286A - 一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法 - Google Patents

一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在生物质成型燃料中加入由磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂组成的添加剂。在生物质成型燃料中加入磷酸氢二铵、过氧化钙，使磷酸氢二铵、过氧化钙与生物质成型燃料中的碱金属元素反应，生成高熔点的化合物固留在炉灰中，可以提高生物质成型燃料灰熔温度；在生物质成型燃料中加入催化剂，可以加速磷酸氢二铵与氯化钾反应，减少氯化钾以气态形式析出的量，不仅可以提高生物质成型燃料的灰熔温度，还可降低碱金属对燃烧设备造成腐蚀和磨损。

Description

一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法
技术领域
本发明涉及清洁能源利用领域，具体涉及一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法。
背景技术
生物质成型燃料是以农林剩余物为主原料，经切片-粉碎-除杂-精粉-筛选-混合-软化-调质-挤压-烘干-冷却-质检-包装等工艺，最后制成成型环保燃料。生物质成型燃料燃烧时无烟无味、清洁环保，其含硫量、灰分，含氮量等远低于煤炭，石油等，是一种环保清洁能源，享有"绿煤"的美誉。
由于生物质燃料中K、Na、Cl、Ca等元素含量较高，决定了生物质灰分熔点低的特性。植物的灰熔温度(软化温度ST) 一般约在850～1300℃的区间，不同的植物有不同的灰熔温度，如草本植物一般850～950℃，木本植物一般1030～1300℃不等，不同的树种也有不同的灰熔温度，如杉树1020℃，桉树1200℃，美国竹柳1300℃。生物质锅炉的炉膛中心温度基本都达到1150℃～1200℃。因此，大部分的生物质成型燃料都会出现结焦现象，生物质燃料专用燃烧机结焦现象更突出，不仅降低燃烧设备的热转换率，还会对设备造成腐蚀和磨损，严重影响燃烧设备的安全运行和热经济指标。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供工艺简单、实用性强的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：磷酸氢二铵5～35份、过氧化钙15～50份、催化剂0.2～0.4份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:0.2～2.0；
（3）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
优选地，所述步骤（1）中的催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石100～120份、硫酸钠0.5～0.8份、石英砂4～6份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至500目～700目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1400℃～1500℃、还原时间为12h～16h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为15℃/s～20℃/s，得到所述海绵铁。
优选地，所述步骤（1）中的磷酸氢二铵和过氧化钙的粒径为800目～1000目。
优选地，所述步骤（1）中的添加剂由以下重量份的组分组成：磷酸氢二铵25份、过氧化钙35份、催化剂0.3份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂。
优选地，所述步骤（2）中所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3。
优选地，所述步骤（2）中将生物质成型燃料和添加剂混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1500r/min～2000r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌5min～10min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.5Mpa～1.8Mpa，温度设置为40℃～45℃，转速设置为300r/min～500r/min，搅拌5min～8min，即得所述混合燃料。
优选地，所述步骤（3）中混合燃料着火燃烧的步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入10L/min～15L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.35～0.40:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1000℃～1200℃，升温速率为15℃/min～25℃/min。
本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，通过在生物质成型燃料中加入添加剂，使添加剂与生物质成型燃料中的碱金属元素反应，生成高熔点的化合物固留在炉灰中，达到提高生物质成型燃料灰熔温度的目的。
本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在生物质成型燃料中加入磷酸氢二铵，高温条件下磷酸氢二铵可以与生物质成型燃料中的氯化钾反应，生成熔点较高的偏磷酸钾、焦磷酸钾，从而达到提高生物质成型燃料灰熔温度的目的。
本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在生物质成型燃料中加入过氧化钙，可以增加磷酸氢二铵与氯化钾反应过程中生成的焦磷酸钾的量，由于焦磷酸钾的熔点远大于偏磷酸钾的熔点，因此加入过氧化钙可进一步提高生物质成型燃料的灰熔温度。
本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，生物质成型燃料燃烧产生大量气态的氯化钾，在生物质成型燃料中加入催化剂，可以加速磷酸氢二铵与氯化钾反应，减少氯化钾以气态形式析出的量，不仅可以提高生物质成型燃料的灰熔温度，还可降低碱金属对燃烧设备造成腐蚀和磨损。
本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，将生物质成型燃料和添加剂混合时，将搅拌罐中的温度、转速设定在合适的范围，可以增加生物质成型燃料外表面的静电，使添加剂被均匀地吸附到生物质成型燃料外表面；将搅拌罐中的压力设定在合适的范围，可以使添加剂更好地渗透入生物质成型燃料中，便于添加剂与生物质成型燃料中的碱金属元素反应。
本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在燃烧设备中的燃烧室内通入配比合理的氧气和氮气的混合气，有益于磷酸氢二铵与氯化钾的反应，从而达到提高生物质成型燃料灰熔温度的目的。
具体实施方式
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。
实施例1
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为800目的磷酸氢二铵5份、粒径为800目的过氧化钙15份、催化剂0.2份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；所述催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石100份、硫酸钠0.5份、石英砂4份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至500目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1400℃、还原时间为12h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为15℃/s，得到所述海绵铁；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1500r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌5min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.5Mpa，温度设置为40℃，转速设置为300r/min，搅拌5min，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:0.2；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入10L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.35:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1000℃，升温速率为15℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例2
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为1000目的磷酸氢二铵35份、粒径为1000目的过氧化钙50份、催化剂0.4份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；所述催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石120份、硫酸钠0.8份、石英砂6份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至700目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1500℃、还原时间为16h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为20℃/s，得到所述海绵铁；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为2000r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌10min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.8Mpa，温度设置为45℃，转速设置为500r/min，搅拌8min，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100: 2.0；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入15L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.40:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1200℃，升温速率为25℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例3
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为900目的磷酸氢二铵25份、粒径为900目的过氧化钙35份、催化剂0.3份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；所述催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石110份、硫酸钠0.6份、石英砂5份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至600目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1450℃、还原时间为14h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为18℃/s，得到所述海绵铁；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1800r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌7min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.6Mpa，温度设置为43℃，转速设置为350r/min，搅拌6min，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.37:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1100℃，升温速率为20℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例4
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为900目的磷酸氢二铵25份、粒径为900目的过氧化钙35份、催化剂0.3份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；所述催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石110份、硫酸钠0.6份、石英砂5份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至600目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1450℃、还原时间为14h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为18℃/s，得到所述海绵铁；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1800r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌7min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.6Mpa，温度设置为43℃，转速设置为350r/min，搅拌6min，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的空气；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1100℃，升温速率为20℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例5
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为900目的磷酸氢二铵25份、粒径为900目的过氧化钙35份、催化剂0.3份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；所述催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石110份、硫酸钠0.6份、石英砂5份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至600目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1450℃、还原时间为14h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为18℃/s，得到所述海绵铁；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1800r/min的搅拌罐中，搅拌均匀，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.37:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1100℃，升温速率为20℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
对比例1
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为900目的磷酸氢二铵25份、催化剂0.3份，将磷酸氢二铵和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；所述催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石110份、硫酸钠0.6份、石英砂5份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至600目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1450℃、还原时间为14h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为18℃/s，得到所述海绵铁；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1800r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌7min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.6Mpa，温度设置为43℃，转速设置为350r/min，搅拌6min，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.37:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1100℃，升温速率为20℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
对比例2
一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：粒径为900目的磷酸氢二铵25份、粒径为900目的过氧化钙35份，将磷酸氢二铵、过氧化钙混合均匀，即得所述添加剂；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1800r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌7min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.6Mpa，温度设置为43℃，转速设置为350r/min，搅拌6min，即得所述混合燃料得到混合燃料；所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3；
（3）将混合燃料着火燃烧：步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.37:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1100℃，升温速率为20℃/min；即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
对比例3
将生物质成型燃料放入燃烧设备中着火燃烧，生物质成型燃料着火燃烧的步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的空气；2）在燃烧室内加入生物质成型燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1100℃，升温速率为20℃/min，生物质成型燃料燃烧完毕即可。
下表1给出实施例1-5和对比例1-3中的生物质成型燃料燃烧得到的底灰的检测结果，检测的底灰是已经分离出催化剂的底灰。
表1
由表1给出的实施例1-5和对比例1-3中的生物质成型燃料燃烧得到的底灰的检测结果，可知，本发明一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在生物质成型燃料中加入磷酸氢二铵，生成熔点较高的偏磷酸钾、焦磷酸钾，提高生物质成型燃料灰熔温度；在生物质成型燃料中加入过氧化钙，可以增加磷酸氢二铵与氯化钾反应过程中生成的焦磷酸钾的量，进一步提高生物质成型燃料的灰熔温度；在生物质成型燃料中加入催化剂，可以加速磷酸氢二铵与氯化钾反应，减少氯化钾以气态形式析出的量，可以提高生物质成型燃料的灰熔温度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备添加剂：添加剂由以下重量份的组分组成：磷酸氢二铵5～35份、过氧化钙15～50份、催化剂0.2～0.4份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂；
（2）在生物质成型燃料中加入所述添加剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:0.2～2.0；
（3）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
2.根据权利要求1所述的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的催化剂是海绵铁，所述海绵铁由以下重量份的组分组成：铁矿石100～120份、硫酸钠0.5～0.8份、石英砂4～6份；所述海绵铁的制备方法包括下一步骤：1）将铁矿石、硫酸钠和石英砂混合均匀，并粉碎至500目～700目，得到混合料；2）将混合料制粒，得到混合料颗粒；3）将混合料颗粒高温还原，还原温度为1400℃～1500℃、还原时间为12h～16h，得到还原颗粒；4）取出还原颗粒冷却至室温，冷却速率为15℃/s～20℃/s，得到所述海绵铁。
3.根据权利要求1所述的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的磷酸氢二铵和过氧化钙的粒径为800目～1000目。
4.根据权利要求1所述的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的添加剂由以下重量份的组分组成：磷酸氢二铵25份、过氧化钙35份、催化剂0.3份，将磷酸氢二铵、过氧化钙和催化剂混合均匀，即得所述添加剂。
5.根据权利要求1所述的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述生物质成型燃料与所述添加剂的重量份比为：100:1.3。
6.根据权利要求1所述的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中将生物质成型燃料和添加剂混合均匀的步骤为:1）先将生物质成型燃料和添加剂放入转速为1500r/min～2000r/min的搅拌罐中，常温常压搅拌5min～10min；2）将搅拌罐中的压力设置为1.5Mpa～1.8Mpa，温度设置为40℃～45℃，转速设置为300r/min～500r/min，搅拌5min～8min，即得所述混合燃料。
7.根据权利要求1所述的一种提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（3）中混合燃料着火燃烧的步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入10L/min～15L/min的氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.35～0.40:1；2）在燃烧室内加入所述混合燃料；3）着火燃烧：设定燃烧室温度从室温升温至1000℃～1200℃，升温速率为15℃/min～25℃/min。
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