本發(fā)明涉及一種燃料,尤其是型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料及其制造方法。
背景技術(shù):
經(jīng)濟的快速發(fā)展離不開能源,而傳統(tǒng)化石能源石油、天然氣和煤炭的緊缺問題日益嚴(yán)重。生物質(zhì)能作為第四大能源,以其可再生、零碳排放等特點,成為新能源中發(fā)展?jié)摿^大的一種能源。
生物質(zhì)固體燃料是生物質(zhì)能的一種利用方式,其生產(chǎn)原料是林業(yè)“三剩物”(木材加工剩余物、森林采伐剩余物、造材剩余物)、各種木質(zhì)下腳料、木質(zhì)廢棄物、農(nóng)作物秸稈、以及灌木等。生產(chǎn)過程是將質(zhì)地疏松、能力密度小的生物質(zhì)原料,經(jīng)過粉碎、干燥等工序,然后經(jīng)環(huán)模壓輥擠壓成型方式加工成生物質(zhì)固體顆粒燃料。生物質(zhì)顆粒燃料的粒度均勻,單位密度可達(dá)到1~1.4g/cm3,強度增加,運輸和儲存方便,燃燒性能明顯改善,燃燒后能源利用率可提高80%以上,幾乎沒有二氧化硫排放,燃燒后的爐灰還是優(yōu)質(zhì)的有機肥料。
植物原料主要有纖維素、半纖維素、木素組成。由于木素屬于非晶體,為一種熱塑性高分子物質(zhì),無確定熔點,但具有較高的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。當(dāng)溫度為70-110℃時木素軟化且具有黏性,可將植物原料中的半纖維素、纖維素在壓力下壓縮粘結(jié)成顆粒燃料,木素可起到一種粘結(jié)劑的作用。不同種類的植物原料,其木素、纖維素、半纖維素含量不同。一般地,木材中木素的含量為27-32%(絕干原料),禾草類植物中木素含量為14-25%。在加工過程中通常被丟棄的花生殼、稻殼、木屑等都可作為生物質(zhì)顆粒燃 料的原料,進一步經(jīng)過壓制,成為高效碳源。但目前的生物質(zhì)顆粒燃料存在熱值低、燃燒結(jié)渣高的缺陷,不利于推廣和利用。
型煤鍋爐主要用于民用取暖和洗浴,是為了解決原煤散燒環(huán)保不達(dá)標(biāo)而替換散煤鍋爐的一種新型環(huán)保鍋爐,是利用自然風(fēng),低溫循環(huán)燃燒,無需使用鼓風(fēng)機和引風(fēng)機,也不用安裝脫硫除塵器。型煤鍋爐原設(shè)計是燃料在爐膛中低溫燃燒,釋放的煙氣溫度低,只要煙氣溫度低于120度二氧化硫、一氧化氮等就不會大量排出,而固化在爐渣中,從而達(dá)到降低污染物排放的目的,因此它的燃燒無需很高的發(fā)熱量。
型煤鍋爐約十年前開始在國內(nèi)推廣,但由于是一種新型鍋爐,在推廣中經(jīng)常產(chǎn)生爐、煤不配套的現(xiàn)象導(dǎo)致燃燒過程中熱效率達(dá)不到設(shè)計能力,污染物排放嚴(yán)重超標(biāo)。市場上的型煤大部分是全部使用原煤制作,型煤的外表面由于人為加工的因素,在成型壓制過程中使之密度加大,燃燒時外表面不易剝落,而是形成外層灰的包裹效應(yīng),使內(nèi)層燃煤不易與空氣接觸,燃燒速度慢,導(dǎo)致爐膛和排煙溫度過低,蒸汽產(chǎn)生慢,不能滿足使用要求。排煙溫度過低,煙氣中所含的灰貼在管壁上,影響受熱面?zhèn)鳠幔矔馃煔饬髁繙p少,導(dǎo)致燃燒速度更慢,熱效率更差。煙氣溫度過低,還導(dǎo)致二氧化硫、一氧化氮大量排出,不能固化在爐渣中,污染增大。
由于本技術(shù)中使用的是低質(zhì)煤炭和秸稈混合后制成的生物質(zhì)型燃料為3600-3800大卡,發(fā)熱量不高。因此燃燒時爐膛溫度不高(一般不超過900℃)。在爐膛中又是循環(huán)燃燒,熱量得到了充分利用,煙氣溫度也不會很高(80℃左右)。此時SO2和NO就不會大量排出,而固化在爐渣中。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為解決上述問題,本發(fā)明提供一種燃燒快、熱效率高、低污染的型煤鍋爐使用的燃料,具體技術(shù)方案為:
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料,由以下物質(zhì)按重量份數(shù)配比制備所得:10-15份草本植物秸稈,80-90份低硫原煤粉,2-5份熟石灰粉,0.5-1.5份助燃劑,5-15份水;所述草本植物秸稈60-70%質(zhì)量比為秸稈粉,30-40%為秸稈段。
優(yōu)選地,12份草本植物秸稈,88份低硫原煤粉,3份熟石灰粉,1份助燃劑,10份水;所述草本植物秸稈70%為秸稈粉,30%為秸稈段。
所述秸稈粉的粒度為2mm;所述秸稈段長為80mm。
所述低硫原煤粉的粒度為3mm,發(fā)熱量為3800大卡。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料發(fā)熱量在3600~3800大卡,形狀為方形蜂窩狀。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料的制造方法,包括以下步驟:
(1)將草本植物秸稈分別加工成粒度為2mm的秸稈粉和80mm的秸稈段;
(2)將低硫原煤加工成粒度為3mm的低硫原煤粉;
(3)將秸稈粉、秸稈段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃劑和水?dāng)嚢杈鶆颍凫o置4個小時,即成生物質(zhì)復(fù)合型燃料;
(4)將生物質(zhì)復(fù)合型燃料沖壓成方形蜂窩狀;
(5)將成型的生物質(zhì)燃料曬干,得到型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料。
其中,所述的助燃劑為:異丙醇、異丁醇、異戊醇、正丁醇或有機硝酸脂化合物中的一種或者幾種混合,其中,優(yōu)選地,還添加有:蓖麻油或生物柴油,添加比例為助燃劑的重量的10-20%。
其中,優(yōu)選地,粉碎秸稈的處理方法:
將粉碎好的秸稈與稀無機酸水溶液(優(yōu)選1-10%的無機酸溶液),按一定比例(優(yōu)選1比0.5-2)加入水解釜,在溫度為100℃的條件下回流水解3小時,過濾,得到過濾后的固態(tài)物質(zhì),備用;
再按照如下重量比例配比:過濾后的固態(tài)物質(zhì)20-50(含水量低于10%)、酚或多元醇類化合物5~10、酸性催化劑0.5~2;
其中,所述酚類化合物為:苯酚、鄰甲基酚、間甲基酚、鄰氯苯酚、鄰硝基苯酚、間苯二酚或?qū)Ρ蕉樱凰龆嘣碱惢衔餅椋阂叶?、聚乙二醇或丙三醇,其中聚乙二醇的分子量?00~1000;
所述酸性催化劑為無機酸或有機酸,無機酸為鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一種;有機酸為苯磺酸、草酸、丙烯酸、水楊酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一種,酸性催化劑使用的濃度為30~98%;
工藝步驟:按配比將混合物加入到反應(yīng)器中,攪拌混合均勻后在80~200℃溫度下預(yù)熱10~30分鐘后,加入酸催化劑在此溫度下反應(yīng)30~240分鐘,反應(yīng)完畢進行洗滌、中和、過濾和干燥而得呈淡黃色-黃色-淺褐色至深褐色固體,即得到本發(fā)明的處理好的秸稈。
其中,纖維素含量64.0~70.0%,木質(zhì)素含量4.1~7.6%;
所述洗滌為用有機溶劑:甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、丙酮或乙酸乙酯洗出低粘度的溶液樣的物質(zhì);
所述中和是用氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化鈣的甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、丙酮或乙酸乙酯溶液中和至中性。
其中,優(yōu)選地,煤粉的處理方法如下:將小塊煤處理成煤粉;按質(zhì)量比為煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合劑:潤滑劑為(30-50):(25-28):(5-30):(2-5):(2-3),將其加入捏合機中攪拌均勻,制成可塑性的煤泥;可塑性煤泥經(jīng)過真空練泥機或擠出成型機處理,使煤泥混合均勻,然后在成型機中用60至100目的絲網(wǎng)過濾除去大顆粒物質(zhì);濕的蜂窩體干燥至水分低于2%;以惰性氣體作為保護氣,按升溫速度3-5℃/分鐘加熱到600-800℃,并且在此溫度下炭化2-3小時;然后按升溫速度5-15℃/分鐘升溫到750-850℃,用水蒸氣活化3-15小時,處理后得到煤粉。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料,采用了生物質(zhì),密度相對低、揮發(fā)分高,燃燒時間短且易于著火。生物質(zhì)的快速燃盡使型煤內(nèi)部形成微孔隙,這些孔隙有利于氧氣和氣態(tài)生成物和熱量的輸送,有一定的助燃作用,由于燃燒較快保證了爐內(nèi)穩(wěn)定的溫度,避免了爐內(nèi)溫度過低,提高了熱效率,蒸汽產(chǎn)生快。同時不結(jié)焦,降低爐渣含量。
通過將秸稈粉和低硫原煤粉加工到適當(dāng)?shù)牧6缺WC了燃料在爐膛中的透氣性,提高燃燒率和熱效率。
由于爐內(nèi)溫度不超過900度即可,可以選擇低硫、低質(zhì)原煤,減少了污染物排放,同時減少了優(yōu)質(zhì)煤的使用量,降低了成本。
采用生物質(zhì)不僅降低了成本,還方便在生物質(zhì)較多的地區(qū)生產(chǎn)該型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料。
本發(fā)明提供的型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料及其制造方法,成本低、加工簡單,燃燒效果好、熱效率高,并且污染低。本發(fā)明的有益效果是:將生物質(zhì)能源和礦物燃料有機結(jié)合,所生產(chǎn)出的生物質(zhì)燃料粘結(jié)度好,燃燒值高,燃燒污染小,幾乎不產(chǎn)生二氧化硫和飛灰,利于生態(tài)環(huán)境的建設(shè);其外表面包裹的生物質(zhì)聚酯使得該燃料儲存運輸方便,顆粒不易碎裂。另外,由于使用了促燃劑,可以提高熱效率大約10%,降低爐渣殘?zhí)剂看蠹s10%,使煙氣中二氧化硫的濃度降低50-60%,煙氣中一氧化碳濃度降低40%左右。
具體實施方式
結(jié)合實施例說明本發(fā)明的具體實施方式。
實施例1
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料,按重量份數(shù)配比:12份草本植物秸稈,88份低硫原煤粉,3份熟石灰粉,1份助燃劑,10份水;所述草本植物秸稈70%為秸稈粉,30%為秸稈段。
所述秸稈粉的粒度為2mm;所述秸稈段長為80mm。
所述低硫原煤粉的粒度為3mm,發(fā)熱量為3800大卡。
型煤鍋爐使用的生物質(zhì)復(fù)合型方形燃料發(fā)熱量在3600~3800大卡,形狀為方形蜂窩狀。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料的制造方法,包括以下步驟:
(1)將草本植物秸稈分別加工成粒度為2mm的秸稈粉和80mm的秸稈段;
(2)將低硫原煤加工成粒度為3mm的低硫原煤粉;
(3)將秸稈粉、秸稈段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃劑和水?dāng)嚢杈鶆?,再靜置4個小時,即成生物質(zhì)復(fù)合型燃料;
(4)將生物質(zhì)復(fù)合型燃料沖壓成方形蜂窩狀;
(5)將成型的生物質(zhì)燃料曬干,得到型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料是方形蜂窩狀,規(guī)格可以制成長寬高分別為150mm × 150mm × 90mm、180mm × 180mm × 90mm、200mm × 200mm × 90mm等。型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料是以爐膛寬度和長度為依據(jù)而選擇以不同大小型燃料整齊碼放進爐膛,然后再根據(jù)爐膛高度決定碼放幾層,一般不超過5層。蜂窩孔是上下對齊以利于通風(fēng),蜂窩孔以16mm × 16mm、25mm × 25mm規(guī)格排列。
其中,優(yōu)選地,粉碎秸稈的處理方法:
將粉碎好的秸稈與稀無機酸水溶液(優(yōu)選10%的無機酸溶液),按1比2加入水解釜,在溫度為100℃的條件下回流水解3小時,過濾,得到過濾后的固態(tài)物質(zhì),備用;
再按照如下重量比例配比:過濾后的固態(tài)物質(zhì)50(含水量低于10%)、間甲基酚和乙二醇5、草酸性催化劑0.5;
工藝步驟:按配比將混合物加入到反應(yīng)器中,攪拌混合均勻后在200℃溫度下預(yù)熱10分鐘后,加入酸催化劑在此溫度下反應(yīng)240分鐘,反應(yīng)完畢進行洗滌、中和、過濾和干燥而得呈淡黃色-黃色-淺褐色至深褐色固體,即得到本發(fā)明的處理好的秸稈。
所述洗滌為用有機溶劑:甲醇;
所述中和是用氫氧化鈉。
其中,優(yōu)選地,煤粉的處理方法如下:將小塊煤處理成煤粉;按質(zhì)量比為煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合劑:潤滑劑為50:28:5:2:3,將其加入捏合機中攪拌均勻,制成可塑性的煤泥;可塑性煤泥經(jīng)過真空練泥機或擠出成型機處理,使煤泥混合均勻,然后在成型機中用60至100目的絲網(wǎng)過濾除去大顆粒物質(zhì);濕的蜂窩體干燥至水分低于2%;以惰性氣體作為保護氣,按升溫速度3-5℃/分鐘加熱到800℃,并且在此溫度下炭化2-3小時;然后按升溫速度5-15℃/分鐘升溫到850℃,用水蒸氣活化3小時,處理后得到煤粉。
實施例2
10份草本植物秸稈,80份低硫原煤粉,2份熟石灰粉,0.5份助燃劑,5份水;所述草本植物秸稈60%質(zhì)量比為秸稈粉,40%為秸稈段
所述秸稈粉的粒度為2mm;所述秸稈段長為80mm。
所述低硫原煤粉的粒度為3mm,發(fā)熱量為3800大卡。
型煤鍋爐使用的生物質(zhì)復(fù)合型方形燃料發(fā)熱量在3600~3800大卡,形狀為方形蜂窩狀。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料的制造方法,包括以下步驟:
(1)將草本植物秸稈分別加工成粒度為2mm的秸稈粉和80mm的秸稈段;
(2)將低硫原煤加工成粒度為3mm的低硫原煤粉;
(3)將秸稈粉、秸稈段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃劑和水?dāng)嚢杈鶆?,再靜置4個小時,即成生物質(zhì)復(fù)合型燃料;
(4)將生物質(zhì)復(fù)合型燃料沖壓成方形蜂窩狀;
(5)將成型的生物質(zhì)燃料曬干,得到型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料是方形蜂窩狀,規(guī)格可以制成長寬高分別為150mm × 150mm × 90mm、180mm × 180mm × 90mm、200mm × 200mm × 90mm等。型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料是以爐膛寬度和長度為依據(jù)而選擇以不同大小型燃料整齊碼放進爐膛,然后再根據(jù)爐膛高度決定碼放幾層,一般不超過5層。蜂窩孔是上下對齊以利于通風(fēng),蜂窩孔以16mm × 16mm、25mm × 25mm規(guī)格排列。
其中,優(yōu)選地,粉碎秸稈的處理方法:
將粉碎好的秸稈與稀無機酸水溶液(優(yōu)選10%的無機酸溶液),按1比2加入水解釜,在溫度為100℃的條件下回流水解3小時,過濾,得到過濾后的固態(tài)物質(zhì),備用;
再按照如下重量比例配比:過濾后的固態(tài)物質(zhì)50(含水量低于10%)、鄰甲基酚10、草酸性催化劑0.5;
工藝步驟:按配比將混合物加入到反應(yīng)器中,攪拌混合均勻后在200℃溫度下預(yù)熱10分鐘后,加入酸催化劑在此溫度下反應(yīng)240分鐘,反應(yīng)完畢進行洗滌、中和、過濾和干燥而得呈淡黃色-黃色-淺褐色至深褐色固體,即得到本發(fā)明的處理好的秸稈。
所述洗滌為用有機溶劑:乙二醇;
所述中和是用氫氧化鈣。
其中,優(yōu)選地,煤粉的處理方法如下:將小塊煤處理成煤粉;按質(zhì)量比為煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合劑:潤滑劑為40:26:15:3:2,將其加入捏合機中攪拌均勻,制成可塑性的煤泥;可塑性煤泥經(jīng)過真空練泥機或擠出成型機處理,使煤泥混合均勻,然后在成型機中用60至100目的絲網(wǎng)過濾除去大顆粒物質(zhì);濕的蜂窩體干燥至水分低于2%;以惰性氣體作為保護氣,按升溫速度3℃/分鐘加熱到800℃,并且在此溫度下炭化2小時;然后按升溫速度15℃/分鐘升溫到750℃,用水蒸氣活化3小時,處理后得到煤粉。
實施例3
15份草本植物秸稈,90份低硫原煤粉,5份熟石灰粉,1.5份助燃劑,15份水;所述草本植物秸稈70%質(zhì)量比為秸稈粉,30%為秸稈段
所述秸稈粉的粒度為2mm;所述秸稈段長為80mm。
所述低硫原煤粉的粒度為3mm,發(fā)熱量為3800大卡。
型煤鍋爐使用的生物質(zhì)復(fù)合型方形燃料發(fā)熱量在3600~3800大卡,形狀為方形蜂窩狀。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料的制造方法,包括以下步驟:
(1)將草本植物秸稈分別加工成粒度為2mm的秸稈粉和80mm的秸稈段;
(2)將低硫原煤加工成粒度為3mm的低硫原煤粉;
(3)將秸稈粉、秸稈段、低硫原煤粉、熟石灰粉、助燃劑和水?dāng)嚢杈鶆?,再靜置4個小時,即成生物質(zhì)復(fù)合型燃料;
(4)將生物質(zhì)復(fù)合型燃料沖壓成方形蜂窩狀;
(5)將成型的生物質(zhì)燃料曬干,得到型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料。
型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料是方形蜂窩狀,規(guī)格可以制成長寬高分別為150mm × 150mm × 90mm、180mm × 180mm × 90mm、200mm × 200mm × 90mm等。型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料是以爐膛寬度和長度為依據(jù)而選擇以不同大小型燃料整齊碼放進爐膛,然后再根據(jù)爐膛高度決定碼放幾層,一般不超過5層。蜂窩孔是上下對齊以利于通風(fēng),蜂窩孔以16mm × 16mm、25mm × 25mm規(guī)格排列。
其中,優(yōu)選地,粉碎秸稈的處理方法:
將粉碎好的秸稈與稀無機酸水溶液(優(yōu)選10%的無機酸溶液),按1比0.5加入水解釜,在溫度為100℃的條件下回流水解3小時,過濾,得到過濾后的固態(tài)物質(zhì),備用;
再按照如下重量比例配比:過濾后的固態(tài)物質(zhì)20(含水量低于10%)、間甲基酚和乙二醇10、草酸性催化劑2;
工藝步驟:按配比將混合物加入到反應(yīng)器中,攪拌混合均勻后在200℃溫度下預(yù)熱10分鐘后,加入酸催化劑在此溫度下反應(yīng)240分鐘,反應(yīng)完畢進行洗滌、中和、過濾和干燥而得呈淡黃色-黃色-淺褐色至深褐色固體,即得到本發(fā)明的處理好的秸稈。
所述洗滌為用有機溶劑:甲醇;所述中和是用氫氧化鈉。
其中,優(yōu)選地,煤粉的處理方法如下:將小塊煤處理成煤粉;按質(zhì)量比為煤粉:乳化煤焦油:水:水溶性粘合劑:潤滑劑為30:25:25:3:2,將其加入捏合機中攪拌均勻,制成可塑性的煤泥;可塑性煤泥經(jīng)過真空練泥機或擠出成型機處理,使煤泥混合均勻,然后在成型機中用60至100目的絲網(wǎng)過濾除去大顆粒物質(zhì);濕的蜂窩體干燥至水分低于2%;以惰性氣體作為保護氣,按升溫速度3-5℃/分鐘加熱到800℃,并且在此溫度下炭化3小時;然后按升溫速度8℃/分鐘升溫到750℃,用水蒸氣活化3小時,處理后得到煤粉。
該型煤鍋爐用生物質(zhì)燃料能與鍋爐完美結(jié)合,達(dá)到最佳燃燒效果。經(jīng)實際測試,可降低煙塵濃度98%以上,SO2降低70%以上,NO降低50%以上,全部達(dá)到國標(biāo)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。