生物質(zhì)型煤技術(shù)特點


生物質(zhì)型煤是型煤中的一種新產(chǎn)品，它具有一般型煤所具有的特點，如粒度均一、燃燒時通風條件好等。根據(jù)對單個生物質(zhì)型煤的實驗室測定可知：生物質(zhì)型煤易著火，燃燒速度快；不冒煙，可固硫；燃燒充分，灰渣含碳量低且不結(jié)渣。這些燃燒特性使劣質(zhì)煤的燃燒性能改善，“壞煤變好煤”，當然使優(yōu)質(zhì)煤變得更好燒，相應(yīng)地也擴大了煤種適應(yīng)范圍[3]。生物質(zhì)型煤中添加麥稈、稻稈、高粱稈等秸稈和鋸木屑等有機物質(zhì)降低了生物質(zhì)型煤的燃點，它們比煤燃燒完全，炭化后留下空隙增加空氣流通量，起著膨化助燃作用。而且有機物質(zhì)來源廣泛易得，降低了生物型煤生產(chǎn)成本低[11]。生物質(zhì)型煤技術(shù)還能使大量不能用于工業(yè)燃燒而民用市場又日益減少的低揮發(fā)分煤種得到有效利用。生物質(zhì)型煤具有熱效率高、灰分少、固硫率高、生物質(zhì)來源廣泛、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，既能節(jié)省能源，又能明顯減少對大氣的污染，具有綜合的經(jīng)濟、環(huán)境、社會效益。本部分主要綜合山東臨沂生物質(zhì)型煤示范廠、重慶生物質(zhì)型煤試驗廠、成都中日合作生物質(zhì)型煤研究試制、哈爾濱理工大學(xué)劉偉軍的試驗及機理研究和日本的高壓生物質(zhì)型煤制備技術(shù)等來介紹高壓成型的生物質(zhì)型煤的技術(shù)特點。
國內(nèi)生物質(zhì)型煤發(fā)展現(xiàn)狀
生物質(zhì)型煤主要是利用生物質(zhì)如木屑、木片、稻草、麥稈等與煤混合成型，其機理是利用其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成份在加熱或水解后具有的粘結(jié)作用。根據(jù)對生物質(zhì)的不同處理條件，可分為四大類：（1）生物質(zhì)制漿后的黑液，如紙漿廢液作為成型粘結(jié)添加劑，但其防水性差，成焦組份少，容易使成型設(shè)備發(fā)生故障；（2）生物質(zhì)水解產(chǎn)物，如水解木質(zhì)素、纖維素、半纖維素及碳氫化合物等作為粘結(jié)添加劑；（3）生物質(zhì)直接和煤粉混合，利用受熱后纖維素、木質(zhì)素具有的粘結(jié)作用生產(chǎn)型煤；（4）生物質(zhì)直接和煤粉混合后在高壓下直接成型。
國內(nèi)研究機構(gòu)如浙江大學(xué)、清華大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所和哈爾濱理工大學(xué)等進行了生物質(zhì)型煤的某些開發(fā)工作和實驗室研究。
哈爾濱理工大學(xué)的劉偉軍等人在機械部科學(xué)技術(shù)發(fā)展司基金（VI-017）的資助下對生物質(zhì)型煤點火性能、燃燒機理、燃燒速度、燃燒污染特性和固硫規(guī)律等進行了理論分析和試驗研究。這是國內(nèi)不光是有關(guān)生物質(zhì)型煤同時也是型煤方面所進行的最全面的理論分析和試驗研究。
浙江大學(xué)熱能工程研究所對生物質(zhì)成形技術(shù)和燃燒固硫技術(shù)開展了相關(guān)的研究工作。
山東臨沂生物質(zhì)型煤示范廠1994年動工，1995年建成，是目前國內(nèi)唯一的一家工業(yè)規(guī)模的生物質(zhì)型煤生產(chǎn)廠，設(shè)在山東臨沂礦務(wù)局湯莊煤礦內(nèi)。由日本國新能源開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的綠色援助計劃（GAN）資助，日本政府對該型煤廠的總投資為7億日元。該廠的設(shè)計年產(chǎn)量為3萬t（5t/h，每年以250天計，24h運轉(zhuǎn)），實際為年產(chǎn)量1萬t，生產(chǎn)的型煤呈枕頭型，40mmX40mmX25mm，含生物質(zhì)10-30%。型煤的崩潰強度大于392N，熱值為12.12-18.48MJ/kg，脫硫率大于50％。煤末經(jīng)粉碎至3mm，經(jīng)干燥，使其水分為l％左右；生物質(zhì)經(jīng)切碎至2-3mm，干燥后水分約10％；消石灰脫硫劑粉顆粒小于0.1mm，水分小于3%，以玉米秸、煙煤（肥煤）、消石灰為原料，按一定比例混合，再經(jīng)高壓壓制而成。安裝初始時有許多問題未能解決，在鍋爐試燒中還存在燒不透的問題，鍋爐型煤生產(chǎn)線不能正常生產(chǎn)運行。
重慶市的由日本國際善鄰協(xié)會贈送的價值數(shù)百萬元人民幣的高壓成型機，安裝調(diào)試成功后壓制出的四種配方的生物質(zhì)固硫型煤和非生物質(zhì)固硫型煤，初步燃燒測試和實驗室測試表明，民用型煤可獲及較高的固硫率，工業(yè)固硫型煤也有希望獲得50-70%的固硫率；日本的高壓成型機性能優(yōu)異，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓力可調(diào)、設(shè)計科學(xué)、結(jié)構(gòu)合理、基本無噪聲，但存在因成型水分≤5%，致使揚塵較大的問題。中日兩國共同研究的目的是進一步改進并完善生物質(zhì)固硫型煤技術(shù)，使其具有優(yōu)良的防潮抗水性、較高的冷熱強度和高溫下維持較高的固硫、固灰率，以擴大其應(yīng)用范圍，使之成為國際上最先進的具有一流水平的高效清潔燃料和化肥原料。中日共同研究的生物質(zhì)固硫型煤試驗廠在1997年建成，達年產(chǎn)1萬t生物質(zhì)固硫型煤，試驗成功后將在重慶普及推廣，使重慶日益嚴重的酸雨問題得到有效的控制。
成都市由日本慶應(yīng)大學(xué)提供技術(shù)（主要是型煤成型主機裝置及其相關(guān)技術(shù)），中日合作在成都市進行研究、試驗生產(chǎn)生物質(zhì)型煤，以成都環(huán)?？蒲兴臈钪蚊魹榻M長的中日合作課題是成都市政府計劃科研項目（9901），他們深入研究了生物質(zhì)型煤的生產(chǎn)工藝流程及其固硫技術(shù)，試驗生產(chǎn)的生物質(zhì)活性型煤是在粉煤中添加有機活性物（如秸桿等），脫硫劑（氧化鈣）等，將其混合后經(jīng)由日本慶應(yīng)大學(xué)提供的K-123A軸壓縮式成型機在170kg壓力下高壓壓制成具有易燃、脫硫效果顯著、未燃損失小等特點的型煤。用生石灰作原煤中硫的脫除劑，Ca/S=1-2，在煤中添加生物質(zhì)木屑和秸桿的混合物，其添加范圍為20-30%，生物質(zhì)型煤被擠壓成型固化，同時生物質(zhì)型煤中有機纖維也起了一定連接固化作用。他們認為生物質(zhì)型煤在成型之前，一定要控制煤粉、有機物質(zhì)和生石灰的水分小于5％，以便通過成型主機成型固化。
太原市型煤制品廠于1990年建廠投產(chǎn)，經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實踐探索出一種將原煤與粘結(jié)性好的煤加適量的生物質(zhì)進行配合，不加粘結(jié)劑，在一定溫度下用壓力較高的成型機成型的方法。原煤可用一般煤和劣質(zhì)煤，生物質(zhì)可以是秸稈、稻殼等農(nóng)作物廢棄物，鋸末、木屑等木材加工剩余物或樹枝、樹皮等森林加工廢棄物。
中國礦業(yè)大學(xué)的張明旭等人在美國從事TVA和DOE資助的有關(guān)流化床燃燒研究項目中，采用美國中部廢棄的高硫粉煤（有機和無機硫各半），添加當?shù)刎S富的石灰石，再混合部分城市垃圾中的廢生物質(zhì)燃料，制成了既適合燃燒、又符合環(huán)保的型煤顆粒作為流化床燃料。雖然試驗時生物質(zhì)燃料采用的是廢紙，但廢紙和我國大量的生物質(zhì)燃料有著共同的組成（纖維素、木質(zhì)素等），因此他們的研究結(jié)果同樣有借鑒價值。他們在實驗室中以熱重（TG）、差熱（DTA）和傅立葉變換紅外光譜（FTIR）聯(lián)合技術(shù)對型煤進行定性、定量研究。研究發(fā)現(xiàn)通過合理配比，利用高硫煤的熱值、石灰（石）的固硫特性、生物質(zhì)燃料的助燃和催化效果，制成的混合燃料不論從熱值上還是環(huán)保上都是流化床的適宜燃料。
冶金部鞍山熱能研究院開發(fā)了以紙漿廢液、糖漿廢液為粘結(jié)劑的冷壓成型工藝。發(fā)現(xiàn)其抗水性能較差和型煤冷壓機械強度主要受所用的粘結(jié)劑性能影響，與所用的主體煤料種類關(guān)系不明顯。
沈陽環(huán)境科學(xué)研究所在1998年10月21－24日天津國際展覽中心由天津市人民政府主辦的“'98中國環(huán)渤海科技博覽會‘讓科技托起環(huán)渤海的二十一世紀’”上推出的能源、核技術(shù)類項目及產(chǎn)品即生物質(zhì)型煤研究與開發(fā)。