本研究以晉城、焦作、永城煤泥為原料，用經(jīng)加工處理的玉米秸稈為粘結(jié)劑，開展生物質(zhì)型煤制備的研究，著重考察煤泥種類、粘結(jié)劑含量及成型壓力等因素對(duì)型煤機(jī)械強(qiáng)度的影響。
1、試驗(yàn)部分
1.1原料與設(shè)備
(1)玉米秸稈：取自河南農(nóng)村，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后，取2 mm以下秸稈作為粘結(jié)劑原料。
(2)煤泥：分別選取晉城、焦作、永城煤泥為原料，煤泥干燥后經(jīng)破碎、篩分，取粒度小于2mm的細(xì)粉備用。
(3)主要試驗(yàn)儀器：液壓式壓力機(jī)、分析天平、電動(dòng)攪拌器、可調(diào)加熱電爐、型煤成型機(jī)、自動(dòng)振篩機(jī)、馬弗爐、灰熔融性測(cè)試儀等。
富通新能源生產(chǎn)銷售的
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)也可以達(dá)到同樣的要求，如下所示：
1.2試驗(yàn)方案的確定
本研究主要采用正交試驗(yàn)法，分別以煤泥種類（晉城煤泥、焦作煤泥及永城煤泥）、生物質(zhì)粘結(jié)劑含量（5%、10%及20%）及成型壓力(15 MPa、25 MPa及35 MPa)為主要因素來(lái)設(shè)計(jì)三因素三水平L9 (33)的正交試驗(yàn)方案，具體試驗(yàn)方案見表1。
1.3生物質(zhì)型煤的制備
將3種煤泥樣品分別與秸稈粘結(jié)劑按一定的比例混合均勻后，在預(yù)先設(shè)計(jì)的壓力下機(jī)械壓制成型，其中秸稈粘結(jié)劑按照黃光許等報(bào)道的加工方法制得，其具體制備工藝流程如圖1所示。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
機(jī)械強(qiáng)度是衡量型煤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，本研究主要以跌落強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)生物質(zhì)型煤的機(jī)械強(qiáng)度，其具體測(cè)試按照GB/T154959及MT/T748規(guī)定的方法進(jìn)行。其中為了提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，本試驗(yàn)對(duì)每種生物質(zhì)型煤的機(jī)械強(qiáng)度都進(jìn)行3次測(cè)定，結(jié)果取其平均值，測(cè)定結(jié)果如表1所示。
依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)，由表1中的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可得正交試驗(yàn)結(jié)果分析（表2），其中K，為第j水平對(duì)應(yīng)的生物質(zhì)型煤跌落（抗壓）強(qiáng)度之和k1，為第水平對(duì)應(yīng)的生物質(zhì)型煤跌落（抗壓）強(qiáng)度的平均值；
為了優(yōu)化出制備生物質(zhì)型煤的最佳煤泥種類，本試驗(yàn)以跌落強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度為參考指標(biāo)對(duì)3種型煤的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了比較，如圖2所示。從圖2中的變化趨勢(shì)可以看出，生物質(zhì)型煤的機(jī)械強(qiáng)度隨著煤泥種類的變化，先增大后減小。其中以焦作煤泥為原料的型煤機(jī)械強(qiáng)度最佳，而以永城煤泥為原料的型煤機(jī)械強(qiáng)度最差。存在這種差異的原因與原料煤的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。
2.2粘結(jié)劑含量對(duì)生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度的影響
生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度與粘結(jié)劑含量的關(guān)系如圖3所示，從圖3中可看出，隨著粘結(jié)劑含量的增加，生物質(zhì)型煤的機(jī)械強(qiáng)度逐漸增大，在粘結(jié)劑含量為10%時(shí)，型煤的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到最大，隨后繼續(xù)提高粘結(jié)劑的含量，其機(jī)械強(qiáng)度呈緩慢減小趨勢(shì)。這是因?yàn)椋谝欢ǖ某尚蛪毫ο拢尤脒m量的秸稈粘結(jié)劑，有利于秸稈中的纖維素結(jié)構(gòu)與煤泥顆粒充分結(jié)合，形成所謂的“鋼筋一混凝土”結(jié)構(gòu)，提高型煤的跌落強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。而又由于秸稈本身的強(qiáng)度比煤泥低很多，若秸稈粘結(jié)劑的添加量過高，則又會(huì)使型煤機(jī)械強(qiáng)度下降。
2.3成型壓力對(duì)生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度的影響
生物質(zhì)型煤的成型有冷壓成型和熱壓成型2種。本試驗(yàn)采用冷壓成型技術(shù)進(jìn)行成型。生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度與成型壓力的關(guān)系如圖4所示，生物質(zhì)型煤的機(jī)械強(qiáng)度隨著成型壓力的增加先增大后減小。其原因在于：在一定的壓力范圍內(nèi)，粘結(jié)劑中的纖維結(jié)構(gòu)在型煤的成型過程中可以形成網(wǎng)狀骨架，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)，型煤的機(jī)械強(qiáng)度也隨之提高而一旦壓力超過最佳值，型煤內(nèi)部較長(zhǎng)的纖維素結(jié)構(gòu)被壓斷，秸稈之間的交聯(lián)作用減弱，使型煤抵抗外部沖擊與擠壓的能力大大降低，從而導(dǎo)致型煤的機(jī)械強(qiáng)度減小。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，型煤的成型壓力并不是越大越好，而是應(yīng)該優(yōu)化在合理的壓力范圍內(nèi)。
2.4極差分析及追加試驗(yàn)
極差R的大小反映了各因子對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度。極差R越大，則該因子對(duì)試驗(yàn)的影響就越大；反之影響就較小。由表2中R值，跌落強(qiáng)度：RB=10. 9>RA=6.O>Rc=5.2；抗壓強(qiáng)度；RB=268.O>RA=136.4>RC=123.8，各因素對(duì)生物質(zhì)型煤跌落強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響大小是一致的，即影響生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度因素的主次順序?yàn)椋赫辰Y(jié)劑含量、煤泥種類和成型壓力。而通過分析各因素對(duì)生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度的影響可得出其最佳制備工藝為：原料為焦作煤泥，粘結(jié)劑含量為10%，成型壓力為25 MPa。
為了滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的要求，通過追加試驗(yàn)，在優(yōu)化出的最佳工藝條件下，制備出10號(hào)生物質(zhì)型煤，并對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了全面的測(cè)試，具體結(jié)果見表3。從表中可以看出，10號(hào)生物質(zhì)型煤的各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)使用的要求。
3、結(jié)論
(1)以選煤廠煤泥為原料，以經(jīng)加工處理的玉米秸稈為粘結(jié)劑，在無(wú)任何其它添加物的條件下可生產(chǎn)出機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和灰熔融性好的生物質(zhì)型煤，它可以很好的滿足工業(yè)使用的要求。
(2)粘結(jié)劑含量是影響生物質(zhì)型煤機(jī)械強(qiáng)度的主要因素，其次是煤泥種類和成型壓力。依據(jù)本次試驗(yàn)，確定出生產(chǎn)生物質(zhì)型煤的最佳工藝條件為：焦作煤泥，粘結(jié)劑含量為10%，成型壓力為25MPa。在此工藝條件下，生物質(zhì)型煤的跌落強(qiáng)度達(dá)94. 6%，抗壓強(qiáng)度達(dá)1182.3 N/個(gè)，熱穩(wěn)定性達(dá)70.7%，灰熔融性達(dá)1315℃。
