0、前言
生物質(zhì)型煤系指由生物質(zhì)碎屑（如秸稈碎屑和木屑）和碎煤為基本原料經(jīng)壓制而成的型煤。生物質(zhì)工業(yè)型煤與普通工業(yè)型煤相比，具有更優(yōu)越的燃燒特性，實(shí)現(xiàn)了減排C02、S02和節(jié)約煤炭資源的多重效應(yīng)，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。生物質(zhì)型煤成型技術(shù)在加工方式上可分為冷壓成型與熱壓成型，干態(tài)成型與濕態(tài)成型，以及加粘結(jié)劑或不加粘結(jié)劑。其成型工藝主要包括烘干、粉碎、混合、成型等步驟。大致可以概括如下：首先將原煤和生物質(zhì)干燥，然后將原煤破碎，生物質(zhì)則加以碾碎，磨成微細(xì)粉末；再將兩者進(jìn)行混合，根據(jù)原煤和生物質(zhì)的特性，加入適量的固硫劑（和粘結(jié)劑）；最后將混合物一同送入成型機(jī)，在一定壓力下壓制成型。抗壓強(qiáng)度是生物質(zhì)型煤各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)中最直觀、最有代表性的指標(biāo)。本文采用無粘結(jié)劑冷態(tài)高壓成型對生物質(zhì)型煤的制備進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究，為生物質(zhì)型煤工業(yè)化利用提供了有利的參考依據(jù)，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
1、生物質(zhì)型煤的成型機(jī)理
生物質(zhì)的主要成分是纖維素、半纖維和木質(zhì)素，屬于高分子化合物，從有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合作用理論上講，這些物質(zhì)同煤之間存在一定的化學(xué)鍵合作用，具有一定的粘結(jié)性。并且，較長的生物質(zhì)纖維在型煤的成型過程中可以形成一個(gè)網(wǎng)狀骨架，在一定的粒度范圍內(nèi)，隨著纖維長度的增大，生物質(zhì)之間的交聯(lián)作用增大，其成型作用力提高，型煤強(qiáng)度增大。另外，根據(jù)煤化學(xué)理論及近代化學(xué)鍵價(jià)理論，分子作用力和氫鍵作用是煤成型的主要作用力。制備型煤時(shí)，隨著成型壓力的增大，物料顆粒間距減小，分子間作用力和氫鍵作用增強(qiáng)，型煤的強(qiáng)度也隨之提高。一般地講，型煤的強(qiáng)度除了與化學(xué)鍵作用力大小有關(guān)外，更重要的是取決于型煤本身能否形成一個(gè)有序的層狀排列的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。當(dāng)添加一定范圍百分比的生物質(zhì)時(shí)，這一網(wǎng)狀的骨架結(jié)構(gòu)隨著成型壓力的增大而更加牢固。因此，生物質(zhì)型煤冷壓成型過程只要保證足夠的壓力，在不加任何粘結(jié)劑的情況下也可以壓制出高強(qiáng)度的型煤。
2、實(shí)驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)原料
試驗(yàn)采用的煤樣為貴州清鎮(zhèn)電廠動力煤，生物質(zhì)為木屑和稻殼。
2.2成型設(shè)備
成型設(shè)備采用沖壓式成型機(jī)，其設(shè)備簡圖如圖1所示。活塞沖桿在沖桿套中移動一個(gè)沖程S，沖桿套筒中的物料在活塞沖桿的作用下完成壓緊一塑性變形一保型一個(gè)成型周期后，從保型筒中推出成為高強(qiáng)度生物質(zhì)復(fù)合型煤。
2.3成型過程
將自然干燥的煤粉碎、研磨使其粒徑小于1mm，再將木屑和稻殼破碎、研磨，使其粒徑也小于1mm.試驗(yàn)前，使煤樣和生物質(zhì)在電熱恒溫干燥箱內(nèi)加熱到50℃下干燥，至恒重后取出放在干燥器中冷卻至室溫備用。由干生物質(zhì)中含有大量纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，這些物質(zhì)本身可以起到粘結(jié)劑的作用，使生物質(zhì)復(fù)合型煤很容易固化成型，且具有一定的強(qiáng)度。按生物質(zhì)的質(zhì)量百分比分別為10%、15%、20%、25%、30%、40%、60%的配比與煤均勻混合后，稱取一定的質(zhì)量，放入模具內(nèi)，在液壓機(jī)上壓制成型，軸向壓力為40MPa.生物質(zhì)型煤成型后，進(jìn)一步篩選，將少量次品和夾帶的粉狀物料返回料斗重新加工成型，合格型煤作為下一步燃燒試驗(yàn)的原料。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 生物質(zhì)加入量對型煤抗壓強(qiáng)度的影響
成型壓力40 MPa，保型時(shí)間2min所得生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度同生物質(zhì)種類和添加比例的關(guān)系如圖2所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單純型煤的抗壓強(qiáng)度，可見生物質(zhì)能起到粘結(jié)劑的作用，提高型煤的抗壓強(qiáng)度。另外，不同生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度有顯著的差異，添加木屑的生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度明顯比稻殼生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度要高；且木屑生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度隨著木屑加入量的增加而增大，在木屑加入40%以前，其抗壓強(qiáng)增加速度較快，但40%以后，型煤抗壓強(qiáng)度的增加速率趨緩，當(dāng)生物質(zhì)的加入量達(dá)到60%以后，型煤的抗壓強(qiáng)度幾乎趨于恒定。而稻殼生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度在稻殼加入量為50%以前隨著稻殼的加人量的增加而增大，當(dāng)?shù)練さ募尤肓砍^50%以前，生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度則隨著稻殼加入量的增加而略有減小。這其中的原因可能是由于木屑和稻殼本身組成不同而引起的。生物質(zhì)的主要成分是纖維素、半纖維和木質(zhì)素，屬于高分子化合物，從有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合作用理論上講，這些物質(zhì)同煤間存在一定的化學(xué)鍵合作用，具有一定的粘結(jié)性。木屑的纖維較長，在型煤的成型過程中可以形成一個(gè)網(wǎng)狀骨架，在一定的粒度范圍內(nèi)，隨著纖維長度的增大，生物質(zhì)之間的交聯(lián)作用增大，其成型率提高，型煤強(qiáng)度增大。與木屑相比，稻殼屬于顆粒狀生物質(zhì)，稻殼之間交聯(lián)作用很小，很難形成網(wǎng)狀骨架，且稻殼中的礦物質(zhì)含量要高于木屑，這也影響其成型性。
3.2成型壓力對型煤抗壓強(qiáng)度的影響
添加不同生物質(zhì)的生物質(zhì)型煤和不加生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度與成型壓力的關(guān)系如圖3所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，生物質(zhì)的添加種類不同，型煤的抗壓強(qiáng)度隨成型壓力變化而變化的規(guī)律不同。添加木屑的生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度隨著成型壓力的增大而增大，但在成型壓力為40MPa以前，其抗壓強(qiáng)度隨壓力變化較快，隨后型煤強(qiáng)度隨成型壓力增加而趨緩；添加稻殼的生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度隨成型壓力的變化規(guī)律與木屑生物質(zhì)復(fù)合型煤大致相近，只是其抗壓強(qiáng)度要比木屑生物質(zhì)復(fù)合型煤的強(qiáng)度小。由單純煤壓制而成的型煤的抗壓強(qiáng)度隨著成型壓力的增加而緩慢的增大，其總體的抗壓強(qiáng)度要比生物質(zhì)復(fù)合型煤的抗壓強(qiáng)度小得多。根據(jù)煤化學(xué)理論及近代化學(xué)鍵價(jià)理論；分子作用力和氫鍵作用是煤成型的主要作用力。制備型煤時(shí)，隨著成型壓力的增大，物料顆粒間距減小，分子間作用力和氫鍵作用增強(qiáng)，型煤的強(qiáng)度也隨之提高。一般地講，型煤的強(qiáng)度除了與化學(xué)鍵作用力大小有關(guān)外，更重要的是取決于型煤本身能否形成一個(gè)有序的層狀排列的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。當(dāng)添加一定范圍百分比的生物質(zhì)時(shí)，這一網(wǎng)狀的骨架結(jié)構(gòu)隨著成型壓力的增大而更加牢固，而當(dāng)添加的是有些成型性差的顆粒狀生物質(zhì)時(shí)，當(dāng)成型壓力大到一定程度時(shí)，會破壞上述的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。
4、結(jié)論
在生物質(zhì)型煤中，生物質(zhì)起到了粘結(jié)劑的作用。一般地，生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度隨著成型壓力的增加而增大，但并不是越大越好，當(dāng)添加一些成型性差的生物質(zhì)時(shí)，壓力過大會破壞形成的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，使強(qiáng)度變差。壓力一定時(shí)，在生物質(zhì)添加量在40%以前，生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度隨著生物質(zhì)加入量的增加而迅速增大，在生物質(zhì)為50%時(shí)，其強(qiáng)度趨于最大；隨后生物質(zhì)型煤的強(qiáng)度隨生物質(zhì)添加量的變化不明顯。生物質(zhì)型煤的強(qiáng)度還受生物質(zhì)種類的影響。
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