CN112760149A - 一种牛粪与煤混合制备的复合型煤及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牛粪与煤混合制备的复合型煤及其制备方法。所述复合型煤的制备方法包括如下步骤：将散煤与牛粪混合得到混合物；向所述混合物中加入添加剂和水，混合后经压缩成型即得到复合型煤；所述牛粪占所述散煤的质量的2％～10％，其中，所述牛粪的质量以其湿重计。本发明复合型煤有效利用了牛粪，并在保证复合型煤结构强度前提下，降低了膨润土等粘合剂的使用量，降低了型煤的生产成本，复合型煤着火更加容易，燃烧更加充分，型煤的强度更高，具有很好的市场前景。

Description

一种牛粪与煤混合制备的复合型煤及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种牛粪与煤混合制备的复合型煤及其制备方法，属于能源清洁利用领域。
背景技术
畜禽粪便是一种重要的生物质能源。我国畜禽养殖规模巨大，生猪的饲养量接近12亿头，禽类一年出栏130多亿只。畜禽规模化养殖为我国农村地区带来了可观的经济效益，推动了农村区域经济的发展，伴随的环境污染问题不可小觑。据估算，目前全国畜禽粪污产生量约38亿吨/年，已经成为中国农村面源污染的主要来源之一。
目前，我国对畜禽粪便的处理主要用于堆肥，在自然条件下进行发酵，此法简单易行。但是堆肥提高了土地利用成本，且堆肥周期长，易造成污染，粪肥的使用受当地条件制约，如土地状况、运输成本以及其他有机肥的使用。探索一种新的畜禽粪便处理方式对能源利用及污染控制具有积极意义。
目前，在型煤制作过程中，为了保证足够的结构强度，往往需要添加大量的添加剂，如淀粉、膨润土等，这无疑提高了型煤的制作成本，也在一定程度上提高了灰分，降低了热值。如何减少添加剂使用、降低制作成本，是型煤生产技术发展所需要面临的挑战。
在国家政策的引导下，电代煤、气代煤正在成为一种趋势。然而，在煤的开采过程中会产生大量的煤粉，煤粉需要经济合理的利用渠道。将沼渣与煤粉混合制备复合型煤可为沼渣资源化处理、煤粉的利用、减煤打开新思路。相比于散煤燃烧低效、高排的特点，型煤具有更优良的环境效益，其制作方法简单，燃烧效果良好，经济成本可承受，可广泛应用于中国农村地区。
发明内容
本发明的目的是提供一种牛粪与煤混合制备的复合型煤及其制备方法，本发明能有效利用牛粪，并在保证复合型煤结构强度前提下，降低了膨润土等粘合剂的使用量，降低了型煤的生产成本，复合型煤强度更高，着火更加容易，燃烧更加充分。
本发明所提供的复合型煤的制备方法，包括如下步骤：
将散煤与牛粪混合得到混合物；向所述混合物中加入添加剂和水，混合后经压缩成型即得到复合型煤。
上述的制备方法中，所述牛粪占所述散煤的质量的2％～10％，具体可为2％或10％，其中，所述牛粪的质量以其湿重计
所述牛粪可取自养牛场；
所述牛粪主要成分为未消化的粗纤维残留物，如秸秆中的纤维等。
上述的制备方法中，所述散煤的煤颗粒粒径为0～3mm，且不为零；
所述牛粪的纤维长度小于8mm。
上述的制备方法中，所述散煤与所述牛粪可分别粉碎后混合或混合后再进行粉碎。
本发明中，所述粉碎可采用的粉碎机可选用巩义市红旗机械厂的500型移动式粉煤机。
上述的制备方法中，所述牛粪的质量含水率为5％以下。
上述的制备方法中，所述散煤为烟煤、煤泥和兰炭，可取自内蒙古鄂尔多斯市，为方便粉碎，所述散煤粉碎之前的粒径为小于4cm。
上述的制备方法中，所述散煤为烟煤、煤泥和兰炭的混合煤；
所述烟煤、所述煤泥与所述兰炭的质量比为1：1～3：1～2。
上述的制备方法中，所述添加剂为膨润土和生石灰。
上述的制备方法中，所述散煤、所述膨润土、所述生石灰与所述水的质量比为100：5～10：3～8：8～12，如100：5：5：12；
所述水的添加量衡量标准为各组分混合后直至用手能够攥成团即可。
上述的制备方法中，所述混合物、所述添加剂和所述水混合均匀后再进行所述压缩成型，均匀混合的标准为直到混合物没有明显色差和团块为止。
上述的制备方法中，所述压缩成型的压力为1.2～2×105N；
如采用巩义市德裕机械设备销售有限公司生产的全封闭蜂窝煤机进行压缩成型。
本发明上述方法制备得到的复合型煤也属于本发明的保护范围。
由于牛粪量大且容易获取，吸水性较弱且具有一定的粘性，因此本发明选择的生物质为牛粪。该牛粪中包含部分牛床垫料，牛床垫料的主要成分是小麦秸秆。牛粪的添加量在湿重的条件下不宜超过10％，否则其成型结构强度会下降，不符合生产要求。
本发明复合型煤有效利用了牛粪，并在保证复合型煤结构强度前提下，降低了膨润土等粘合剂的使用量，降低了型煤的生产成本，复合型煤着火更加容易，燃烧更加充分，型煤的强度更高，具有很好的市场前景。
本发明具有以下优点：
1)使牛粪得到了充分的利用；
2)减少了型煤的生产成本；
3)提高了型煤强度；
4)减少了牛粪的堆放、运输及处理成本；
附图说明
图1是复合型煤中起粘合作用的添加剂膨润土的实物图。
图2是复合型煤中起固硫作用的添加剂生石灰的实物图。
图3是复合型煤中的加工原料散煤煤样的实物图，其中，图3(a)为内蒙古鄂尔多斯的兰炭，图3(b)为内蒙古鄂尔多斯市的烟煤，图3(c)为内蒙古鄂尔多斯市的煤泥。
图4是复合型煤的实物图，其中，图4(a)为本发明实施例1中制备得到的，图4(b)为对比例1制备得到的。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备复合型煤
1、牛粪获取
牛粪取自养牛场，该牛粪含有一定的牛床垫料，垫料的主要成分是玉米秸秆，所得牛粪需进一步烘干至质量百分含水率低于5％。
2、复合型煤制备
(1)散煤准备与混合
所取烟煤、煤泥和兰炭均取自内蒙古鄂尔多斯市，如图3所示，烟煤、煤泥和兰炭质量比为1:1:1。若煤块的粒径过大，进行适当预处理减小粒径至4cm以下；添加牛粪，占混合散煤质量的10％(以其湿重计，牛粪的质量含水率为5％)，充分混合后加入粉碎机进行粉碎。
(2)添加剂选择
分别添加5％膨润土(如图1所示)、5％生石灰(如图2所示)以及水12％，水的添加量衡量标准为直至用手能够攥成团即可，添加量的基准为干重下混合散煤的质量。
(3)燃料成型
将混合物在全封闭蜂窝煤机(巩义市德裕机械设备销售有限公司)中充分混匀，直到混合物没有明显色差和团块为止，而后压缩成型(成型压力为1.2×105N，生产率为60块/分)制成复合型煤，如图4(a)所示。
实施例2、制备复合型煤
1、牛粪获取
牛粪取自养牛场，该牛粪含有一定的牛床垫料，垫料的主要成分是玉米秸秆，所得牛粪需进一步烘干至质量百分含水率低于5％。
2、复合型煤制备
(1)散煤准备与混合
所取烟煤、煤泥和兰炭均取自内蒙古鄂尔多斯市，如图3所示，烟煤、煤泥和兰炭质量比为1:1:1。若煤块的粒径过大，进行适当预处理减小粒径至4cm以下；添加牛粪，占混合散煤质量的2％(以其湿重计，牛粪的质量含水率为5％)，充分混合后加入粉碎机进行粉碎。
(2)添加剂选择
分别添加5％膨润土(如图1所示)、5％生石灰(如图2所示)以及水12％，水的添加量衡量标准为直至用手能够攥成团即可，添加量的基准为干重下混合散煤的质量。
(3)燃料成型
将混合物在全封闭蜂窝煤机(巩义市德裕机械设备销售有限公司)中充分混匀，直到混合物没有明显色差和团块为止，而后压缩成型(成型压力为1.2×105N，生产率为60块/分)制成复合型煤。
对比例1、
(1)散煤准备与混合
选取烟煤、煤泥和兰炭质量比为1:1:1的混合煤。按照干重1:1:1计算湿重质量并称重混合，若煤块的粒径过大，进行适当预处理减小粒径至4cm以下，加入粉碎机进行粉碎。
(2)添加剂选择
分别添加12％膨润土、10％生石灰以及15％水，水的添加量衡量标准为直至用手能够攥成团即可，添加量的基准为干重下煤的质量。
(3)燃料成型
将混合物在全封闭蜂窝煤机(巩义市德裕机械设备销售有限公司)中充分混匀，直到混合物没有明显色差和团块为止，而后压缩成型(成型压力1.2×105N，生产率为60块/分)制成复合型煤，如图4(b)所示。
对实施例1、实施例2和对比例1制备的复合型煤在自然通风条件下进行燃烧试验，试验结果如下：
对比例1制备的复合型煤的CO排放为10.67g/MJ，实施例1制备的复合型煤的CO排放为4.38g/MJ，减排58.95％。实施例2制备的复合型煤的CO排放为8.33g/MJ，减排21.93％。
对比例1制备的复合型煤PM2.5排放为0.34mg/MJ，实施例1制备的复合型煤的PM2.5排放为0.11mg/MJ，减排67.65％。实施例2制备的复合型煤PM2.5排放为0.25mg/MJ，减排26.47％。
对比例1制备的复合型煤的冷压强度为701N/个，实施例1制备的复合型煤的冷压强度为953N/个，强度提高35.95％。实施例2制备的复合型煤的冷压强度为798N/个，强度提高13.84％
对比例2、制备复合型煤
1、牛粪获取
牛粪取自养牛场，该牛粪含有一定的牛床垫料，垫料的主要成分是玉米秸秆，所得牛粪需进一步烘干至质量百分含水率低于5％。
2、复合型煤制备
(1)散煤准备与混合
所取烟煤、煤泥和兰炭均取自内蒙古鄂尔多斯市，如图3所示，烟煤、煤泥和兰炭质量比为1:1:1。若煤块的粒径过大，进行适当预处理减小粒径至4cm以下；添加牛粪，占混合散煤质量的12％(以其湿重计，牛粪的质量含水率为5％)，充分混合后加入粉碎机进行粉碎。
(2)添加剂选择
分别添加5％膨润土(如图1所示)、5％生石灰(如图2所示)以及水12％，水的添加量衡量标准为直至用手能够攥成团即可，添加量的基准为干重下混合散煤的质量。
(3)燃料成型
将混合物在全封闭蜂窝煤机(巩义市德裕机械设备销售有限公司)中充分混匀，直到混合物没有明显色差和团块为止，而后压缩成型(成型压力为1.2×105N，生产率为60块/分)制成复合型煤。
对实施例1、实施例2和对比例2制备的复合型煤冷压强度测试，结果如下：
实施例1制备的复合型煤的冷压强度为953N/个，实施例2制备的复合型煤的冷压强度为798N/个。对比例2制备的复合型煤的冷压强度为547N/个，较实施例1冷压强度降低42.6％，较实施例2冷压强度降低31.45％，且实际生产的牛粪含量为12％的复合型煤表面有明显裂痕，不符合型煤的生产要求。

Claims (10)

1.一种复合型煤的制备方法，包括如下步骤：
将散煤与牛粪混合得到混合物；向所述混合物中加入添加剂和水，混合后经压缩成型即得到复合型煤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述牛粪占所述散煤的质量的2％～10％，其中，所述牛粪的质量以其湿重计。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述散煤的煤颗粒粒径为0～3mm，且不为零；
所述牛粪的纤维长度小于8mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述牛粪的质量含水率为5％以下。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述散煤为烟煤、煤泥和兰炭中至少一种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述散煤为烟煤、煤泥和兰炭的混合煤；
所述烟煤、所述煤泥与所述兰炭的质量比为1：1～3：1～2。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述添加剂为膨润土和生石灰。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述散煤、所述膨润土、所述生石灰与所述水的质量比为100：5～10：3～8：8～12，其中，所述散煤的质量以其干重计。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述压缩成型的压力为1.2～2×105N。
10.权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的复合型煤。
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