生物質(zhì)型煤成型實(shí)驗研究

第37卷第5期貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol 37 No 52008年5月JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGYMay.2008Natural Science edition文章編號:1009-0193(2008)05-0044-03生物質(zhì)型煤成型實(shí)驗研究金會(huì )心,李水娥,吳復忠(貴州大學(xué)材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550003)摘要:采用冷壓成型工藝在一定的壓力下生產(chǎn)出生物質(zhì)型煤,并對型煤的成型性能進(jìn)行了研究。結果表明,在生物質(zhì)型煤中,生物質(zhì)起到了粘結劑的作用。在相同的成型條件下,生物質(zhì)復合型煤的抗壓強度比一般型煤的抗壓強度要高,并且把生物質(zhì)添加量控制在一定范圍內時(shí)生物質(zhì)復合型煤的強度隨著(zhù)生物質(zhì)添加量和成型壓力的增大而增大。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)型煤;成型壓力;抗壓強度中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標識碼:A0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)現了減排CO2、SO2和節約煤炭資源的多重效應,具有巨大的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。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)成型以及加粘結劑或不加粘結劑。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,磨成微細粉末;再將兩者進(jìn)行混合,根據原煤和生物質(zhì)的特性,加入適量的固硫劑(和粘結劑);最后將混合物一同送入成型機,在一定壓力下壓制成型?？箟簭姸仁巧镔|(zhì)型煤各項機械性能指標中最直觀(guān)、最有代表性的指標。本文采用無(wú)粘結劑冷態(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。1生物質(zhì)型煤的成型機理生物質(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,從有機化學(xué)結構和化學(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,具有一定的粘結性。并且,較長(cháng)的生物質(zhì)纖維在型煤的成型過(guò)程中可以形成一個(gè)網(wǎng)狀骨架,在一定的粒度范圍內,隨著(zhù)纖維長(cháng)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,型煤強度增大。另外,根據煤化學(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(zhù)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,型煤的強度也隨之提髙。一般地講,型煤的強度除了與化學(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)狀骨架結構。當添加一定范圍百分比的生物質(zhì)時(shí),這一網(wǎng)狀的骨架結構隨著(zhù)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(guò)程只要保證足夠的壓力,在不加任何粘結劑的情況下也可以壓制出高強度的型煤。2實(shí)驗2.1實(shí)驗原料中國煤化工試驗采用的煤樣為貴州清鎮電廠(chǎng)動(dòng)力煤,生物質(zhì)為木屑aHCNMHG收稿日期:200805-11基金項目:教育部“春暉計劃”資助項目(項目編號:5005-2-5200)作者簡(jiǎn)介:金會(huì )心(1972-),女,博士,副教授,內蒙古赤峰人,研究方向:能源與環(huán)境保護,資源綜合利用第5期金會(huì )心,等:生物質(zhì)型煤成型實(shí)驗研究表1生物質(zhì)型煤原料成分分析煤樣(wt%)木屑(wt%)稻殼(w%)水分16.745.62揮發(fā)份62.61灰分28.46固定碳46.3715.1311.9058.7549.73元H4.402.0.65高位發(fā)熱量(kJ/kg)17316144162.2成型設備成型設備采用沖壓式成型機,其設備簡(jiǎn)圖如圖1所示?；钊麤_桿在沖桿套中移動(dòng)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度生物質(zhì)復合型煤。23成型過(guò)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.試驗前,使煤樣和生物質(zhì)在電熱恒溫干燥箱內加熱到50℃下干燥,至恒重后取出放在干燥器中冷卻至室溫備用。0由干生物質(zhì)中含有大量纖維素、半纖維素和0oo◎木質(zhì)素,這些物質(zhì)本身可以起到粘結劑的作用,使生物質(zhì)復合型煤很容易固化成型,且具有一定的強度。按生物質(zhì)的質(zhì)量百分比分別為10%、15%、20%、25%、30%、40%1.活塞;2.料斗;3.成型筒外套;4.錐形套;5.保型筒;6.成型棒圖1沖壓模具部分結構圖60%的配比與煤均勻混合后,稱(chēng)取一定的質(zhì)量放入模具內,在液壓機上壓制成型,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的原料3實(shí)驗結果與分析3.1生物質(zhì)加入量對型煤抗壓強度的影響成型壓力40MPa,保型時(shí)間2min所得生物質(zhì)復合型煤的抗壓強度同生物質(zhì)種類(lèi)和添加比例的關(guān)系如圖2所示。由實(shí)驗結果可知,生物質(zhì)復合型煤的抗壓強度要遠遠大于單純型煤的抗壓強度,可見(jiàn)生物質(zhì)能起到粘結劑的作用提高型煤的抗壓強度。另外,不同生物質(zhì)型煤的抗壓強度有顯著(zhù)的差異,添加木屑的生物質(zhì)型煤的抗壓強度明顯比稻殼生物質(zhì)型煤的抗壓強度要高;且木屑生物質(zhì)型煤的抗壓強度隨著(zhù)木屑加入量的增加而增大,在木屑加入40%以前,其抗壓強增加速度較快,但40%以后,型煤抗壓強度的增加速率趨緩,當生物質(zhì)的加入量達到60%以后,型煤的抗壓強度幾乎趨于中國煤化工某的抗壓強度在稻殼加入量為50%以前隨著(zhù)稻殼的加入量的增加而增大,當稻物質(zhì)復合型煤的抗壓強度則隨著(zhù)稻殼加人量的增加而略有減小。這其中的原CNMH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,從有機化學(xué)結構和化學(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,具有一定的粘結性。木屑的纖維較長(cháng),在型煤的成型過(guò)程中可以形成一個(gè)網(wǎng)狀骨架在一定的粒度范圍內,隨著(zhù)纖維長(cháng)度的增大,生物質(zhì)之間的交聯(lián)作用增大,其成貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2008年型率提高,型煤強度增大。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?！さ練ば兔?0%稻殼生物質(zhì)加入量(wt%)成型壓度CMPa)圖2生物質(zhì)種類(lèi)和加入量對型煤抗壓強度的影響圖3生物質(zhì)型煤抗壓強度與成型壓力的關(guān)系3.2成型壓力對型煤抗壓強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)型煤的抗壓強度與成型壓力的關(guān)系如圖3所示。由實(shí)驗結果可知生物質(zhì)的添加種類(lèi)不同,型煤的抗壓強度隨成型壓力變化而變化的規律不同。添加木屑的生物質(zhì)復合型煤的抗壓強度隨著(zhù)成型壓力的增大而增大,但在成型壓力為40MPa以前,其抗壓強度隨壓力變化較快,隨后型煤強度隨成型壓力增加而趨緩;添加稻殼的生物質(zhì)復合型煤的抗壓強度隨成型壓力的變化規律與木屑生物質(zhì)復合型煤大致相近,只是其抗壓強度要比木屑生物質(zhì)復合型煤的強度小。由單純煤壓制而成的型煤的抗壓強度隨著(zhù)成型壓力的增加而緩慢的增大,其總體的抗壓強度要比生物質(zhì)復合型煤的抗壓強度小得多。根據煤化學(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(zhù)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,型煤的強度也隨之提髙。一般地講,型煤的強度除了與化學(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)狀骨架結構。當添加一定范圍百分比的生物質(zhì)時(shí),這一網(wǎng)狀的骨架結構隨著(zhù)成型壓力的增大而更加牢固,而當添加的是有些成型性差的顆粒狀生物質(zhì)時(shí),當成型壓力大到一定程度時(shí),會(huì )破壞上述的網(wǎng)狀骨架結構。4結論在生物質(zhì)型煤中,生物質(zhì)起到了粘結劑的作用。一般地,生物質(zhì)型煤的抗壓強度隨著(zhù)成型壓力的增加而增大,但并不是越大越好,當添加一些成型性差的生物質(zhì)時(shí),壓力過(guò)大會(huì )破壞形成的網(wǎng)狀骨架結構,使強度變差。壓力一定時(shí),在生物質(zhì)添加量在40%以前,生物質(zhì)型煤的抗壓強度隨著(zhù)生物質(zhì)加入量的增加而迅速增大,在生物質(zhì)為50%時(shí),其強度趨于最大;隨后生物質(zhì)型煤的強度隨生物質(zhì)添加量的變化不明顯。生物質(zhì)型煤的強度還受生物質(zhì)種類(lèi)的影響。參考文獻:[1]徐富康,馬永亮生物質(zhì)型煤工業(yè)成型新方法及影響因素分析[].環(huán)境科學(xué).2001,22(4):81-85[2]徐富康,馬永亮生物質(zhì)型煤成型技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)驗研究[J].環(huán)境污染與防治.2002,24(5):261-264.[3]郝吉明燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊(第1版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200]毛玉如生物質(zhì)型煤技術(shù)研究[J]煤炭轉化2001,24(1):21-25中國煤化工CNMHG轉第52頁(yè))貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2008年3結論1.釆用硫酸萃取某反浮選磷精礦過(guò)程中,在實(shí)驗所定工藝條件下,反浮選磷精礦中碘主要在磷酸中,約在80%以上。因此應當考慮從磷酸中回收碘。2.碘在煙氣、磷酸和磷石膏三相中的分布與磷酸萃取工藝及工藝參數的選取關(guān)聯(lián)。在實(shí)驗控制的參數條件下,反應溫度、液固比和系統負壓對碘在三相中的分布影響較大。3.本項目研究結果對綜合利用該礦中伴生的極低品位碘資源有較大實(shí)用意義。參考文獻:[1]楊三可碘回收交換器腐蝕機理研究及設備選型[門(mén)].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,27(3)35-37[2] QuinterO Ortega M C, Cotrino Bautista 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Controlled the parameter condition in the experiment, the factors of reaction temperature, liquid- solid ratio and system negative pressure are very important to distribution of iodine in three phases.The findings have greatly practical significance to low-grade iodine resources of the ore in comprehensiveutilizationKey words: iodine phosphorus ore; extraction; distribution(上接第46頁(yè))Study on Biomass and Coal BriquettingJIN Hui-xin, LI Shui-e, WU Fu-zhongCollege of Materials Science and Metallurgical Engineering, University, Guiyang 550003, China)Abstract: Bio-briquettte was produced in some compaction pressure by briquetting technology, and theeffect of compaction pressure conditions on bio-briquette characteristic was studied in the paper. The re-sults showed that biomass could be used as a kind of binder in bio-briquette. Under the same riquettingconditions, the bio-briquette had the higher compressive st中國煤化工mcoa.Moeover, the strength of bio-briquette was increased with theInnd compactionpressure when biomass dosage was controlled in some rangeCNMHGKey words: Bio-briquette; compaction pressure compressive strength