CN109135864A - 一种减排型生物质燃料的掺配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减排型生物质燃料的掺配方法，其应用于联合炉排锅炉生物质锅炉，该方法包括将农业秸秆、废弃板材、纯树皮和树枝桠按比例进行掺配，其中，所述农业秸秆、纯树皮和树枝桠的掺配重量比为1：0.2‑5：0.2‑5；所述农业秸秆与废弃板材的掺配重量比为3：0.2‑1。本方法掺配得到的生物质燃料在直燃联合炉排锅炉中能够充分利用，提高燃烧性能且燃烧后无需烟道脱硝设备即可实现排放达标，显著降低污染物的产生量，保证锅炉运行周期。

Description

一种减排型生物质燃料的掺配方法
技术领域
本发明涉及生物质固体燃料，具体涉及一种减排型生物质燃料的掺配方法。
背景技术
生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。属再生能源。可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是唯一的可再生的碳源。并且，生物质能还具有能源替代、减排环保和促进农村经济等多重功能，因此，从能源安全和环境保护出发，对生物质能的开发利用已成为当前发展可再生能源的战略重点。
联合炉排锅炉因为使用两种不同的炉排组成，导致其前端与后端的燃烧工况需求有所差别，造成其炉膛前后温度也有所差异，而且其床温较低，往复炉排段温度约在650度左右，链条炉排段约在795度左右，现有的生物质燃料往往无法在联合炉排锅炉中使用时排放达标或者往往需要多处设置尾气处理装置，既不环保成本也高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种适用于联合炉排锅炉生物质锅炉的减排型生物质燃料及其掺配方法，本发明的减排型生物质燃料无需复杂的加工处理也无需额外添加成型相关的化学物质，经本发明的合理控制和掺配不仅能够将本发明的生物质燃料在直燃联合炉排锅炉中充分利用，提高燃烧性能且无需烟道脱硝设备即可实现燃烧后排放达标，还能够保证锅炉运行周期，显著降低污染物的产生量。特别适用于以生物质作为燃料的生物质发电企业。
本发明是通过以下技术方案实现的：
首先，本发明提供了一种减排型生物质燃料的掺配方法，其应用于联合炉排锅炉生物质锅炉(比如130T/H)，所述方法包括将农业秸秆、废弃板材、纯树皮和树枝桠按比例进行掺配，其中，所述农业秸秆、纯树皮和树枝桠的掺配重量比为1：0.2-2.5：0.2-2.5；所述农业秸秆与废弃板材的掺配重量比为3：0.2-1。
进一步地，所述农业秸秆、纯树皮和树枝桠的掺配重量比为1：0.4-2.5：0.4-2.5；进一步为1：0.4-1：0.4-1或1：1-1.5：1-1.5，进一步为1：1：1。
进一步地，所述农业秸秆与废弃板材的掺配重量比为3：0.2-1，进一步为3：0.5-1，进一步为3：1。
进一步地，所述农业秸秆由稻壳、玉米芯和高粱秆组成，其中，稻壳、玉米芯和高粱秆的质量比为1-5：1：2-5，进一步为1-2：1：2-3，更进一步为2：1：3。
进一步地，所述稻壳含有不超过0.015wt％的硫以及不超过0.31wt％的氮；
进一步地，所述稻壳含有0.01-0.015wt％硫以及0.28-0.31wt％的氮；
进一步地，所述稻壳含有0.01wt％硫以及0.3wt％的氮；
进一步地，所述稻壳的低位热值为14026KJ/KG；
进一步地，所述玉米芯含有不超过0.11wt％硫以及不超过0.46wt％氮；
进一步地，所述玉米芯含有0.08-0.11wt％硫以及0.42-0.46wt％氮；
进一步地，所述玉米芯含有0.1wt％硫以及0.45wt％氮；
进一步地，所述玉米芯的低位热值为15730KJ/KG；
进一步地，所述高粱秆含有不超过0.012wt％硫以及不超过0.38wt％氮；
进一步地，所述高粱秆含有0.008-0.012wt％硫以及0.33-0.38wt％氮；
进一步地，所述高粱秆含有0.01wt％硫以及0.36wt％氮；
进一步地，所述高粱秆的低位热值为14066KJ/KG。
进一步地，所述废弃板材的选自旧家具和旧建筑模板，其中，废弃板材含有不超过0.265wt％硫以及不超过0.11wt％的氮；
进一步地，废弃板材含有0.24-0.265wt％硫以及0.08-0.11wt％的氮；
进一步地，所述废弃板材含有0.26wt％硫以及0.1wt％的氮；
进一步地，所述废弃板材的低位热值为19500KJ/KG。
进一步地，所述纯树皮选自杨树树皮，其中，所述纯树皮含有不超过0.021wt％硫以及不超过0.56wt％氮；
进一步地，所述纯树皮含有0.018-0.021wt％硫以及0.54-0.56wt％氮；
进一步地，所述纯树皮含有0.02wt％硫以及0.56wt％氮；
进一步地，所述纯树皮的低位热值为18260KJ/KG。
进一步地，所述树枝桠选自杉木、松木、红木、桦木的树枝桠中的一种或多种，进一步为杉木；
其中，所述杉木含氮量为不超过0.62wt％，进一步为0.058-0.62wt％，进一步为0.06wt％，含硫量为0.028-0.031wt％，进一步为0.03wt％；
所述松木含氮量为不超过0.081wt％，进一步为0.078-0.081wt％，进一步为0.08wt％，含硫量为0.008-0.011wt％，进一步为0.01wt％；
所述红木含氮量为不超过0.051wt％，进一步为0.048-0.051wt％，进一步为0.05wt％，含硫量为0.019-0.021wt％，进一步为0.02wt％；
所述桦木含氮量为不超过0.11wt％，进一步为0.09-0.11wt％，进一步为0.10wt％，含硫量为0.008-0.011wt％，进一步为0.01wt％；
进一步地，所述树枝桠含有不超过0.05wt％硫以及不超过0.25wt％氮；
进一步地，所述树枝桠含有0.01-0.05wt％硫以及0.05-0.25wt％氮；
进一步地，所述树枝桠含有0.01-0.03wt％硫以及0.05-0.1wt％氮；
进一步地，所述树枝桠的低位热值为17950KJ/KG。
进一步地，所述掺配方法包括：废弃板材经铁质杂物筛选后(即除铁后)将其与农业秸秆、纯树皮、树枝桠分别进行粉碎处理，粉粹后所有原料的长度、宽度、厚度均小于5CM，将粉粹后的纯树皮及树枝桠进行强制通风风干，风干至点火可燃为止；将处理好的农业秸秆、纯树皮、废弃板材以及树枝桠以堆料法方式按配方量掺配，即铲车以标准铲进行不同掺配原料的分层堆料，然后进行料堆重建使原料混合；原料掺配完毕得到的生物质燃料，应保证肉眼所见区域各类燃料比例均匀，上料时落料口监视无单一种类燃料集中下落。
此外，本发明还提供了上述掺配方法掺配得到的生物质燃料。
本发明的燃料掺配方法，可以保证生物质联合炉排锅炉从入炉燃料口较少污染物的进入量，保证氮氧化物及二氧化硫的排放量，减少调整频率，减少环保设备压力采用此配料方法进行燃料掺配，可停止烟道脱硝设备运行，仅保留锅炉炉膛高温段SNCR脱硝设备运行，在高温炉膛段喷入尿素溶液作为还原剂进行脱硝，即可保证生物质锅炉达标排放，安全运行。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1生物质燃料的掺配
配方如表1所示，其中，农业秸秆、杨树皮与树枝桠的重量比为1：1：1，稻壳、玉米芯与高粱秆的重量比为2：1：3，废弃板材加入量10wt％(农业秸秆与废弃板材的质量比为3：1)。
表1实施例1的掺配配方
掺配方式：
废弃板材经铁质杂物筛选后将其与农业秸秆、纯树皮、树枝桠分别进行粉碎处理，粉粹后的物质的长度、宽度、厚度均小于5CM，将粉粹后的纯树皮及树枝桠进行强制通风风干，风干至点火可燃为止；将处理好的农业秸秆、纯树皮、废弃板材以及树枝桠以堆料法方式按配方量掺配，即铲车以标准铲进行不同掺配原料的分层堆料，然后进行料堆重建使原料混合；原料掺配完毕得到的生物质燃料，应保证肉眼所见区域各类燃料比例均匀，上料时落料口监视无单一种类燃料集中下落。
实施例2-7
以表2的掺配配方按照实施例1的方式进行掺配，得到实施例2～7的生物质燃料。农业秸秆、纯树皮、树枝桠、废弃板材采用与实施例1相同的材料，农业秸秆由稻壳、玉米芯与高粱秆组成，其重量比为2：1：3；纯树皮选用杨树皮，废弃板材选用旧建筑模板；树枝桠选用杉木。
表2实施例2～7的掺配配方
实施例8-13
以表3的掺配配方按照实施例1的方式进行掺配，得到实施例8-13的生物质燃料。农业秸秆、纯树皮、树枝桠、废弃板材采用与实施例1相同的材料，纯树皮选用杨树皮，废弃板材选用旧建筑模板；树枝桠选用杉木，农业秸秆、纯树皮、树枝桠和废弃板材的掺配重量比3：3：3：1。
表3实施例8-13的掺配配方
实施例14
以实施例1的掺配配方，按照以下方式掺配：
采用2级给料仓搅拌掺料的方式进行燃料掺配，农业秸秆、废弃板材、纯树皮、树枝桠皆需要进行粉碎处理，其应为小于5CM的条状或块状燃料形式。其中废弃板材需要进行铁质杂物筛选，纯树皮及树枝桠需进行强制通风风干。采用多条输送皮带分别输送不同种类的生物质燃料，通过皮带速率调节控制进入二级给料仓的燃料量，通过2级给料仓内的交叉排列的输送螺旋进行燃料混料。
实施例15
分别称取实施例1-14中掺配得到的生物质燃料，每个配比2kg，利用生物质烘烤机(KM-9，云南名泽烟草机械有限公司)，对各个实施例的生物质燃料的燃烧性能进行测试，观察并记录，结果详见表4。
表4燃烧性能
实施例16
在生物质直燃联合炉排锅炉的SOX测定中，其主要测定的成分为CO，即燃烧风量不足时，产生还原反应，CO2+C＝2CO。而NOX的排放量则是燃料中的N物质在锅炉中会先与氧气反应生成一氧化氮，即2N+O2＝2NO，2NO+O2＝2NO2。因为NO性质不稳定，其在不同工况下会发生不同的反应，在氧量少的还原性氛围下其易还原为氮气(N2)，在氧量较高氧化氛围下易与氧气反应生成二氧化氮(NO2)，所以要尽量减少生物质燃料氮元素的含量，并合理调配风量，减少二氧化氮(NO2)生成。
本实施例对各原料尤其对各原料中的S和N元素进行了检测，结果如下：
农业秸秆：本发明选择农业秸秆(稻壳、玉米芯和高粱秆的组合)，使其在在联合炉排锅炉的前段燃烧中起到主力燃烧作用，并研究了各原料的成分(固体生物质燃料工业分析方法(GB/T 28731-2012))，结合实施例1的掺配方法后发现，当稻壳、玉米芯、高粱秆的元素成分在以下情况下，可以实现本发明：
并且进一步在以下情况下，可以更好地实现本发明：
并且进一步为以下情况时，能最好的实现本发明：
农业秸秆的主要作用体现在：
(1)借助其体较大密度小的特性，在往复炉排布料时起到支撑作用，使料层具有空隙有利于由料层底部进入风通过料层，保证氧气供应。
(2)易燃，且易风干，在往复炉排布料过程中，其自身的水分易挥发，更助于其燃烧。
(3)相对于板材类废弃物，挥发分占比较高，其主要作为联合炉排锅炉前段挥发分燃烧阶段主力燃料。
(4)对板材类及树皮类燃料进行预烘干及挥发分阶段预引燃。
废弃板材：多为进行过工业深加工的木材，其水分及灰分含量较低，且固定碳含量较高，相较于农业秸秆不易引燃，本申请选择掺配废弃板材主要作为中段往复与链条炉排过渡区域的燃烧主力，并且其还可以对水分含量较高的纯树皮类燃料起到预烘干及引燃的作用。但因为板材在加工成型过程中不可避免的需要进行各项化学处理，其硫含量相对较高，本实施例还研究了废弃板材(以旧建筑模板为对象)的成分，结合本申请的掺配方法后发现，当其元素成分在以下情况下，可以实现本发明：
并且进一步在以下情况下，可以更好地实现本发明：
并且进一步在以下情况下，可以最好地实现本发明：
纯树皮：纯树皮及树枝桠，由于其水分含量较高，即使经过自然晾晒风干，其结构水分含量依旧较高，且其固定碳含量较高，本申请将其作为链条炉排中末端的燃烧主力。且其种类选择优先选择杉木、松木、红木、桦木树种枝桠，再掺配以杨树树皮。为了更好地实现本发明，本实施例同样研究了纯树皮(杨树皮)和树枝桠的元素构成，当其在以下情况时，可以实现本发明：
并且进一步在以下情况时，可以更好地实现本发明：
并且进一步在以下情况时，可以最好的实现本发明：
其中杉木含氮量约在0.06％、含硫量约在0.03％，松木含氮量约在0.08％、含硫量约在0.01％，红木含氮量约在0.05％、含硫量约在0.03％，桦木含氮量约在0.1％、含硫量约在0.01％，杨树含氮量约在0.56％、含硫量约在0.02％。
实施例17
联合炉排锅炉型号：130T/H
根据《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》，排放达标标准：氮氧化物小于100mg/m3，二氧化硫小于50mg/m3，灰分小于20mg/m3。
采用130T/H联合炉排锅炉进行生产，采用料场掺配、皮带输送、炉前料仓均匀给料的方式进行给料，每小时给料量在32吨，往复炉排段燃烧温度控制在645度，底部风门全开，链条炉排段温度控制在789度，只启用炉膛内高温段SNCR脱硝设备，采用干法脱硫，布袋除尘，根据《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》中的方法测定，其中，实施例1的环保排放指标可控制在NOx浓度40mg/m3，SO2浓度33mg/m3，灰分浓度7mg/m3，其他实施例中掺配的到生物质燃料的燃烧排放情况如表5所示。
表5污染物排放情况

Claims (10)

1.一种减排型生物质燃料的掺配方法，其应用于联合炉排锅炉生物质锅炉，所述方法包括将农业秸秆、废弃板材、纯树皮和树枝桠按比例进行掺配，其中，所述农业秸秆、纯树皮和树枝桠的掺配重量比为1：0.2-2.5：0.2-2.5；所述农业秸秆与废弃板材的掺配重量比为3：0.2-1。
2.根据权利要求1所述的掺配方法，其特征在于，所述农业秸秆、纯树皮和树枝桠的掺配重量比为1：0.4-2.5：0.4-2.5；进一步为1：0.4-1：0.4-1或1：1-1.5：1-1.5，进一步为1：1：1。
3.根据权利要求1或2所述的掺配方法，其特征在于，所述农业秸秆与废弃板材的掺配重量比为3：0.5-1，进一步为3：1。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的掺配方法，其特征在于，所述农业秸秆由稻壳、玉米芯和高粱秆组成，其中，稻壳、玉米芯和高粱秆的质量比为1-5：1：2-5，进一步为1-2：1：2-3，更进一步为2：1：3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的掺配方法，其特征在于，所述稻壳含有不超过0.015wt％的硫以及不超过0.31wt％的氮；
进一步地，所述稻壳含有0.01-0.015wt％硫以及0.28-0.31wt％的氮；
进一步地，所述稻壳含有0.01wt％硫以及0.3wt％的氮；
进一步地，所述稻壳的低位热值为14026KJ/KG；
进一步地，所述玉米芯含有不超过0.11wt％硫以及不超过0.46wt％氮；
进一步地，所述玉米芯含有0.08-0.11wt％硫以及0.42-0.46wt％氮；
进一步地，所述玉米芯含有0.1wt％硫以及0.45wt％氮；
进一步地，所述玉米芯的低位热值为15730KJ/KG；
进一步地，所述高粱秆含有不超过0.012wt％硫以及不超过0.38wt％氮；
进一步地，所述高粱秆含有0.008-0.012wt％硫以及0.33-0.38wt％氮；
进一步地，所述高粱秆含有0.01wt％硫以及0.36wt％氮；
进一步地，所述高粱秆的低位热值为14066KJ/KG。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的掺配方法，其特征在于，所述废弃板材的选自旧家具和旧建筑模板，其中，废弃板材含有不超过0.265wt％硫以及不超过0.11wt％的氮；
进一步地，废弃板材含有0.24-0.265wt％硫以及0.08-0.11wt％的氮；
进一步地，所述废弃板材含有0.26wt％硫以及0.1wt％的氮；
进一步地，所述废弃板材的低位热值为19500KJ/KG。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的掺配方法，其特征在于，所述纯树皮选自杨树树皮，其中，所述纯树皮含有不超过0.021wt％硫以及不超过0.56wt％氮；
进一步地，所述纯树皮含有0.018-0.021wt％硫以及0.54-0.56wt％氮；
进一步地，所述纯树皮含有0.02wt％硫以及0.56wt％氮；
进一步地，所述纯树皮的低位热值为18260KJ/KG。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的掺配方法，其特征在于，所述树枝桠选自杉木、松木、红木、桦木的树枝桠中的一种或多种；
其中，所述杉木含氮量为不超过0.62wt％，进一步为0.058-0.62wt％，进一步为0.06wt％，含硫量为0.028-0.031wt％，进一步为0.03wt％；
所述松木含氮量为不超过0.081wt％，进一步为0.078-0.081wt％，进一步为0.08wt％，含硫量为0.008-0.011wt％，进一步为0.01wt％；
所述红木含氮量为不超过0.051wt％，进一步为0.048-0.051wt％，进一步为0.05wt％，含硫量为0.019-0.021wt％，进一步为0.02wt％；
所述桦木含氮量为不超过0.11wt％，进一步为0.09-0.11wt％，进一步为0.10wt％，含硫量为0.008-0.011wt％，进一步为0.01wt％；
进一步地，所述树枝桠含有不超过0.05wt％硫以及不超过0.25wt％氮；
进一步地，所述树枝桠含有0.01-0.05wt％硫以及0.05-0.25wt％氮；
进一步地，所述树枝桠含有0.01-0.03wt％硫以及0.05-0.1wt％氮；
进一步地，所述树枝桠的低位热值为17950KJ/KG。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：废弃板材经铁质杂物筛选后将其与农业秸秆、纯树皮、树枝桠分别进行粉碎处理，粉粹后所有原料的长度、宽度、厚度均小于5CM，将粉粹后的纯树皮及树枝桠进行强制通风风干，风干至点火可燃为止；将处理好的农业秸秆、纯树皮、废弃板材以及树枝桠以堆料法方式按配方量掺配，即铲车以标准铲进行不同掺配原料的分层堆料，然后进行料堆重建使原料混合；原料掺配完毕得到的生物质燃料，应保证肉眼所见区域各类燃料比例均匀，上料时落料口监视无单一种类燃料集中下落。
10.权利要求1至9中任一项所述的掺配方法掺配得到的生物质燃料。
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CN112662445A (zh) * 2020-12-01 2021-04-16 中船重工（上海）新能源有限公司 生物质锅炉掺烧鸡粪稻壳混料的方法

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