CN110410776A - 烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术 - Google Patents

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Abstract

本发明为烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，是将混合低碳数醇凝胶膏状或薄饼状点火剂，与烟煤、生物质燃料、褐煤、废聚烯烃等固体燃料及无毒辅料精心制作成具蜂窝状通风孔的柱形引火煤与下置煤，在炉芯内纵向组合成待燃煤堆，一小段燃烧着的小纸条，从顶部引燃点火餠，产生长焰燃烧，继而引火煤着火，使其顶部空间上方盖着的聚火板构成的简易燃烧室内形成高温区，辐射热加传导热大于对流热，引火煤表层红热煤层较快下移，至下置煤着火。煤堆三大组分精心配方；炉具与煤堆配套；高温区在上、低温区在下产生有秩序、长焰、充分燃烧，实现了从点火瞬间起，全过程零烟雾燃烧，且固硫率高，发热效率高，成本低，适合小型、部分中型企业和乡村散居户加热、烹饪、烧水、烧炕和铸铁炉取暖。

Description

烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术
一，技术领域
烟煤褐煤生物质燃料废塑料清洁高效燃烧
二，背景技术
我国煤炭远景地质储量高达5万亿吨，占化石能源总量的94％(石油天然气占6％)，是一项优势资源。储量中大部分是烟煤，目前年耗量约40亿吨，占能源总耗量的70％左右。另年进口约5亿吨。历来烟煤绝大部分系散烧，严重污染大气，且发热效率低下，大中型炉具炉灶一般50-60％，小型最低的仅20-30％，真可谓野蛮燃烧。目前，大型热电厂喷烧煤粉工艺成功，大幅度提高发热效率到90％，尾气净化率达90-95％，已接近清洁燃烧。
无计其数的中小型企业年耗散烟煤5亿多吨，因无力安装尾气净化装置，也无法实现喷烧，已部分停业；“禁煤”后，很多企业改烧生物质成型燃料，但生火和添加燃料阶段仍然有不少烟雾烟尘产生，又系鼓风燃烧，仍需尾气烟尘净化装置，而且热值低不耐烧、价格还迅速攀升，多数企业不过但求开工而已，经济效益下降，难以长期维持。中小型企业，尚处危难之中。
也有一些工商业者使用“兰炭”。这种半焦，是不粘煤和弱粘煤适度烧结(半干馏)、赶跑相当部分燃烧冒烟、令人讨厌的挥发份(本发明视其为宝贝组分)，余下少部分挥发份便于点火，所得产品。若系土法烧结，未回收尾气有益组分，未清除烟尘、二氧化硫、挥发性有机物，就是提前污染而已，还徒增烧结能源消耗，提高使用成本，失大于得。
近期市场广告上所谓的“无烟柴灶”，其实仅指正常燃烧阶段无烟而已，但在生火与加柴阶段尚难克服烟雾产生。不单生物质燃料，迄今各种固体燃料，包括很多液体燃料，皆不能像天然气那样清洁燃烧。
三，发明内容
(1)本发明要解决的技术问题是：继续使用各种中小型炉具炉灶，只对其略加改造，仅一部分或者换为专用、仍属简易的新炉具炉灶，就可装入各种固体燃料如烟煤、褐煤、生物质燃料、聚烯烃等废塑料、煤化及石化企业废料与辅料配制、成型为带蜂窝状通风孔的柱型燃料，通过上点火、往下燃的方式，不需鼓风，不需加高烟囱，实现有秩序、长焰、充分、全程零烟雾燃烧，固硫率高、发热效率高，尾气清洁程度类似天然气，勿须处理可直排。
要在简易的小型炉具炉灶内，于短暂的燃烧过程当中，控制住有毒有害污染物产生、排出，其技术难度是空前的。这里有必要先赘述一下历来燃烧固体燃料必定冒烟的原因：
兹以烟煤为例，不论是散烧还是成型燃烧，一般是从煤堆(块)下部去点火，初生的高温区就在下部。受热到200-250摄氏度的烟煤急剧逸出大量挥发份，270-300摄氏度着火的烟煤挥发份逸出加剧，热裂解和煤块热崩解为细微粉末亦急剧发生，且有机、无机含硫、含氮组分也急剧分解、氧化、逸出。严重的问题是，逸出的这些燃气必定被上方低温煤层和周边冷空气冷却，并因煤堆内部空间狭窄、供氧不足，不易着火燃烧，更不能充分燃烧，已产生的火焰，也容易熄灭，必然的结果就是：从点火开始，持续到整个煤堆升温到顶部都呈红热状的阶段，不能着火的燃气夹带着烟煤原有的细微粉末和热崩解新产生的细微粉末，以及含烟煤特征窒息性臭味的硫氮有机物、二氧化硫及氮氧化物，呈黑褐色浓烟雾状。中途向煤堆上抛加散烟煤，用钢钎撬松结餅煤堆通风，又类似一轮点火过程。从煤堆侧面去点火，甚至从煤堆顶部去点火，冒烟状况亦然，这也是本发明型煤堆中，必须使用引火煤(10)的原因之一。它种易集中热挥发、热分解出大量燃气的固体燃料点火升温燃烧过程，亦与此相似。总而言之，是低温区在上、高温区在下，导致无序、不充分燃烧冒黑烟、硫磺味重。须改玄更张，方能消烟除味。
(2)本发明解决其技术问题的方案是：集成以下多项技术措施，促使固体燃料堆在简易中小型炉具炉灶内，实现有秩序、长焰、充分、零烟雾状燃烧，达到相似于天然气的尾气清洁程度。这些技术措施是：
a，以上点火、往下燃的方式，形成高温区在上、低温区在下的煤堆及炉膛温度分布，使引火煤(10)顶部刚形成的红热煤层，因大燃烧室(7)火焰产生的辐射热，加上煤体内部温差产生的传导热，大于冷空气上升带走的对流热，能够按设计速度下移，这样，在每一个微分的时段，都只有紧邻上部红热煤层的次高温层(或曰准红热层)产生数量适当的热挥发、热分解、热崩解和含硫氮化合物的热分解，避免了下点燃等方式在200-300摄氏度相对狭窄的温度区间和时段，这些可燃挥发物和污染物集中湧出，来不及充分燃烧和固硫固氮，必然大冒黑褐色烟雾的劣情出现。
b，燃料型煤化，通风孔道、孔径和布局合理不论煤型作成圆形或方形，不论其几何尺寸大小，均采用圆形通风孔，通风孔总横切面积比现有市售无烟煤球(南方叫蜂窝煤)的，大10％或稍多，以适应固体燃料高挥发份快速燃烧较大耗氧量的需求；煤球中央部位几个通风孔(13)直径尚需格外加大，比周边通风孔(12)大2-3毫米，使聚火板(6)中心主孔大炬火焰束另行获得相似于炉芯(2)内周边二次进风孔的新鲜空气量；较大炉膛横向堆砌多个组合单元时，中央部位组合单元之间的距离，比周边单元大2-3毫米，以获得足够的新鲜空气量。炉具炉灶下部的进风口面积比煤球通风孔总面积与其周边间隙总面积之和，还应该大5-20％才合适，组合单元越高、越多，越靠近20％。作此3点增加供氧量的改进十分必要，如此可以不加鼓风，不加高烟囱，而保障充分燃烧。
c，炉具炉灶，必须与型煤相互适应、配套这涵盖多方面因素，例如：首先，炉芯(2)上部要有足够尺寸的空间，盖上聚火板(6)，就形成一个简易大燃烧室(7)；该燃烧室高度加上引火煤高度所对应的炉芯(2)高度，应该采用保温-耐火性能兼顾、整体呈碱性的高镁、低过渡元素材料制作；仅仅考虑耐火性能选材，对顺利点火，及早形成大燃烧室(7) 高温区这一关键设计很不利；固硫固氮配方的煤球呈碱性，易与酸性炉芯在高温下熔接；低过渡元素(着色元素)能使炉芯(2)色浅，对光、热反射好，对点火后快速升温有利。第二，聚火板(6)厚度、重量以小为好，材质与炉芯(2)上部保温-耐火材料一致为好、甚至色泽接近白色更好、最好，周边镶嵌一圈抗硫性较好的不锈钢或价廉钢种予以加固为好，总之，使它吸热越少、内弧形面向下反射光、热越多越好。对要求火力大、使用温度高的工业与烹饪炉具炉灶，以及最小直径型煤(往往10厘米)、单个单元组合、严寒季节生火的炉具炉灶，就需要高热值、快燃型煤配以这种高性能炉芯和聚火板；纬度稍低地区取暖、烘烤干燥、烧开热水用途者，可选择低成本型煤和炉芯(2)、(聚火板)配套。第三，挥发份高的配方，固定碳气化率高的情况下，需要选择大燃烧室(7)增加高度。第四，二次进风口在炉具下方，风管贴炉芯(2)外壁，有利空气预热，可增加对高挥发份配方的适应性。常常能观察到点火后升温阶段，二次风口喷入气流增燃产生的带蓝色火焰欢快地燃烧状态，足证其效。每次点火燃烧末段，可关闭此时已起降温作用的二次进风管口。
c，煤堆组成和结构本发明的型煤燃料组堆方式是，放入炉芯(2)待烧的每个组合单元从上往下依次为秸秆炭格栅和点火饼(8)各一个、引火煤(10)一个、下置煤(9) 1-3个，若使用点火膏，将在放入下置煤(9)和引火煤(10)后，于点火前临时挤于引火煤 (10)顶部并立即点火。根据需要，可横向任意堆砌多个组合单元点火使用，这自然需要与炉膛、炉芯(2)、炉篦(15)、聚火板(6)配套无疑。大炉膛采用多个组合单元时，因“众人拾柴火焰高”，点火成本能适度降低，升温快，有益效果明显。
d，点火膏和点火饼(8)点火膏、饼组合引火煤(10)，是本发明的核心技术，这一组合，成功地实现了无氧化剂、无毒无害、较安全的固态点火剂从点火瞬间起零烟雾排放，继而燃烧全过程零烟雾排放，使固体燃料终于可以达到相似于天然气程度的燃烧清洁度。
点火膏较适合组合单元较多的炉具炉灶，点火饼(8)适合组合单元1-4个者，两者无明确的使用技术规定，由消费者自行选择。薄饼易断裂、特别是大直径者为甚，故稍有不便，不过断裂后仍可使用，对点火效果影响不大。膏状产品挤出量控制需注意过犹不及，使用熟练后，可节省点火成本。
选择混合低碳数醇类凝胶作点火膏和点火饼(8)，取得了重大的技术突破，这里既有比单用乙醇成本略低，混合醇可形成递次燃烧从而延长引火剂的宝贵燃烧时间之考虑，第3 个因素、也是点火剂最大一个技术秘密是：点火后凝胶很快就因受热而融化，因引火煤(10) 中一来存有大量微孔，二来其固体微粒表面具有亲水和亲油性，与所选用醇类一致，还因点火饼(8)上置的秸秆炭格栅(11)情况亦与之类似，所以，着火后的点火饼(8)上下两方都能快速吸附燃着的凝胶液体，很快出现立体燃烧、长焰燃烧的良好局面，对形成大燃烧室 (7)高温区，十分有利，这已为本发明人在无数次点火试验和演示当中观察到的现象所证实。
本发明所指混合低碳数醇，包括碳原子数2-9个，不限碳链结构异构、醇羟基官能团数目和伯仲叔属性，配方时主要考虑：闪点、燃点、熔点、挥发性，应该有一个梯度，在点火引燃后的2-3分钟内，能够产生第次燃烧，延长点火剂极其宝贵的长焰燃烧时间；凝胶生产时，安全溶解胶凝剂的最低温度与成膏、胶凝温度差应大于20摄氏度、最好有30摄氏度，以利浇铸操作；点火饼(8)储存期气温高、波动大时，析出的不可逆醇尽量少；对人体的毒性小，绝对不使用甲醇；采购成本低。
秸秆炭格栅(11)，系专门设计供冬季北方乡村，尤其是边远、贫困乡村散居户小型炉具炉灶辅助点火，降低点火成本，提高点火可靠性的附加件。点火后，如前述，秸秆炭格栅(11)会很快燃红自己，成为引火煤(10)的保温层，遇严寒天气，在点火饼(8)即将燃尽、长焰缩短，可能降温熄火、来临危机之时，力挽狂澜，维持引火煤(10)上部的高温区火焰不过分缩短，等待长焰复生。秸秆炭格栅(11)，也可以与点火膏配合使用。
将点火饼(8)与秸秆炭格栅(11)合二为一，使用时更方便，作为本发明系列点火剂品种之一，已经研制成功，非常好用，请关注本发明人和申请人稍后的发明专利申请。但该品种生产时，只能单片热浇铸，纬度稍高地区，冬季生产，醇类挥发损失小，车间消防问题亦不大，是可行的。
点火饼(8)生产时，是浇铸为长柱形，冷却后一刀可同时切几十片，醇类挥发损失较小，消防压力也较小，非严寒天气，温热炉具炉灶点火，较多组合单元点火，可不加秸秆炭格栅(11)，使用4毫米薄片即可，点火成本不算高，也比较方便。
总之，点火剂这三个部分，消费者可根据具体情况和意愿，灵活使用。
1982年未选用昂贵的贝塔-环糊精包结乙醇，主要是因为它没有上述产生立体燃烧的点火效果，其次才是成本的考虑。当然，凝胶会因气温较大变化而析出少量液体醇，需密闭低温存储，是一个遗憾。
点火剂与引火煤(10)的二元设计，分开保存，有利于减轻消防压力，这非常重要。市售一根火柴就点燃的引火煤(下点火普通无烟煤球用的)属易燃品，大堆储存是非常危险的。本发明的引火煤(10)一根火柴或打火机不能轻易点燃，只属可燃品。而点火膏、饼虽属易燃品，但其体积与重量一般只是引火煤(10)的10-15％或更低，置于包装盒、箱内，容易安全存放。
一种点火膏、一种点火饼(8)和上置秸秆炭格栅(11)的配方与制作工艺，以及包装，请见五，具体实施方式(1)、(2)、(3)。
e，引火煤(10)这是点火膏、饼与下置煤(9)之间承上启下必须的重要结构煤块，主要靠它释放的热量形成煤堆顶部大燃烧室(7)高温区，并顺利、平稳地引燃下置煤，因此要求它在急速燃烧升温的过程当中，必首先须达到有秩序、充分、长焰形态燃烧，让红热层按设计速度下移，如此方能不冒黑烟、不逸出旧法燃烧烟煤时含特征臭味和二氧化硫强刺激味的气体。
为实现有秩序、充分、长焰形态燃烧，本发明在引火煤(10)和下置煤(9)煤制作方面利用的技术原理和采取的技术措施如下：
1，各燃料组分的着火点由低到高有一个合适的梯度，它们依次是生物质燃料、落地松香、工业废腊、失腊浇铸废腊废硬脂酸、废聚烯烃热熔挤塑颗粒、脱水褐煤、烟煤。
2，各组分按细度亦必须有一个合适的粒径分布，这就是从细到粗：烟煤，脱水褐煤，废聚烯烃热熔挤塑颗粒，生物质燃料颗粒。
3，每一个组分自身也有一个合理的粒径分布。烟煤30目筛全通过，自然包括纳米、微米、毫米级的粒径分布；脱水褐煤20目筛全通过，粒径分布与烟煤相似；废聚烯烃热熔挤塑颗粒小于2毫米，含有少量细颗粒；生物质燃料颗粒小于3毫米，自带大量细微粉末。
4，落地松香、失腊浇铸废蜡废硬脂酸、其它工业废腊，合理配用，采用KOH液中和其大分子有机酸形成乳化液后，加进生物质燃料颗粒适当熬煮的办法，主要被生物质燃料颗粒吸附，部分被煤粉吸附，由于高度分散、有秩序地高温燃烧，就有效避免了含稠环的大分子有机物燃烧时冒黑烟，同时大幅度减少致癌物3，4-苯骈芘产生。另外，经KOH碱液熬煮后的部分生物质燃料颗粒，与乳化松香和腊类粘结剂一样，已变为一种自产廉价煤粉有机粘结剂，这对降低灰分、提高配方热值是有利的。
5，配方必须有高挥发份特征，这是保持大部分时段长焰燃烧必须的。若将烟煤褐煤挥发份，加上其它几种大分子有机物全部重量都计为挥发份，则总挥发份应占40％-45％。
6，由生物质燃料颗粒首先燃烧、其它挥发份和纳米级碳素第次燃烧致使，红热煤层已有相当数量的微孔作为固定碳的微型煤气化反应发生炉兼煤气燃烧室，增加了气化燃烧份量，有利于增加长焰燃烧时段。燃气经过红热煤层通风孔(12、13)作为小燃烧室继续燃烧，再经大燃烧室(7)大体完成充分燃烧，最后在伴有二次进风的主火炬中补充燃烧，4级连续燃烧，是实现充分燃烧的又一保证条件。
以10厘米小直径柱形引火煤(10)为例，配料：干基200克/个，热量(5000-5300) ×4.1868千焦/公斤较合适，分为上下两层，两次加料，一次液压成型为宜。一种取暖用的配方、制作工艺和包装请见五，具体实施方式(4)。
f，下置煤(9)这是提供大部分发热量的主力煤块，成本低于点火剂和引火煤(10)。配料除了考虑能被引火煤(10)顺利引燃并能保持长焰燃烧以外，重点是配以低价/单位发热量、能就近采购的原料，如烟煤以外的焦面、褐煤、生物质燃料、废塑料、泥煤、煤化及石化行业低价料及废料，比较灵活。就养鸡场等企业取暖和烧炕铸铁炉取暖而言，因原有炉膛较大，可放置较多组合单元，所以对发热量要求不一定高，而是希望使用成本低，就可按(3800-4000)×4.1868千焦/公斤设计配方。要求火力大就设计到5000×4.1868千焦/公斤。
配方宜保持总挥发份30％以上，其中含适度的生物质燃料比例是有利的。另外，下置煤(9)成型压力较大，只加无机粘结剂，不需要烘干出厂，进炉之前，保有10-15％水分较好，可提高引火煤(10)和本身固定碳的气化率。一种配方和制作工艺请见五，具体实施方式(5)。
上述煤体自身的配方和工艺措施，结合混合低碳数醇类点火剂，配合上点火、往下燃、高温区在上、低温区在下的燃烧方式，再配合炉具炉芯、二次进风、聚火板结构，构成了有秩序、长焰燃烧的充分-必要条件，终于达到燃烧全程烟雾无存，清洁矣。
(3)本发明的有益效果是：①，由于从放置于专用炉具炉芯中的混合低碳数醇类点火剂、引火煤(10)、下置煤(9)纵向组合单元的顶部点火瞬间起，即开始零烟雾、有秩序的长焰燃烧，首先在煤堆顶部的大燃烧室(7)形成高温区；由于点火后能较快形成持续、较稳定的长焰燃烧，引火煤(10)表面的红热煤层辐射热加传导热大于冷空气上升带走的对流热，而得以较快速下移；由于对引火煤(10)配方组分和赋存状态的精心设计，因而在任一微分时段，都只有红热煤层下端的紧邻煤层达到次高温而微分式地逸出挥发份，进入红热通风孔开始燃烧，亦即有秩序、第次燃烧，燃气到达大燃烧室(7)后大体完成充分燃烧，最后在聚火板(6)中央主火炬获得二次进风补充而燃尽煤气，故此实现全程零烟雾燃烧，并且基于有秩序燃烧相同的机理，加之配方细颗粒和强碱性的联合作用，燃烧过程固硫率颇高，发热效率亦颇高，仅固氮率因炉膛600-900摄氏度高温区间内氧化氮与熟石灰和钾碱中和成硝酸钙、硝酸钾是一个可逆反应而有限，但尾气清洁程度已相似于天然气。
②，红热煤层内部的无数微孔内，相当数量的固定碳在添加的廉价颜料级三氧化二铁中纳米级微粒的催化作用下，与煤堆内分子内外水分产生水煤气化反应而气化，大幅度增加了长焰燃烧时段。因此，可不使用昂贵的二茂铁来催化烟煤燃烧。
③，由于本发明点火剂与引火煤(10)密切配合，已具有卓越的点火效果，因而彻底抛弃有毒、危险的氧化剂配方，即不使用硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、锰酸盐、高锰酸盐、二氧化锰、无机有机过氧化物、硝基化合物、硝化纤维……。本发明配方还严格拒用含重金属元素物质和其它有毒有害物质。
④，灰渣少，一般10％左右，结构松弛，几乎可自动落灰，这对工业炉具炉灶很重要；灰渣含钾钙镁铁硅硫和硝态氮等肥料元素，配合有机肥后，是酸性粘土改良剂。
⑤，由于易燃品点火饼(8)和可燃品引火煤(10)的二元设计，分开保存，减轻了消防压力。一根火柴或打火机直接点火，不易点燃引火煤(10)。
⑥，强有力的消烟机理，使得多种低质、含碳氢(及氧)的废弃固体物，只要不含重金属、氟、氯、溴、铍及较多氮、硫、不含其它有毒有害物质，都可融入本发明配方，较理想地作为清洁燃料消化之。
⑦，本发明产品，主要用于小型、部分中型炉具炉灶，取代散烧烟煤、燃烧生物质燃料、散乱焚烧废聚烯烃等塑料。由于发热效率和尾气清洁度已与天然气相似，建厂投资不大，原料成本低，用户炉具炉灶改造费用很低，产品按吨位计或按单位发热量价格计，都与广泛使用的无烟煤球相当或略低，故可按市场模式推广，减少甚至勿须财政补贴，加快解决这些当前尚感棘手的环保-能源问题。
四，附图说明
附图1是本发明产品以上点火、清洁方式燃烧煤炭等固体燃料点火成功最困难的小尺寸型煤和配套炉具立面剖视图为例，来解释其燃烧机理，附图1是主附图，也选作摘要附图；附图2是本发明核心技术之一、混合低碳数醇类点火饼(8)及可与之配套使用的秸秆炭格栅 (11)俯视图和A-A剖视图。
附图1和附图2当中，各图标名称如下：
1，炉壁2，炉芯 3，保温层 4，二次进风管 5，主进风口兼出灰口 6，聚火板 7，大燃烧室 8，点火饼 9，下置煤 10，引火煤 11，秸秆炭格栅 12，外圈通风孔 13，内圈通风孔14，秸秆炭格栅火苗横通道 15，铸铁炉篦。
五，具体实施方式
(1)点火膏配方如下：a，异丙醇46％，b，乙醇20％，c，乙二醇5％，d，油酸钙3％，e，油酸镁1％，f，硬脂酸钙3％，g，硬脂酸镁1％，h，水21％。
在0.5立方米的搪瓷夹套锚式搅拌反应釜内，放入a、b、c，开启搅拌器，低速，开启夹套蒸汽缓慢升温至60摄氏度，同时分次逐渐加入d，e，待完全溶解后，缓慢加入f，g，最后缓慢加入h。取样检测，成膏点46正负2摄氏度即合格，保持在55-60摄氏度注入200-500 克牙膏聚氯乙烯牙膏管中，螺旋盖封口，自然冷却至常微温后，10公斤瓦楞纸箱外包装入库。
因本点火膏属易燃品，故从车间、化验试验检测室和库房布局、建筑，车间设备和各种线路安装，人员培训等方面，全部按照消防规范严格执行，以下点火饼(8)，与此相同。
(2)点火饼(8) 配方如下：异丙醇46％，乙醇20％，乙二醇5％，水20％，硬脂酸钙5％，硬脂酸镁3％，熟石灰1％。
在生产点火膏相同的设备内，放入异丙醇、乙醇、乙二醇，开启搅拌器最低档，开启夹套蒸汽缓慢升温，同时分次加入硬脂酸钙，硬脂酸镁，釜内料温升至60摄氏度时，关小蒸汽，待料液几乎透明后，缓慢加入水，最后撒入补充硬化剂熟石灰，并允许温度升至70摄氏度。保持50-60摄氏度，开始浇铸料液入直径100毫米、高度150毫米的不锈钢模具内。模具芯杆布局和尺寸按本说明书附图2规定制备，芯杆和外圆套筒内壁每次浇铸皆必须喷上液体石蜡脱模剂，二者套装时，芯杆盘承接套筒圈和杆、盘缝隙，皆以肥皂密封较合适。浇铸完成后，往套筒外壁喷淋冷水，筒内料温降至35摄氏度以下后，卸去套筒，稳住杆盘，抽出芯杆，边抽边切点火饼薄片，也可完全抽出芯杆后，多刀片一次性切片。聚醋酸纤维(玻璃纸)薄膜袋单片封装。玻璃纸和聚氯乙烯是常见塑料薄膜中，透气性最小的两种。需注意浇铸放料管和管件，都必须良好保温，防止凝堵。
在此顺带说明：本发明专利申请，重点在于阐释烟煤等含高挥发份的固体燃料，能够零烟雾、高清洁度燃烧的技术原理和实现这些效果的技术手段。至于生产这些煤堆组分的机械设备，大多数都有定型产品可供厂家选择，仅个别设备、零部件如点火饼(8)浇铸模具等，需要厂家自行加工或委外加工，其技术难度不大，厂家一般有技术能力解决。
(3)，秸秆炭格栅(11)
向混料机内加入全过10目筛的秸秆或松木或杉木或麻杆完全碳化品100公斤，以及 15-20％浓度的2.8模以上钾水玻璃，数量以干基计为碳化品的6％，以及熟石灰粉3公斤，混匀后传送如模压机料斗，较大压力模压为本说明书附图2所示秸秆炭格栅(11)，置于通风良好简易库房式车间自然干燥后，分超薄塑料袋和瓦楞纸箱两级包装出厂。
(4)引火煤(10)兹以上述建议的直径100毫米，干基200克，发热量 (5000-5300)×4.1868千焦/公斤引火煤为例，其双层配方和制作工艺如下：
a，松木锯末20公斤(15公斤) b，花生壳粉5公斤(9公斤) c，落地松脂9公斤 (4.5公斤) d，失腊浇铸废蜡废硬脂酸9公斤(4.5公斤) e，氢氧化钾3.2公斤(1.6公斤) f，烟煤，6000×4.1868千焦/公斤，挥发份35％，60目全过18公斤，25目全过30公斤 (品住同前，25目全过，65.85公斤) g，熟石灰粉3.5公斤(5公斤)，j，颜料铁红0.3公斤0.35公斤) h，40％钾水玻璃5公斤(8公斤) i，水40公斤(35公斤)。括号内的数据是引火煤(10)下层料配方数据。
在一个使用本发明产品9个直径100毫米煤堆组合的小型企业烧开水用示范炉灶上方，安放有一个敞口平底带桨式搅拌器的铁锅，加入i，点火升温，开启最低速搅拌，加入e，和c，用手工选出c中的树枝、树叶、石子等杂物，加入d；待锅内温度接近沸点时，溶解、乳化作业应已完成。开启锅底侧边管口铺压有过滤铁丝网的放料管阀门，趁热过滤出乳化液，让其自流到带有蒸汽加热夹套的捏合锅，锅内已加入a，b，；放料毕，开启捏合及蒸汽至ab完全湿润，关闭捏合，保温15-20分钟；加入事先已在干混机内伴合均匀的f，g，j，h，捏合15-20分钟，直至物料完全混合均匀为止；推送捏合料到液压成型机1号料斗，此为引火煤(10)上部料。另一套相同的系统配备引火煤(10)下部料，推送到液压成型机2号料斗。开启液压成型机，趁热依次推放等量的1号和2号料进模筒，一次压缩成型，趁热传送进入大型低温大抽风干燥房，于60摄氏度下干燥引火煤(10)至水分小于10％，连轨道车一并移出到车间自然冷却工段，降温到35摄氏度以下时，每个引火煤(10)套装一个超薄聚乙烯塑料袋后装瓦楞纸箱入库。成型压力根据产品品种、规格，精心调节，保持适当酥松度，有利于点火阶段快速升温和固定碳煤气化反应，一味追求机械强度不合适。前述配方，已有足够粘接力，调节好成型压力，产品机械强度能适应物流非野蛮状态作业。
(5)下置煤(9)下置煤(9)上端高温区已形成，容易顺利接火，配方灵活性较大，但仍须注意其组分的合理赋存状态和粒径梯度分布，使长焰燃时间态尽可能延长；一些配方的重点，已转入廉价原料的使用，以较低单价供给乡村散居户取暖用。一种取暖用品配方和生产工艺要点如下：
秸秆碎粒10％，松木锯末10％，20％钾水玻璃8％，烟煤粉(5500×4.1868千焦/公斤，挥发份30％，硫2.5％一下均可)68％，熟石灰粉按当量计，采用3倍硫当量，颜料铁红0.5％，聚烯烃废料热挤塑碎粒5％，水5％。
将细度25目的烟煤粉，以及适度尺寸的秸秆碎粒粉末、松木锯末、聚烯烃热挤压碎粒，计量后投入混合器，经10分钟左右混合，再加入已经10倍重量煤粉、秸秆碎粒粉末和松木锯末事先初混的熟石灰粉和颜料铁红，继续混料几分钟，喷入粘接剂钾水玻璃液，再混料几分钟，移入液压成型机料斗，以较大压力成型、下线入库，任其自然干燥。进炉时含水分10-15％对固定碳煤气化反应很有利。

Claims (10)

1.一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，与现有中小型炉具炉灶散乱燃烧烟煤生物质燃料等高挥发性组分固体燃料方式相比，其特征是集成下述配套炉具炉灶和燃料组成、构造、制作工艺、点火使用这两方面众多技术措施，方得以实现相似于天然气的清洁高效燃烧效果：用保温-耐火材质炉芯(2)与相同材质聚火板(6)，以及二次进风管(4)，以低投入方式改造现有中小型炉具炉灶，仅个别换新；燃料型煤化，沿用蜂窝状通风孔；煤堆纵向从上往下依次由秸秆炭格栅(11)、混合低碳数醇类凝胶点火膏或点火饼(8)三部分可调配组合使用的点火层，引火煤(10)，下置煤(9)，构成一个待烧组合单元，根据使用需要可横向堆砌任意数目的组合单元；重启并改善上世纪80年代倾国之力研究过的“上点火蜂窝煤”上点火、往下燃之燃烧方式，炉芯内快速形成高温区在上、低温区在下的有秩序、长焰、充分、高固硫、高发热效率、点火瞬间起全程零烟雾排放之理想燃烧状态。
2.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：炉芯(2)和聚火板(6)因燃料固硫配方呈碱性而相应采用碱性材质，以避免高温下炉芯内壁粘接燃料灰渣；二者材质尽量少含可着色的过渡元素、高镁含量较好，可致二者呈浅色，另二者内表面应平整光滑，如此，有利反射光、热，加快提高大燃烧室(7)及炉芯(2)内膛高温；小型炉具炉灶点火最困难，至少引火煤(10)底部至大燃烧室(7)这上半段应采用该种保温性能好的炉芯(2)，而组合单元多的大炉具炉灶宜采用耐火性能好的炉芯(2)。
3.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：燃料型煤化，通风孔道、孔径和布局合理，具体指煤型不论作成圆柱形或方柱形，不论其几何尺寸大小，均采用圆形通风孔，通风孔总横切面积比现有市售无烟煤球(南方叫蜂窝煤)的，大10％或稍多，以适应固体燃料高挥发份快速燃烧较大耗氧量的需求；煤球中央部位几个通风孔(13)直径尚需格外加大，比周边通风孔(12)大2-3毫米，使聚火板(6)中心主孔大炬火焰束另行获得相似于炉芯(2)内周边二次进风孔的新鲜空气量；较大炉膛横向堆砌多个组合单元时，中央部位组合单元之间的距离，比周边单元大2-3毫米，以获得足够的新鲜空气量；炉具炉灶下部的主进风口兼出灰口(5)面积比煤球通风孔总面积与其周边间隙总面积之和，还应该大5-20％才合适，组合单元越高、越多，越靠近20％；作此3点增加供氧量的改进十分必要，如此可以不加鼓风，不加高烟囱，而保障充分燃烧。
4.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：煤堆结构和组合方式为，放入炉芯(2)待烧的每个组合单元从上往下依次为秸秆炭格栅(11)和点火饼(8)各一个、引火煤(10)一个、下置煤(9)1-3个，若使用点火膏，将在放入下置煤(9)和引火煤(10)后，于点火前临时挤于引火煤(10)顶部并立即点火；较大炉膛可横向任意堆砌多个组合单元，这自然需要与炉芯(2)、炉篦(15)、聚火板(6)尺寸配套；煤堆置入炉芯(2)后，盖上聚火板(6)，仍进燃着的几厘米长纸条，立即引燃点火剂，开始零烟雾、有秩序、长焰、充分燃烧，几分钟到十几分钟，可见引火煤(10)顶部红热煤层明显下移，清洁燃烧过程得以巩固。
5.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：本发明所指混合低碳数醇类包括的碳原子数为2-9个，绝对不使用甲醇，不限碳链结构异构，不限醇羟基官能团数目和伯仲叔属性，配方时主要考虑：闪点、燃点、熔点、挥发性有一个梯度，用其凝胶生产出的点火膏和点火饼(8)在点火引燃后的2-3分钟内，能够产生递次燃烧，延长相对成本较高之点火剂极其宝贵的长焰燃烧时间；单独使用乙醇凝胶点火饼，即本发明配方所指异丙醇和乙二醇连同其比例，都换为乙醇，也可引燃引火煤(这是本发明人1982年在四川成都市自费研制出的上点火蜂窝煤技术，1983年被成都市科委推荐到蒲江县乡镇企业局小规模生产成功试烧近一年，由本发明人首先命名为为“固体酒精”)，唯欠递次燃烧效果，使用成本略高，但仍请求权利保护；更为重要的技术秘密是，点火膏和点火饼(8)组分都同时具有亲水和亲油性能，这与引火煤(10)和秸秆炭格栅(11)性能一致，点火后凝胶很快就因受热而融化，一部分被上部秸秆炭格栅(11)和下部引火煤(10)的微孔同时吸附，很快出现立体燃烧、长焰燃烧的良好局面，对形成大燃烧室(7)高温区，十分有利；其凝胶产品彻底取代氧化剂点火，致引火煤(10)更加顺利、可靠、无烟雾状态燃起长焰，此乃本发明最主要的核心技术。
6.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：一种点火饼(8)的一种配方为——异丙醇46％，乙醇20％，乙二醇5％，水20％，硬脂酸钙5％，硬脂酸镁3％，熟石灰粉1％；其生产工艺要点为——向搪瓷夹套搅拌釜内加入计量的混合低碳数醇类，在开启夹套蒸汽加热的同时，逐步加入胶凝剂，注意配方设计时确定的安全溶解胶凝剂的适宜温度与物料胶凝温度差应大于20摄氏度、最好有30摄氏度，以利浇铸操作；待胶凝剂完全溶解后，加入硬化剂水和硬化剂熟石灰粉，取样测定胶凝温度，应高于40摄氏度；保持料温在安全溶解胶凝剂的适宜温度正负2摄氏度以内，开始浇铸料液入直径100毫米、高度150毫米的不锈钢模具内；模具芯杆布局和尺寸按本说明书附图2规定制备，芯杆和外圆套筒内壁每次浇铸皆必须喷上液体石蜡脱模剂，二者套装时，用肥皂密封芯杆盘承接套筒圆周和杆、盘缝隙；浇铸完成后，往套筒外壁喷淋冷水，筒内料温降至35摄氏度以下后，卸去套筒，稳住芯杆盘，抽出芯杆，边抽边切点火饼(8)薄片，也可完全抽出芯杆后，多刀片一次性切片，一般4-5毫米厚度即可适应非严寒季节、几个单元组合堆砌点火、另加秸秆炭格栅(11)辅助、温热炉具炉灶几种情况点火；选用常见两种透气性最小的塑料薄膜之一醋酸纤维(玻璃纸)薄膜袋单片封装，每10片再套装一聚乙烯超薄袋，再装5公斤瓦楞纸箱入库；需注意浇铸放料管和管件，必须良好保温，防止凝堵。
7.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：点火膏比较适合大尺寸如边长25厘米方柱型煤球、组合单元大于4个、温热炉膛连续使用的情况，有利于避开点火饼(8)太薄易碎裂的不便，另可降低使用成本；其一种配方和生产工艺要点为——异丙醇46％，b，乙醇20％，c，乙二醇5％，d，油酸钙3％，e，油酸镁1％，f，硬脂酸钙3％，g，硬脂酸镁1％，h，水21％；在0.5立方米的搪瓷夹套锚式搅拌反应釜内，放入a、b、c，开启搅拌器，低速，开启夹套蒸汽缓慢升温至60摄氏度，同时分次逐渐加入d、e，缓慢加入f、g，待完全溶解后，细流方式加入h。取样检测成膏点，以35-40摄氏度为宜，保持在此温度10摄氏度以上，注入200-500克牙膏聚氯乙烯牙膏管中，螺旋盖封口，稍事冷却，装入10公斤瓦楞纸箱外包装入库。
8.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：秸秆炭格栅(11)系专门设计供冬季北方乡村，尤其是边远、贫困乡村散居户小型炉具炉灶辅助点火，降低点火成本，提高点火可靠性的附加件；点火后，秸秆炭格栅(11)会很快吸附点火饼(8)融化的液体，燃红自己，成为引火煤(10)的保温层，遇严寒天气，在点火饼(8)即将燃尽、长焰缩短，可能降温熄火、来临危机之时，可力挽狂澜，维持引火煤(10)上部的高温区火焰不过分缩短，等待长焰复生，立汗马之功；一种配方和生产工艺要点如下：向混料机内加入全过10目筛的秸秆或松木或杉木或麻杆等完全碳化品100公斤，加入15-20％浓度、2.8模以上的钾水玻璃，数量以干基计为碳化品的3-5％，以及熟石灰粉3公斤，混匀后传送入模压机料斗，较大压力模压为本说明书附图2所示秸秆炭格栅(11)，置于通风良好简易库房式车间自然干燥后，按超薄塑料袋和瓦楞纸箱两级包装出厂。
9.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：引火煤(10)是点火膏、饼与下置煤(9)之间承上启下必须的重要结构煤块，它主要利用以下技术原理和技术措施，设计了各组分的较佳赋存状态，能以最低的成本代价，对固体燃料有秩序、长焰、充分、零烟雾、高固硫、高发热效率燃烧，作出最重要的贡献——①，各燃料组分的着火点由低到高有一个合适的梯度，它们依次是生物质燃料、落地松香、工业废腊、失腊浇铸废腊废硬脂酸、废聚烯烃热熔挤塑颗粒、脱水褐煤、烟煤；②，各组分按细度亦必须有一个合适的粒径分布，这就是从细到粗：烟煤，脱水褐煤，废聚烯烃热熔挤塑颗粒，生物质燃料颗粒；③，每一个组分自身也有一个合理的粒径分布，即烟煤30目筛全通过，自然包括纳米、微米、毫米级的粒径分布；脱水褐煤20目筛全通过，粒径分布与烟煤相似；废聚烯烃热熔挤塑颗粒小于2毫米，含有少量细颗粒；生物质燃料颗粒小于3毫米，自带大量细微粉末；④，落地松香、失腊浇铸废蜡废硬脂酸、其它工业废腊，合理配用，采用KOH液中和其大分子有机酸形成乳化液后，加进生物质燃料颗粒适当熬煮的办法，主要被生物质燃料颗粒吸附，部分被煤粉吸附，由于高度分散、有秩序地高温燃烧，就有效避免了含稠环的大分子有机物燃烧时冒黑烟，同时大幅度减少致癌物3，4-苯骈芘产生；另外，经KOH碱液熬煮后的部分生物质燃料颗粒，与乳化松香和腊类粘结剂一样，已变为一种自产廉价煤粉有机粘结剂，这对降低灰分、提高配方热值是有利的；⑤，配方必须有高挥发份特征，这是保持大部分时段长焰燃烧必须的。若将烟煤褐煤挥发份，加上其它几种大分子有机物全部重量都计为挥发份，则总挥发份应占40％-45％；⑥，由生物质燃料颗粒首先燃烧、其它挥发份和纳米级碳素第次燃烧致使，红热煤层已有相当数量的微孔作为固定碳的微型煤气化反应发生炉兼煤气燃烧室，增加了气化燃烧份量，有利于增加长焰燃烧时段。燃气经过红热煤层通风孔(12、13)作为小燃烧室继续燃烧，再经大燃烧室(7)大体完成充分燃烧，最后在伴有二次进风的主火炬中补充燃烧，4级连续燃烧，是实现充分燃烧的又一保证条件；⑦选择纳米级颗粒占10％以上的颜料铁红取代昂贵的二茂铁作烟煤燃烧催化剂；⑧，固硫剂熟石灰配料当量数取燃料总含硫量当量数的3-5倍，再加上钾，高固硫率方有保障，另因有部分钙将消耗于结合硅酸根成硅酸钙、延迟引火煤(10)灰渣塌陷堵塞通风孔，而不是固硫；一种取暖用的配方、制作工艺要点和包装如下：以10厘米小直径柱形引火煤(10)为例，配料以干基计200克/个，热量(5000-5300)×4.1868千焦/公斤较合适，分为上下两层，两次加料，一次液压成型：a，松木锯末20公斤(15公斤)b，花生壳粉5公斤(9公斤)c，落地松脂9公斤(4.5公斤)d，失腊浇铸废蜡废硬脂酸9公斤(4.5公斤)e，氢氧化钾3.2公斤(1.6公斤)f，烟煤6000×4.1868千焦/公斤、挥发份35％、60目全过，18公斤，25目全过30公斤(品位同前，25目全过，65.85公斤)g，熟石灰粉3.5公斤(5公斤)，j，颜料铁红0.3公斤(0.35公斤)h，40％浓度、2.8模以上钾水玻璃5公斤(8公斤)i，水40公斤(35公斤)，括号内的数据是引火煤(10)下层料配方数据；在一个敞口平底带桨式搅拌器的铁锅中，加入i、e、h，点火升温低速搅拌，加入c，用手工工具打捞出c夹带来的树枝、树皮、树叶、昆虫、部分石子等杂物，再加入d，待锅内温度接近沸点时，溶解、乳化作业应已完成；开启锅底侧边管口铺压有过滤铁丝网的放料管阀门，趁热过滤出乳化液，让其自流到带有蒸汽加热夹套的捏合锅，锅内已加入a、b；放料毕，开启捏合和蒸汽至a、b完全湿润，关闭捏合，保温15-20分钟；加入事先已在干混机内伴合均匀的f、g、j(g、j先行与10倍数量的f预混)，捏合15-20分钟，直至物料完全混合均匀为止；推送捏合料到液压成型机1号料斗，此为引火煤(10)上部料；另一套相同的系统配备引火煤(10)下部料，推送到液压成型机2号料斗；开启液压成型机，趁热依次推放等量的1号和2号料进模筒，一次压缩成型，趁热传送进入大型低温大抽风干燥房，于60摄氏度下干燥引火煤(10)至水分小于10％，连轨道车一并移出到车间，自然冷却工段，降温到35摄氏度以下时，每个引火煤(10)套装一个超薄聚乙烯塑料袋后装瓦楞纸箱入库；成型压力根据产品品种、规格精心调节，以机械强度能适应物流非野蛮态作业不易碎裂为准，保持适当酥松度，有利于点火阶段快速升温和固定碳煤气化反应，不一味追求过高机械强度。
10.根据权利要求1所述的一种烟煤褐煤生物质燃料聚烯烃等废塑料零烟雾燃烧技术，其特征是：下置煤(9)的上端高温区已形成，容易顺利接火，配方灵活性较大，但仍需注意组分的合理赋存状态和梯度原理，来保证良好的燃烧状态；一些配方的重点，宜转入廉价原料的使用，以利较低单价产品供给乡村散居户和小型微利企业取暖加热用；一种配方和生产工艺要点如下：发热量4000×4.1868千焦/公斤，挥发份40％——秸秆碎粒10％，松木锯末10％，20％钾水玻璃8％，烟煤粉(5500×4.1868千焦/公斤，挥发份30％，硫2.5％以下均可)68％，熟石灰粉按当量计，采用3倍硫当量，颜料铁红0.5％，聚烯烃废料热挤塑碎粒5％，水适量；将计量的细度25目的烟煤粉，秸秆碎粒粉末、松木锯末，20％浓度钾水玻璃，已用10倍重量烟煤粉、秸秆碎粒粉末和松木锯末事先初混的熟石灰粉和颜料铁红，以及聚烯烃热挤塑碎粒，加入混料器，混料几分钟，移入液压成型机料斗，以较大压力成型、下线入库，任其自然干燥。进炉时含水分10-15％对固定碳煤气化反应很有利。
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