CN114015489B - 一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，包括如下步骤：步骤1，制备草本生物质焦：将草本生物质研磨筛分后，放置在惰性气氛中热解得到草本生物质焦；步骤2，制备改性草本生物质焦：将步骤1中得到的草本生物质焦通过酸改性操作得到改性草本生物质焦；步骤3，将步骤2中得到的改性草本生物质焦与煤混合，使得改性草本生物质焦充分分散于煤中后进行燃烧，实现缓解煤燃烧沾污问题的目的。该方法通过将改性草本生物质焦与煤混合燃烧，有效的达到了减少燃煤锅炉炉膛受热面沾污的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电厂化工领域，具体为一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法。
背景技术
煤在燃烧过程中会产生大量飞灰，当飞灰与炉膛受热面碰撞时会黏附在炉膛受热面上进而形成沾污。炉膛受热面沾污的形成不仅会降低炉膛传热系数、降低锅炉热效率，还会引起烟道堵塞、炉膛爆管等更严重的后果。
研究表明，飞灰的碱金属盐在沾污的形成过程中扮演非常重要的角色，碱金属盐形成的飞灰颗粒粒径较小，粘性较强，其相较于大颗粒飞灰而言更易黏附在炉膛受热面上，继而捕获后续的大颗粒飞灰。目前锅炉主要采用吹灰装置来清除炉膛受热面上的沾污灰，但是由于部分煤种燃烧生成的飞灰存在粘性较强的特征，所以并不容易被吹灰装置清除，现有其他技术手段往往由于经济性、可行性等原因并没有大规模推广应用。
发明内容
针对现有技术中煤在燃烧时生成的飞灰粘性较强且不易被吹灰装置清除的问题，本发明提供一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，有效的达到了减少燃煤锅炉炉膛受热面沾污的目的。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，包括如下步骤：
步骤1，制备草本生物质焦：将草本生物质研磨筛分后，放置在惰性气氛中热解得到草本生物质焦；
步骤2，制备改性草本生物质焦：将步骤1中得到的草本生物质焦通过酸改性操作得到改性草本生物质焦；
步骤3，将步骤2中得到的改性草本生物质焦与煤混合，使得改性草本生物质焦充分分散于煤中后进行燃烧，实现缓解煤燃烧沾污问题的目的。
优选的，步骤1中，草本生物质研磨筛分后的粒径小于200μm。
优选的，步骤1中，惰性气氛为氮气气氛。
优选的，步骤1中，将草本生物质研磨筛分后在惰性气氛中进行快速热解。
进一步的，热解目标温度为500-800℃。
进一步的，快速热解的步骤如下：
步骤11，将研磨筛分后的草本生物质置于35-45℃干燥装置中干燥24h；
步骤12，将草本生物质置于刚玉瓷舟中并将装有草本生物质的刚玉瓷舟置于氮气气氛的反应器的室温区中；
步骤13，将反应器温度升至目标温度后，将刚玉瓷舟推至反应器的目标温度区，并在目标温度下保温10-30min；
步骤14，保温结束待反应器冷却至室温后，将刚玉瓷舟取出获得草本生物质焦。
优选的，步骤2中，酸改性操作步骤如下：
步骤21，将步骤1得到的草本生物质焦按照(5-20)g:200ml的比例与酸溶液混合，得到固液混合物；
步骤22，将步骤21中得到的固液混合物搅拌4-6h后置于过滤装置中过滤，滤网上得到固体；
步骤23，用去离子水冲洗滤网上的固体，将滤网上的固体烘干后获得改性草本生物质焦。
进一步的，步骤21中的，酸溶液的材料采用醋酸、柠檬酸、盐酸或硫酸。
进一步的，步骤21中的，酸溶液浓度为1-4mol/L。
优选的，步骤3中，改性草本生物质焦与煤的混合比例为(5-20)g:100g。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
生物质焦作为生物质热解生成的三态产物之一，通常作为活性炭使用，但是这类焦低位发热量与部分煤种相当，作为活性炭使用时，焦的热量没有被利用，本发明将其与煤混烧，在起到缓解煤燃烧沾污问题的同时，不仅不会对锅炉燃烧温度场造成明显影响，还充分利用了生物质焦的热量。
草本生物质焦中的硅铝基矿物在燃烧过程中可以与煤中的钠、钾等易气化元素形成的碱金属盐发生化学反应，从而减少煤燃烧过程中碱金属盐的形成，缓解炉膛受热面沾污问题，但是草本生物质焦原样反应性不高，且本身存在的易气化元素较多，这些易气化元素同样会在燃烧中释放，加速炉膛受热面沾污。酸处理不会使草本生物质焦的低位发热量明显下降，还可以去除草本生物质焦中的易气化元素，提高草本生物质焦的反应活性，增多反应位点。因此，改性草本生物质焦与煤混烧产生相同热量的同时，炉膛受热面沾污情况明显好转。
生物质是一种碳中性能源，对其加以利用可以有效推进“碳达峰，碳中和”的进程，同时混烧技术对于电厂现有设备的改造成本较低，改造周期较短，具有较强的推广前景。
附图说明
图1为本发明中改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面对本发明做进一步详细描述：
根据图1所示，本发明提供一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，有效的达到了减少燃煤锅炉炉膛受热面沾污的目的。
具体的，该方法包括如下步骤：
步骤1，制备草本生物质焦：将草本生物质研磨筛分后，放置在惰性气氛中热解得到草本生物质焦；
具体的，草本生物质研磨筛分后的粒径小于200μm。
具体的，惰性气氛为氮气气氛。
具体的，将草本生物质研磨筛分后在惰性气氛中进行快速热解。
其中，热解目标温度为500-800℃。
其中，快速热解的步骤如下：
步骤11，将研磨筛分后的草本生物质置于35-45℃干燥装置中干燥24h；
步骤12，将草本生物质置于刚玉瓷舟中并将装有草本生物质的刚玉瓷舟置于氮气气氛的反应器的室温区中；
步骤13，将反应器温度升至目标温度后，将刚玉瓷舟推至反应器的目标温度区，并在目标温度下保温10-30min；
步骤14，保温结束待反应器冷却至室温后，将刚玉瓷舟取出获得草本生物质焦。
步骤2，制备改性草本生物质焦：将步骤1中得到的草本生物质焦通过酸改性操作得到改性草本生物质焦；
具体的，步骤2中，酸改性操作步骤如下：
步骤21，将步骤1得到的草本生物质焦按照(5-20)g:200ml的比例与酸溶液混合，得到固液混合物；
步骤22，将步骤21中得到的固液混合物搅拌4-6h后置于过滤装置中过滤，滤网上得到固体；
步骤23，用去离子水冲洗滤网上的固体，将滤网上的固体烘干后获得改性草本生物质焦。
其中，步骤21中的，酸溶液的材料采用醋酸、柠檬酸、盐酸或硫酸。
其中，步骤21中的，酸溶液浓度为1-4mol/L。
步骤3，将步骤2中得到的改性草本生物质焦与煤混合，使得改性草本生物质焦充分分散于煤中后进行燃烧，实现缓解煤燃烧沾污问题的目的。
具体的，改性草本生物质焦与煤的混合比例为(5-20)g:100g。
实施例1
(1)将稻草研磨筛分至200μm以下；
(2)将筛分完成的稻草置于35℃的干燥装置中干燥24h；
(3)根据刚玉瓷舟大小，取适量稻草放入刚玉瓷舟中并将刚玉瓷舟置于充满氮气的反应器的室温区中；
(4)将反应器目标温度设定为500℃；待反应器温度升至500℃后，将刚玉瓷舟推至反应器的目标温度区，并在500℃下保温30min；
(5)保温结束待反应器冷却至室温后，将刚玉瓷舟取出获得稻草生物质焦；
(6)将稻草生物质焦与4mol/L的柠檬酸溶液按5g:200ml的比例混合获得固液混合物；
(7)将固液混合物搅拌4h后置于过滤装置中过滤；
(8)用去离子水冲洗滤网上的固体，将滤网上的固体烘干后获得改性稻草生物质焦；
(9)将改性稻草生物质焦与五彩湾煤按5g:100g的比例混合后经给粉器、燃烧器送入锅炉中进行燃烧，缓解煤燃烧沾污问题。
实施例2
(1)将麦草研磨筛分至200μm以下；
(2)将筛分完成的麦草置于40℃的干燥装置中干燥24h；
(3)根据刚玉瓷舟大小，取适量麦草放入刚玉瓷舟中并将刚玉瓷舟置于充满氮气的反应器的室温区中；
(4)将反应器目标温度设定为650℃；待反应器温度升至650℃后，将刚玉瓷舟推至反应器的目标温度区，并在650℃下保温20min；
(5)保温结束待反应器冷却至室温后，将刚玉瓷舟取出获得麦草生物质焦；
(6)将麦草生物质焦与2mol/L的醋酸溶液按10g:200ml的比例混合获得固液混合物；
(7)将固液混合物搅拌5h后置于过滤装置中过滤；
(8)用去离子水冲洗滤网上的固体，将滤网上的固体烘干后获得改性麦草生物质焦；
(9)将改性麦草生物质焦与天池煤按10g:100g的比例混合后经给粉器、燃烧器送入锅炉中进行燃烧，缓解煤燃烧沾污问题。
实施例3
(1)将玉米秆研磨筛分至200μm以下；
(2)将筛分完成的玉米秆置于45℃的干燥装置中干燥24h；
(3)根据刚玉瓷舟大小，取适量玉米秆放入刚玉瓷舟中并将刚玉瓷舟置于充满氮气的反应器的室温区中；
(4)将反应器目标温度设定为800℃；待反应器温度升至800℃后，将刚玉瓷舟推至反应器的目标温度区，并在800℃下保温10min；
(5)保温结束待反应器冷却至室温后，将刚玉瓷舟取出获得玉米秆生物质焦；
(6)将玉米秆生物质焦与1mol/L的盐酸溶液按20g:200ml的比例混合获得固液混合物；
(7)将固液混合物搅拌6h后置于过滤装置中过滤；
(8)用去离子水冲洗滤网上的固体，将滤网上的固体烘干后获得改性玉米秆生物质焦；
(9)将改性玉米秆生物质焦与万象湾煤按20g:100g的比例混合后经给粉器、燃烧器送入锅炉中进行燃烧，缓解煤燃烧沾污问题。
对比例1
将五彩湾煤、天池煤以及万象煤分别在与实施例1、2、3相同的燃烧条件下单独燃烧。
实验结果表明，在以热量基作为比较标准时，将改性草本生物质焦与煤混烧可以明显缓解炉膛受热面的沾污问题，对于不同实施例而言，沾污灰质量可以减少至少20％，这主要由于改性草本生物质焦与煤混烧时发生化学反应，从而减少了煤燃烧生成的碱金属盐的质量，同时改性草本生物质焦的热量与部分煤种相当，但改性草本生物质焦在燃烧过程中基本不会产生碱金属盐，基于以上两点原因，改性草本生物质焦与煤混烧可以在不影响锅炉温度场的情况下缓解煤燃烧的沾污问题。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备草本生物质焦：将草本生物质研磨筛分后，放置在惰性气氛中热解得到草本生物质焦；
将草本生物质研磨筛分后在惰性气氛中进行快速热解；
快速热解的步骤如下：
步骤11，将研磨筛分后的草本生物质置于35-45℃干燥装置中干燥24h；
步骤12，将草本生物质置于刚玉瓷舟中并将装有草本生物质的刚玉瓷舟置于氮气气氛的反应器的室温区中；
步骤13，将反应器温度升至目标温度后，将刚玉瓷舟推至反应器的目标温度区，并在目标温度下保温10-30min；
步骤14，保温结束待反应器冷却至室温后，将刚玉瓷舟取出获得草本生物质焦；
步骤2，制备改性草本生物质焦：将步骤1中得到的草本生物质焦通过酸改性操作得到改性草本生物质焦；
酸改性操作步骤如下：
步骤21，将步骤1得到的草本生物质焦按照(5-20)g:200ml的比例与酸溶液混合，得到固液混合物；
其中，酸溶液的材料采用醋酸、柠檬酸、盐酸或硫酸；
其中，酸溶液浓度为1-4mol/L；
步骤22，将步骤21中得到的固液混合物搅拌4-6h后置于过滤装置中过滤，滤网上得到固体；
步骤23，用去离子水冲洗滤网上的固体，将滤网上的固体烘干后获得改性草本生物质焦；
步骤3，将步骤2中得到的改性草本生物质焦与煤混合，使得改性草本生物质焦充分分散于煤中后进行燃烧，实现缓解煤燃烧沾污问题的目的。
2.根据权利要求1所述的一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，其特征在于，步骤1中，草本生物质研磨筛分后的粒径小于200μm。
3.根据权利要求1所述的一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，其特征在于，步骤1中，惰性气氛为氮气气氛。
4.根据权利要求1所述的一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，其特征在于，热解目标温度为500-800℃。
5.根据权利要求1所述的一种利用改性草本生物质焦缓解煤燃烧沾污问题的方法，其特征在于，步骤3中，改性草本生物质焦与煤的混合比例为(5-20)g:100g。
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