0、引 言
煤炭是我國(guó)主要常規(guī)能源，2006年原煤產(chǎn)量達(dá)23. 25億t，但消費(fèi)總量的84%用于直接燃燒，效率低，污染嚴(yán)重，生物質(zhì)能是理想的替代能源之一，具有清潔和可再生等優(yōu)點(diǎn)。
生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)能充分利用煤和生物質(zhì)能，具有熱效率高、灰分少、固硫率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，既能節(jié)約能源，叉能明顯減少對(duì)大氣的污染，國(guó)外生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)的研究應(yīng)用已有幾十年歷史。土耳其、西班牙等國(guó)用不同的生物質(zhì)和黏結(jié)劑生產(chǎn)型煤，日本開(kāi)發(fā)的高壓成型設(shè)備，成型壓力達(dá)200 MPa～400 MPa，用于生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，無(wú)需干燥工序。嘲國(guó)內(nèi)清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)顆粒燃料成型技術(shù)，成型壓力為120 MPa，生物質(zhì)添加量為15%～60%，貴州工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了生物質(zhì)顆粒燃料固硫性能研究及經(jīng)濟(jì)分析，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、河南理工大學(xué)等對(duì)改性農(nóng)作物秸稈作型煤黏結(jié)劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探討，本文采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，并利用紅外光譜儀和顯微觀測(cè)研究了生物質(zhì)顆粒燃料的成型原理，富通新能源專業(yè)生產(chǎn)銷售
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們我們還大量銷售純木屑顆粒燃料。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)原料
麥秸稈：取自焦作農(nóng)村，自然風(fēng)干后，粉碎至3 mm以下備用PA。(OH)，（分析純，含量≥95%）；原料煤：鶴壁煙煤，煤質(zhì)特性見(jiàn)表1，破碎至5 mm以下備用。
1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備
黏結(jié)劑制備裝置：5000 mL燒杯，JJ-2增力電動(dòng)攪拌器，DL-1型1 kW電爐；型煤成型裝置：內(nèi)徑D40 mm型煤模具，WJ-10B型機(jī)械式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；型煤微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)系統(tǒng)：透射光顯微鏡，安裝DH-CG400視頻采集卡和super image圖象分析軟件的計(jì)算機(jī)；TENSOR 27紅外光譜儀，德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)。
1.3生物質(zhì)顆粒燃料樣品的制備
結(jié)合筆者研究實(shí)踐和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，采用“水浸一堿煮”工藝處理小麥秸稈，在制得淺黃色型煤黏結(jié)劑的同時(shí)，改變了小麥秸稈的理化特性，其生物質(zhì)纖維組織變得疏松，吸附性增強(qiáng)，這有利于型煤成型時(shí)生物質(zhì)纖維對(duì)煤粒的吸附和纖維之間的連接，將小麥秸稈經(jīng)處理得到的混合物與粉煤混合均勻后在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上成型，再自然晾干即得生物質(zhì)顆粒燃料樣品。本文通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法確定生物質(zhì)顆粒燃料的最佳生產(chǎn)工藝，實(shí)驗(yàn)中考慮小麥秸稈處理過(guò)程中堿煮的加熱時(shí)間(treatment time，縮寫(xiě)TT)、堿液濃度(alkaliconcentration，縮寫(xiě)AC)和型煤加工的成型壓力（briquetting pressure，縮寫(xiě)B(tài)P）三個(gè)因素，每個(gè)因素考慮三個(gè)水平，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
1.4型煤性能指標(biāo)的測(cè)定與結(jié)果分析
防水性、跌落強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)型煤性能的首要指標(biāo)。防水性以水浸強(qiáng)度和水浸復(fù)干強(qiáng)度來(lái)表示，跌落強(qiáng)度是指將型煤從2m高處跌落到10mm厚鋼板上，3次跌落后直徑大于13mm部分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。抗壓強(qiáng)度、水浸強(qiáng)度和水浸復(fù)干強(qiáng)度的測(cè)定分別參照相應(yīng)的煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中極差分析法對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并繪制生物質(zhì)顆粒燃料各性能指標(biāo)隨成型壓力、堿濃度和加熱時(shí)間變化而變化的曲線，圖1中，橫坐標(biāo)數(shù)值1，2，3分別同時(shí)表示成型壓力的10MPa，20MPa，30MPa，堿濃度的2%，4%，6%和加熱時(shí)間的3h，4h，5h。
由圖1可知，隨著成型壓力的增大，型煤的跌落強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、水浸強(qiáng)度和水浸復(fù)干強(qiáng)度等各項(xiàng)性能指標(biāo)均先升高后降低，并同時(shí)在成型壓力為20MPa時(shí)達(dá)到極大值；隨著堿濃度的增大，型煤各項(xiàng)性能指標(biāo)也表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，均在堿濃度為4%時(shí)達(dá)到極大值；隨著加熱時(shí)間的增加，型煤各項(xiàng)性能指標(biāo)先降低后升高，均在3h處達(dá)到極大值。由此可知，生物質(zhì)顆粒燃料的最佳生產(chǎn)工藝條件應(yīng)是：堿液濃度2%，處理時(shí)間2h，成型壓力20 MPa，恰好與表2中第5號(hào)實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)一致，
第5號(hào)實(shí)驗(yàn)型煤樣品具有最佳的綜合性能，其性能指標(biāo)滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸和露天堆放要求，第5號(hào)實(shí)驗(yàn)型煤樣品的煤質(zhì)分析見(jiàn)表3，和原煤相比，灰分增加量低，揮發(fā)分顯著升高，含硫量大幅降低，表明該型煤具有易著火、固硫效果好的特點(diǎn)；研究中注重生物質(zhì)能的利用，型煤中生物質(zhì)的添加量約30%，而生物質(zhì)的熱值只有煤的一半型煤發(fā)熱量，較原煤有所降低。綜上分析，型煤煤質(zhì)指標(biāo)滿足工業(yè)鍋爐燃燒的要求。
與已報(bào)道的生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)工藝的技術(shù)參數(shù)相比，本文研究的生產(chǎn)工藝具有工藝簡(jiǎn)單、生物質(zhì)添加量大、成型壓力低和型煤質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。
2、生物質(zhì)顆粒燃料的成型原理
2.1小麥秸稈處理前后的紅外光譜對(duì)比分析
小麥秸稈“水浸一堿煮”處理前后的紅外光譜見(jiàn)圖2。通過(guò)對(duì)比圖2a和圖2b中特征吸收峰的位置、強(qiáng)度變化，以及一些吸收峰消失和新峰出現(xiàn)的情況，確定小麥秸稈在處理前后化學(xué)成分的變化，據(jù)此研究黏結(jié)劑成分對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料成型影響。由圖2可知，小麥秸稈處理前后的紅外光譜存在很大差異，與圖2a相比，圖2b中2 922 cm-1處CH3和CH2的C-H伸縮振動(dòng)，1163 cm-1處纖維素和半纖維素的C-O-C伸縮振動(dòng)和901cm-1處纖維素特征吸收峰的強(qiáng)度降低，表明秸稈原料在處理過(guò)程中存在降解反應(yīng)，生成液態(tài)小分子化合物及其他物質(zhì)，與過(guò)量堿液等共同組成型煤黏結(jié)劑。
2.2生物質(zhì)顆粒燃料微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析
生物質(zhì)顆粒燃料薄片的顯微圖片見(jiàn)圖3，其中黑色部分是煤粒，灰色條狀物是改性的生物質(zhì)纖維，灰白色部分是型煤黏結(jié)劑的固化產(chǎn)物。生物質(zhì)纖維形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)成為生物質(zhì)顆粒燃料的骨架，對(duì)煤粒有明顯的聯(lián)結(jié)、包裹作用；型煤黏結(jié)劑填充到型煤內(nèi)部各處孔隙中，起黏結(jié)作用，生物質(zhì)顆粒燃料的整體一結(jié)構(gòu)類似鋼筋混凝土，生物質(zhì)纖維相當(dāng)于鋼筋，大、小煤粒分別相當(dāng)于石子和沙子，型煤黏結(jié)劑相當(dāng)于水泥，大煤粒周圍被由小煤粒、生物質(zhì)纖維以及型煤黏結(jié)劑的固化產(chǎn)物組成的混合物包圍和固定，型煤成型是其內(nèi)部各組分間相互作用的結(jié)果，
2.3生物質(zhì)顆粒燃料的成型原理
改性的生物質(zhì)纖維在型煤內(nèi)部形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)煤粒有明顯的聯(lián)結(jié)、包裹作用；型煤黏結(jié)劑在型煤內(nèi)部各組分間起黏結(jié)作用。常見(jiàn)的生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)是直接將生物質(zhì)和粉煤混合后高壓成型，成型壓力一般在100MPa以上，本文研究的生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)，既利用改性生物質(zhì)纖維的聯(lián)結(jié)作用，又利用型煤黏結(jié)劑的黏結(jié)作用，使成型壓力大大降低，僅為20 MPa，有利于將低型煤生產(chǎn)能耗，也適合我國(guó)大量采用低壓成型設(shè)備的國(guó)情。
3、結(jié) 論
1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了生物質(zhì)顆粒燃料的最佳生產(chǎn)工藝：堿液濃度為2%，處理時(shí)間為2h，型煤成型壓力為20 MPa。采用該工藝生產(chǎn)的型煤，其性能指標(biāo)和煤質(zhì)指標(biāo)滿足儲(chǔ)存運(yùn)輸和鍋爐燃燒的要求。
2)紅外光譜分析表明，小麥秸稈在處理過(guò)程中存在降解反應(yīng)，生成液態(tài)小分子化合物及其他物質(zhì)，與過(guò)量堿液等共同組成型煤黏結(jié)劑。
3)通過(guò)對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析表明，改性生物質(zhì)纖維形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)成為型煤的骨架，黏結(jié)劑在型煤各組分間起黏結(jié)作用。型煤成型是其內(nèi)部各組分間相互作用的結(jié)果。
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