含大比例黄秆的生物质燃料的掺配方法

摘要

本发明提供一种含大比例黄秆的生物质燃料的掺配方法，其应用于联合炉排锅炉，该方法包括将黄秆生物质、废弃板材和纯树皮按比例进行掺配，其中，所述黄秆生物质、废弃板材和纯树皮的掺配重量比为5‑8：1‑4：1。该方法在大比例掺烧黄秆生物质的前提下，不仅能够提升燃烧性能，显著降低污染物的排放量，还能够使生物质燃料实现稳态燃烧。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质固体燃料，具体涉及一种含大比例黄秆的生物质燃料的掺配方法。

背景技术

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量是取之不尽、用之不竭的可再生碳源。并且，生物质能还具有能源替代、减排环保和促进农村经济等多重功能，因此，从能源安全和环境保护出发，对生物质能的开发利用已成为当前发展可再生能源的战略重点。

联合炉排锅炉因为使用两种不同的炉排组成，导致其前端与后端的燃烧工况需求有所差别，造成其炉膛前后温度也有所差异，而且其床温较低，往复炉排段温度约在650度左右，链条炉排段约在795度左右，现有的生物质燃料往往无法同时满足燃烧性能优异、排放达标且稳定燃烧。

目前国内生物质直燃电厂发展迅速，炉型也各有不同，包括循环流化床锅炉、振动炉排锅炉、联合炉排锅炉，其燃烧系统多有不同。但是，生物质直燃行业都面临着一个非常致命的问题，即黄秆掺烧比例不足。从燃料来讲，黄秆类燃料为农业废弃物的90％以上，且数量庞大、稳定、地域特性强，价格相较林业废弃物等灰秆也低，而且国家政策导向也为鼓励多掺烧黄秆类燃料。然而，大比例黄秆掺烧，会造成需氧量激增，造成后续燃烧不足。因此，能够含有大比例黄秆并实现良好的燃烧性能是亟待解决问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种适用于联合炉排锅炉生物质锅炉且含有大比例黄秆的生物质燃料及其掺配方法，经本发明的合理控制和掺配不仅能够将本发明的生物质燃料在直燃联合炉排锅炉中充分利用，在大比例掺入黄秆生物质的前提下，使生物质燃料充分稳定的燃烧，且排放达标，并且大比例的掺入黄秆生物质可以节约成本、促进农民创收，使经济效益和社会效益最大化。本发明的方法特别适用于以生物质作为燃料的生物质发电企业。

本发明是通过以下技术方案实现的：

首先，本发明提供了一种含大比例黄秆的生物质燃料的掺配方法，其应用于联合炉排锅炉生物质锅炉(比如130T/H)，所述方法包括将黄秆生物质、废弃板材和纯树皮按比例进行掺配，其中，所述黄秆生物质、废弃板材和纯树皮的掺配重量比为5-8：1-4：1。

进一步地，所述黄秆生物质和纯树皮的掺配重量比为5-7：2-4：1；进一步为6：3：1。

进一步地，所述黄秆生物质由棉秆、麦秆、花生壳和高粱秆组成，其中，棉秆和花生壳的重量比1-2：1，麦秆和高粱秆的重量比为1-2：1，棉秆和麦秆的重量比为5-8：1；

进一步地，棉秆和花生壳的重量比1.5-2：1，麦秆和高粱秆的重量比为1-1.5：1，棉秆和麦秆的重量比为6-8：1；

进一步地，棉秆和花生壳的重量比1.5：1，麦秆和高粱秆的重量比为1：1，棉秆和麦秆的重量比为6：1；

进一步地，棉秆、麦秆、花生壳和高粱秆的质量比为6：1：4：1。

进一步地，所述棉秆含有不超过6.2％水分(M_ad,％)、不超过4.3％灰分(A_ad,％)、不超过68.78％挥发分(V_ad,％)以及不超过20.98％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述棉秆含有6.5.9-6.2％水分(M_ad,％)、4.0-4.3％灰分(A_ad,％)、68.7-68.78％挥发分(V_ad,％)以及20.93-20.98％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述棉秆含有6.1％水分(M_ad,％)、4.2％灰分(A_ad,％)、68.74％挥发分(V_ad,％)以及20.96％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述棉秆的低位热值为16860KJ/KG；

进一步地，所述麦秆含有不超过14.98％的水分(M_ad,％)、不超过11.18％灰分(A_ad,％)、不超过63.2％的挥发分(V_ad,％)以及不超过15.76％的固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述麦秆含有14.93-14.98％水分(M_ad,％)、11.13-11.18％灰分(A_ad,％)、63.14-63.20％挥发分(V_ad,％)以及15.7-15.76％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述麦秆含有14.96％水分(M_ad,％)、11.15％灰分(A_ad,％)、63.17％挥发分(V_ad,％)以及15.72％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述麦秆的低位热值为16532KJ/KG；

进一步地，所述高粱秆含有不超过10.86％水分(M_ad,％)、不超过7.68％灰分(A_ad,％)、不超过68.23％挥发分(V_ad,％)以及不超过13.35％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述高粱秆含有10.8-10.86％水分(M_ad,％)、7.62-7.68％灰分(A_ad,％)、68.18-68.23％挥发分(V_ad,％)、13.3-13.35％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述高粱秆含有10.82％水分(M_ad,％)、7.65％灰分(A_ad,％)、68.21％挥发分(V_ad,％)、13.32％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述高粱秆的低位热值为14066KJ/KG；

进一步地，所述花生壳含有不超过6.7％水分(M_ad,％)、1.75％灰分(A_ad,％)、68.28％挥发分(V_ad,％)以及23.55％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述花生壳含有6.3-6.7％水分(M_ad,％)、1.7-1.75％灰分(A_ad,％)、68.24-68.28％挥发分(V_ad,％)以及23.5-23.55％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述花生壳含有6.5％水分(M_ad,％)、1.72％灰分(A_ad,％)、68.26％挥发分(V_ad,％)以及23.52％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述花生壳的低位热值为19730KJ/KG。

进一步地，所述废弃板材的选自旧家具和旧建筑模板，其中，废弃板材含有不超过3.2％水分(M_ad,％)、不超过3.52％灰分(A_ad,％)、不超过66.0％挥发分(V_ad,％)以及不超过26.43％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，废弃板材含有2.9-3.2％水分(M_ad,％)、3.48-3.52％灰分(A_ad,％)、65.95-66.0％挥发分(V_ad,％)以及26.38-26.43％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述废弃板材含有3.1％水分(M_ad,％)、3.5％灰分(A_ad,％)、65.99％挥发分(V_ad,％)以及26.41％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述废弃板材的低位热值为19500KJ/KG。

进一步地，所述纯树皮选自杨树树皮，其中，所述纯树皮含有不超过24.2％水分(M_ad,％)、不超过5.03％灰分(A_ad,％)、不超过45.25％挥发分(V_ad,％)以及不超过24.80％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述纯树皮含有23.8-24.2％水分(M_ad,％)、5.0-5.03％灰分(A_ad,％)、46.18-45.25％挥发分(V_ad,％)以及24.75-24.80％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述纯树皮含有24.0％水分(M_ad,％)、5.02％灰分(A_ad,％)、46.2％挥发分(V_ad,％)以及24.78％固定碳(FC_ad,％)；

进一步地，所述纯树皮的低位热值为18260KJ/KG。

进一步地，所述方法包括以重量份计，将60份黄秆生物质、30份废弃板材和10份纯树皮进行掺配，其中，所述黄秆生物质由棉秆、麦秆、花生壳、高粱杆组成，棉秆、麦秆、花生壳、高粱杆的重量比为6：1：4：1。

进一步地，所述方法还包括：将黄秆生物质、废弃板材和纯树皮分别粉碎后在联合炉排锅炉前的给料仓进行层叠掺配，形成底部为黄秆生物质、上部为废弃板材和树皮混合层的生物质燃料；

进一步地，所述层叠掺配为：废弃板材与纯树皮在料场上料前进行混合掺配，该混合料与黄秆生物质在具有高度差的不同给料仓口给料，其中，黄秆生物质在低位置给料仓口给料，废弃板材与纯树皮的混合物在高位置给料仓口给料，从而形成底部为黄秆生物质、上部为废弃板材和树皮混合层的生物质燃料。

进一步地，黄秆类生物质采用刀式粉碎机进行粉碎，粉碎后黄秆生物质的长度不超过2CM，且无纤维残连；

进一步地，废弃板材粉碎为长宽高不大于5CM的块状，并进行除铁操作，树皮应粉碎为长度不大于7CM的条状燃料。

即结合联合炉排特点，采用分仓单类燃料层叠分配布料的方式进行掺烧，其具体实施方式为，将各类生物质燃料分别粉碎后不在料场进行混掺，而是依靠炉前的多个给料仓进行层叠掺配工作，底层给料仓负责黄秆生物质给料，上层给料仓负责废弃板材、纯树皮的给料工作。采用此种给料方式后，在往复炉排形成底部为黄秆层，上部为板材、树皮混合层的燃料层，黄秆类生物质接近送风门满足其挥发分含量较多所需要的氧气较多的运行工况，且又能由上层混合料层组织过量飞灰散发，并提前对上层料层进行预热烘干及挥发分燃烧。

此外，本申请还提供通过上述掺配方法掺配得到的生物质燃料。

本发明的燃料掺配方法，可以保证生物质联合炉排锅炉的稳态燃烧，保证燃烧稳定性，减少调整频率，减少操作人员工作量，保证生物质燃料燃烧充分，有效减少灰渣可燃物，保证锅炉运行安全。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1生物质燃料的掺配

配方如表1所示，其中，黄秆生物质、废弃板材和纯树皮的掺配重量比为6：3：1，棉秆、麦秆、花生壳和高粱秆的质量比为6：1：4：1，废弃板材加入量30wt％。

表1实施例1的掺配配方

掺配方式：

将黄秆生物质、废弃板材和纯树皮分别粉碎，其中，黄秆类生物质采用刀式粉碎机进行粉碎，粉碎后黄秆生物质的长度不超过2CM，且无纤维残连；废弃板材粉碎为长宽高不大于5CM的块状，并进行除铁操作，树皮应粉碎为长度不大于7CM的条状燃料。之后在联合炉排锅炉前的给料仓进行层叠掺配，具体掺配方式为：废弃板材与纯树皮在料场上料前进行混合掺配，该混合料与黄秆生物质在上下两个高度不同的给料仓口给料，其中，黄秆生物质在低位置给料仓口给料，废弃板材与纯树皮的混合物在高位置给料仓口给料，从而形成底部为黄秆生物质、上部为废弃板材和树皮混合层的生物质燃料。

实施例2-13

以表2的掺配配方按照实施例1的方式进行掺配，得到实施例2～12的生物质燃料。

其中黄秆生物质、纯树皮、树枝桠、废弃板材的原料同实施例1，黄秆生物质由棉秆、麦秆、花生壳和高粱秆组成，纯树皮选用杨树皮，废弃板材选用旧建筑模板。

表2实施例2～12的掺配配方

实施例13

以实施例1的掺配配方，按照以下方式掺配：

将所有原料粉碎为个体长度小于5CM的散质燃料，然后在料场配料区进行分层布料，并进行3次以上混合搅拌，保证混料均匀。

实施例14

分别称取实施例1-13中掺配得到的生物质燃料，每个配比2kg，利用生物质烘烤机(KM-9，云南名泽烟草机械有限公司)，对各个实施例的生物质燃料的燃烧性能进行测试，观察并记录，结果详见表3。

表3燃烧性能

实施例16

在生物质直燃联合炉排锅炉的SO_X测定中，其主要测定的成分为CO，即燃烧风量不足时，产生还原反应，CO₂+C＝2CO。而NO_X的排放量则是燃料中的N物质在锅炉中会先与氧气反应生成一氧化氮，即2N+O₂＝2NO，2NO+O₂＝2NO₂。因为NO性质不稳定，其在不同工况下会发生不同的反应，在氧量少的还原性氛围下其易还原为氮气(N₂)，在氧量较高氧化氛围下易与氧气反应生成二氧化氮(NO₂)，所以要尽量减少生物质燃料氮元素的含量，并合理调配风量，减少二氧化氮(NO₂)生成。

本实施例对各原料进行了测定(固体生物质燃料工业分析方法(GB/T 28731-2012))，结果如下：

黄秆生物质：本发明选择黄秆生物质(稻壳、玉米芯和高粱秆的组合)，使其在在联合炉排锅炉的前段燃烧中起到主力燃烧作用，并研究了各原料的成分，结合实施例1的掺配方法后发现，当棉秆、高粱壳、麦秆、花生壳的元素成分在以下情况下，可以实现本发明：

并且进一步在以下情况下，可以更好地实现本发明：

并且进一步为以下情况时，能最好的实现本发明：

黄秆生物质的主要体现在：

(1)借助其体较大密度小的特性，在往复炉排布料时起到支撑作用，使料层具有空隙有利于由料层底部进入风通过料层，保证氧气供应。

(2)易燃，且易风干，在往复炉排布料过程中，其自身的水分易挥发，更助于其燃烧。

(3)相对于板材类废弃物，挥发分占比较高，其主要作为联合炉排锅炉前段挥发分燃烧阶段主力燃料。

(4)对板材类及树皮类燃料进行预烘干及挥发分阶段预引燃。

废弃板材：多为进行过工业深加工的木材，其水分及灰分含量较低，且固定碳含量较高，相较于黄秆生物质不易引燃，本申请选择掺配废弃板材主要作为中段往复与链条炉排过渡区域的燃烧主力，并且其还可以对水分含量较高的纯树皮类燃料起到预烘干及引燃的作用。但因为板材在加工成型过程中不可避免的需要进行各项化学处理，其硫含量相对较高，本实施例还研究了废弃板材(以旧建筑模板为对象)的成分，结合本申请的掺配方法后发现，当其元素成分在以下情况下，可以实现本发明：

并且进一步在以下情况下，可以更好地实现本发明：

并且进一步在以下情况下，可以最好地实现本发明：

纯树皮：纯树皮及树枝桠，由于其水分含量较高，即使经过自然晾晒风干，其结构水分含量依旧较高，且其固定碳含量较高，本申请将其作为链条炉排中末端的燃烧主力。为了更好地实现本发明，本实施例同样研究了纯树皮(杨树皮)的元素构成，当其在以下情况时，可以实现本发明：

并且进一步在以下情况时，可以更好地实现本发明：

并且进一步在以下情况时，可以最好的实现本发明：

本发明的燃料掺配方法搭配以上原料，可以保证生物质联合炉排锅炉的稳态燃烧，保证燃烧稳定性，减少调整频率，减少操作人员工作量，保证生物质燃料燃烧充分，有效减少灰渣可燃物，保证锅炉运行安全。

实施例17

联合炉排锅炉型号：130T/H

根据《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》，排放达标标准：氮氧化物小于100mg/m³,二氧化硫小于50mg/m³，灰分小于20mg/m³。

采用130T/H联合炉排锅炉进行生产，采用料场掺配、皮带输送、炉前料仓均匀给料的方式进行给料，每小时给料量在32吨，往复炉排段燃烧温度控制在645度，底部风门全开，链条炉排段温度控制在789度，只启用炉膛内高温段SNCR脱硝设备，采用干法脱硫，布袋除尘，根据《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》测试，排放结果详见表4。

表4污染物排放情况

实施例18

稳态燃烧效果测试：本实施例将实施例1的燃料与其他燃料根据实施例17的方式以相同进料量进炉燃烧(联合炉排锅炉型号：130T/H)并监控燃烧效果，效果如表5所示。

其中，其他燃料按专利CN104726158A中所述方法制备。

表5

实施例19

黄秆类生物质原料(本发明中使用的棉秆、麦秆、花生壳和高粱秆)的采购费用，普遍要低于废弃板材、树皮、树枝桠、以及其他灰秆生物质原料，以我公司为例：棉秆、麦秆、高粱秆、黄生科等采购价格约在230元左右，而树皮及树枝桠价格在300元左右，废弃板材的价格在350元左右。大比例黄秆掺烧可以有效的降低入炉燃料成本，且大比例掺烧黄秆类燃料对电厂所在区域的秸秆禁烧工作贡献明显，可以有效地控制秸秆焚烧现象，为农民增收，公司与当地政府协作，通过大比例黄秆掺烧，保护当地环境更与精准扶贫挂钩，依靠黄秆类燃料采购协助贫困户脱贫，经济、社会和环境效益明显。