CN105087098A - 高效抗结渣生物质复合燃料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效抗结渣生物质复合燃料，包括木边角料、竹边角料、秸秆、树皮、薪柴、稻壳、花生壳、碎树枝中的至少两种。为改善结渣现象，在该复合燃料中添加了锅炉灰渣，锅炉灰渣的质量分数为1％～4％。该生物质复合燃料能够防止生物质锅炉水冷壁等受热装置结渣，使其燃烧产生的热量均匀分布在炉膛内，提高了生物质燃料的燃烧效率，使生物质能的利用率更高，锅炉的热效率更高，并提高了循环流化床锅炉的寿命。

Description

高效抗结渣生物质复合燃料

技术领域

本发明涉及一种生物质燃料，特别是指一种高效抗结渣生物质复合燃料。

背景技术

自从进入21世纪以来，能源与环境成为世界各国共同关注的热点，越来越多的国家将发展生物质能作为替代化石能源、保障能源安全的重要战略措施，积极推进生物质能开发利用，生物质能在许多国家能源供应中的作用正在不断增强。

由于植物在生长的过程中吸收Ca、Mg、K、Na、Si、S、P等元素，在收获之后，这些元素残留在植物体内，另外在生物质的收割、加工和运输的过程中会不可避免的掺入部分砂石、土壤等，从而增加了生物质燃料的灰分含量。生物质灰中所含有的大量的无机矿物质元素会对生物质燃烧过程造成严重影响，在燃烧的过程中，生成低熔点的共晶体，当炉膛内的温度高于其熔融温度(约1000℃)后，就会熔融，粘附在水冷壁等处，阻碍水冷壁等受热装置吸收燃料燃烧产生的热量，热量及可燃飞灰随着烟气排出，造成热量的损失。生物质锅炉结渣阻碍热量交换是导致生物质锅炉效率降低的主要原因。

根据目前有关生物质能技术利用水平，生物质发电技术是一种可以大规模、高效利用生物质的技术手段，该技术将生物质燃料输送到锅炉燃烧，再通过汽轮机和发电机将热能转化为电能，实现了将生物质能转化为清洁的电能。循环流化床锅炉技术是在生物质发电技术中应用广泛，效率较高的一种生物质直燃发电技术，它具有效率高，机械、化学损失少和环保的特点。通过对循环流化床锅炉的长期燃烧研究，按照能量守恒定律，一定重量的高热值燃料理论上比同等重量的低热值热量转变为更多的电能，但是，在生物质直燃发电的工艺中，高热值的生物质不一定能够转变成更多的电量，使用不恰当时，还有可能损坏锅炉，发电量的多少与燃料的含水率、粒径分布、密度有密切的关系，从而影响到燃烧化学反应的强度与炉内温度场分布的均匀性，说到底是燃料所具备的热质的有效利用。生物质发电用锅炉，一般其炉膛高度达15米以上，用于吸收生物质燃烧产生的热量的水冷壁等受热装置布置在四周及炉膛出口，乃至锅炉烟气流程的尾部，生物质燃料在炉膛内靠流化风均匀的分布在炉膛内，锅炉燃烧时，其炉膛内部的热量分布与所燃烧燃料的物理及化学特性有关系，当热量在炉膛内分布不均匀时，引起锅炉效率的降低；甚至造成锅炉局部过热的损伤，锅炉爆管就是常见的故障之一。

目前，有利用在生物质内掺加化石燃料或抗结渣剂的方法来提高燃料的燃烧效率、降低结渣，从而提高锅炉的效率。但是化石燃料中硫含量远高于生物质燃料，掺加化石燃料就带来了环境污染，且化石燃料不可再生；而添加抗结渣剂，则提高了燃料的整体成本，不利于生物质燃料的推广应用。

以下列举了两种燃烧效率较高、具有抗结渣效果的生物质燃料。

中国专利申请“生物质成型燃料”，申请号：201510092860.7，公开了一种生物质燃料，其由生物质原料颗粒和燃料添加剂混合后经过粉碎、混合、烘干与挤压制粒成型，所述生物质原料颗粒的重量百分数为90％～95％，所述燃料添加剂的重量百分数为5％～10％；所述生物质原料颗粒由木屑、竹屑、秸秆与稻草组成，所述燃料添加剂由生石灰、助燃剂以及高粘土组成，所述助燃剂的成分为镁菱土、硝酸镁、氧化镁或氧化铁。

中国专利申请“生物质燃料”，申请号：201210234656.0，公开了一种生物质燃料，所述的生物质燃料当中含有脱钾剂和脱氯剂，按照重量百分比包含以下成分，秸秆50％～75％，C4-C9高碳醇15％～30％，溶剂油1％～4％，淀粉10％～20％，脱钾剂2％～4％，脱氯剂2％～4％。

上述两种生物质燃料都具有一定的抗结渣效果，但前者需加入由生石灰、助燃剂以及高粘土制成的燃料添加剂，后者需加入脱钾剂和脱氯剂，既增加了生物质燃料的工业生产难度，又较大幅度地提高了生产成本，不利于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗结渣效果好、生产成本低的生物质复合燃料。

为实现上述目的，本发明所提供的高效抗结渣生物质复合燃料，包括木边角料、竹边角料、秸秆(如稻草等)、树皮、薪柴、稻壳、花生壳、碎树枝中的至少两种。为改善结渣现象，在该复合燃料中添加了常见的燃煤锅炉灰渣(也可将本生物质锅炉灰渣做一定消耗性补充，直至其金属浓缩含量过大，再更换新的燃煤锅炉灰渣)，锅炉灰渣占所述复合燃料总质量的1％～4％.

优选的，所述锅炉灰渣的主要组分及各组分的质量百分比为：SiO₂37～50％，Al₂O₃28～40％，Fe₂O₃4～20％，CaO1～8％，余量为少量镁、硫、碳等。

进一步优选的，所述锅炉灰渣的主要组分及各组分的质量百分比为：SiO₂40～45％，Al₂O₃30～37％，Fe₂O₃15～20％，CaO1～5％，余量为少量镁、硫、碳等。

优选的，所述锅炉灰渣中，粒径在3mm以下的灰渣的质量分数≥90％.

优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：木边角料10％～20％，秸秆25％～40％，树皮15％～25％，薪柴18％～25％，稻壳或花生壳5％～15％，锅炉灰渣1％～3％，其他组分≤15％，上述各组分含量均为质量百分比(以下如未特别指出均为质量百分比)。其他组分为就地取材的生物质材料，视生物质燃料厂所在地的情况而定，如芦苇渣、锯末、蘑菇基、树根、棉绒、碎树枝或松塔球中的一种或数种。

进一步优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：木边角料15％，秸秆30％，树皮18％，薪柴20％，稻壳5％，锅炉灰渣2％，其他组分10％.所述其他组分为芦苇渣、锯末、蘑菇基、树根、棉绒、碎树枝或松塔球中的一种或数种。

优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：木边角料10％～15％，秸秆15％～20％，树皮10％～15％，薪柴15％～20％，稻壳或花生壳15％～20％，锅炉灰渣1％～3％，竹边角料15％～25％，芦苇渣9％～15％，其他组分≤5％.所述其他组分为锯末、蘑菇基、树根、棉绒、碎树枝、松塔球中的一种或数种。

优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：木边角料10％～15％，秸秆25％～40％，树皮10％～25％，薪柴10％～20％，稻壳或花生壳5％～15％，锅炉灰渣1％～3％，蘑菇基5％～15％，其他组分5％～10％.所述其他组分为芦苇渣、锯末、树根、棉绒、碎树枝、松塔球中的一种或数种。

优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：木边角料20％，秸秆25％，树皮15％，稻壳10％，锅炉灰渣2％，竹边角料18％，蘑菇基5％，锯末5％.

优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：木边角料25％，稻草15％，玉米杆15％，薪柴25％，稻壳5％，锅炉灰渣1.5％，树根3.5％，棉绒5％，松塔球5％.

优选的，所述复合燃料的组分质量百分比为：粒径＜5mm的占20％～40％，5mm≤粒径≤50mm的占30％～50％，50mm＜粒径≤200mm的占10％～30％.进一步优选为：粒径＜5mm的占30％～40％，5mm≤粒径≤50mm的占40％～50％，50mm＜粒径≤200mm的占10％～30％.

优选的，所述复合燃料中各组分按水分含量的重量配比如下：含水率(质量含水率，下同)＜15％的占10％～30％，15％≤含水率≤70％的占70％～90％.

特别说明，基于实际情况考虑，本发明中各生物质组分的含量均已包括混在其中的少量泥土、沙子等难以避免的杂质。

本发明高效抗结渣生物质复合燃料由生物质组分和灰渣经常规生物质燃料生产工艺(如破碎、筛分、混合等)制成，该生物质燃料可成型后出售，也可不成型直接送入生物质燃料锅炉内使用。其有益效果如下：

1)本发明高效抗结渣生物质复合燃料，不掺加化石燃料，也不添加抗结渣剂，而是掺配一定比例锅炉灰渣。该组分有三个作用，一是在燃烧过程中能够起到均匀传热的作用，使整个炉膛内的温度达到合适的热量分布，提高生物质燃料锅炉的热效率；二是锅炉灰渣熔点较高，在锅炉内流化风的作用下，冲刷锅炉水冷壁及其他受热装置，阻止生物质灰渣粘附在水冷壁及其他受热装置上，避免水冷壁及其他受热装置上结渣；三是锅炉灰渣与生物质燃烧后产生的碱金属化合物等形成高熔点的复盐，进一步降低锅炉内的结渣量。

2)该锅炉灰渣为常规燃煤锅炉的炉渣，基本不增加成本。

3)该生物质复合燃料能够防止生物质锅炉水冷壁等受热装置结渣，使其燃烧产生的热量均匀分布炉膛内，提高生物质燃料在循环流化床锅炉内的燃烧效率，使生物质能的利用率更高，锅炉的热效率更高，并提高循环流化床锅炉的寿命。

4)可进一步根据各组分的密度、粒径、水分及热值确定各组分比例，使密度大的、粒径大的部分在中下部燃烧，中等密度及中等粒径的在中部燃烧，低密度、小粒径的在上部燃烧，这样就使整个炉膛内的热量分布均匀，形成有层次的炉内温度场而连续往复良性循环。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

由于抗结渣效果难以直接测算，故以锅炉结渣的停运清理周期来间接表征，结果可能因具体锅炉的不同而有所差异。

对比例1～3

对比例为现有技术的生物质燃料，其成分、粒径分布、含水率分布参见表1.其中，对比例1中稻草、花生壳含量高达70％，由于稻壳与花生壳中K、Na等含量较高，在锅炉内燃烧后产生熔点低于炉内温度的化合物，极易粘附在炉内壁等处导致结渣，使锅炉传热效率降低，并导致炉内温度分布不均匀，甚至因局部过热造成爆管，实际使用该生物质燃料时仅1周左右就需清理炉渣。对比例2中改善了原料配比，但结渣问题仍然比较严重，锅炉结渣清理周期为2周。对比例3中为解决结渣问题，加入了黄沙，黄沙在炉内的冲刷作用一定程度上降低了结渣，锅炉结渣清理周期延长至3周。

实施例1～11

根据表1～2中给定的数值将各组分按照含水率、粒径分布、配比进行配料，经破碎、筛分、混合等过程制成生物质燃料。由于加入了1％～4％的锅炉灰渣，同时合理的配比、粒径分布与干湿配料改善了炉内反应状况，使结渣现象得到有效控制，锅炉结渣清理周期延长至4周以上。

表1

表2

说明：表1、表2中空白单元格表示不含对应组分；粒径、含水率右侧单元格中的数值为落在给定范围内的生物质燃料的综合比例。

Claims (13)

1.一种高效抗结渣生物质复合燃料，包括木边角料、竹边角料、秸秆、树皮、薪柴、稻壳、花生壳、碎树枝中的至少两种，其特征在于：还包括锅炉灰渣，所述锅炉灰渣的质量占复合燃料总质量的1％～4％。

2.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述锅炉灰渣中各主要组分的质量百分比为：

。

3.根据权利要求2所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述锅炉灰渣中各主要组分的质量百分比为：

。

4.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于：所述锅炉灰渣中，粒径在3mm以下的灰渣的质量分数≥90％。

5.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的组分质量百分比为：

所述其他组分为芦苇渣、锯末、蘑菇基、树根、棉绒、碎树枝、松塔球中的一种或数种。

6.根据权利要求5所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的组分质量百分比为：

所述其他组分为芦苇渣、锯末、蘑菇基、树根、棉绒、碎树枝、松塔球中的一种或数种。

7.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的组分质量百分比为：

所述其他组分为锯末、蘑菇基、树根、棉绒、碎树枝、松塔球中的一种或数种。

8.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的组分质量百分比为：

所述其他组分为芦苇渣、锯末、树根、棉绒、碎树枝、松塔球中的一种或数种。

9.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的组分质量百分比为：

。

10.根据权利要求1所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的组分质量百分比为：

。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的总体粒径质量百分比分布如下：

粒径＜5mm的占20％～40％，

5mm≤粒径≤50mm的占30％～50％，

50mm＜粒径≤200mm的占10％～30％。

12.根据权利要求11所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料的总体粒径质量百分比分布如下：

粒径＜5mm的占30％～40％，

5mm≤粒径≤50mm的占40％～50％，

50mm＜粒径≤200mm的占10％～30％。

13.根据权利要求1～10中任一项所述的高效抗结渣生物质复合燃料，其特征在于，所述复合燃料中各组分按水分含量的重量配比如下：含水率＜15％的占10％～30％，15％≤含水率≤70％的占70％～90％。