城郊選煤廠生產(chǎn)的無(wú)煙煤主要用于化肥造氣、火力發(fā)電等。目前造氣塊煤價(jià)格昂貴且供不應(yīng)求，但末煤價(jià)格較低，塊、末煤差價(jià)大于200元／t。城郊選煤廠為了拓展其末煤利用途徑，試驗(yàn)研究了利用無(wú)煙煤生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料。
1、試驗(yàn)過(guò)程
1.1試驗(yàn)原料
(1)原料煤為城郊選煤廠粒度<3mm的洗精煤。經(jīng)烘干處理后試驗(yàn)用煤的工業(yè)分析結(jié)果為：水分1.08%，灰分9.6%，揮發(fā)分7.81%，固定碳81. 51%。
(2)生物質(zhì)為玉米秸稈，取自焦作農(nóng)村。干燥后經(jīng)農(nóng)用粉碎機(jī)粉碎至3mm以下。
(3)粘結(jié)劑的選擇以來(lái)源廣、市場(chǎng)易購(gòu)和易加工為原則，由3種有機(jī)和1種無(wú)機(jī)組分加工而成。
1.2試驗(yàn)設(shè)備
(1)稱量設(shè)備：普通托盤(pán)天平，用于稱量原料煤；BS124s電子天平，由北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)，用于稱量粘結(jié)劑。
(2)成型設(shè)備采用河南鞏義長(zhǎng)城機(jī)械廠生產(chǎn)的雙輥單壓式對(duì)輥成型機(jī)，輥輪直徑360mm，電機(jī)功率7. 5kW。
1.3型煤加工
1.3.1試驗(yàn)方案
本試驗(yàn)采用了4種粘結(jié)劑組分，第一種組分YCI的添加量占型煤總重量的4%～8%，第二組分YC2占1.5%～7%，第三組分YC3占0.5%～2%，第四組分YC4占0～1.5%。原料煤占總重量的86%～93. 5%，生物質(zhì)占1%～3%。試驗(yàn)方案如表1所示，根據(jù)不同的粘結(jié)劑組分、煤及生物質(zhì)添加量，共進(jìn)行了29次試驗(yàn)。在1到29號(hào)試驗(yàn)中，依次以4個(gè)為一組，共分為7組（第7組為5個(gè)試驗(yàn)）。進(jìn)行試驗(yàn)的原則是：
(1)在前一組試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，制定后一組試驗(yàn)方案；
(2)試驗(yàn)過(guò)程中首先考慮型煤的性能指標(biāo)，暫不考慮成本。只在得到較好性能指標(biāo)的型煤時(shí)才考慮成本，看粘結(jié)劑中有機(jī)、無(wú)機(jī)成分的比例，盡可能減少粘結(jié)劑用量，尤其是無(wú)機(jī)成分的用量，以節(jié)約成本、提高型煤含碳量和熱值。
1.3.2加工過(guò)程
由于每組試驗(yàn)的原料量較少，型煤加工過(guò)程中的稱料、攪拌等采用手工完成，成型工藝采用工業(yè)用成型機(jī)。型煤加工過(guò)程為：
(1)按表1中配方規(guī)定的比例分別稱取原料煤、玉米秸稈和粘結(jié)劑；
(2)將所有稱得的組分在塑料容器中混勻；
(3)待所有干物料混合均勻后，加入一定量的水繼續(xù)混合，直至水分在物料中分散均勻；
(4)將混勻的物料放入對(duì)輥成型機(jī)中成型：
(5)成型后的煤球自然風(fēng)干3-4d，即得生物質(zhì)顆粒燃料樣品。
2、型煤質(zhì)量分析
2.1型煤強(qiáng)度
型煤強(qiáng)度包括抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度是指單個(gè)型煤承受外載的能力，即單個(gè)型煤受外力壓迫直至碎裂時(shí)所能承受的最大壓力，一般以N/個(gè)表示。由于型煤是大宗商品，在運(yùn)輸和使用過(guò)程可能將經(jīng)受跌落、碰撞等沖擊載荷。因此，衡量型煤強(qiáng)度的另一個(gè)指標(biāo)是跌落強(qiáng)度，即型煤從一定高度落下而不破碎的強(qiáng)度，它是衡量型煤抗破碎的能力指標(biāo)。
型煤抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法參照中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(MT/1 748-1997)進(jìn)行。有研究表明，型煤冷態(tài)抗壓強(qiáng)度大于400N/個(gè)，即可滿足工業(yè)要求。
從表2可以看出，試驗(yàn)研究制得的29個(gè)型煤樣品中，有14個(gè)型煤樣品的抗壓強(qiáng)度達(dá)到400N/個(gè)以上，滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)型煤抗壓強(qiáng)度的要求。
型煤跌落強(qiáng)度的測(cè)試參考中華人民共和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)( GB/T 15459-1995)進(jìn)行。由表2可以看出，本研究中型煤樣品的跌落強(qiáng)度均>90%，具有良好的抗沖擊能力，完全能滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸和裝卸的要求。
2.2型煤防水性
型煤是大宗商品，在運(yùn)輸或露天堆放時(shí)可能會(huì)遭受雨淋、水泡等情況。為了滿足運(yùn)輸和儲(chǔ)存要求，型煤應(yīng)具有一定的防水能力。型煤的防水性一般以浸水強(qiáng)度和浸水復(fù)干強(qiáng)度表示，根據(jù)中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(MT/1 749-1997)來(lái)測(cè)定型煤浸水強(qiáng)度和浸水復(fù)干強(qiáng)度。
本試驗(yàn)研究的型煤樣品浸水強(qiáng)度和復(fù)干強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果如表3所示。從中可以看出，型煤浸水強(qiáng)度約為103 - 158 N/個(gè)，其中24、25號(hào)試驗(yàn)型煤的浸水強(qiáng)度最高，分別達(dá)到158N/個(gè)和146N/個(gè)，基本可以滿足露天存放和長(zhǎng)途運(yùn)輸要求。型煤浸水復(fù)干強(qiáng)度都比原型煤冷態(tài)強(qiáng)度有所提高，且24、25號(hào)實(shí)驗(yàn)型煤的浸水復(fù)干強(qiáng)度最高，分別達(dá)775N/個(gè)和675N/個(gè)，說(shuō)明該型煤具有良好的防水性能。
2.3型煤熱穩(wěn)定性
型煤熱穩(wěn)定性是指型煤在高溫條件下保持原來(lái)粒度大小的能力，是造氣型煤的重要指標(biāo)之一。型煤熱穩(wěn)定性差，在氣化過(guò)程中將裂成小塊或粉末，增加爐內(nèi)氣體流動(dòng)阻力和帶出物量，降低氣化效率；嚴(yán)重時(shí)可能造成結(jié)渣，破壞氣化過(guò)程，甚至引起停爐事故。
本試驗(yàn)研究中僅對(duì)抗壓強(qiáng)度大于400 N/個(gè)的型煤樣品進(jìn)行了熱穩(wěn)定性測(cè)試，結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，型煤的熱穩(wěn)定性較差，如果用作造氣型煤，其熱穩(wěn)定性需要提高，但作為鍋爐型煤，熱穩(wěn)定性基本可以滿足要求。
2.4型煤的工業(yè)分析
本試驗(yàn)對(duì)抗壓強(qiáng)度大于400 N/個(gè)的型煤樣品進(jìn)行了工業(yè)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。與原煤工業(yè)分析結(jié)果相比，生物質(zhì)顆粒燃料的揮發(fā)分高于原料煤，用作鍋爐型煤時(shí)有利于降低著火點(diǎn)，提高燃燒性能；用作造氣型煤可以提高反應(yīng)活性。但煤炭造氣實(shí)踐證明，揮發(fā)分高的煤氣化過(guò)程中容易結(jié)焦，并產(chǎn)生煤焦油，煤焦油進(jìn)入煤氣中可能阻塞管路。因此，利用高揮發(fā)分煙煤氣化時(shí)，需要進(jìn)行破粘處理或在專用煙煤氣化爐中進(jìn)行，不適合在無(wú)煙塊煤氣化爐內(nèi)使用。而生物質(zhì)顆粒燃料揮發(fā)分增加主要是由于生物質(zhì)中受熱易分解的組分在高溫下分解所至，其組分是否會(huì)產(chǎn)生煤焦油，或在氣化過(guò)程中是否會(huì)結(jié)焦有待進(jìn)一步研究。由于生物質(zhì)中的固定碳含量遠(yuǎn)低于煤炭，因此生物質(zhì)顆粒燃料的固定碳含量也低于原煤。但所有樣品的固定碳含量都大于70%，達(dá)到了氣化用煤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(70%～75%)的固定碳指標(biāo)。因此，可以作為良好的氣化型煤。
3、生物質(zhì)顆粒燃料的最佳配方
根據(jù)型煤各性能指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果，從型煤強(qiáng)度、防水性和工業(yè)分析指標(biāo)來(lái)看，有14個(gè)試驗(yàn)樣品滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，可以用作鍋爐型煤。其中性能指標(biāo)最好的第24、25號(hào)實(shí)驗(yàn)為最佳配方。
4、結(jié)論
(1)采用有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合粘結(jié)劑和永城無(wú)煙煤可以制得強(qiáng)度較高、防水性較好、能滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸和露天存放的工業(yè)鍋爐用生物質(zhì)顆粒燃料。該型煤的揮發(fā)分比原煤高，說(shuō)明其著火性能和燃燒特性比原煤強(qiáng)。
(2)永城無(wú)煙煤的固定碳和發(fā)熱量高，反應(yīng)性好，可以作為化肥造氣原料煤。
(3)熱穩(wěn)定性是氣化用煤的主要指標(biāo)之一，但試驗(yàn)所得生物質(zhì)顆粒燃料的熱穩(wěn)定性都較差，不能滿足氣化對(duì)煤炭質(zhì)量的要求。其主要原因可能是添加的生物質(zhì)在高溫條件下發(fā)生熱解，使型煤中孔隙增加，煤粒間的聯(lián)結(jié)性消失或減弱，從而導(dǎo)致熱穩(wěn)定性較差。其次，與晉城、焦作等地的無(wú)煙煤相比，永城無(wú)煙煤自身的熱穩(wěn)定性也較差。要改善永城無(wú)煙煤制取工業(yè)型煤的熱穩(wěn)定性，主要應(yīng)研究開(kāi)發(fā)提高其熱穩(wěn)定性的粘結(jié)劑和合理的生產(chǎn)工藝。
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