生物质型煤成型实验研究

第37卷第5期贵州工业大学学报(自然科学版)Vol 37 No 52008年5月JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGYMay.2008Natural Science edition文章编号:1009-0193(2008)05-0044-03生物质型煤成型实验研究金会心,李水娥,吴复忠(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州贵阳550003)摘要:采用冷压成型工艺在一定的压力下生产出生物质型煤,并对型煤的成型性能进行了研究。结果表明,在生物质型煤中,生物质起到了粘结剂的作用。在相同的成型条件下,生物质复合型煤的抗压强度比一般型煤的抗压强度要高,并且把生物质添加量控制在一定范围内时生物质复合型煤的强度随着生物质添加量和成型压力的增大而增大。关键词:生物质型煤;成型压力;抗压强度中图分类号:TQ536文献标识码:A0前言生物质型煤系指由生物质碎屑(如秸秆碎屑和木屑)和碎煤为基本原料经压制而成的型煤。生物质工业型煤与普通工业型煤相比,具有更优越的燃烧特性,实现了减排CO2、SO2和节约煤炭资源的多重效应,具有巨大的社会效益和经济效益。生物质型煤成型技术在加工方式上可分为冷压成型与热压成型,干态成型与湿态成型以及加粘结剂或不加粘结剂。其成型工艺主要包括烘干、粉碎、混合、成型等步骤。大致可以概括如下:首先将原煤和生物质干燥,然后将原煤破碎,生物质则加以碾碎,磨成微细粉末;再将两者进行混合,根据原煤和生物质的特性,加入适量的固硫剂(和粘结剂);最后将混合物一同送入成型机,在一定压力下压制成型。抗压强度是生物质型煤各项机械性能指标中最直观、最有代表性的指标。本文采用无粘结剂冷态高压成型对生物质型煤的制备进行了初步的试验研究,为生物质型煤工业化利用提供了有利的参考依据。1生物质型煤的成型机理生物质的主要成分是纤维素、半纤维和木质素属于高分子化合物,从有机化学结构和化学键合作用理论上讲,这些物质同煤之间存在一定的化学键合作用,具有一定的粘结性。并且,较长的生物质纤维在型煤的成型过程中可以形成一个网状骨架,在一定的粒度范围内,随着纤维长度的增大,生物质之间的交联作用增大,其成型作用力提高,型煤强度增大。另外,根据煤化学理论及近代化学键价理论,分子作用力和氢键作用是煤成型的主要作用力。制备型煤时随着成型压力的增大,物料颗粒间距减小,分子间作用力和氢键作用增强,型煤的强度也随之提髙。一般地讲,型煤的强度除了与化学键作用力大小有关外,更重要的是取决于型煤本身能否形成一个有序的层状排列的网状骨架结构。当添加一定范围百分比的生物质时,这一网状的骨架结构随着成型压力的增大而更加牢固。因此,生物质型煤冷压成型过程只要保证足够的压力,在不加任何粘结剂的情况下也可以压制出高强度的型煤。2实验2.1实验原料中国煤化工试验采用的煤样为贵州清镇电厂动力煤,生物质为木屑aHCNMHG收稿日期:200805-11基金项目:教育部“春晖计划”资助项目(项目编号:5005-2-5200)作者简介:金会心(1972-),女,博士,副教授,内蒙古赤峰人,研究方向:能源与环境保护,资源综合利用第5期金会心,等:生物质型煤成型实验研究表1生物质型煤原料成分分析煤样(wt%)木屑(wt%)稻壳(w%)水分16.745.62挥发份62.61灰分28.46固定碳46.3715.1311.9058.7549.73元H4.402.0.65高位发热量(kJ/kg)17316144162.2成型设备成型设备采用冲压式成型机,其设备简图如图1所示。活塞冲杆在冲杆套中移动一个冲程S,冲杆套筒中的物料在活塞冲杆的作用下完成压紧一塑性变形一保型一个成型周期后,从保型筒中推出成为高强度生物质复合型煤。23成型过程将自然干燥的煤粉碎、研磨使其粒径小于1mm,再将木屑和稻壳破碎、研磨,使其粒径也小于1mm.试验前,使煤样和生物质在电热恒温干燥箱内加热到50℃下干燥,至恒重后取出放在干燥器中冷却至室温备用。0由干生物质中含有大量纤维素、半纤维素和0oo◎木质素,这些物质本身可以起到粘结剂的作用,使生物质复合型煤很容易固化成型,且具有一定的强度。按生物质的质量百分比分别为10%、15%、20%、25%、30%、40%1.活塞;2.料斗;3.成型筒外套;4.锥形套;5.保型筒;6.成型棒图1冲压模具部分结构图60%的配比与煤均匀混合后,称取一定的质量放入模具内,在液压机上压制成型,轴向压力为40MPa生物质型煤成型后,进一步筛选,将少量次品和夹带的粉状物料返回料斗重新加工成型,合格型煤作为下一步燃烧试验的原料3实验结果与分析3.1生物质加入量对型煤抗压强度的影响成型压力40MPa,保型时间2min所得生物质复合型煤的抗压强度同生物质种类和添加比例的关系如图2所示。由实验结果可知,生物质复合型煤的抗压强度要远远大于单纯型煤的抗压强度,可见生物质能起到粘结剂的作用提高型煤的抗压强度。另外,不同生物质型煤的抗压强度有显著的差异,添加木屑的生物质型煤的抗压强度明显比稻壳生物质型煤的抗压强度要高;且木屑生物质型煤的抗压强度随着木屑加入量的增加而增大,在木屑加入40%以前,其抗压强增加速度较快,但40%以后,型煤抗压强度的增加速率趋缓,当生物质的加入量达到60%以后,型煤的抗压强度几乎趋于中国煤化工某的抗压强度在稻壳加入量为50%以前随着稻壳的加入量的增加而增大,当稻物质复合型煤的抗压强度则随着稻壳加人量的增加而略有减小。这其中的原CNMH身组成不同而引起的。生物质的主要成分是纤维素、半纤维和木质素属于高分子化合物,从有机化学结构和化学键合作用理论上讲这些物质同煤间存在一定的化学键合作用,具有一定的粘结性。木屑的纤维较长,在型煤的成型过程中可以形成一个网状骨架在一定的粒度范围内,随着纤维长度的增大,生物质之间的交联作用增大,其成贵州工业大学学报(自然科学版)2008年型率提高,型煤强度增大。与木屑相比,稻壳属于颗粒状生物质,稻壳之间交联作用很小,很难形成网状骨架,且稻壳中的矿物质含量要高于木屑,这也影响其成型性。▲·稻壳型煤40%稻壳生物质加入量(wt%)成型压度CMPa)图2生物质种类和加入量对型煤抗压强度的影响图3生物质型煤抗压强度与成型压力的关系3.2成型压力对型煤抗压强度的影响添加不同生物质的生物质型煤和不加生物质型煤的抗压强度与成型压力的关系如图3所示。由实验结果可知生物质的添加种类不同,型煤的抗压强度随成型压力变化而变化的规律不同。添加木屑的生物质复合型煤的抗压强度随着成型压力的增大而增大,但在成型压力为40MPa以前,其抗压强度随压力变化较快,随后型煤强度随成型压力增加而趋缓;添加稻壳的生物质复合型煤的抗压强度随成型压力的变化规律与木屑生物质复合型煤大致相近,只是其抗压强度要比木屑生物质复合型煤的强度小。由单纯煤压制而成的型煤的抗压强度随着成型压力的增加而缓慢的增大,其总体的抗压强度要比生物质复合型煤的抗压强度小得多。根据煤化学理论及近代化学键价理论,分子作用力和氢键作用是煤成型的主要作用力。制备型煤时,随着成型压力的增大,物料颗粒间距减小,分子间作用力和氢键作用增强,型煤的强度也随之提髙。一般地讲,型煤的强度除了与化学键作用力大小有关外,更重要的是取决于型煤本身能否形成一个有序的层状排列的网状骨架结构。当添加一定范围百分比的生物质时,这一网状的骨架结构随着成型压力的增大而更加牢固,而当添加的是有些成型性差的颗粒状生物质时,当成型压力大到一定程度时,会破坏上述的网状骨架结构。4结论在生物质型煤中,生物质起到了粘结剂的作用。一般地,生物质型煤的抗压强度随着成型压力的增加而增大,但并不是越大越好,当添加一些成型性差的生物质时,压力过大会破坏形成的网状骨架结构,使强度变差。压力一定时,在生物质添加量在40%以前,生物质型煤的抗压强度随着生物质加入量的增加而迅速增大,在生物质为50%时,其强度趋于最大;随后生物质型煤的强度随生物质添加量的变化不明显。生物质型煤的强度还受生物质种类的影响。参考文献:[1]徐富康,马永亮生物质型煤工业成型新方法及影响因素分析[].环境科学.2001,22(4):81-85[2]徐富康,马永亮生物质型煤成型技术开发实验研究[J].环境污染与防治.2002,24(5):261-264.[3]郝吉明燃煤二氧化硫污染控制技术手册(第1版)[M].北京:化学工业出版社,200]毛玉如生物质型煤技术研究[J]煤炭转化2001,24(1):21-25中国煤化工CNMHG转第52页)贵州工业大学学报(自然科学版)2008年3结论1.釆用硫酸萃取某反浮选磷精矿过程中,在实验所定工艺条件下,反浮选磷精矿中碘主要在磷酸中,约在80%以上。因此应当考虑从磷酸中回收碘。2.碘在烟气、磷酸和磷石膏三相中的分布与磷酸萃取工艺及工艺参数的选取关联。在实验控制的参数条件下,反应温度、液固比和系统负压对碘在三相中的分布影响较大。3.本项目研究结果对综合利用该矿中伴生的极低品位碘资源有较大实用意义。参考文献:[1]杨三可碘回收交换器腐蚀机理研究及设备选型[门].贵州工业大学学报(自然科学版),2008,27(3)35-37[2] QuinterO Ortega M C, Cotrino Bautista J, Saez M, etal. Determination of iodide by low power surfatron microwave induced plasmaafter iodine continuous generation[ J]. Spectrochimica Acta, 1992, 47B (1): 79-87.[3]陈肖虎张杰,樊张帆,等.从含碘磷矿石生产磷产品时生产废弃物中提碘的方法:中国,091358179[P].2003-09-10[4]王敏用磷肥副产氟硅酸制取冰晶石[J].云南化工,2003,30(4):2.Study on Distribution of lodine in the Extraction Process of Phosphoric AcidZHOU Zhong-hu, CHEN Mei, SUO Hai-lunWenfu Group Corporation Ltd., Fuquan 550501, China)Abstract: Using sulfuric acid to extract some phosphorus concentrate ore by reverse flotation, under the giv-en experimental technological conditions, we consider that the iodine mainly exists in phosphoric acid, andits content is approximately above 80%. The findings indicate: the distribution iodine in haze, phosphoricacid and phosphorus gypsum, which depends on extract craft of phosphoric acid and technological parameter selection. 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页)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中国煤化工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