糠醛渣制备生物质型煤的研究

杨晓娣（哈尔滨市环境宣教信息中心 黑龙江 哈尔滨 150076）

张大康（哈尔滨市洁净煤技术管理办公室 黑龙江 哈尔滨 150076）

糠醛渣制备生物质型煤的研究

杨晓娣（哈尔滨市环境宣教信息中心 黑龙江 哈尔滨 150076）

张大康（哈尔滨市洁净煤技术管理办公室 黑龙江 哈尔滨 150076）

利用玉米芯等富含多聚戊糖的物质水解反应制取糠醛，其生产过程中，湿糠醛渣产生量巨大，直接排放污染环境。糠醛渣主要成分为纤维素、木质素，含有大量植物纤维，具有生物质特性的特点，通过研究和试验。制造出兼有固硫作用的糠醛渣生物质型煤。试验表明：该型煤的强度、固硫效果和燃烧效率良好。

糠醛渣；生物质；型煤

1 前言

糠醛渣是利用玉米芯、棉籽壳、稻壳、甘蔗渣等富含多聚戊糖的物质水解反应制取糠醛过程中，产生的固体废弃物。黑龙江省是全国重要的玉米产区，每年产生大量的玉米芯，而玉米芯中多聚戊糖的含量较高，是生产糠醛的优质原料。随着全球对糠醛这种基础化工原料需求的增加，近年来，我省以玉米芯为原料生产糠醛的企业迅速增加，糠醛产业初具规模，成为我国重要的糠醛生产基地。

生产1t糠醛将产生10t含水率60%以上的糠醛湿渣。大量的糠醛渣长期露天堆放，造成环境污染。如果把糠醛渣晾干后直接投入锅炉中燃烧，渣中含少量硫酸，不仅腐蚀锅炉，而且污染大气环境。如何利用好糠醛渣是当前亟待解决的问题。因糠醛醛渣主要成分为多聚戊糖、纤维素、木质素，含有大量植物纤维，其碳素含量在40%，如配一定量煤炭、结剂、固硫剂制成工业型煤，不但可以提高煤的燃烧性能，而且可以降低燃烧时硫的排放量。为更好地利用糠醛渣，解决环境污染问题，特进行了此项研究。

2 试验材料与方法

2.1 试验原料

原煤采用鹤岗混煤和煤泥，原煤经粉碎，最大粒径小于2mm。样品分析见表1、表2与表3

采用玉米芯经水解生产糠醛（呋喃甲醛）的副产品糠醛渣，含水率很高，发热值低，由于生物质燃料中通常富含Na、K等碱金属元素，燃烧过程中易形成碱金属盐类，对产生的糠醛渣试样经研磨筛选，工业分析如表3所示：

上表糠醛渣工业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，燃料低位发热值约有一半为挥发份放出的。

表1 原煤样品工业分析

表3 糠醛渣工业分析

2.2 糠醛渣型煤制备条件

所用成型机为单螺杆挤压成型机，压力15-50MPa之间可调节。将煤粉、煤泥、湿糠醛渣按一定比例混合，加入一定量的固硫剂、粘结剂，在双轴搅拌机中搅拌均匀后，送入成型机，在不同压力条件下成型，样品规格为直径30mm，高40mm的圆柱体。成型后的型煤自然风干，然后进行抗压强度测试。

表4 糠醛渣无机物成分分析 %

表5 糠醛渣有机物不同组分含量（占糠醛渣干重%） %

2.3 糠醛渣型煤工业分析结果

糠醛渣型煤工业分析结果表明，此种型煤主要理化指标达到相关标准要求。

表6 糠醛渣型煤工业分析

3 糠醛渣高温固硫实验

实验测试在两台可控温马弗炉中进行，分别在马弗炉炉膛温度控制在850℃和1100℃时，将按比例加入煤粉、原煤、固硫剂和糠醛渣制得的相同型煤试样分成两组，一组放入850℃马弗炉炉膛中燃烧，另一组放入1100℃马弗炉炉膛中燃烧，直至完全燃烧。

3.1 固硫率计算方法

用艾氏卡法测定糠醛渣型煤中的含硫量。将糠醛渣型煤完全燃烧，收集灰渣，测定灰渣中的硫含量。然后根据下式计算污泥型煤中的固硫率：

式中：ηS—固硫率，%；A—型煤灰渣质量，g；SA—灰渣中硫含量，%；M—型煤质量，g；C—型煤中煤的百分含量，%；SC—型煤中硫含量，%。

3.2 糠醛渣添加量对固硫率的影响

固硫实验是将糠醛渣与煤粉、原煤混合，同时按Ca/S比为1:2的比例加入固硫剂Ca（OH）2，在20MPa的压力下，分别制成糠醛渣含量为10%、20%、30%的糠醛渣型煤。将烘干后的型煤一分为二，一部分称重后放入温度为850℃马弗炉中完全燃烧，测定燃烧后灰渣中的含硫量。实验结果见表7

另一部分型煤称重后放入温度为1200℃马弗炉中完全燃烧，测定燃烧后灰渣中的含硫量。实验结果见表8

表7 糠醛渣添加量对型煤固硫效果（850℃）

型煤燃烧时产生的SO2气体遇固硫剂中的CaO就会发生固硫反应，将硫固定在炉渣中。

表8 糠醛渣添加量对型煤固硫效果（1200℃）

Ca（OH）2——→CaO+H2O

Ca（OH）2+SO2——→CaSO3+H2O

CaO+SO2——→CaSO3

CaSO3+1/2O2——→CaSO4

CaO+1/2O2+SO2——→CaSO4

一般固硫率可达40%～60%。从表7中可见，糠醛渣型煤在850℃情况下的固硫率可达65%以上，超过了钙基固硫的固硫率上限。这是因为一般固硫型煤在燃烧过程中，当温度升高到一定程度后，固硫剂颗粒内部发生烧结，使孔隙率下降，增大了SO2和O2向颗粒内部扩散的阻力，致使钙剂利用率下降。糠醛渣固硫型煤在生产过程中，不仅加固硫剂氢氧化钙，而且有糠醛渣的加入，在燃烧过程中，由于糠醛渣先于煤燃烧，碳化后留下空隙起到膨化疏松作用，使固硫剂内部不易发生烧结，增大SO2和O2向Ca（OH）2颗粒内部的扩散作用，增加了钙的利用率，提高了糠醛渣型煤的固硫率。

近年来的研究发现，钙系固硫剂固硫过程中生成的CaSO4在高温下发生分解反应，重新生成CaO并释放SO2。资料表明，在1000℃以下，CaSO4分解率≤10%，在1000℃～1200℃分解率达25%，而到了1300℃时，CaSO4分解率超过50%。而层燃链条炉的炉膛温度应在1200℃以上，因此，单纯的加入钙系固硫剂无法满足型煤高温固硫需要。

有关研究和实验表明，在钙系固硫剂中加入适量的Fe2O3、SiO2、V2O5、K2CO3、Na2CO3、NaCl等成份的添加剂，可使型煤炉渣在高温下形成热稳定性较好的含硫复盐，或生成耐热物相覆盖和包裹含硫物相，延缓或阻止CaSO4的分解。在1200℃以上的高温下，型煤固硫率可保持在55%以上。

利用糠醛渣含有与高温固硫添加剂相似的成分这一特性，进行了糠醛渣型煤的高温固硫实验，获得了表7数据。

表7的结果表明，在Ca/S为1:2的情况下，随着糠醛渣含量的增加，型煤的固硫率会逐渐提高；表7与表8相对照，在1200℃条件下，糠醛渣型煤的固硫率仍可达60%以上。这可能就是污泥的无机物中富含SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO2、NaCl、MgO等成份，发挥了高温固硫添加剂的作用。

4 燃烧试验检测结果

为检验糠醛渣型煤在链条锅炉上的燃烧工况和燃烧后所释放的污染物对大气环境所产生的影响，在一台生产用DZL2-1.25-AII蒸汽锅炉上进行了试烧，委托哈尔滨电站设备成套设计研究所和哈尔滨市环境检测中心站对试烧进行了测试和监测，其热工及环保测试数据见表9、表10。

表9 热工测试结果

表10 环保监测结果

5 结论

（1）糠醛渣在未干燥状态，以一定比例直接加入粉煤挤压成型煤，其强度满足要求。

（2）糠醛渣中蕴含的植物纤维、热值被充分利用，不仅废渣处理无成本，还促进了粉煤的型煤化，减少飞扬和落漏损失，在大大降低了烟尘排放浓度的同时，提高了锅炉热效率，节能减排。

（3）通过固硫剂的加入，以及糠醛渣本身富含植物纤维素的固硫作用，用廉价的手段实现了烟尘和SO2的减排，所以，糠醛渣型煤具有较好的推广前景。

〔1〕徐振刚，刘随芹.型煤技术〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2001：74-77.

〔2〕陈文敏，梁大明.煤炭加工利用〔M〕.北京：化学工业出版社，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

杨晓娣（1966-），女，高级工程师，从事环境宣传教育工作。