CN115595188A - 一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体及其生产方法，该能量体含有以下重量百分比的组分：粒径为500μm‑600μm的煤矸石粉末20wt%‑35wt%，有机粘合剂15wt%‑20wt%，粒径不大于1mm的生物质燃料45wt%‑65wt%，且上述组分的重量百分比之和等于100%。生产时，将煤矸石粉末、生物质燃料和有机粘合剂均匀搅拌获得能量体制备料，随后将获得能量体制备料制成所需的形状即可。本发明的能量体的原料来源容易，易于加工与生产；能量体的热值高，易于燃烧且排放的污染物少，适合于安全储存与运输；能量体可以用于大型燃烧炉或小型的生物质颗粒燃烧机，燃烧物能够作为农作物生产时土地的填料。

Description

一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体及其生产方法
技术领域
本发明涉及能源技术领域，具体地说是一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体及其生产方法。
背景技术
能源与环境是人类赖以生存和发展的基本条件，我国是世界上以煤炭为主的能源消费国 [You C F,Xu X C.Coal combustion and its pollution control inChina.Energy,2010,35, 4467-4472]，煤炭消费量占一次能源消费总量的70％左右，煤炭在可预见的未来仍然是我国能源的主力[Statistical review of world energy.2003-2012]。煤炭开采、洗选和加工过程中会产生大量的固体废弃物煤矸石，其产生量占到煤炭产量的10-15％[Liu H,Liu Z.Recycling utilization patterns of coal mining wastein China.Resources Conservation and Recycling,2010,54, 1331-1340]，是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，占工业固体废弃物排放量的40％以上。目前我国煤矸石已累计堆存50亿吨，占地约1.5万公顷，且总量仍以3.0～3.5亿吨/年的速度持续增加。大量堆存的煤矸石经风化和降水的淋溶作用，形成酸性水并离解出有毒有害元素渗入地下，造成土壤和水体的污染，自燃煤矸石产生大量有害气体如SO2、H2S及苯并芘等，造成严重的大气污染[Querol X,Izquierdo M,Monfort E,Alvarez E,Font O,Moreno T, Alastuey A,Zhuang X,Lu W,Wang Y.Environmental characterization of burnt coal ganguebanks at Yangquan,Shanxi Province,China.International Journal of CoalGeology,2008,75,93-104； Zhou B,Shao M,Wen M,Wang Q,Horton R.Effects of coalgangue content on water movement and solute transport in a China LoessPlateau soil.CLEAN-Soil,Air,Water,2010,38,1031-1038]。因此合理利用煤矸石是燃煤发电领域的一个紧迫而重要的课题。煤矸石具有废渣与资源双重属性[郭彦霞,张圆圆,程芳琴.煤矸石综合利用的产业化及其展望.化工学报,2014,7, 2443-2453]，从能源利用的角度而言，煤矸石是一种低热值燃料，据估计1吨煤矸石的热值相当于0.285吨的煤。2010年共产生低热值煤0.83亿吨，其中煤矸石(>1200 kcal/kg)0.40亿吨。
我国从上世纪七十年代末八十年代初开始利用煤矸石进行燃烧发电，目前电厂主要利用的是热值在800-1992kcal/kg的煤矸石[王国平,孙传敏.煤矸石资源化的主要途径,中国矿业,2004,3,40]。近几年，我国每年至少有1.4亿吨煤矸石被用于发电，绝大部分都是通过循环流化床燃烧技术实现的，其效果相当于每年节约3800万吨标准煤。但当前煤矸石发电仍然面临着诸多挑战：一方面是经济效益不高，部分煤矸石电厂甚至还处于亏损状态；另一方面是煤矸石发电会产生大量的粉煤灰需要处理，其产量大约是普通火电厂的2～3倍，给煤矸石电厂带来了巨大的环保压力。据调查，我国煤矸石主要是用在铺路、回填及生产建筑材料等方面，但由于设备磨损等原因，利用率较低。
煤矸石主要由C、H、O、N、S等元素和无机矿物共同组成，煤矸石的燃烧过程，实质上是这些元素发生剧烈氧化反应的过程[王俊宏.中国西部弱还原性煤热化学转化特性基础研究，博士学位论文，太原:太原理工大学,2010]，该过程主要包括干燥脱水、热解脱挥发分和焦炭燃烧三个步骤，其中热解过程是大多数碳质燃料热转化过程的初级阶段，在碳质燃料的后续转化(燃烧、气化、液化、碳化)中占有重要地位[Frau C,Ferrara F,Orsini A,Pettinau A. Characterization of several kinds of coal and biomass forpyrolysis and gasification.Fuel,2015,152, 138-145；Zhang S F,Zhu F,Bai C G,WenL Y,Zou C.Thermal behavior and kinetics of the pyrolysis of the coal used inthe COREX process.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,2013, 104,660-666]。
Figure BDA0003902490870000021
表1全国7个主要产煤区的煤矸石的成分分析与元素分析
我国7个主要产煤区的煤矸石的成分分析与元素分析如表1所示。
从表1中[Yuanyuan Zhang,The Study of Combustion Characteristic andInfluence Mechanism of Coal Gangue,Thesis for Doctor’s degree,ShanxiUniversity,2016]不难发现，全国7个主要产煤区的煤矸石中，普遍灰分占比高，挥发成分不高，N、S含量高，低位热值低。其中内蒙产的煤矸石相对其他煤矸石品质最好，其挥发成分相对最多，高达28.22％，灰分相对最低 40.74％，低位热值相对最高14.98％，但硫的含量比较高。山西吕梁产的煤矸石中的挥发成分低11.29％，灰分相对最高为77％，低位热值相对最低4.00MJ/kg,该地区的煤矸石属于相对品质最差的。山西晋中的煤矸石品质和山西吕梁产的煤矸石很类似，不仅挥发成分低、灰分高、低位热值低，而且S的含量高达4.29％，该地区的煤矸石不仅难于燃烧而且会产生重度污染。
活化能E是煤矸石燃烧反应发生必须克服的能垒，通常情况下反应的活化能越大，对反应越不利。有研究指出煤的活化能约为27.2-76.2kJ/mol[Kok M V.Simultaneousthermogravimetry-calorimetry study on the combustion of coal samples:Effectof heating rate. Energy Conversion and Management.2012,53,40-44]。煤矸石燃烧的活化能分布广泛,有文献报道为120-170kJ/mol[Meng F R,Yu J L,Tahmasebi A,Han YN.Pyrolysis and combustion behavior of coal gangue in O2/CO2 and O2/N2mixtures using thermogravimetric analysis and a drop tube furnace.Energy andFuels,2013,27,2923-2932]，另有文献报道煤矸石燃烧的活化能从 117kJ/mol到300kJ/mol[Yuanyuan ZhangThe Study of Combustion Characteristic and InfluenceMechanism of Coal Gangue,Thesis for Doctor’s degree,Shanxi University,2016]。由此可知，煤矸石的活化能比煤高，这表明煤矸石的燃烧反应比煤更加困难，主要原因就是高灰分对煤矸石燃烧性能的影响。煤矸石的着火性能可以通过着火指数Di来进行评价，更高的着火指数对应更低的着火温度。着火指数不仅与着火温度有关，还与灰分含量有关，因为高灰分会在一定程度上影响氧气的扩散与热传递[Wang H M,You C F.Experimentalinvestigation into the spontaneous ignition behavior of upgraded coalproducts.Energy and Fuels,2014,28,2267-2271]。 C.Oner和Sehmus Altun的实验结果表明高灰分会抑制煤矸石的燃烧，导致其燃烧性能的下降，同时在燃烧过程中覆盖在煤矸石表面的灰层的厚度会逐渐增加,这也会增加氧气扩散的阻力[Oner C,Altun S.Improvedcombustion of asphaltite coals in a rotating head combustor with various airsupply arrangements.Energy and Fuels,2014,28,2971-2976]。煤矸石低热值(LHV 5-10MJ/kg)、高灰分的特点，导致其在燃烧过程中存在着火难、燃尽性差、燃烧火焰不稳定等问题[Yu J L,Meng F R,Li X C,Tahmasebi A.Power generation from coal gangue inChina: Current status and development.Advanced Materials Research,2012,550-553,443-446]，从而限制了煤矸石综合利用的能力。此外，随着煤矸石灰分含量的增加，锅炉的热效率会降低，尾气中的粉尘浓度也会增加，据预测，每增加1％的灰分含量，锅炉热效率会降低0.7-0.9％[Yu J L, Meng F R,Li X C,Tahmasebi A.Power generation fromcoal gangue in China:Current status and development.Advanced MaterialsResearch,2012,550-553,443-446]，这在一定程度上增加了锅炉的燃料消耗。
因此，如何提高煤矸石的着火和燃尽性能、以扩大煤矸石的用途就是目前科研人员研究的难点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有利用煤矸石技术的缺点与不足，提供一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体及其生产方法，该能量体以煤矸石作为基本原料、配合生物质燃料和有机粘结剂，能够让成分中的煤矸石充分燃烧，且制备工艺简单、成本低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：该能量体含有以下重量百分比的组分：粒径为500μm-600μm的煤矸石粉末20wt％-35wt％，有机粘合剂15wt％-20wt％，粒径不大于1mm的生物质燃料45wt％-65wt％，且上述组分的重量百分比之和等于100％。
所述有机粘合剂的氮含量为0.0004wt％-0.0006wt％、硫含量在0.0002wt％-0.0008wt％，该有机粘合剂的高位发热量为40.54MJ/kg-43.68MJ/kg、低位发热量为35.63MJ/kg-37.85MJ/kg、十六烷值为46-51。
所述的有机粘合剂采用植物油混合而成。
所述的植物油为麻风果油与菜籽油、大豆油、花生油、蓖麻油、葵花籽油、橄榄油、亚麻仁油、核桃油、南瓜籽油中的三种以上的混合物。
所述的有机粘合剂含有以下体积比的组分：1.0-2.5的菜籽油、1.0-4.0的大豆油、1.5-3.7 的花生油、41-84.3的麻风果油和2.5-5.5的蓖麻油。
所述的有机粘合剂含有以下体积比的组分：1.0-2.5的菜籽油、1.0-4.0的大豆油、1.5-3.7 的花生油、2.5-5.5的葵花籽油和41-84.3的麻风果油。
所述的有机粘合剂含有以下体积比的组分：1.0-2.5的葵花油、1.0-2.0的橄榄油、1.5-3.7 的亚麻仁油、1.0-3.0的核桃油、2.5-5.5的南瓜籽油、41-83.3的麻风果油。
所述的生物质燃料选用龙眼枝、荔枝条、大豆秸秆、松木屑、花生壳、玉米棒、灌木中的一种或多种的混合物；所述生物质燃料的水分为5％-8％。
一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体的生产方法，其特征在于：该生产方法的步骤为：
A、原料准备：将选定的煤矸石经粗破、细磨、筛分得到粒径为500μm-600μm的粉末，烘干后获得煤矸石粉末、密封保存；配置有机粘合剂；将选定的生物质原料粉碎、烘干后得到粒径不大于1mm、水分为5％-8％的生物质燃料；
B、混合搅拌：按比例混合煤矸石粉末20wt％-35wt％、有机粘合剂15wt％-20wt％、生物质燃料45wt％-65wt％，并搅拌均匀获得能量体制备料；
C、能量体成型：将能量体制备料放入冷压成型机中冷压成能量块或能量球、或放入制粒机中制出能量颗粒；制备出来的能量体的活化能为45kJ/mol-75kJ/mol。
所述步骤A中的煤矸石粉末制备的详细步骤为：将选定的煤矸石经颚式破碎机粗破、行星式球磨机细磨、通过标准筛筛分得到粒径为500μm-600μm的粉末，然后将该粉末置于80℃的烘箱中干燥24h获得煤矸石粉末,随后储存在密封罐内密封待用；所述步骤B中的混合搅拌的具体过程为：按比例将20wt％-35wt％的煤矸石粉末和45wt％-65wt％的生物质燃料投入搅拌机充分搅拌均匀，在搅拌机搅拌的过程中添加15wt％-20wt％的有机粘合剂；所述步骤C中的冷压成型机的成型压力为10MPa-50MPa。
该能量体采用生物质燃料的机理在于：
与煤矸石的低挥发分、高灰分、难燃烧相比，生物质具有高挥发分、低灰分、低氮、低硫含量的特点，将两者进行混烧既为煤矸石和生物质的综合利用提供了新途径，又可降低燃烧后硫氧化物和氮氧化物的排放，同时生物质“碳中性”的特点，也有利于燃烧后二氧化碳的减排。Haiming Wang和Changfu You的相关分析的结果也表明挥发成分在煤矸石的燃烧过程中起着非常重要的作用，高挥发成分的煤矸石的快速着火可以增加颗粒的温度，并提前引燃固定碳[Wang H M,You C F.Experimental investigation into thespontaneous ignition behavior of upgraded coal products.Energy and Fuels,2014,28,2267-2271]，所以将煤矸石与含高挥发性物质的共燃将对煤矸石的燃烧有很大的帮助。陈移峰[陈移峰,生物质与煤矸石混合热解与燃烧特性实验研究,硕士学位论文,重庆大学,2007]在研究玉米秸秆、糠壳、锯木屑与煤矸石的混烧时，发现玉米秸秆和糠壳与上述研究相同，有两个明显的失重过程，分别对应挥发分的着火及燃烧和固定碳的燃烧，但锯木屑却只有一个明显的失重过程，分析认为是挥发分燃烧和固定碳燃烧过程接近所致，当这些生物质与煤矸石混烧时，不仅能提高煤矸石的着火和燃尽性能，还能改善煤矸石燃烧放热的分布状况。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的能量体的原料来源容易，易于加工与生产；因为生物质燃料和天然有机粘结剂加在一起占了约3/4的原料比例，它们在燃烧后形成的灰分中通常包含Si、K、Na、Ca、Mg、 Fe和少量的Al，其中大部分农业生物质和部分林业生物质中K、Na等碱金属元素以及碱土金属元素Ca、Mg等的含量远远高于煤中的含量，这些灰分和煤矸石燃烧后形成的灰分一道将是农作物生产时土地的很好填料，大大地拓展了煤矸石粉仅仅用在铺路、回填及生产建筑材料的用途。
本发明的能量体的热值高，易于燃烧，且排放的污染物少；由于能量体的闪点高，不属于危险品，故能量体制成的能量块或能量颗粒具有较好的安全性能，适合于安全储存与运输；能量体制成的能量块或能量颗粒既可以用在大型发电厂、锅炉厂、冶金厂、供热厂或者用在小型社区，也可以用于大型燃烧炉或小型的生物质颗粒燃烧机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体，该能量体含有以下重量百分比的组分：粒径为 500μm-600μm的煤矸石粉末20wt％-35wt％，有机粘合剂15wt％-20wt％，粒径不大于1mm的生物质燃料45wt％-65wt％，且上述组分的重量百分比之和等于100％。
本发明中采用的有机粘合剂是种纯天然无污染的粘合剂，该有机粘合剂采用植物油混合而成；选用的植物油有麻风果油、菜籽油、大豆油、花生油、蓖麻油、葵花籽油、橄榄油、亚麻仁油、核桃油、南瓜籽油，其中麻风果油为必选，且麻风果油在有机粘合剂中的体积占比不低于70％；上述植物油的混合物构成的有机粘合剂的混合原则为：混合物中沸点较低的脂肪酸含量高、混合物粘度大、混合物中的氮硫含量低(氮含量为0.0004wt％-0.0006wt％、硫含量在0.0002wt％-0.0008wt％)、十六烷值高。
如一种有机粘合剂的配方为：采用菜籽油、大豆油、花生油、麻风果油和蓖麻油混合而成，上述植物油体积混合的比例为(1.0-2.5:1.0-4.0:1.5-3.7:41-84.3:2.5-5.5)；或该有机粘合剂采用菜籽油、大豆油、花生油、葵花籽油、麻风果油混合而成，上述植物油体积混合的比例为 (1.0-2.5:1.0-4.0:1.5-3.7:2.5-5.5:41-84.3)；或该有机粘合剂采用葵花油、橄榄油、亚麻仁油、核桃油、南瓜籽油、麻风果油混合而成，上述植物油体积混合的比例为 (1.0-2.5:1.0-2.0:1.5-3.7:1.0-3.0:2.5-5.5:41-83.3)。本发明中采用的有机粘合剂中的脂肪酸含量及其性质分别如表2和表3所示。
表2经测定本发明中使用的有机粘合剂的脂肪酸的含量
脂肪酸 速记法名称 含量wt％
肉豆蔻酸 14:0 0-0.1
棕榈酸 16:0 14.1-15.3
硬脂酸 18:0 3.7-9.8
花生酸 20:0 0-0.3
山嵛酸 22:0 0-0.2
棕榈油酸 16:1 0-1.3
油酸 18:1 34.3-49.4
亚油酸(十八碳二烯酸) 18:2 26.2-44.2
亚油酸(十八碳三烯酸) 18:3 0-0.3
表3经测定本发明中使用的有机粘合剂的性质
Figure BDA0003902490870000061
Figure BDA0003902490870000071
由表2可以看出，该有机粘合剂中的主要成分是油酸、亚油酸(十八碳二烯酸)和棕榈酸等沸点较低的脂肪酸，故而燃料挥发性能较好，有利于扩散燃烧。从表3中所列出的有机粘合剂的特性中不难发现，该物质在略高于常温或50℃的情况下，粘度高达23.34mm2/s，非常易于粘合煤矸石粉和生物燃料粉。该有机粘合剂的最高燃点在415℃，证明了该物在常温下的储藏很稳定安全，低挥发性，高温下不易变质，不易燃烧。另外，该混合物质的氮含量为 0.0004wt％-0.0006wt％、硫含量在0.0002wt％-0.0008wt％，可见该有机粘合剂本身也是种绿色燃料，它燃烧后的SO2和硫化物、NOx排放量将至少比柴油少10倍以上。此外，该有机粘合剂的高位发热量为40.54MJ/kg-43.68MJ/kg，低位发热量为35.63MJ/kg-37.85MJ/kg，十六烷值 46-51等也证明它同时也是种很好的燃料。
生物质燃料和煤相比，虽然其主要可燃部分均为有机碳氢化合物组成，但其密度小、灰分低、挥发分高、含水量高的特点，致使生物成型燃料与煤相比，在其成分组成上有较大差异，导致其物理和化学特性也不同，从而决定了煤的品质特性检验标准不能完全适用于生物质燃料特性分析标准。一种煤矸石和和本发明采用的各种生物质燃料的性质比较如表4所示。
表4一种煤矸石和本发明采用的各种生物质燃料的性质
Figure BDA0003902490870000072
从表4中[1.Zhou C C,Liu G J,Fang T,Lam P K S.Investigation on thermaland trace element characteristics during co-combustion biomass with coalgangue.Bioresource Technology, 2015,175,454-462；2.Zhou C C,Liu G J,Cheng S W,Fang T,Lam P K S.Thermochemical and trace element behavior of coal gangue,agricultural biomass and their blends during co-combustion. BioresourceTechnology,2014,166,243-251；3.蒲舸,张力,王炯.生物质与煤矸石混烧特性实验研究.工程热物理学报,2009,2,333-335；4.田红，廖正祝，农业生物质燃烧特性及燃烧动力学，农业工程学报，第29卷第10期，2013年5月]可以看出煤矸石中的挥发成分很少，占比仅18.4％，且灰分高达57.5％。在诸多的生物质原料中，首先要考虑的是挥发成分的占比，挥发成分占比越高越好；其次要考虑灰分的占比，灰分越低越好。经过筛选，表格中所列举的生物质原料的挥发成分均接近或大约70％，远远大于煤矸石中的挥发成分、而且灰分也远少于煤矸石所含的灰分。在本发明中，作为能量体添加的生物质燃料成分是选择其中的一种或者上述几种生物质的混合物。首选挥发成分最高的龙眼枝，它含有很高的占比的挥发成分与很低的灰分；次优选为荔枝条；再次优选是大豆秸秆、松木屑、花生壳、玉米棒、灌木、龙眼枝、荔枝条的混合物；最次选是大豆秸秆、松木屑、花生壳、玉米棒、灌木中的一种。
一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体的生产方法，该生产方法的步骤为：A、原料准备：将选定的煤矸石经颚式破碎机粗破、行星式球磨机细磨、通过标准筛筛分得到粒径为 500μm-600μm的粉末，然后将该粉末置于80℃的烘箱中干燥24h获得煤矸石粉末,随后储存在密封罐内密封待用；配置有机粘合剂(采用植物油)；将选定的生物质原料粉碎、烘干后得到粒径不大于1mm、水分为5％-8％的生物质燃料；B、混合搅拌：按比例将20wt％-35wt％的煤矸石粉末和45wt％-65wt％的生物质燃料投入搅拌机充分搅拌均匀，在搅拌机搅拌的过程中添加15wt％-20wt％的有机粘合剂；按比例混合煤矸石粉末20wt％-35wt％、有机粘合剂、生物质燃料45wt％-65wt％，并搅拌均匀获得能量体制备料；C、能量体成型：将能量体制备料放入成型压力为10MPa-50MPa的冷压成型机中冷压成能量块或能量球、或放入制粒机中制出能量颗粒；制备出来的能量体的活化能为45kJ/mol-75kJ/mol。
另外需要说明的是，本发明的能量体制备时选用的煤矸石粉末的含水量不高于5％。
下面通过表5所示不同燃料的活化能的比较来进一步说明本发明提供的能量体的优越性。
表5不同燃料的活化能比较
样品 活化能(kJ/mol)
煤矸石<sup>1</sup> 117～300
本发明中能选用的生物质<sup>2</sup> 30～60
本发明中的有机粘合剂 25.7～38.1
本发明中的能量体(块状/颗粒状等) 45～75
表5比较了不同燃料的活化能[1.Yuanyuan ZhangThe Study of CombustionCharacteristic and Influence Mechanism of Coal Gangue,Thesis for Doctor’sdegree,Shanxi University,2016；2. 田红，廖正祝，农业生物质燃烧特性及燃烧动力学，农业工程学报，第29卷第10期，2013 年5月]。利用Coats-Redfern积分法进一步对本发明提供的煤矸石和农业生物质及有机粘合剂混合形成的混合燃料(块状或颗粒状的能量体)做了动力学分析，发现本发明提供的混合燃料的活化能随生物质燃料及有机粘合剂比例的增大而减小。本发明中的能量体的活化能为 45kJ/mol-75kJ/mol，非常易于燃烧；其中的所含的煤矸石煤粉的着火点和燃尽温度均降低，综合燃烧特性指数大幅提高。
如一种作为实施例使用的有机粘合剂，由菜籽油、大豆油、花生油、麻风果油和蓖麻油按照1:4:1.5:41:2.5的体积比混合配置而成。该有机粘合剂是种纯天然无污染的粘合剂。在略高于常温或50℃的情况下，粘度高达23.34mm2/s，易于粘合煤矸石粉末和生物质粉末。该有机粘合剂的成分天然、安全、稳定、不易燃烧，该有机粘合剂同时也是种很好的燃料，燃烧后排出极少量的NOx和硫化物。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明提供的煤矸石与生物质燃料混合型能量体及其生产方法。
实施例一
一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其配方为：含山西大同产煤矸石20份，发热量在1635kcal/kg左右，其灰分为70.84％；有机粘合剂20份；龙眼枝制成的生物质燃料60份。其生产方法如下：首先将煤矸石用粉碎机粉碎成2-4mm大小的煤矸石块，经过筛选，将较大的煤矸石块再次粉碎，通过标准筛筛分得到粒径为500μm-600μm的粉末，干燥后获得煤矸石粉末；然后将龙眼枝先经过破碎，粉碎后的原料大小要求是粒径不大于1mm，将粉碎好获得的生物质燃料烘干，水分要求保持在5-8％；将煤矸石粉与龙眼枝粉通过搅拌机充分搅拌均匀，在搅拌机搅拌的过程中添加有机粘合剂20份；然后将充分搅拌均匀的能量体制备料传递至冷压成型机并压制成能量块。
实施例二
一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其配方为：含内蒙产煤矸石35份，发热量在 3580kcal/kg左右，其灰分为40.74％；有机粘合剂15份；荔枝条生物质燃料50份。其生产方法如下：首先将煤矸石用粉碎机粉碎成2-4mm大小的煤矸石块，经过筛选，将较大的煤矸石块再次粉碎，通过标准筛筛分得到粒径为500μm-600μm的粉末，干燥后获得煤矸石粉末；然后将龙眼枝先经过破碎，粉碎后的原料大小要求是粒径不大于1mm，将粉碎好获得的生物质燃料烘干，水分要求保持在5-8％；将煤矸石粉与龙眼枝粉通过搅拌机充分搅拌均匀，在搅拌机搅拌的过程中添加有机粘合剂15份；然后将充分搅拌均匀的能量体制备料传递至生物质燃料的制粒机制造成能量颗粒。
本发明的能量体的原料来源容易，易于加工与生产；因为生物质燃料和天然有机粘结剂加在一起占了约3/4的原料比例，它们在燃烧后形成的灰分中通常包含Si、K、Na、Ca、Mg、 Fe和少量的Al，其中大部分农业生物质和部分林业生物质中K、Na等碱金属元素以及碱土金属元素Ca、Mg等的含量远远高于煤中的含量，这些灰分和煤矸石燃烧后形成的灰分一道将是农作物生产时土地的很好填料，大大地拓展了煤矸石粉仅仅用在铺路、回填及生产建筑材料的用途。生产出来的能量体的热值高，易于燃烧，且排放的污染物少；由于能量体的闪点高，不属于危险品，故能量体制成的能量块或能量颗粒具有较好的安全性能，适合于安全储存与运输；能量体制成的能量块或能量颗粒既可以用在大型发电厂、锅炉厂、冶金厂、供热厂或者用在小型社区，也可以用于大型燃烧炉或小型的生物质颗粒燃烧机。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：该能量体含有以下重量百分比的组分：粒径为500μm-600μm的煤矸石粉末20wt%-35wt%，有机粘合剂15wt%-20wt%，粒径不大于1mm的生物质燃料45wt%-65wt%，且上述组分的重量百分比之和等于100%。
2.根据权利要求1所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述有机粘合剂的氮含量为0.0004wt%-0.0006wt%、硫含量在0.0002wt%-0.0008wt%，该有机粘合剂的高位发热量为40.54MJ/kg-43.68MJ/kg、低位发热量为35.63MJ/kg-37.85MJ/kg、十六烷值为46-51。
3.根据权利要求1所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述的有机粘合剂采用植物油混合而成。
4.根据权利要求3所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述的植物油为麻风果油与菜籽油、大豆油、花生油、蓖麻油、葵花籽油、橄榄油、亚麻仁油、核桃油、南瓜籽油中的三种以上的混合物。
5.根据权利要求4所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述的有机粘合剂含有以下体积比的组分：1.0-2.5的菜籽油、1.0-4.0的大豆油、1.5-3.7的花生油、41-84.3的麻风果油和2.5-5.5的蓖麻油。
6.根据权利要求4所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述的有机粘合剂含有以下体积比的组分：1.0-2.5的菜籽油、1.0-4.0的大豆油、1.5-3.7的花生油、2.5-5.5的葵花籽油和41-84.3的麻风果油。
7.根据权利要求4所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述的有机粘合剂含有以下体积比的组分：1.0-2.5的葵花油、1.0-2.0的橄榄油、1.5-3.7的亚麻仁油、1.0-3.0的核桃油、2.5-5.5的南瓜籽油、41-83.3的麻风果油。
8.根据权利要求1所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体，其特征在于：所述的生物质燃料选用龙眼枝、荔枝条、大豆秸秆、松木屑、花生壳、玉米棒、灌木中的一种或多种的混合物；所述生物质燃料的水分为5%-8%。
9.一种如权利要求1-8任一所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体的生产方法，其特征在于：该生产方法的步骤为：
A、原料准备：将选定的煤矸石经粗破、细磨、筛分得到粒径为500μm-600μm的粉末，烘干后获得煤矸石粉末、密封保存；配置有机粘合剂；将选定的生物质原料粉碎、烘干后得到粒径不大于1mm、水分为5%-8%的生物质燃料；
B、混合搅拌：按比例混合煤矸石粉末20wt%-35wt%、有机粘合剂15wt%-20wt%、生物质燃料45wt%-65wt%，并搅拌均匀获得能量体制备料；
C、能量体成型：将能量体制备料放入冷压成型机中冷压成能量块或能量球、或放入制粒机中制出能量颗粒；制备出来的能量体的活化能为45kJ/mol-75kJ/mol。
10.根据权利要求9所述的煤矸石与生物质燃料混合型能量体的生产方法，其特征在于：所述步骤A中的煤矸石粉末制备的详细步骤为：将选定的煤矸石经颚式破碎机粗破、行星式球磨机细磨、通过标准筛筛分得到粒径为500μm-600μm的粉末，然后将该粉末置于80℃的烘箱中干燥24h获得煤矸石粉末, 随后储存在密封罐内密封待用；所述步骤B中的混合搅拌的具体过程为：按比例将20wt%-35wt%的煤矸石粉末和45wt%-65wt%的生物质燃料投入搅拌机充分搅拌均匀，在搅拌机搅拌的过程中添加15wt%-20wt%的有机粘合剂；所述步骤C中的冷压成型机的成型压力为10MPa-50MPa。
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