城郊选煤厂生产的无烟煤主要用于化肥造气、火力发电等。目前造气块煤价格昂贵且供不应求，但末煤价格较低，块、末煤差价大于200元／t。城郊选煤厂为了拓展其末煤利用途径，试验研究了利用无烟煤生产生物质颗粒燃料。
1、试验过程
1.1试验原料
(1)原料煤为城郊选煤厂粒度<3mm的洗精煤。经烘干处理后试验用煤的工业分析结果为：水分1.08%，灰分9.6%，挥发分7.81%，固定碳81. 51%。
(2)生物质为玉米秸秆，取自焦作农村。干燥后经农用粉碎机粉碎至3mm以下。
(3)粘结剂的选择以来源广、市场易购和易加工为原则，由3种有机和1种无机组分加工而成。
1.2试验设备
(1)称量设备：普通托盘天平，用于称量原料煤；BS124s电子天平，由北京赛多利斯仪器系统有限公司生产，用于称量粘结剂。
(2)成型设备采用河南巩义长城机械厂生产的双辊单压式对辊成型机，辊轮直径360mm，电机功率7. 5kW。
1.3型煤加工
1.3.1试验方案
本试验采用了4种粘结剂组分，第一种组分YCI的添加量占型煤总重量的4%～8%，第二组分YC2占1.5%～7%，第三组分YC3占0.5%～2%，第四组分YC4占0～1.5%。原料煤占总重量的86%～93. 5%，生物质占1%～3%。试验方案如表1所示，根据不同的粘结剂组分、煤及生物质添加量，共进行了29次试验。在1到29号试验中，依次以4个为一组，共分为7组（第7组为5个试验）。进行试验的原则是：
(1)在前一组试验结果的基础上，制定后一组试验方案；
(2)试验过程中首先考虑型煤的性能指标，暂不考虑成本。只在得到较好性能指标的型煤时才考虑成本，看粘结剂中有机、无机成分的比例，尽可能减少粘结剂用量，尤其是无机成分的用量，以节约成本、提高型煤含碳量和热值。
1.3.2加工过程
由于每组试验的原料量较少，型煤加工过程中的称料、搅拌等采用手工完成，成型工艺采用工业用成型机。型煤加工过程为：
(1)按表1中配方规定的比例分别称取原料煤、玉米秸秆和粘结剂；
(2)将所有称得的组分在塑料容器中混匀；
(3)待所有干物料混合均匀后，加入一定量的水继续混合，直至水分在物料中分散均匀；
(4)将混匀的物料放入对辊成型机中成型：
(5)成型后的煤球自然风干3-4d，即得生物质颗粒燃料样品。
2、型煤质量分析
2.1型煤强度
型煤强度包括抗压强度和跌落强度。抗压强度是指单个型煤承受外载的能力，即单个型煤受外力压迫直至碎裂时所能承受的最大压力，一般以N/个表示。由于型煤是大宗商品，在运输和使用过程可能将经受跌落、碰撞等冲击载荷。因此，衡量型煤强度的另一个指标是跌落强度，即型煤从一定高度落下而不破碎的强度，它是衡量型煤抗破碎的能力指标。
型煤抗压强度的测试方法参照中华人民共和国煤炭行业标准(MT/1 748-1997)进行。有研究表明，型煤冷态抗压强度大于400N/个，即可满足工业要求。
从表2可以看出，试验研究制得的29个型煤样品中，有14个型煤样品的抗压强度达到400N/个以上，满足工业应用对型煤抗压强度的要求。
型煤跌落强度的测试参考中华人民共和国家标准( GB/T 15459-1995)进行。由表2可以看出，本研究中型煤样品的跌落强度均>90%，具有良好的抗冲击能力，完全能满足长途运输和装卸的要求。
2.2型煤防水性
型煤是大宗商品，在运输或露天堆放时可能会遭受雨淋、水泡等情况。为了满足运输和储存要求，型煤应具有一定的防水能力。型煤的防水性一般以浸水强度和浸水复干强度表示，根据中华人民共和国煤炭行业标准(MT/1 749-1997)来测定型煤浸水强度和浸水复干强度。
本试验研究的型煤样品浸水强度和复干强度的测试结果如表3所示。从中可以看出，型煤浸水强度约为103 - 158 N/个，其中24、25号试验型煤的浸水强度最高，分别达到158N/个和146N/个，基本可以满足露天存放和长途运输要求。型煤浸水复干强度都比原型煤冷态强度有所提高，且24、25号实验型煤的浸水复干强度最高，分别达775N/个和675N/个，说明该型煤具有良好的防水性能。
2.3型煤热稳定性
型煤热稳定性是指型煤在高温条件下保持原来粒度大小的能力，是造气型煤的重要指标之一。型煤热稳定性差，在气化过程中将裂成小块或粉末，增加炉内气体流动阻力和带出物量，降低气化效率；严重时可能造成结渣，破坏气化过程，甚至引起停炉事故。
本试验研究中仅对抗压强度大于400 N/个的型煤样品进行了热稳定性测试，结果如表4所示。从表中可以看出，型煤的热稳定性较差，如果用作造气型煤，其热稳定性需要提高，但作为锅炉型煤，热稳定性基本可以满足要求。
2.4型煤的工业分析
本试验对抗压强度大于400 N/个的型煤样品进行了工业分析，结果见表5。与原煤工业分析结果相比，生物质颗粒燃料的挥发分高于原料煤，用作锅炉型煤时有利于降低着火点，提高燃烧性能；用作造气型煤可以提高反应活性。但煤炭造气实践证明，挥发分高的煤气化过程中容易结焦，并产生煤焦油，煤焦油进入煤气中可能阻塞管路。因此，利用高挥发分烟煤气化时，需要进行破粘处理或在专用烟煤气化炉中进行，不适合在无烟块煤气化炉内使用。而生物质颗粒燃料挥发分增加主要是由于生物质中受热易分解的组分在高温下分解所至，其组分是否会产生煤焦油，或在气化过程中是否会结焦有待进一步研究。由于生物质中的固定碳含量远低于煤炭，因此生物质颗粒燃料的固定碳含量也低于原煤。但所有样品的固定碳含量都大于70%，达到了气化用煤二级标准(70%～75%)的固定碳指标。因此，可以作为良好的气化型煤。
3、生物质颗粒燃料的最佳配方
根据型煤各性能指标的测试结果，从型煤强度、防水性和工业分析指标来看，有14个试验样品满足工业生产要求，可以用作锅炉型煤。其中性能指标最好的第24、25号实验为最佳配方。
4、结论
(1)采用有机一无机复合粘结剂和永城无烟煤可以制得强度较高、防水性较好、能满足长途运输和露天存放的工业锅炉用生物质颗粒燃料。该型煤的挥发分比原煤高，说明其着火性能和燃烧特性比原煤强。
(2)永城无烟煤的固定碳和发热量高，反应性好，可以作为化肥造气原料煤。
(3)热稳定性是气化用煤的主要指标之一，但试验所得生物质颗粒燃料的热稳定性都较差，不能满足气化对煤炭质量的要求。其主要原因可能是添加的生物质在高温条件下发生热解，使型煤中孔隙增加，煤粒间的联结性消失或减弱，从而导致热稳定性较差。其次，与晋城、焦作等地的无烟煤相比，永城无烟煤自身的热稳定性也较差。要改善永城无烟煤制取工业型煤的热稳定性，主要应研究开发提高其热稳定性的粘结剂和合理的生产工艺。
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