中國有豐富的生物質資源，農作物秸稈的年產量700 Mt，稻殼50 Mt，林業加工的殘余物30 Mt。生物質作為能源代替礦物燃料，可直接燃燒、與煤混燒、氣化或液化為氣體和液體燃料等。目前中國的生物質用于直接燃燒和飼料的不到一半，其余的廢棄于荒野，生物質資源沒有得到充分、高效、潔凈地利用。以生物質作粘結劑成型制型煤時，采用干法冷壓成型工藝。由日本國新能源開發機構(NEDO)的綠色援助計劃(GAP)資助，在山東臨沂建成了生物質型煤示范廠，以玉米秸、肥煤、消石灰為原料，生產生物質型煤燃料，成型線壓力為300-400 t/m．其成型技術達到國際領先水平。本研究以生物質、肥煤、無煙煤為原料，用其工藝制備生物質型煤，炭化后制得型焦。
1、實驗部分
生物質型焦的生產工藝流程如圖1所示。小于13 mm的肥煤和無煙煤用熱空氣干燥至水分小于1%、粉碎至要求的粒度，生物質用熱空氣干燥至水分小于10%、粉碎至長度小于3 mm，肥煤、無煙煤和生物質按比例混合好后，用NYL - 200型液壓機成型。型煤呈枕形，長軸42 mm，短軸38 mm，最厚處23 mm。炭化用燃氣爐間接加熱，終溫950℃，保溫1h，水熄焦。型煤和型焦的抗壓強度用小型壓力試驗機測定，以單個球的破壞壓力(kN)表示或制成的圓柱體(直徑20 mm、高15 mm)的破壞壓強(MPa)表示。
實驗用玉米秸生物質、晉城無煙煤、棗莊肥煤，分析數據見表1。
2、實驗結果與討論
2.1成型工藝條件對生物質型焦抗壓強度的影響
煤粒小于0.5 mm的占33%、0.5-1 mm的占45%、1～3mm的占22%，型煤炭化時室溫至250℃及550- 950℃加熱速度7-9℃/min、250
550℃加熱速度3～5℃/min，生物質配入量、肥煤配入量、成型壓強對型煤和型焦抗壓強度的影響如圖2所示。由圖2可見，生物質對保證型煤的強度是不可缺少的，但生物質炭化后生成多孔炭，削弱了肥煤和無煙煤顆粒之間的結合，使型焦強度降低，生物質配入量18%時，既能保證型煤的強度最大，又不至于過多地降低型焦強度。肥煤的硬度小，比無煙煤易成型，而且肥煤炭化時具有很強的粘結性，是生產高強度生物質型焦所必須的。但是，肥煤配入量過多時，粘結能力過剩，而其結焦性較差，型焦強度反而降低，肥煤配入量55%時型焦強度最大。隨著成型壓強的增大，型煤和型焦的強度都顯著增大，但提高成型壓強會導致成型能耗增大，以320 MPa為宜。
煤料的篩分組成對型煤和型焦抗壓強度的影響見表2(生物質和肥煤配入量分別為18%、55%，成型壓強320 MPa)，小于0.5 mm的占33%、0.5-1 mm的占45%、1-3 mm的占22%時，不需要煤料過細粉碎，煤粒之間相互充填的結合度較大，型煤和型焦的抗壓強度也較大。
2.2炭化加熱速度
在型煤的最佳成型條件下，炭化時分3種加熱速度：①3-5℃/min，②7-9℃/min，③室溫至250℃及550-950℃用7-9℃/min、250-550℃用3-5℃/min，3種加熱速度下所得的型焦抗壓強度分別為2.60，1.93，2.58 kN。可見，250 - 550℃型煤中的揮發物大量析出時，采用較慢的加熱速度，能減少型焦中的大氣孔和裂紋，有利于提高型焦的抗壓強度，采用第3種加熱速度為宜。
2.3型焦的分析
在型煤的最佳成型和炭化條件下，所得型焦的分析數據見表3和表4。
肥煤的硫分高達2.66%，配以低硫的生物質和無煙煤后型煤的硫分為1. 54%，肥煤中的硫大多易于熱解脫除，使型焦的硫分僅為0.89%。
實際的型焦產率K。比按散狀分析樣揮發分計算的型焦產率K。高4.1%，高壓成型制得的型煤孔隙率低，炭化時揮發物的逸出較難，部分揮發物縮聚固化予孔內，使型焦產率增大。
型焦內孔徑0.01～7.5um氣孔的孔徑分布用Carlo - 200壓汞測孔儀測定，焦樣粒徑3-5 mm，以各孔徑區間孔容占孔徑0.01—7.5um氣孔總孔容的百分數表示；孔徑10-150um氣孔的孔徑分布用Leitz MPV -3顯微鏡測定(0.2-1 mm焦樣制成光片，放大320倍)，以各孔徑區間氣孔數占孔徑10—150um總氣孔數的百分數表示。孔隙率由真相對密度和視相對密度計算而得。生物質型焦與一常規焦爐所產冶金焦的孔孢結構的比較見表4，由表4可見，生物質型焦中的大氣孔較少，孔隙率較低。
生物質型焦的Vdaf小于1%、S d小于1%、Ad小于15%、抗壓強度大于20 MPa、孔隙率24%，此性能指標與日本DKS法、美國FMC法等使用焦油瀝青作粘結劑所制得型焦的相當。
3、結 語
以干法冷壓成型工藝用高硫肥煤、低硫無煙煤和生物質粘結劑，能生產抗壓強度達23 MPa、孔隙率僅24%、S。．d小于1%的生物質型焦。生物質型焦的最佳生產工藝條件為煤粒度小于0.5 mm的占33%、0.5-1 mm的占45%、1—3 mm的占22%，生物質配入量18%、肥煤配入量55%，成型壓強320 MPa，型煤炭化時室溫至250℃及550-950℃加熱速度7-9℃/min、250- 550℃用3-5℃/min。
生物質價廉易得，代替焦油瀝青作粘結劑，擴大了粘結劑的來源，而且生物質有了高效、潔凈利用的新途徑。生物質與煤料都為固體，二者的混合較簡單，簡化了粘結劑與煤料的混合工序。以高硫肥煤為主要原料，配以生物質和低硫無煙煤，生產低硫型焦，擴大了煉焦煤資源。原料經干燥后再成型，使型煤的炭化時間減少，炭化爐生產強度增大，總熱效率提高。
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