CN117660071A - 一种高热值低排放生物质燃料棒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高热值低排放生物质燃料棒的制备方法，按质量百分比计，包括如下组分：生物质燃料60％‑70％、煤矸石20％‑30％、粘结剂5％‑10％、润滑剂0.5％‑1％、固硫剂0.5％‑1％、助燃剂1％‑5％。工艺步骤包括：(1)对煤矸石和生物质进行破碎、筛分、搅拌、干燥后，向其中加入一定量的润滑剂、固硫剂、助燃剂后得到混合物；(2)加入一定量的粘结剂，搅拌均匀后压制成型；(3)在隔绝空气的环境下按照一定的热处理制度进行热处理得到燃料棒；(4)对制成的燃料棒进行外观、密度和燃烧性能检验，合格后包装。本发明以生物质和煤矸石为原料制备燃料棒，操作简单、生产成本低，提高了生物质燃料的资源化利用程度，得到的燃料棒挥发分低、硫分低、热值高，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化利用领域，主要涉及一种高热值低排放生物质燃料棒的制备方法。
背景技术
生物质是一种重要的可再生能源，具有储量丰富、低硫分、高挥发分、碳中性等优点，其处理方式通常以环境污染和资源浪费为代价。使用生物质作为能源结构的一部分可以一定程度上缓解能源紧缺的危机，但按照目前的国家政策和环保标准，不允许在城市中直接燃烧生物质作为燃料。通过将生物质进行破碎、混合、挤压、烘干等工艺处理，可以生产生物质燃料棒作为煤炭等传统能源的替代品。因此，研究以生物质为原料制备热值高、成本低、节能环保的燃料棒，有着重要意义。
煤矸石是一种产量巨大的煤炭加工过程产生的固体废弃物，主要包括煤矿开采后剥离出的岩石、泥土以及煤炭加工过程中产生的碎煤、灰砂等，与生物质燃料相比具有挥发分低、固定碳高、热值高等优点。在制备生物质燃料棒时添加适量的煤矸石，可以起到增加燃料棒的热值、提高燃烧效率、增加燃料棒的稳定性的作用。然而，目前已经公开的发明专利中，以煤矸石为基料的燃料棒较少。
针对生物质燃料棒的制备问题，学者们进行了广泛的研究。专利CN108913259A公开了一种利用功能微生物菌剂对秸秆原料进行预处理的制备方法，解决了生物质秸秆燃料易焦结的问题。专利CN104212511A公开了一种兰炭末与生物质混合燃料棒的制备方法，得到的燃料棒挥发分低、含硫量低、发热量高。专利CN116218578A公开了一种添加煤粉的生物质燃料棒的制备方法，燃料棒制成后经过自然晾晒或烘干后含水量可降至20％以下，可直接用于发电。然而，现有技术制备的生物质燃料棒大多未利用到煤矸石这一潜在材料，同时现有燃料棒的制备方法仍存在效率低、成本高等问题。由此可见，研究以生物质和煤矸石为原料制备一种高热值、低排放的燃料棒有待进一步研究。
发明内容
针对现有燃料棒制备方法存在的不足，本发明提供了一种简单、有效的将生物质和煤矸石混合制备高热值低排放燃料棒的方法。
本发明所述的利用生物质和煤矸石制备的燃料棒，按质量百分比计，包括如下组分：生物质燃料60％-70％、煤矸石20％-30％、粘结剂5％-10％、润滑剂0.5％-1％、固硫剂0.5％-1％、助燃剂1％-5％。
本发明中加入粘结剂，用以保证混合物料在成型压制过程中能够牢固结合。粘结剂需要具备良好的粘结性能、较高的高温稳定性、足够的机械强度、适当的流动性和良好的环境友好性，可选用石蜡、树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺等高分子材料等。
本发明中加入润滑剂，用于减少燃料棒在加工过程中的摩擦和磨损，提高燃料棒的产量。润滑剂应能够减少材料之间的摩擦力，提高其流动性和成型性，且不能对燃料棒的燃烧性能和环境产生不利影响，可优先选用植物纤维废弃物、塑料废弃物或转炉矿渣、炉渣粉、铝渣等工业固废。
本发明中加入固硫剂，可以与煤矸石中的硫化物反应，降低燃料棒中的硫分含量，减少其燃烧过程中的硫氧化物排放。固硫剂应具备高效的固硫能力、较高的耐热性和良好的环境友好性，通常应含有氧化钙、氧化镁等可以与硫反应的化学成分，可优选矿渣粉、石灰石粉、硅灰石粉、石膏废料等工业固废。
本发明中加入助燃剂，可以提高燃料棒的热值和燃烧稳定性，改善燃烧过程中的点火性能和燃烧效率。助燃剂应具有高效的燃烧能力和较高的热值，能够提高燃料的燃烧速度和效率，应具有良好的燃烧稳定性和较高的温度耐受性，同时应无毒无害，可选用氧化铁、氯化钠、高锰酸钾等化学物质，也可选用石油焦等工业固废。
本发明所述的技术方案，工艺步骤依次如下：
步骤一：原料准备
对生物质和煤矸石进行破碎和筛分以确保颗粒大小和均匀性，然后烘干去除材料中的多余水分备用。
优选地，所述生物质原料包括农林废物、禽畜粪便、厨余垃圾及市政污泥等；原料以颗粒细度大于200目为佳；生物质原料以含水量低于50％、干基热值大于1500kcal/kg为佳；煤矸石原料以挥发分含量低于20wt％，热值大于3000kcal/kg为佳。
步骤二：混合配比
向步骤一得到的原料颗粒中按质量百分比加入一定量的润滑剂、固硫剂、助燃剂，并利用机械设备搅拌均匀，得到混合物料。
步骤三：添加粘结剂
按质量百分比将一定量的粘结剂加入到步骤二得到的混合物料中，并确保均匀分散，得到最终混合物料。
粘结剂的添加量应该足够使得混合物形成均匀的结合，并且能够在成型过程中确保颗粒之间的良好粘结，但又不能添加过多以致影响燃料棒的燃烧性能。
步骤四：成型压制
将步骤三中得到的最终混合物料送入颗粒机或压力机等成型设备中进行成型压制。
这个阶段的关键是确保成型压力和温度的控制，以保证燃料棒的致密性和强度。优选地，成型压力会在10MPa～50MPa之间为佳。
步骤五：热处理
热处理是燃料棒成型后非常重要的一步，它有助于去除燃料棒中的水分和挥发分，增加燃料棒的热值。该步骤应在隔绝空气的环境中进行。热处理制度如下：1)保持温度在约100-200℃范围内持续加热步骤四中得到的燃料棒，并保温30min～1h，以去除材料中的水分。2)保持温度在约200-300℃范围内持续加热燃料棒，并保温1h～3h，以去除材料中的挥发分。
热处理过程需要掌握适当的温度和时间，以避免燃料棒的过度热解或烧结，影响其物理性质和燃烧性能。
优选地，升温速率以5～10℃/min为佳。
步骤六：质检和包装
对成品燃料棒进行质量检测，包括外观质量、密度、燃烧性能等指标的检测，合格后进行包装，以便于储存和运输。其中外观检验包括外观质量、尺寸和形状的检验，密度检验包括容重和抗压强度的检验，燃烧性能检验包括挥发分、硫分和热值的检验，合格后可以采用包装袋、包装箱等方式进行包装。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：(1)本发明以生物质和煤矸石为原料制备燃料棒，操作简单、生产成本低，提高了生物质燃料的资源化利用程度；(2)本发明得到的燃料棒挥发分低、硫分低、热值高，易于推广使用。(3)本发明将生物质和煤矸石进行混合使用，同时润滑剂、固硫剂、助燃剂的添加可以使燃料棒达到更佳的燃烧效果。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但是本发明的保护范围不仅限于下面的实施例。
表1：生物质秸秆的化学成分(wt.％)
实施例一
(1)将经粉粹、筛分、干燥后的煤矸石30g与生物质秸秆65g混合，向其中加入润滑剂炉渣粉0.5g、固硫剂石灰石粉0.5g、助燃剂石油焦4g，利用机械设备将其搅拌均匀得到混合物料；
(2)向步骤(1)得到的混合物料中加入5g的树脂粘结剂，并确保均匀分散，得到最终混合物料；
(3)将步骤(2)中得到的最终混合物料送入压力机中进行成型压制，成型压力为30MPa。
(4)将压制成型的燃料棒送入加热设备中，按照如下的热处理制度进行热处理：1、保持温度在约150℃范围内持续加热步骤四中得到的燃料棒，并保温30min，以去除材料中的水分。2、保持温度在约250℃范围内持续加热燃料棒，并保温2h，以去除材料中的挥发分。升温速率为5℃/min。
现场试验证明，制成的燃料棒外壳坚硬、表面平整、无明显裂纹、颜色均匀，可直接用于燃烧。经测试，其燃烧速率为11.4mg/sec，燃烧温度为820℃，燃尽率为85.3％，燃烧热值可达5500kcal/kg，烟气中排放的二氧化硫浓度为18mg/m3、氮氧化物浓度为71mg/m3，明显低于《重庆市锅炉大气污染物排放标准》(DB50/658-2016)中的规定值。
实施例二
(1)将经粉粹、筛分、干燥后的煤矸石20g与生物质秸秆75g混合，向其中加入润滑剂炉渣粉1g、固硫剂石灰石粉1g、助燃剂石油焦3g，利用机械设备将其搅拌均匀得到混合物料；；
(2)向步骤(1)得到的混合物料中加入8g的石蜡粘结剂，并确保均匀分散，得到最终混合物料；
(3)将步骤(2)中得到的最终混合物料送入压力机中进行成型压制，成型压力为40MPa。
(4)将压制成型的燃料棒送入加热设备中，按照如下的热处理制度进行热处理：1、保持温度在约200℃范围内持续加热步骤四中得到的燃料棒，并保温1h，以去除材料中的水分。2、保持温度在约300℃范围内持续加热燃料棒，并保温3h，以去除材料中的挥发分。升温速率为10℃/min。
现场试验证明，制成的燃料棒外壳坚硬、表面平整、有细微裂纹、颜色基本均匀，可直接用于燃烧。经测试，其燃烧速率为16.8mg/sec，燃烧温度为855℃，燃尽率为89.4％，燃烧热值可达6300kcal/kg，烟气中排放的二氧化硫浓度为11mg/m3、氮氧化物浓度为42mg/m3，远低于《重庆市锅炉大气污染物排放标准》(DB50/658-2016)中的规定值。
注：《重庆市锅炉大气污染物排放标准》(DB50/658-2016)污染物排放标准最低值：二氧化硫≤50mg/m3，氮氧化物≤300mg/m3。
Claims (5)
1.一种高热值低排放生物质燃料棒，其制备方法包括以下步骤：(1)将生物质燃料和煤矸石进行破碎和筛分，并经过干燥去除多余水分，然后加入一定量的润滑剂、固硫剂和助燃剂，搅拌均匀得到混合物；(2)向步骤(1)得到的混合物中加入一定量的粘结剂，搅拌均匀后送入压力机中压制成型；(3)将压制成型的燃料棒在隔绝空气的环境下进行热处理，得到燃料棒；(4)对制成的燃料棒进行外观、密度和燃烧性能检验，合格后包装。所述生物质燃料棒的组分按质量百分比计包括：生物质燃料60％～70％、煤矸石20％～30％、粘结剂5％～10％、润滑剂0.5％～1％、固硫剂0.5％～1％、助燃剂1％～5％。所述生物质燃料棒具有低挥发分、低硫分和高热值的特点，适用于替代传统燃料，减少环境污染。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中生物质燃料可以选取农林废物、禽畜粪便、厨余垃圾及市政污泥等可再生资源作为原料，煤矸石可以选取煤矸石粉末作为原料，粘结剂可以选择石蜡、树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺等具有粘结性能的物质，润滑剂可以选择植物纤维废弃物、塑料废弃物或转炉矿渣、炉渣粉、铝渣等具有润滑作用的物质，固硫剂可以选择矿渣粉、石灰石粉、硅灰石粉、石膏废料等具有固硫作用的物质，助燃剂可以选择氧化铁、氯化钠、高锰酸钾、石油焦等具有助燃作用的物质。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中热处理的温度为100℃～300℃，热处理时间为1.5h～4h，通过热处理可以使燃料棒的物理性能得到进一步改善，提高其稳定性和耐磨性。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中外观检验包括外观质量、尺寸和形状的检验，密度检验包括容重和抗压强度的检验，燃烧性能检验包括挥发分、硫分和热值的检验，合格后包装可以采用包装袋、包装箱等方式进行。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述生物质燃料棒可以应用于工业锅炉、家庭取暖等领域，通过替代传统燃料，可以减少CO2、SO2、NOx等有害气体的排放，具有良好的环保效益和经济效益。
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| CN202311705530.1A CN117660071A (zh) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | 一种高热值低排放生物质燃料棒的制备方法 |
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