專利名稱：一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法
技術領域：
—種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，屬于可再生能源技術領域，
具體是將不同含量的碳酸鎂、氧化鋁和碳酸鈣混合添加到生物質(zhì)原料中，用于解決秸稈類生物質(zhì)固體成型燃料堿金屬含量高，在燃燒過程中結渣等問題。
背景技術：
我國具有豐富的農(nóng)作物秸稈資源和森林資源，據(jù)統(tǒng)計農(nóng)作物年產(chǎn)量每年6億噸左右，約折合3億噸標準煤，林業(yè)剩余物約1. 5億噸。近年來，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平的不斷提高，農(nóng)村生活用能中高品位的商品能源逐漸增加，秸稈所占的比例也越來越大，大量廢棄的秸稈在田間地頭被焚燒，這種現(xiàn)象不僅浪費大量的生物質(zhì)能源，而且對環(huán)境造成嚴重污染。生物質(zhì)固體成型燃料技術是在一定溫度與壓力作用下，將原來分散的、沒有一定形狀的生物質(zhì)經(jīng)干燥和粉碎壓制成具有一定形狀的、密度較大的各種成型燃料的高新技術，體積縮小6 8倍，密度為1. 0 1. 4t/m3，能源密度相當于中質(zhì)煙煤，使用時火力持久，爐膛溫度高，燃燒特性明顯得到了改善，既可作為農(nóng)村居民的炊事和取暖燃料，也可作為城市區(qū)域供熱和發(fā)電廠的燃料，近年來越來越受到人們的廣泛關注。 但秸稈類生物質(zhì)原料中無機元素(包括K，Na，Cl，S，Ca，Si，P等)含量較高，導致了生物質(zhì)固體成型燃料在熱化學轉化利用過程中出現(xiàn)結垢、結渣現(xiàn)象，不僅對燃燒設備的熱性能造成影響，而且危及燃燒設備安全。如秸稈中的氯元素含量都比較高，燃燒過程中Cl幾乎完全蒸發(fā)，形成HC1、(^和堿金屬氯化物。隨著煙氣溫度降低，堿和堿金屬氯化物冷凝在飛灰顆?；驌Q熱器表面上，與煙氣反應形成硫酸鹽，并釋放出氯化物。氯化物具有活躍的氧化能力，增加高溫腐蝕速率和金屬損耗速率，降低傳熱效率，甚至會使得局部傳熱表面喪失傳熱性能。因此秸稈類生物質(zhì)成型燃料在燃燒過程中，要添加抗結渣劑，以減少結渣，提高燃燒特性。 目前為提高成型率，在原料進入成型機前，將添加部分粘結劑，這提高了成型率，但又產(chǎn)生了燃燒結渣等問題。如在專利號CN101220310A(申請日2007. 1. 10)這個專利中提出，為增加成型燃料的粘度，在成型過程中添加蜜糖、淀粉膠、黏土、焦油等粘結劑，這無疑提高了燃料的生產(chǎn)成本，而且黏土、瀝青等做粘結劑等還會使成型物燃燒結渣嚴重，對燃燒產(chǎn)生一定的負面影響，并污染環(huán)境。另外有一些文章、專利提出增加添加劑，降低燃燒時的灰熔點，減少結渣。如在《一種生物質(zhì)固體成型燃料添加劑》(專利號CN101550374A，申請日2009.5. 13)中提出添加劑由氧化鋁、氧化鐵和高嶺土組成，氧化鐵熔點在1565t:，在燃燒過程中有時候溫度將達到150(TC，因此會更容易導致結渣，因此在這個專利中提出的添加劑能夠解決燃燒過程中的結渣問題，但有時候會導致更多的灰渣，同時會產(chǎn)生有毒氣體，導致二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在于提供一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，
3能夠解決秸稈類生物質(zhì)固體成型燃料在燃燒過程中結渣問題，提高燃燒效率和成型燃料灰熔點。采用本發(fā)明同時能夠減少污染物排放，避免造成二次污染，促進生物質(zhì)固體成型燃料的推廣應用，解決農(nóng)場能源問題，改善農(nóng)村環(huán)境。 為達到這一 目的所采取的技術方案是，生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑按重量百分比由15% 25%的碳酸鎂、20% 30%氧化鋁和45% 65%的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照1% 5%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。
上述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，抗結渣添加劑按重量百分比由15%的碳酸鎂、20%氧化鋁和65%的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照2%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中，該抗結渣添加劑碳酸鈣含量最高，碳酸鎂最少，添加比例最少，抗結渣性一般，用于燃燒過程中結渣較少的生物質(zhì)成型燃料。
上述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，抗結渣添加劑按重量百分比由20%的碳酸鎂、25%氧化鋁和55%的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照3. 5%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中，該抗結渣添加劑碳酸鈣含量較高，碳酸鎂較少，添加比例一般，抗結渣性較好，用于燃燒過程中結渣較多的生物質(zhì)成型燃料。 上述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，抗結渣添加劑按重量百分比由25%的碳酸鎂、30%氧化鋁和45%的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照5 %的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中，該抗結渣添加劑碳酸鈣含量最低，碳酸鎂最高，添加的比例最高，抗結渣能力最強，用于燃燒過程中結渣最多的生物質(zhì)成型燃料。 上述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，抗結渣添加劑的制備方法按如下步驟進行 (1)將碳酸鈣按照比例放入特制干燥的混合罐中； (2)再將氧化鋁按照比例放入，進行均勻混合10 15分鐘； (3)最后將碳酸鎂按照比例放入，再進行均勻混合10 15分鐘，即得成品。 上述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，碳酸鎂、氧化鋁和碳
酸鈣的混合后的粒度小于1毫米，以保證能夠與生物質(zhì)原料充分混合。 本發(fā)明的抗結渣添加劑可以用于玉米、小麥、水稻、棉花等農(nóng)作物秸稈以及紅松、落葉松等林業(yè)剩余物為原料生產(chǎn)的生物質(zhì)固體成型燃料，采用采用上述技術解決方案所能達到的有益效果是 本發(fā)明抗結渣添加劑中的碳酸鎂、氧化鋁和碳酸鈣在燃燒過程中能與秸稈中的硅、鉀、鈉等堿金屬發(fā)生化學反應，生產(chǎn)高熔點的物質(zhì)，提高了整個成型燃料的灰熔點，因此在燃燒過程中解決了結渣問題，同時保證了成型燃料的完全充分燃燒，提高了燃燒效率。本發(fā)明的抗結渣添加劑可與HC1氣體發(fā)生反應，并將氯以HC1氣體的形式釋放，從而減少沉積物中水溶性氯的質(zhì)量分數(shù)，降低換熱金屬面的腐蝕速度，另外減少了灰分中的污染物排放，避免了二次污染。
具體實施例方式
—種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，抗結渣添加劑主要15 %
425%的碳酸鎂、20% 30%氧化鋁和45% 65%的碳酸鈣組成，按照不同的生物質(zhì)原料制定不同的配方配比；并按照1% 5%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。
其制備方法是首先碳酸鈣放入特制容器內(nèi)，保持容器干燥，再放入氧化鋁進行均勻混合10 15分鐘，最后放入碳酸鎂均勻混合10 15分鐘，即得成品，在混合的過程中要保證容器干燥，同時保證混合后的粒度小于1毫米。 生物質(zhì)成型燃料在燃燒過程中容易結渣，不同的燃料的結渣率不同，結渣率測定及計算方法是取一種試驗用生物質(zhì)成型燃料，在燃燒器內(nèi)燃燒，燃燒后將底灰全部取出，稱質(zhì)量并記為iv篩分灰渣中粒度大于6mm的渣塊，稱質(zhì)量并記為m2，則粒度大于6mm的渣塊占總灰渣質(zhì)量的百分數(shù)，稱為該試樣的底灰結渣質(zhì)量率C，即C = m2/miX100%。
燃燒試驗結果表明結渣率與秸稈內(nèi)的金屬含量有密切關系，Si元素含量越高，結渣趨勢越明顯，如玉米秸、紅松等，其Si含量基本在25%左右或更高，結渣趨勢較高，落葉松Si含量僅為9. 76%，其結渣趨勢也低。堿金屬元素(K、Na)及堿土金屬元素(Ca、Mg)對底灰結渣率的影響也很大，玉米秸K元素的含量較高，如棉稈與麥秸，兩者的Si元素含量大致相同，但麥秸的K元素含量高達14. 17%，而其底灰結渣率也比棉花稈高。因此本發(fā)明按照不同秸稈的金屬元素含量以及燃燒后的結渣情況，將抗結渣添加劑按照不同成分的比例分為三類，具體實施例如下 實施例1 :棉桿、落葉松等生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑 針對棉桿、落葉松等原料含有較低的Si元素以及其他堿金屬元素，Si含量基本在10%以下，K元素含量在4X左右，燃燒后結渣率較低，本抗結渣添加劑主要用于提高成型燃料的燃燒特性，因此用于麥稈、落葉松等生物質(zhì)固體成型燃料的抗結渣添加劑按重量百分比由15%的碳酸鎂、20%氧化鋁和65%的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照2%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。燃燒后對燃料灰分分析，與對照組(無添加劑)相比，其中棉桿顆粒燃料的結渣率由23%下降到6%，灰熔點達到1250°C ;落葉松秸稈顆粒燃料的結渣率由8%下降到O，沒有出現(xiàn)結渣現(xiàn)象，灰熔點達到1485°C。燃燒效率提高了 10%左右。 實施例2 :麥稈、稻稈等生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑 針對麥稈、稻稈等原料含有一般高的Si元素以及其他堿金屬元素，Si含量基本在20%， K元素含量在10%左右，燃燒后結渣率較高，因此用于麥稈、稻稈等生物質(zhì)固體成型燃料的抗結渣添加劑按重量百分比由20%的碳酸鎂、25%氧化鋁和55%的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照3. 5%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。燃燒后對燃料灰分分析，與對照組(無添加劑)相比，其中麥稈顆粒燃料的結渣率由36%下降到10%，灰熔點達到12801:;稻稈顆粒燃料的結渣率由25%下降到4%，基本上沒有出現(xiàn)結渣，灰熔點達到1325°C。燃燒效率提高了 5%左右。
實施例3 :玉米秸稈、紅松等生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑
針對玉米秸稈、紅松等原料含有較高的Si元素以及其他堿金屬元素，Si含量基本在25%， K元素含量在15%，燃燒后結渣率最高，因此用于玉米秸稈、紅松等生物質(zhì)固體成型燃料的抗結渣添加劑按重量百分比由25%的碳酸鎂、30%氧化鋁和45%的碳酸鈣混合而成，按照玉米秸稈、紅松等原料的5%添加使用。燃燒后對燃料灰分分析，與對照組(無添加劑)相比，其中紅松顆粒燃料的結渣率由51%下降到13%，灰熔點達到1500°C ;玉米秸稈顆粒燃料的結渣率由48. 9%下降到15. 2%，灰熔點達到1350°C。燃燒效率提高了 6%左 右。 本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括具各具體實施方案間 的任意組合。 最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照 較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的 技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在 本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，其特征在于該抗結渣添加劑按重量百分比由15％～25％的碳酸鎂、20％～30％氧化鋁和45％～65％的碳酸鈣在特制干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照1％～5％的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，其特征 在于該抗結渣添加劑按重量百分比由15 %的碳酸鎂、20 %氧化鋁和65 %的碳酸鈣在特制 干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照2%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，其特征 在于該抗結渣添加劑按重量百分比由20%的碳酸鎂、25%氧化鋁和55%的碳酸鈣在特制 干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照3. 5%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料 中。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，其特征 在于該抗結渣添加劑按重量百分比由25%的碳酸鎂、30%氧化鋁和45%的碳酸鈣在特制 干燥容器內(nèi)均勻混合組成，并按照5%的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，其特征 在于該抗結渣添加劑的制備方法按如下步驟進行(1) 將碳酸鈣按照比例放入特制干燥的混合罐中；(2) 再將氧化鋁按照比例放入，進行均勻混合10 15分鐘；(3) 最后將碳酸鎂按照比例放入，再進行均勻混合10 15分鐘，即得成品。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，其特征 在于碳酸鎂、氧化鋁和碳酸鈣的混合后的粒度小于1毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)固體成型燃料抗結渣添加劑及制備方法，屬于可再生能源技術領域，用于解決秸稈類生物質(zhì)固體成型燃料堿金屬含量高，在燃燒過程中結渣等問題。本發(fā)明的抗結渣添加劑主要由15％～25％的碳酸鎂、20％～30％氧化鋁和45％～65％的碳酸鈣組成，按照不同的生物質(zhì)原料制定不同的配方配比；并按照1％～5％的比例將抗結渣添加劑添加到不同的生物質(zhì)原料中。其制備方法是首先碳酸鈣放入特制容器內(nèi)，保持容器干燥，再放入氧化鋁、最后加入碳酸鎂，進行粉碎、并均勻混合10～15分鐘，粉碎粒度小于1毫米，即得成品。本發(fā)明提供的添加劑能夠降低成型燃料的燃燒過程中的結渣問題，提高成型燃料的燃燒效率。
文檔編號C10L9/10GK101775324SQ20101013039
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者姚宗路, 孫麗英, 孟海波, 歐陽雙平, 田宜水, 羅娟, 袁艷文, 趙立欣 申請人:農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院