生物質(zhì)型煤技術研究
- 期刊名字:煤炭轉化
- 文件大?。?50kb
- 論文作者:毛玉如,駱仲泱,蔣林,方夢祥,岑可法
- 作者單位:浙江大學能源潔凈利用與環(huán)境工程教育部重點實驗室,
- 更新時間:2020-06-12
- 下載次數(shù):次
第24卷第1期煤炭轉化2001年1月COAL CONVERSIONlan.2001生物質(zhì)型煤技術研究毛玉如駱仲泱?)蔣林3)方夢祥2岑可法摘要生物質(zhì)型煤是由原煤、生物質(zhì)和固硫劑混合壓制而成的一種新型型煤.生物質(zhì)型煤技術將不可再生的化石能源與可再生的生物質(zhì)能結合起來,具有綜合利用能源和減少環(huán)境污染的雙重功能.介紹了生物質(zhì)型煤技術在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了生物質(zhì)型煤技術的幾個關鍵問題,論述了中國發(fā)展生物質(zhì)型煤技術的重要性和工業(yè)化應用中存在的問題,展望了生物質(zhì)型煤技術的發(fā)展前景及方向關鍵詞生物質(zhì)型煤,型煤,固硫,高壓成型,工業(yè)鍋爐中圖分類號TQ534大體上可以分為三類:(1)生物質(zhì)制漿后的黑液0引言如紙漿廢液作為成型粘結添加劑;(2)生物質(zhì)水解產(chǎn)物,如水解木質(zhì)素、纖維素、半纖維素及碳氫化生物質(zhì)型煤是指破碎成一定粒度和干燥到一定合物等作為成型粘結添加劑;(3)生物質(zhì)直接和煤程度的煤及可燃生物質(zhì),按一定比例摻混,加入少粉混合,利用受熱或高壓壓制成型.中國利用植物量固硫劑,利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素、纖維素、半纖纖維和堿法草漿原生黑液、腐植酸鈉渣等作復合粘維素等的粘結與助燃作用,經(jīng)高壓成型機壓制而成.結劑,用氫氧化鈉處理稻草制備的粘結劑生產(chǎn)型煤.生物質(zhì)型煤水分低、揮發(fā)分高;在燃燒過程中,干德國、土耳其等國研究用糖漿作粘結劑,同時摻燥、干餾的時間短,揮發(fā)分易析岀,容易著火和點鋸末和造紙廠廢紙生產(chǎn)型煤.俄羅斯、烏克蘭燃,透氣性好;在燃燒過程中形成微孔,增大了與美國、英國、匈牙利等國用生物質(zhì)水解產(chǎn)物作為粘空氣的接觸面積,因而能夠充分燃燒,并能改變煤結劑生產(chǎn)型煤.美國、瑞典等國還用脫水泥炭和磨炭燃燒冒黑煙的現(xiàn)象,還能固硫和降低煙塵生成量;細的生物質(zhì)混合、擠壓、切割成型生產(chǎn)型煤.成型強度高,便于貯存運輸.生物質(zhì)型煤技術將不日本在面臨石油危機的境況下開發(fā)了生物質(zhì)型可再生的化石能源和可再生旳生物質(zhì)能巧妙地結合煤技術,將粉碎后的農(nóng)作物秸稈、原煤與固硫劑混在一起,具有如下優(yōu)點:(1)預示著一種極有生命力合后經(jīng)高壓成型機壓制而成,其中生物質(zhì)占15%的復合新能源的誕生;(2)為生物質(zhì)能大規(guī)模工業(yè)30%,固硫率可達80%,燃燒效率高達99%;日本化利用提供了可能的有效途徑;(3)為中國工業(yè)型于1985年即在北海道建成了一座年產(chǎn)6000t生物煤加速發(fā)展與推廣應用注入了新的活力;(4)對于質(zhì)型煤的工廠,日本還試驗生產(chǎn)了生物質(zhì)型煤的小開辟能源新領域,合理高效的利用能源,減少大氣型燃燒裝置和專用燃燒設備.6日本很重視在中國污染和保護環(huán)境都有著極其重要的意義土耳其、澳大利亞、巴基斯坦和泰國等發(fā)展中國家推廣應用其生物質(zhì)型煤技術.7生物質(zhì)型煤技術發(fā)展現(xiàn)狀中國煤化玉臨沂礦務局湯莊煤礦生物CNMHG底建成,是中國第一家根據(jù)生物質(zhì)成型處理的不同方法,生物質(zhì)型煤工業(yè)規(guī)模的生物質(zhì)型煤生產(chǎn)廠.9該廠由日本政府1)博士生;2)教授、博士生導師;3)碩士生;4)中國工程院院士,浙江大學能源潔凈利用與環(huán)境工程教育部重點實驗室,310027杭州收稿日期:2000-11-18煤炭轉化2001年的綠色援助計劃(GAN)資助,臨沂礦務局配套廠點.12,13房進行建設.該廠設計年產(chǎn)量為3萬t,生產(chǎn)的型煤浙江大學、清華大學、哈爾濱理工大學、煤炭呈枕型,外觀平整光滑,不破碎,無裂紋,粒度為科學硏究總院北京煤化學硏究所、杭州環(huán)境保護研40mm×40mm×25mm,熱值為12.12MJ/kg~究所和沈陽環(huán)境科學研究所等單位也進行了生物質(zhì)18.48MJ/kg,崩潰強度大于392N,固硫率大于型煤的部分開發(fā)工作和小型實驗研究50%,含生物質(zhì)10%~30%.設備安裝運行期間存在許多問題,如燒后灰殼黑心、煙大、不耐燒等.2生物質(zhì)型煤技術特點重慶市中日共同研究的生物質(zhì)固硫型煤試驗廠于1997年建成.該廠設計年產(chǎn)量為1萬t,高壓成生物質(zhì)型煤是型煤中的一種新品,它除具有普型機由日本國際善鄰協(xié)會贈送,安裝調(diào)試成功后壓通型煤的優(yōu)點外,還有自己獨特之處.根據(jù)生物質(zhì)制岀的生物質(zhì)和非生物質(zhì)固硫型煤的初步燃燒測試型煤的實驗室及工業(yè)測定可知:生物質(zhì)型煤易著火表明,民用型煤可以獲得較高的固硫率,工業(yè)固硫燃燒速度快;不冒煙,可固硫;燃燒充分,灰渣含型煤也有希望獲得5%~70%的固硫率.該廠試驗碳量低且不結渣.生物質(zhì)型煤具有熱效率高、灰分成功后將在重慶市普及推廣,使重慶市日益嚴重的少、固硫率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點,既能節(jié)約能源酸雨問題得到有效的控制.0,1又能明顯減少對大氣的污染,具有綜合的經(jīng)濟效益、成都市于1999年中日合作進行研究、試驗生產(chǎn)環(huán)境效益和社會效益生物質(zhì)型煤,型煤成型主機裝置及其相關技術由日2.1生產(chǎn)工藝本慶應大學提供.用生石灰作固硫劑,Ca/S=1~2在原煤中添加生物質(zhì)秸稈和木屑的混合物20%~生物質(zhì)型煤生產(chǎn)工藝主要由烘干、粉碎、混合、30%,擠壓固化成型,實際測得研制的生物質(zhì)型煤高壓成型等單元組成,生物質(zhì)型煤生產(chǎn)工藝流程見具有易燃、固硫效果顯著、未燃損失小等特圖1.1313生產(chǎn)過程一般是:首先將原煤和準備摻入CrusherSulphurCrusherDryerMixerSizingBriquetterusherDryerDetectorMagnetic filter圖1生物質(zhì)型煤生產(chǎn)工藝流程g 1 Production crafts for bio-briquette的生物質(zhì)分別進行烘干,將干燥后的原煤進行破碎,13.64:9.08.7成都中日合作的研究認為生物質(zhì)生物質(zhì)則加以碾碎,曆成微細粉末.然后將兩者進型煤在成型之前,一定要控制混合成型的煤粉、生行充分混合,此時可根據(jù)原煤和生物質(zhì)的特性,視物質(zhì)和生石灰的水分小于5%,以便通過成型主機情況加入適量的粘結劑和固硫劑.最后將上述混合固化成型.23物一同送入成型機,在高壓下壓制成型.生物質(zhì)型2.2抗壓強度煤也可以在壓制成型的過程中摻入各種可燃的工業(yè)廢棄物(煤泥、泥炭、粉煤灰等)和城市生活垃圾V凵中國煤化工各項機械性能指標中最大新潔凈煤廠將煙煤(肥煤)粉碎至3mm,干直CNMHG]一般而言,隨著原煤可燥使其水分降為1%左右;生物質(zhì)(玉米秸)切碎至曆性系數(shù)(HGⅠ)的不斷增大,型煤的抗壓強度逐步2mm~3mm,干燥使其水分降為10%左右;消石升高.含20%左右的生物質(zhì)型煤和普通型煤的煤料灰固硫劑粉顆粒破碎至小于ω.mm,干燥使其水粒徑與抗壓強度具有不同旳關系(見第23頁圖2).分小于3%,三種原料混合的重量比為77.28當煤料粒徑小于0.3mm時,生物質(zhì)型煤的抗壓強第1期毛玉如等生物質(zhì)型煤技術研究23度隨煤料粒徑變細而升高很快,普通型煤隨煤料粒徑的變細卻略有降低;當煤料粒徑大于0.3mm時,隨煤料粒徑的増大,普通型煤和生物質(zhì)型煤的抗壓強度均下降,而生物質(zhì)型煤的變化較為平緩;生物Coal-briquette質(zhì)型煤的抗壓強度平均比普通型煤高出25kg/cm2以上Coal particle size/mm在成型壓力與其他條件一定的情況下,煤料成圖2煤料粒徑與型煤抗壓強度的關系型時的粒徑組成對生物質(zhì)型煤抗壓強度有顯著的影F響(見圖3).粒徑小于0.2mm的成型原料含量越(CS) and coal particle size多,生物質(zhì)型煤的抗壓強度越高,而粒徑在1mm~briquette;●—Coal- briquette3mm之間的成型原料含量越多,生物質(zhì)型煤的抗圖3成型原料粒徑組成與生物質(zhì)型煤抗壓強度的關系Fig 3 Relationship between briquetting size containment and bio-briquette's compressive strength(CS)(a) Briquetting coal containment (<0. 2 mm): (b) Briquetting size containment (I mm-3 mm)壓強度會逐漸降低.所以,國內(nèi)外對煤成型粒徑—與折算可燃基灰分成正比.生物質(zhì)型煤點火的延遲般均要求在3mm以下時間與燃料種類、燃料的性質(zhì)(揮發(fā)分、灰分、水2.3點火性能分等)、混料配比、主燃火焰溫度、配風形式及大小等有關生物質(zhì)型煤比原煤可燃基揮發(fā)分有所提高,在2.4燃燒機理點火的過程中,易燃的生物質(zhì)率先點火放熱,使生物質(zhì)型煤在短時間內(nèi)升溫迅速達到著火點,使不易生物質(zhì)型煤在燃燒的過程中呈多孔球燃燒有利點火的原煤也隨之很快著火,而且隨著生物質(zhì)的迅于氧向內(nèi)和燃燒產(chǎn)物向外的擴散,有利于加速傳熱速燃燒,在型煤中生物質(zhì)燃料原來占有的體積迅速傳質(zhì)和保證充分燃燒,因而不會產(chǎn)生煤熱解過程中收縮,型煤中空岀了許多孔道及空隙,使一個實心因為局部供氧不充分發(fā)生的熱解析碳冒煙現(xiàn)象.生的球體變成了一個“多孔形球體”,這樣就為氧氣的物質(zhì)型煤灰渣中殘?zhí)己康?殘余灰渣也難于粘結滲透擴散創(chuàng)造了條件,所以點火能深入到球面表層成塊,一般呈香煙灰狀,用手一捻即散.·8實驗證下一定深度,形成穩(wěn)定旳點火燃燒.在高壓成型的明,用煙煤壓制的生物質(zhì)型煤在其燃燒時生成的煤生物質(zhì)型煤中,其組織結構決定了揮發(fā)分的析岀及煙,用肉眼幾乎看不岀來,煤煙的生成量只是原煙向型煤內(nèi)部傳遞熱量比較緩慢,所以形成揮發(fā)分點煤的115.生物質(zhì)型煤燃燒充分,能順利的實現(xiàn)層火逐步進行,且點火所需的氧氣比原煤層狀燃燒點狀燃燒,使灰渣粘結成片造成通風不良的情況會有火時要少.從總體趨勢上分析,生物質(zhì)型煤的點火所中國煤化工溫度更趨向于生物質(zhì)的點火特性,而且點火溫度變CNMHG⌒實質(zhì)是屬于靜態(tài)滲透式化范圍不大.4擴散燃烍,燃烷圍統(tǒng)生物質(zhì)型煤表面及不斷地深隨著生物質(zhì)加入量的增多,生物質(zhì)型煤點火溫入到球內(nèi)進行,少量的CO在空間燃燒.生物質(zhì)型煤度呈降低的趨勢,且摻入生物質(zhì)種類的不同,生物燃燒特性既有著火容易、易燃熾優(yōu)越可取的一面,又質(zhì)型煤點火溫度降低的程度不同(見第24頁圖4).存在灰殼阻礙氣體擴散、降低燃燒速度的另一面.生生物質(zhì)型煤點火溫度與折算可燃基揮發(fā)分成反比,物質(zhì)型煤要燃燒良好,最根本的原則是要實現(xiàn)有效煤炭轉化2001年052圖4點火溫度與生物質(zhì)含量的變化關系Fig 4 Relationship between burning temperature(BT) and biomass containmentO--Sawdust anthracite briquette; SAwdust sulphur coal briquette(a) Red-hot phase; (b) Flame phase合理的配風下的控溫燃燒.理論上講可能影響生物表1燃燒性質(zhì)比較質(zhì)型煤燃燒速度的主要因素包括生物質(zhì)與煤的種Table 1 Comparison of combustion performance類、燃燒溫度、燃燒時通風情況、固硫劑添加情況、Sample (1 ksFierce flame生物質(zhì)不同摻量、生物質(zhì)型煤外形與質(zhì)量大小等Sulphur retention Ash/kg time/minFurong coa2.5固硫特性Coal briquette (Ca/$=2)0.442生物質(zhì)型煤在成型過程中,不僅加固硫劑氧化0.318鈣,而且加有機活性物質(zhì)(如秸稈,鋸木屑等),生Ca/s=2riquet物質(zhì)型煤在燃燒過程中,隨著溫度的升高,由于這Ca/S=2,50.356些有機生物質(zhì)比煤先燃燒完,碳化后留下空隙起到Ca/S=20.331膨化疏松作用,使固硫劑CaO顆粒內(nèi)部不易發(fā)生燒Note: Adding sulphur retention additive(ferric結,甚至使孔隙率反而增加,增大了SO2和O2向CaO顆粒內(nèi)的擴散作用,提高了鈣的利用率,又有3應用前景分析利于固硫反應中先生成的CaSO3及時氧化成更耐高溫分解的CaSO1,從而提高其固硫率.此外由于生中國目前塊煤的產(chǎn)量難以滿足工業(yè)鍋爐燃用需物質(zhì)型煤在成型過程中煤與固硫劑接觸混合均勻,求,大多數(shù)工業(yè)鍋爐基本上燃用粒度篩分很寬的未可以在較低的鈣硫比下,使固硫率達到50%以上,經(jīng)加工的散煤,在燃燒過程中普遍存在著燃燒效率同時生物質(zhì)對生物質(zhì)型煤在燃燒過程中起到的膨化低、機械不完全燃燒損失大、污染環(huán)境嚴重等問題疏松作用會增加燃燒時的空氣流通量,使得生物質(zhì)中國工業(yè)型煤在總體上雖已達到世界先進水平,但型煤的熱效率不僅大大高于散煤,而且高于普通型還未形成規(guī)模產(chǎn)業(yè),目前尚處于工業(yè)示范階段,特別是鍋爐型煤及其推廣應用方面仍然有不少問題有待生物質(zhì)型煤的燃燒過程表現(xiàn)為兩個階段:揮發(fā)完善解決.利用生物質(zhì)型煤技術可以提高工業(yè)鍋爐分燃燒階段和煤焦燃燒階段η,生物質(zhì)型煤在燃燒熱效率,削減污染物排放,減免除塵脫硫設備及其運初期時生成的SO3較少,燃燒中后期生成的SO較行維護費用,節(jié)約能源;還能有效的解決工業(yè)型煤需多,8:1提高型煤固硫率的關鍵是固硫劑的制備,求量大與生產(chǎn)水平有限技術不過關的矛盾,加速中要求固硫劑有盡可能大的比表面積,反應活性盡可國中國煤化工制生產(chǎn)、使用的積極性能高,同時要求固硫劑能耐較高的溫度,并能使所為CNMHG應用注入新的活力再生成的硫酸鹽在高溫下不易分解.實驗證實,在氧者,山王初能頁彐豐富,但大多處于低效利化鈣固硫劑的基礎上加入適當?shù)奶砑觿┛梢愿纳乒逃脿顟B(tài),目前的生物質(zhì)能利用技術在近期內(nèi)很難實硫效果.芙蓉煤、普通型煤、生物質(zhì)型煤燃燒性質(zhì)現(xiàn)工業(yè)化應用.∞生物質(zhì)型煤技術使人類有可能實的比較見表1現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模的開發(fā)與利用生物質(zhì)能,使工、農(nóng)林業(yè)廢棄物變廢為寶,充分利用生物質(zhì)能的可再生第1期毛玉如等生物質(zhì)型煤技術研究25性,建立起可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng),促進社會經(jīng)濟發(fā)此外,工業(yè)生產(chǎn)旳生物質(zhì)型煤在高溫熱強度和固硫展與生態(tài)環(huán)境改善的協(xié)調(diào)進行率、防水性、生產(chǎn)成本等方面仍然存在一些問題有待生物質(zhì)型煤雖然具有優(yōu)良的燃燒性能和環(huán)保節(jié)完善解決能效應,但在中國尚處于實驗室研究、工業(yè)試生產(chǎn)階段,尚未形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)技術經(jīng)濟因素阻礙了它的工4結束語業(yè)化發(fā)展應用.由國內(nèi)外的經(jīng)驗可知,高壓成型機是生物質(zhì)型煤成型的關鍵設備.中國目前大部分是(1)生物質(zhì)型煤技術理論上在中國應該有廣泛萬t/a的小型對輥成型機,成型壓力一般只有500的應用前景和發(fā)展前途,因為既具備豐富的原料,又kg/cm2左右,高壓成型因成型工藝尚不完善,未能有巨大的潛在市場.生物質(zhì)型煤技術、產(chǎn)品的開發(fā)與大規(guī)模生產(chǎn)應用.日本的高壓成型機采用液壓傳動,研制涉及多個學科門類,需要有豐富的煤燃燒、煤成成型壓力達2t/cm2~5t/cm2以上,且壓輥表面采型、生物質(zhì)燃燒、生物質(zhì)成型、優(yōu)化配煤、機械設計等用高壓耐曆材料成型機對輥的使用壽命長.引進國方面的知識外的高壓成型主機及其配套設備價格驚人,設備成(2)目前國內(nèi)眾多高等院校、科研院所的深入本投資過高.某年產(chǎn)3萬t生物質(zhì)型煤生產(chǎn)線按20研究,試驗、生產(chǎn)廠家的運行實踐均為生物質(zhì)型煤規(guī)年的使用壽命進行估算,每噸生物質(zhì)型煤的設備折模產(chǎn)業(yè)的形成提供了可能,高壓型煤成型主機及相舊成本為84.3元關設備的國產(chǎn)化,企業(yè)和公眾環(huán)保意識的加強與提生物質(zhì)型煤生產(chǎn)時需要將原煤、生物質(zhì)、固硫劑髙必將有利的促進生物質(zhì)型煤的推廣應用粉碎至一定粒徑才能進行混合,并要求烘干及嚴格3)生物質(zhì)型煤技術今后的研究重點應該是開的水分檢測、配比控制,同時還要進行磁選、篩選等發(fā)低成本、高固硫率和防潮抗水型適用于工業(yè)鍋爐工序,這樣,不僅增加了型煤的生產(chǎn)配套設備,而且燃用的生物質(zhì)型煤,可以適量加入粘結劑或根據(jù)生還需要消耗大量的水、電、蒸汽、壓縮空氣,從而增加物質(zhì)具體性能對其進行生物化學預處理以適當提高了生產(chǎn)成本.如某年產(chǎn)3萬t生物質(zhì)型煤生產(chǎn)線的其粘結力;可以通過應用人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡等先進電耗為530kW,水耗為5.ot/h,氣耗為1.6t/h(7技術對多種煤配比及生物質(zhì)配比的調(diào)整和配方的優(yōu)kg/cm2),壓縮空氣量為180Nm3/h,若工業(yè)用電化設計,將生物質(zhì)型煤的灰分、水分、揮發(fā)分、發(fā)熱按ω.5元/W·h計,光電費一項,1t生物質(zhì)型煤量、燃料比、粒徑大小、反應活性、焦渣特性、熱變形的生產(chǎn)成本即53元,再加上其他三項消耗和固硫特性等調(diào)整到有利于燃燒的最佳值和大幅度降低生劑、人工費用,1t生物質(zhì)型煤比原煤要貴120多元,產(chǎn)成本,努力使之發(fā)展成國際上最先進的具有一流普通型煤一般1t只比原煤貴40元~50元,尚因生水平的高效清潔燃料,還可以設計生物質(zhì)型煤專用產(chǎn)成本高而企業(yè)不愿主動接受,更何況生物質(zhì)型煤.燃燒設備1]陳貴烽,曲思建,龐雁原,生物質(zhì)工業(yè)型煤的技術特點及問題探討,煤炭加工與綜合利用,1994(2):13-1[2] 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In this paper, the current development of bio-briquette technology in and abroad is intro-duced and the production crafts, compressive strength, firing(burning) performance, combustion mechanism and sulphur retention characteristics of bio-briquette are analyzed. What's morethe necessity for development of bio-briquette technology and some problems of industrializationin China are expatiated. At the end of this paper, the prospect and orientation of bio-briquettegy are disciKEY WORDS bio-briquette, coal briquette, sulphur retention, high pressure briquettingindustrial boiler中國煤化工CNMHG
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