本发明涉及一种生物质燃料氮氧化合物排放添加剂的制备方法，尤其是一种生物质燃料氮氧化合物排放铁基复合添加剂的制备方法及其应用。
背景技术：
：能源是现代人类生存和发展所需要的重要资源，随着石油、煤炭等化石资源的日益减少，生物质能源应运而生，引起了各工业化国家的关注，据统计生物质作为可再生能源，常见的有秸秆、稻壳、薪材、锯末等，平均每年的产量约为300亿t，占全世界能源消耗的14%，主要用于工业生产、发电，生物质不经加工处理直接进行燃烧容易产生大量的烟尘、粉尘，造成严重的大气污染。生物质是以木质素和纤维素等有机质为主的植物，直接燃烧会排放大量的含氮污染物，生物质燃料中的氮主要以胺的形态存在，受热后挥发分氮瞬时以nh3的形式释放，与o2接触相互作用生成n2和nox，给人类的生存环境带来了极大的危害，在生物质燃料燃烧过程中，生成nox主要分为三种类型，分别为：热力型、快速型和燃料型，热力型nox主要来源与燃烧时空气中氮气的氧化，通常产生的温度要高于1500℃，可通过降低氧浓度、火焰温度和缩短停留时间来降低其排放；快速型nox是在空气过量系数＞1的条件下，ch自由基与n2快速发生反应而生成的，虽然热力型nox和快速型nox都来源与空气中的n2，但二者的生成机理、影响因素各不相同；燃料型nox是燃料中的氮在燃烧过程中经过一系列的氧化还原反应而生成的，是煤燃烧过程中所生成的nox的主要来源，占nox总生成量的80-90%。现有较为成熟的是生物质再燃技术和低nox燃烧技术，如程中杰文章《生物质再燃/先进再燃脱硝试验》中提到的将燃烧过程分成主燃区、再燃区及燃尽区三个区域，在再燃区的还原性气氛中投入10％-30％的再燃燃料，把在主燃烧区的氧化性气氛中生成的nox还原成为无害的氮气o2，脱硝率可达50%-80%；公开号为cn200410098604.0提出的低nox燃烧装置，利用缺氧燃烧以及灼热焦炭的还原作用降低燃烧过程中nox生成量，提高燃烧效率的同时降低污染物的生成等，这些现有技术均需要通过对生物质锅炉的改造来达到降低nox排放的目的，但并不能从根本上解决生物质燃料燃烧nox污染排放的问题，因此如何通过对生物质燃料的处理，在燃烧前期促进含氮气体释放和在燃烧过程中减少nox的排放是目前需要解决的关键问题。技术实现要素：针对上述现有技术，本发明提供一种生物质燃料铁基复合添加剂制备及其应用，其主要是在生物质秸秆原料中添加一种降低生物质燃料氮氧化合物排放的铁基复合添加剂，借助秸秆原料自身高挥发分特性，在燃烧前期即热解过程中生成co等还原性物质，配以铁基复合添加剂的作用，使改性生物质燃料成为低nox排放、易点火、升温速度快，且符合民用生活炉具的理想燃料。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。一种生物质燃料铁基复合添加剂制备，其特征在于：所述铁基复合添加剂制备是按下列步骤进行的：（1）将干燥后的赤铁矿、钾长石原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；（2）分别称取破碎好的赤铁矿40-70份、钾长石30-60份添加剂原料，并将其混合，搅拌均匀；（3）将搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目，即为铁基复合添加剂。一种如上述的生物质燃料铁基复合添加剂的应用，其特征在于：所述铁基复合添加剂的应用是按下列步骤进行的：（1）将生物质秸秆自然晾晒或经105-120℃高温烘干1-2h；（2）再将干燥后的生物质秸秆原料粉碎至粒度-5mm，其占比达到90%；（3）然后按铁基复合添加剂与生物质秸秆重量比为1-5∶100，将铁基复合添加剂添加到生物质秸秆粉末中，搅拌1h使其混合均匀，即为含有复合添加剂的粉末生物质燃料；（4）将上述混合物经过挤压成柱状型，压力设定为8mpa，保压1min，退模得到直径8毫米、长度30毫米的颗粒，即含有铁基复合添加剂的改性生物质燃料颗粒；或者将上述混合物经过挤压成块状型，压力设定为30mpa，保压1min，退模得到长33毫米、宽33毫米、高30毫米的压块，即含有铁基复合添加剂的改性生物质燃料压块。在上述技术方案中，所述改性生物质燃料的质量指标为：全水分mt≤15%，干基灰分ad≤10%，干基挥发分vd≥60%，干基全硫st,d＜0.02%，收到基低位发热量qnet.v,ar≥13.4mj/kg。在上述技术方案中，所述生物质秸秆是玉米秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和棉花秸秆中的一种。上述本发明所采取的技术方案，其主要创新点在于生物质燃料在燃烧前期的热解过程中实现了减氮，燃烧过程中实现了脱硝，其高效减氮脱硝的机理主要是从生物质燃料的源头进行改性，将生物质与铁基复合助剂混合均匀，无机金属铁和钾对生物质中含氮化合物的迁移具有协同效应：一是在热解过程中使含氮物质定向催化转化为无污染的氮气；二是在后续高温燃烧过程中选择性地将瞬间生成的nox还原为n2，既实现了燃料的可持续高效利用，又缓解了生物质废弃物的污染处理的问题。本发明上述技术方案与现有技术相比，其直接带来的和必然产生的优点与积极效果是在本发明中采用了铁基复合添加剂，原料来源广易得，价格低廉，直接添加至生物质秸秆中进行燃烧，和不加铁基复合添加剂的生物质秸秆燃烧排放对比，有效降低了生物质燃料的nox排放，脱除率高达50%-75%。本发明生物质燃料与原生物质秸秆相比，在同样的工况下选择两种燃料进行燃烧，生物质燃料生成的燃料型氮远低于原生物质秸秆的燃料型氮，实现了从燃料自身处理进行减氮脱硝的目的。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式作出进一步地说明。实施例1实施一种生物质燃料铁基复合添加剂制备及其应用，该铁基复合添加剂制备及其应用方法是按下列步骤进行的：步骤一、将干燥后的赤铁矿、钾长石添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；步骤二、依次分别称取破碎好的赤铁矿70kg、钾长石30kg并将其混在一起，搅拌均匀；步骤三、搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目（0.1mm），即为铁基复合添加剂；步骤四、将玉米秸秆自然晾晒或经110℃高温烘干2h；步骤五、再将干燥后的玉米秸秆原料粉碎至粒度-5mm占比90%；步骤六、然后按铁基复合添加剂：玉米秸秆重量比为5∶100，将制好的铁基复合添加剂添加到玉米秸秆中，搅拌1h使其混合均匀；步骤七、最后经过挤压成柱状型，压力设定为8mpa，保压约1min，退模得到直径8毫米、长度30毫米左右的颗粒，即含有铁基复合添加剂的改性生物质燃料颗粒。其中的改性生物质燃料由玉米秸秆组成；其改性生物质燃料的质量指标为：全水分mt10.93%，干基灰分ad8.72%，干基挥发分vd70%，干基全硫st,d0.02%，收到基低位发热量qnet.v,ar15.68mj/kg。对比例：玉米秸秆中不添加任何添加剂，经过同样的烘干、粉碎、混匀、挤压等工艺，所得生物质燃料作为对照用样。对改性前后的生物质燃料nox排放值的测试结果如下表1所示。表1.生物质燃料的脱硝率对比实验组别nox排放值/(mg/nm3)脱硝率/%未添加铁基复合添加剂的生物质燃料539-添加铁基复合添加剂的改性生物质燃料14373.5注：燃烧温度为800℃。实施例2实施一种生物质燃料铁基复合添加剂制备及其应用，该铁基复合添加剂制备及其应用方法是按下列步骤进行的：步骤一、将干燥后的赤铁矿、钾长石添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；步骤二、依次分别称取破碎好的赤铁矿40kg、钾长石60kg并将其混在一起，搅拌均匀；步骤三、搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目（0.1mm），即为铁基复合添加剂；步骤四、将高粱秸秆自然晾晒或经120℃高温烘干1.5h；步骤五、再将干燥后的高粱秸秆原料粉碎至粒度-5mm占比91.5%；步骤六、然后按铁基复合添加剂：高粱秸秆重量比为1∶100，将制好的铁基复合添加剂添加到高粱秸秆中，搅拌1h使其混合均匀；步骤七、最后将上述混合物经过挤压成块状型，压力设定为30mpa，保压约1min，退模得到长33毫米、宽33毫米、高30毫米左右的压块，即含有铁基复合添加剂的改性生物质燃料压块。其中的改性生物质燃料由高粱秸秆组成；其改性生物质燃料的质量指标为：全水分mt11.77%，干基灰分ad6.65%，干基挥发分vd68%，干基全硫st,d0.01%，收到基低位发热量qnet.v,ar13.52mj/kg。对比例：高粱秸秆中不添加任何添加剂，经过同样的烘干、粉碎、混匀、挤压等工艺，所得生物质燃料作为对照用样。对改性前后的生物质燃料nox排放值的测试结果如下表2所示。表2.生物质燃料的脱硝率对比实验组别nox排放值/(mg/nm3)脱硝率/%未添加铁基复合添加剂的生物质燃料261-添加铁基复合添加剂的改性生物质燃料12951注：燃烧温度为800℃。实施例3实施一种生物质燃料铁基复合添加剂制备及其应用，该铁基复合添加剂制备及其应用方法是按下列步骤进行的：步骤一、将干燥后的赤铁矿、钾长石添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；步骤二、依次分别称取破碎好的赤铁矿50kg、钾长石50kg并将其混在一起，搅拌均匀；步骤三、搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目（0.1mm），即为铁基复合添加剂；步骤四、将小麦秸秆自然晾晒或经105℃高温烘干2h；步骤五、再将干燥后的小麦秸秆原料粉碎至粒度-5mm占比92%；步骤六、然后按铁基复合添加剂：小麦秸秆重量比为2∶100，将制好的铁基复合添加剂添加到小麦秸秆中，搅拌1h使其混合均匀，即为含有复合添加剂的粉末生物质燃料。其中的改性生物质燃料由小麦秸秆组成；其改性生物质燃料的质量指标为：全水分mt11.15%，干基灰分ad9.33%，干基挥发分vd65%，干基全硫st,d0.01%，收到基低位发热量qnet.v,ar13.98mj/kg。对比例：小麦秸秆中不添加任何添加剂，经过同样的烘干、粉碎、混匀等工艺，所得生物质燃料作为对照用样。对改性前后的生物质燃料nox排放值的测试结果如下表3所示。表3.生物质燃料的脱硝率对比实验组别nox排放值/(mg/nm3)脱硝率/%未添加铁基复合添加剂的生物质燃料300-添加铁基复合添加剂的改性生物质燃料13056.7注：燃烧温度为800℃。实施例4实施一种生物质燃料铁基复合添加剂制备及其应用，该铁基复合添加剂制备及其应用方法是按下列步骤进行的：步骤一、将干燥后的赤铁矿、钾长石添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；步骤二、依次分别称取破碎好的赤铁矿55kg、钾长石45kg并将其混在一起，搅拌均匀；步骤三、搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目（0.1mm），即为铁基复合添加剂；步骤四、将水稻秸秆自然晾晒或经110℃高温烘干1.5h；步骤五、再将干燥后的水稻秸秆原料粉碎至粒度-5mm占比92.5%；步骤六、然后按铁基复合添加剂：水稻秸秆重量比为3∶100，将制好的铁基复合添加剂添加到水稻秸秆中，搅拌1h使其混合均匀；步骤七、最后经过挤压成柱状型，压力设定为8mpa，保压约1min，退模得到直径为8毫米、长度30毫米左右的颗粒，即含有铁基复合添加剂的改性生物质燃料颗粒。其中的改性生物质燃料由水稻秸秆组成；其改性生物质燃料的质量指标为：全水分mt10.63%，干基灰分ad8.05%，干基挥发分vd67%，干基全硫st,d0.01%，收到基低位发热量qnet.v,ar15.37mj/kg。对比例：水稻秸秆中不添加任何添加剂，经过同样的烘干、粉碎、混匀、挤压等工艺，所得生物质燃料作为对照用样。对改性前后的生物质燃料nox排放值的测试结果如下表4所示。表4.生物质燃料的脱硝率对比实验组别nox排放值/(mg/nm3)脱硝率/%未添加铁基复合添加剂的生物质燃料362-添加铁基复合添加剂的改性生物质燃料13762.2注：燃烧温度为800℃。实施例5实施一种生物质燃料铁基复合添加剂制备及其应用，该铁基复合添加剂制备及其应用方法是按下列步骤进行的：步骤一、将干燥后的赤铁矿、钾长石添加剂原料分别经粗破、细破至粒度≤3mm；步骤二、依次分别称取破碎好的赤铁矿60kg、钾长石40kg并将其混在一起，搅拌均匀；步骤三、搅拌均匀的混合料经干式研磨，使原料粒度≤150目（0.1mm），即为铁基复合添加剂；步骤四、将棉花秸秆自然晾晒或经120℃高温烘干1h；步骤五、再将干燥后的棉花秸秆原料粉碎至粒度-5mm占比93%；步骤六、然后按铁基复合添加剂：棉花秸秆重量比为4∶100，将制好的铁基复合添加剂添加到棉花秸秆中，搅拌1h使其混合均匀；步骤七、最后将上述混合物经过挤压成块状型，压力设定为30mpa，保压约1min，退模得到长33毫米、宽33毫米、高30毫米左右的压块，即含有铁基复合添加剂的改性生物质燃料压块。其中的改性生物质燃料由棉花秸秆组成；其改性生物质燃料的质量指标为：全水分mt10.14%，干基灰分ad8.55%，干基挥发分vd69%，干基全硫st,d0.02%，收到基低位发热量qnet.v,ar14.57mj/kg。对比例：棉花秸秆中不添加任何添加剂，经过同样的烘干、粉碎、混匀、挤压等工艺，所得生物质燃料作为对照用样。对改性前后的生物质燃料nox排放值的测试结果如下表5所示。表5.生物质燃料的脱硝率对比实验组别nox排放值/(mg/nm3)脱硝率/%未添加铁基复合添加剂的生物质燃料462-添加铁基复合添加剂的改性生物质燃料14967.7注：燃烧温度为800℃。当前第1页12