糠醛渣制備生物質(zhì)型煤的研究

楊曉娣（哈爾濱市環(huán)境宣教信息中心 黑龍江 哈爾濱 150076）

張大康（哈爾濱市潔凈煤技術(shù)管理辦公室 黑龍江 哈爾濱 150076）

糠醛渣制備生物質(zhì)型煤的研究

楊曉娣（哈爾濱市環(huán)境宣教信息中心 黑龍江 哈爾濱 150076）

張大康（哈爾濱市潔凈煤技術(shù)管理辦公室 黑龍江 哈爾濱 150076）

利用玉米芯等富含多聚戊糖的物質(zhì)水解反應制取糠醛，其生產(chǎn)過程中，濕糠醛渣產(chǎn)生量巨大，直接排放污染環(huán)境?？啡┰饕煞譃槔w維素、木質(zhì)素，含有大量植物纖維，具有生物質(zhì)特性的特點，通過研究和試驗。制造出兼有固硫作用的糠醛渣生物質(zhì)型煤。試驗表明：該型煤的強度、固硫效果和燃燒效率良好。

糠醛渣；生物質(zhì)；型煤

1 前言

糠醛渣是利用玉米芯、棉籽殼、稻殼、甘蔗渣等富含多聚戊糖的物質(zhì)水解反應制取糠醛過程中，產(chǎn)生的固體廢棄物。黑龍江省是全國重要的玉米產(chǎn)區(qū)，每年產(chǎn)生大量的玉米芯，而玉米芯中多聚戊糖的含量較高，是生產(chǎn)糠醛的優(yōu)質(zhì)原料。隨著全球?qū)啡┻@種基礎化工原料需求的增加，近年來，我省以玉米芯為原料生產(chǎn)糠醛的企業(yè)迅速增加，糠醛產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，成為我國重要的糠醛生產(chǎn)基地。

生產(chǎn)1t糠醛將產(chǎn)生10t含水率60%以上的糠醛濕渣。大量的糠醛渣長期露天堆放，造成環(huán)境污染。如果把糠醛渣晾干后直接投入鍋爐中燃燒，渣中含少量硫酸，不僅腐蝕鍋爐，而且污染大氣環(huán)境。如何利用好糠醛渣是當前亟待解決的問題。因糠醛醛渣主要成分為多聚戊糖、纖維素、木質(zhì)素，含有大量植物纖維，其碳素含量在40%，如配一定量煤炭、結(jié)劑、固硫劑制成工業(yè)型煤，不但可以提高煤的燃燒性能，而且可以降低燃燒時硫的排放量。為更好地利用糠醛渣，解決環(huán)境污染問題，特進行了此項研究。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗原料

原煤采用鶴崗混煤和煤泥，原煤經(jīng)粉碎，最大粒徑小于2mm。樣品分析見表1、表2與表3

采用玉米芯經(jīng)水解生產(chǎn)糠醛（呋喃甲醛）的副產(chǎn)品糠醛渣，含水率很高，發(fā)熱值低，由于生物質(zhì)燃料中通常富含Na、K等堿金屬元素，燃燒過程中易形成堿金屬鹽類，對產(chǎn)生的糠醛渣試樣經(jīng)研磨篩選，工業(yè)分析如表3所示：

上表糠醛渣工業(yè)分析表明此糠醛渣含水率特高，灰分含量比一般生物燃料稍高，燃料低位發(fā)熱值約有一半為揮發(fā)份放出的。

表1 原煤樣品工業(yè)分析

表3 糠醛渣工業(yè)分析

2.2 糠醛渣型煤制備條件

所用成型機為單螺桿擠壓成型機，壓力15-50MPa之間可調(diào)節(jié)。將煤粉、煤泥、濕糠醛渣按一定比例混合，加入一定量的固硫劑、粘結(jié)劑，在雙軸攪拌機中攪拌均勻后，送入成型機，在不同壓力條件下成型，樣品規(guī)格為直徑30mm，高40mm的圓柱體。成型后的型煤自然風干，然后進行抗壓強度測試。

表4 糠醛渣無機物成分分析 %

表5 糠醛渣有機物不同組分含量（占糠醛渣干重%） %

2.3 糠醛渣型煤工業(yè)分析結(jié)果

糠醛渣型煤工業(yè)分析結(jié)果表明，此種型煤主要理化指標達到相關(guān)標準要求。

表6 糠醛渣型煤工業(yè)分析

3 糠醛渣高溫固硫?qū)嶒?/h2>

實驗測試在兩臺可控溫馬弗爐中進行，分別在馬弗爐爐膛溫度控制在850℃和1100℃時，將按比例加入煤粉、原煤、固硫劑和糠醛渣制得的相同型煤試樣分成兩組，一組放入850℃馬弗爐爐膛中燃燒，另一組放入1100℃馬弗爐爐膛中燃燒，直至完全燃燒。

3.1 固硫率計算方法

用艾氏卡法測定糠醛渣型煤中的含硫量。將糠醛渣型煤完全燃燒，收集灰渣，測定灰渣中的硫含量。然后根據(jù)下式計算污泥型煤中的固硫率：

式中：ηS—固硫率，%；A—型煤灰渣質(zhì)量，g；SA—灰渣中硫含量，%；M—型煤質(zhì)量，g；C—型煤中煤的百分含量，%；SC—型煤中硫含量，%。

3.2 糠醛渣添加量對固硫率的影響

固硫?qū)嶒炇菍⒖啡┰c煤粉、原煤混合，同時按Ca/S比為1:2的比例加入固硫劑Ca（OH）2，在20MPa的壓力下，分別制成糠醛渣含量為10%、20%、30%的糠醛渣型煤。將烘干后的型煤一分為二，一部分稱重后放入溫度為850℃馬弗爐中完全燃燒，測定燃燒后灰渣中的含硫量。實驗結(jié)果見表7

另一部分型煤稱重后放入溫度為1200℃馬弗爐中完全燃燒，測定燃燒后灰渣中的含硫量。實驗結(jié)果見表8

表7 糠醛渣添加量對型煤固硫效果（850℃）

型煤燃燒時產(chǎn)生的SO2氣體遇固硫劑中的CaO就會發(fā)生固硫反應，將硫固定在爐渣中。

表8 糠醛渣添加量對型煤固硫效果（1200℃）

Ca（OH）2——→CaO+H2O

Ca（OH）2+SO2——→CaSO3+H2O

CaO+SO2——→CaSO3

CaSO3+1/2O2——→CaSO4

CaO+1/2O2+SO2——→CaSO4

一般固硫率可達40%～60%。從表7中可見，糠醛渣型煤在850℃情況下的固硫率可達65%以上，超過了鈣基固硫的固硫率上限。這是因為一般固硫型煤在燃燒過程中，當溫度升高到一定程度后，固硫劑顆粒內(nèi)部發(fā)生燒結(jié)，使孔隙率下降，增大了SO2和O2向顆粒內(nèi)部擴散的阻力，致使鈣劑利用率下降。糠醛渣固硫型煤在生產(chǎn)過程中，不僅加固硫劑氫氧化鈣，而且有糠醛渣的加入，在燃燒過程中，由于糠醛渣先于煤燃燒，碳化后留下空隙起到膨化疏松作用，使固硫劑內(nèi)部不易發(fā)生燒結(jié)，增大SO2和O2向Ca（OH）2顆粒內(nèi)部的擴散作用，增加了鈣的利用率，提高了糠醛渣型煤的固硫率。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，鈣系固硫劑固硫過程中生成的CaSO4在高溫下發(fā)生分解反應，重新生成CaO并釋放SO2。資料表明，在1000℃以下，CaSO4分解率≤10%，在1000℃～1200℃分解率達25%，而到了1300℃時，CaSO4分解率超過50%。而層燃鏈條爐的爐膛溫度應在1200℃以上，因此，單純的加入鈣系固硫劑無法滿足型煤高溫固硫需要。

有關(guān)研究和實驗表明，在鈣系固硫劑中加入適量的Fe2O3、SiO2、V2O5、K2CO3、Na2CO3、NaCl等成份的添加劑，可使型煤爐渣在高溫下形成熱穩(wěn)定性較好的含硫復鹽，或生成耐熱物相覆蓋和包裹含硫物相，延緩或阻止CaSO4的分解。在1200℃以上的高溫下，型煤固硫率可保持在55%以上。

利用糠醛渣含有與高溫固硫添加劑相似的成分這一特性，進行了糠醛渣型煤的高溫固硫?qū)嶒?，獲得了表7數(shù)據(jù)。

表7的結(jié)果表明，在Ca/S為1:2的情況下，隨著糠醛渣含量的增加，型煤的固硫率會逐漸提高；表7與表8相對照，在1200℃條件下，糠醛渣型煤的固硫率仍可達60%以上。這可能就是污泥的無機物中富含SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO2、NaCl、MgO等成份，發(fā)揮了高溫固硫添加劑的作用。

4 燃燒試驗檢測結(jié)果

為檢驗糠醛渣型煤在鏈條鍋爐上的燃燒工況和燃燒后所釋放的污染物對大氣環(huán)境所產(chǎn)生的影響，在一臺生產(chǎn)用DZL2-1.25-AII蒸汽鍋爐上進行了試燒，委托哈爾濱電站設備成套設計研究所和哈爾濱市環(huán)境檢測中心站對試燒進行了測試和監(jiān)測，其熱工及環(huán)保測試數(shù)據(jù)見表9、表10。

表9 熱工測試結(jié)果

表10 環(huán)保監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié)論

（1）糠醛渣在未干燥狀態(tài)，以一定比例直接加入粉煤擠壓成型煤，其強度滿足要求。

（2）糠醛渣中蘊含的植物纖維、熱值被充分利用，不僅廢渣處理無成本，還促進了粉煤的型煤化，減少飛揚和落漏損失，在大大降低了煙塵排放濃度的同時，提高了鍋爐熱效率，節(jié)能減排。

（3）通過固硫劑的加入，以及糠醛渣本身富含植物纖維素的固硫作用，用廉價的手段實現(xiàn)了煙塵和SO2的減排，所以，糠醛渣型煤具有較好的推廣前景。

〔1〕徐振剛，劉隨芹.型煤技術(shù)〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001：74-77.

〔2〕陳文敏，梁大明.煤炭加工利用〔M〕.北京：化學工業(yè)出版社，2006：35-47.

The Study on Furfural Residue Biomass Briquette

YangXiaodi（Harbin Environmental Information Center，Heilongjiang Harbin 150076）

Multi-core and other corn-rich substance pentosan hydrolysis of furfural，its production process，the wet furfural residue output huge，direct discharge of polluting the environment.The main components using furfural residue of cellulose，lignin，contain a large number of plant fiber，with the characteristics of biomass characteristics，through research and testing，creating the role of both sulfur coal furfural residue biomass.Results show that：The strength of coal，sulfur retention effect and good combustion efficiency.

Furfural residue Biomass Briquette

X

A

1674-263X（2016）01-0035-04

2016-02-02

楊曉娣（1966-），女，高級工程師，從事環(huán)境宣傳教育工作。