0、前言
煤炭是我國的第一能源，其中80%用于直接燃燒，這不僅造成能源利用率低，同時也造成了嚴(yán)重的大氣污染。據(jù)統(tǒng)計，我國2006年S02排放量達(dá)2594萬噸，煙塵排放量達(dá)1182萬噸，其中80%源于燃煤。在這些燃煤污染源中，由于我國中小燃煤工業(yè)鍋爐耗煤量大(年耗煤量約占燃煤總量的1/3)，且以燃用散煤為主，燃煤污染非常嚴(yán)重，但又因其數(shù)量眾多（占鍋爐總量的70%～80%）和分布面廣，很難對其進行集中處理，成為我國繼燃煤電廠之后的第二大難處理燃煤污染源。潔凈型煤技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的重點項目之一，以潔凈型煤代替散煤可以減少S02排放40%一70%，減少煙塵排放70%一90%，減少NOx 50%～60%，而且投資小、見效快，從我國的經(jīng)濟發(fā)展水平和鍋爐燃煤的實際來看，使用潔凈型煤代替散煤可以很好地解決這些中小鍋爐燃煤污染問題。我國從二十世紀(jì)60年代、70年代就已經(jīng)開始進行型煤技術(shù)的開發(fā)研究，但適合于中小噸位燃煤鍋爐的潔凈型煤技術(shù)并未取得有效進展，工業(yè)化程進仍然很慢。其原因主要是型煤質(zhì)量不能保證，性能差，如型煤強度低，熱穩(wěn)定性差，燃燒性能差，使其不易點燃、燃燒不完全等，此外型煤粘結(jié)劑價格貴也是主要原因之一，富通新能源生產(chǎn)銷售
秸稈顆粒機、
秸稈壓塊機、
木屑顆粒機等生物質(zhì)顆粒燃料成型機械設(shè)備，同時我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
生物質(zhì)型煤是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，通過節(jié)煤和生物質(zhì)代煤的雙重作用，減少溫室氣體C02和燃煤S02的排放，有利于緩解氣候變暖和酸雨污染，對保護環(huán)境和節(jié)約能源均具有重大意義，是型煤技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。而且我國生物質(zhì)能源豐富，每年農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物質(zhì)秸稈可達(dá)7億噸，這些生物質(zhì)大部分被簡單焚燒，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。中國工程院院士郝吉明認(rèn)為，生物質(zhì)型煤技術(shù)是開發(fā)利用煤和生物質(zhì)能的新途徑，它充分利用了煤和生物質(zhì)自身的優(yōu)勢，便于保證燃料熱值，利于克服常規(guī)型煤性能的不足，更重要的是生物質(zhì)纖維的網(wǎng)絡(luò)連接作用可省去粘結(jié)劑的使用，也沒有后續(xù)烘干工序，因此能大大降低加工成本。河南理工大學(xué)和清華大學(xué)近年在生物質(zhì)型煤成型方法、燃燒特性、和減少大氣污染等方面進行了研究，結(jié)果表明生物質(zhì)型煤綜合性能良好，生物質(zhì)型煤技術(shù)為生物質(zhì)能大規(guī)模的工業(yè)化利用提供了可能的有效途徑。因此，以生物質(zhì)制備型煤可提高能源利用率和減少因簡單直接燃燒帶來的環(huán)境污染問題，而且以生物質(zhì)作為型煤粘結(jié)劑不僅會增加型煤的機械強度，也會明顯降低型煤的著火溫度。
本課題組在以前高強度鍋爐型煤的研究基礎(chǔ)上，以生物質(zhì)玉米秸稈和小麥秸稈作為型煤粘結(jié)劑的主要原料，進行生物質(zhì)改性方式和添加量等對型煤機械強度和著火溫度的影響研究，并闡明了這種影響的內(nèi)在機制，為生物質(zhì)型煤的實驗室開發(fā)和進一步的工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)支持。
1、實驗材料及型煤性能的測試方法
1.1實驗材料
(1)玉米秸稈和小麥秸稈：取自山西省太原市附近農(nóng)村，自然干燥后，將玉米秸稈和小麥秸稈處理為長度為5~7 cm的長條狀，備用；
(2)氫氧化鈉（分析純）（天津市化學(xué)試劑三廠）；
(3)原料配煤：榆次無煙煤和寧武煙煤混合煤（配煤比例3:1），用破碎機破碎至3mm以下，備用；
(4)添加劑：氧化鎂（分析純）（北京市通廣精細(xì)化工公司），氯化鎂（分析純）（天津市化學(xué)試劑三廠）。
1.2煤和秸稈的工業(yè)分析
實驗所用原煤和秸稈采用CT5000A型多用熱量測定儀（中國礦業(yè)大學(xué)研制），CTM300型自動控溫儀（中國礦業(yè)大學(xué)研制），WDL -9微機漢顯快速測硫儀（鶴壁科力測控技術(shù)有限公司）進行工業(yè)分析檢測，檢測結(jié)果見表1。
13型煤的物理性能測試方法
改性生物質(zhì)粘結(jié)劑的性能通過型煤物理性能來體現(xiàn)和衡量，主要包括抗壓強度、跌落強度、浸水強度和復(fù)干強度，其測定方法如下：
(1)抗壓強度：在XY - 01型型煤液壓抗壓強度測定儀（北京順義牛欄山順達(dá)制造廠）上進行，將型煤逐個置于規(guī)定的試驗機的施力面中心位置上，以規(guī)定的均勻位移速度單向施力，記錄型煤開裂時試驗機顯示施加的壓力，以各個型煤測定值得算術(shù)平均值作為生物質(zhì)型煤的抗壓強度（單位N/個）。
(2)跌落強度：依據(jù)GB/T15459規(guī)定的方法進行，取10個煤球稱重，裝在箱底可以打開的箱子里，在離地2.0 m高處打開箱底，讓煤球自由跌落到12mm厚的鋼板上，反復(fù)跌落3次后，用13 mm的篩子篩分，取大于13 mm級的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為煤球的跌落強度指標(biāo)。
(3)浸水強度：按照MT/T749 - 1997規(guī)定的方法進行。測定方法要點為：一定數(shù)量的型煤放入室溫的水中浸泡達(dá)24 h后，取出，然后按照抗壓強度的方法進行測定。
(4)復(fù)干強度：將一定數(shù)量的型煤在室溫的水中浸泡24 h后取出，在(105±5)℃下干燥后冷卻到室溫，使其達(dá)到空氣干燥狀態(tài)，然后按照抗壓強度的方法進行測定。
(5)著火點：生物質(zhì)型煤的燃燒實驗在SCM5800型人工智能箱式電阻爐（洛陽西格馬儀器制造有限公司）中進行，所用電阻爐能準(zhǔn)確實現(xiàn)控溫、測溫，并有數(shù)字顯示儀，能實時地顯示當(dāng)前所測溫度，便于觀察和記錄數(shù)據(jù)。實驗時，以20aC/min的速率升溫，觀察型煤燃燒狀態(tài)的變化，并根據(jù)其變化得出各種生物質(zhì)型煤的著火點。
2、生物質(zhì)粘結(jié)劑的制備工藝及實驗方法
2.1生物質(zhì)粘結(jié)劑的制備工藝
稱取適量的玉米秸稈或小麥秸稈，放入特制的鐵質(zhì)反應(yīng)容器中，加入一定量的NaOH改性溶液，然后在90℃攪拌加熱一小時后冷卻備用。
2.2生物質(zhì)粘結(jié)劑的研究方法
(1)NaOH改性液濃度對型煤性能指標(biāo)的影響
實驗配制不同質(zhì)量濃度的氫氧化鈉改性液(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%)，對生物質(zhì)進行改性，并控制生物質(zhì)添加量為10%，按照制備工藝，將其加工成型煤，測試各項物理指標(biāo)，進行比較，研究不同NaOH改性液濃度對型煤機械強度的影響。
(2)改性生物質(zhì)加入量對型煤性能指標(biāo)的影響
選用實驗(1)確定的NaOH改性液對生物質(zhì)進行改性制備生物質(zhì)型煤，確定生物質(zhì)的合適加入量，進一步研究不同生物質(zhì)加入量對型煤機械強度的影響。
(3)復(fù)合粘結(jié)劑對生物質(zhì)型煤性能指標(biāo)的影響
上述制備的型煤防水性較差，為改善其防水性，在型煤中加入適量的Mg0和MgCl2與改性生物質(zhì)形成復(fù)合粘結(jié)劑，以提高型煤的防水性，并考察加入量對型煤強度的影響。
(4)復(fù)合粘結(jié)劑對型煤著火溫度的影響
使用自動控溫儀和智能電阻爐檢測使用無機粘結(jié)劑(Mg0和MgCl2)制得的型煤與研究內(nèi)容(3)制得的型煤的著火溫度。通過觀察型煤的燃燒狀態(tài)和記錄電阻爐顯示的實時溫度進行，考察添加玉米秸稈和小麥秸稈后型煤的著火溫度的變化趨勢。
3、結(jié)果與討論
3.1NaOH改性液濃度對型煤機械強度的影響
依據(jù)研究方法2.2(1)，實驗結(jié)果如表2所示。
由表2可知，本實驗所有型煤樣品都具有很高的跌落強度和抗壓強度，均滿足山西省DB 14/133 -2005標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著NaOH濃度的變化，強度變化不同。對于型煤的跌落強度，用小麥秸稈和玉米秸稈制備的生物質(zhì)型煤表現(xiàn)出來較為一致的趨勢，當(dāng)NaOH溶液的濃度在1.0%～2.O%時，型煤的跌落強度較高且比較穩(wěn)定；當(dāng)NaOH溶液的濃度在1.0%·1.5%時，兩種生物質(zhì)型煤的抗壓強度較高，且玉米秸稈型煤在該濃度范圍內(nèi)的抗壓強度要高于小麥秸稈型煤的。
為了考察氫氧化鈉改性對生物質(zhì)的影響，用顯微鏡觀察其結(jié)構(gòu)，圖1是不同濃度改性后小麥秸稈表面結(jié)構(gòu)圖。
從圖l可以看出：NaOH改性液濃度為0（即純水）時，小麥秸稈表面結(jié)構(gòu)整齊有序，結(jié)構(gòu)間隙很小(見圖1(1))；用0.5%的NaOH溶液改性后(見圖l(2》的秸稈整體結(jié)構(gòu)變化不大，出現(xiàn)一些空隙；用1.0%的NaOH溶液改性后，秸稈結(jié)構(gòu)出現(xiàn)更多空隙，空間結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；用1.5%～2.0%的NaOH溶液改性后(見圖1(4)、l(5))，秸稈結(jié)構(gòu)空隙變大且疏松，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的相互交聯(lián)現(xiàn)象；用2.5%的NaOH溶液改性后(見圖l(6))空間結(jié)構(gòu)較單一，秸稈變成細(xì)絲狀。文獻[15J表明，當(dāng)生物質(zhì)用NaOH溶液改性時，纖維類物質(zhì)中的木質(zhì)素會發(fā)生分解，秸稈在90℃經(jīng)氫氧化鈉處理改性后，纖維素類物質(zhì)明顯消失，可能是秸稈中的木質(zhì)素發(fā)生了分解，使纖維
素和半纖維素彼此分離造成的，并產(chǎn)生了具有粘結(jié)作用的糖類以及果膠、單寧等物質(zhì)，通過混合攪拌使其形成復(fù)雜的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)j將改性后生物質(zhì)添加到原料煤中，其纖維結(jié)構(gòu)形成的復(fù)雜的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會網(wǎng)羅大量煤粒，經(jīng)過成型壓力的作用使型煤形成一個強度很高的實體。隨著NaOH改性液濃度的增加，改性后秸稈的木質(zhì)素分解更為完全，產(chǎn)生的粘性物質(zhì)更多，因而能更均勻地與原料煤混合，型煤強度也更高。但隨著NaOH濃度增加（如>2.0%時）．木質(zhì)素分解程度進一步增加，秸稈的纖維結(jié)構(gòu)基本被完全破壞，反而使型煤的強度下降，因而不宜使用濃度太高NaOH溶液來對生物質(zhì)進行改性。根據(jù)以上分析，選用濃度為1.0%。1.5%的NaOH溶液較為宜。
3.2改性生物質(zhì)加入量對型煤性能指標(biāo)的影響
由表3可知，在改性生物質(zhì)加入量為2%．20%范圍內(nèi)，所有型煤樣品都有很高的跌落強度和抗壓強度，均能滿足山西省DB 14/133～2005標(biāo)準(zhǔn)要求，隨著生物質(zhì)加入量的增加型煤的跌落強度和抗壓強度明顯增強，表明生物質(zhì)加入量越多，具有連結(jié)作用的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越多，越容易網(wǎng)羅煤粒，經(jīng)過成型壓力作用后形成的型煤強度越高。
茌浸水強度和復(fù)干強度的實驗中，型煤浸泡24 h后全部破散，檢測不出強度。說明在型煤中添加生物質(zhì)后，有較高的跌落強度和抗壓強度，但防水性差，主要是因為附著在煤粒表面起粘結(jié)作用的糖類、硅酸鈉類等物質(zhì)均是水溶性物質(zhì)，遇水會溶解，致使型煤在水的作用下被泡散，防水性極低。需要采取進一步的措施提高型煤的防水性。
3.3復(fù)合粘結(jié)劑對生物質(zhì)型煤機械強度的影響
依據(jù)實驗方法2.2(3)，添加適量Mg0和MgC12后的實驗結(jié)果見表4。
從表4可以知，添加適量Mg0和MgC12后，生物質(zhì)型煤的物理性能均優(yōu)于沒有添加無機粘結(jié)劑的型煤（參照表3），而且型煤有了較高的浸水強度，滿足山西省DB 14/133 - 2005標(biāo)準(zhǔn)要求，復(fù)干強度也比較高。隨著改性秸稈加入量的增加，浸水強度和復(fù)干強度均有所下降，原因可能是型煤在水浸泡的情況下，未分解的秸稈會吸水發(fā)生膨脹，從而使型煤的浸水強度和復(fù)干強度降低。而文獻[16)表明，Mg0和MgC12會與H20反應(yīng)生成具有高強度的鎂水泥，而且鎂水泥可以在常溫常壓下硬化，硬化后具有良好的抗?jié)B性，這與本實驗結(jié)果相一致。因此，為了提高型煤的防水性，可使用適量Mg0和MgC12與改性生物質(zhì)秸稈組成復(fù)合粘結(jié)劑。
3.4復(fù)合粘結(jié)劑對型煤著火溫度的影響
依據(jù)研究內(nèi)容2.4(4)，得到的無機粘結(jié)劑(Mg0和MgC12)制得的型煤與研究內(nèi)容2.4(3)制得的型煤的的著火溫度見表5。
從表中可以看出：隨著改性秸稈加入量的增加，生物質(zhì)型煤的著火溫度逐漸降低，這是因為隨著秸稈加入量的增加，型煤中可燃揮發(fā)分所占比例增加，從而使生物質(zhì)型煤的著火溫度逐漸降低。加入的改性生物質(zhì)種類不同，型煤的著火溫度降低的程度不同，加入改性玉米秸稈與加入改性小麥秸稈相比，型煤著火溫度降低的程度較高，這是因為本研究所用玉米秸稈的可燃揮發(fā)分含量比小麥秸稈的含量高。
與無機粘結(jié)劑（Mg0和MgC12）制得的型煤相比較，生物質(zhì)型煤的著火溫度明顯降低，這是因為生物質(zhì)揮發(fā)份高易于引燃，生物質(zhì)著火后，會迅速引燃周圍的煤，從而降低型煤的整體著火溫度。
4、實驗結(jié)論
通過上述研究，得到如下結(jié)論：
(1)以1.0%～2.0%的NaOH溶液改性玉米、小麥秸稈制得的混合物可作為生物質(zhì)型煤的粘結(jié)劑，生物質(zhì)的添加量可達(dá)20%以上，隨改性生物質(zhì)量的增加，機械強度（跌落強度和抗壓強度）均增加，但生物質(zhì)型煤的防水性較差。
(2)使用改性生物質(zhì)與Mg0和MgC12組成的復(fù)合粘結(jié)劑可使型煤具有很高的機械強度，且防水性能好，是一種有實用前途的粘結(jié)劑。
(3)與無機粘結(jié)劑(Mg0和MgC12)制得的型煤相比，生物質(zhì)型煤的著火溫度明顯降低，生物質(zhì)加人量為20%時，可使型煤的燃點降低至5100℃以下。
綜上所述，利用改性的生物秸稈作為生物質(zhì)型煤粘結(jié)劑，再輔以無機粘結(jié)劑（Mg0和MgC12）后，可制得性能優(yōu)良的生物質(zhì)型煤，制備工藝簡單，且利用可再生的生物質(zhì)代替礦物煤，既節(jié)約了成本，又減少了對環(huán)境的污染，是一種符合產(chǎn)業(yè)政策，值得推廣的生產(chǎn)工藝。
相關(guān)顆粒機秸稈壓塊機產(chǎn)品：
1、
秸稈顆粒機
2、
木屑顆粒機
3、
秸稈壓塊機
