0、引 言
煤炭是我國主要常規(guī)能源，2006年原煤產(chǎn)量達23. 25億t，但消費總量的84%用于直接燃燒，效率低，污染嚴重，生物質能是理想的替代能源之一，具有清潔和可再生等優(yōu)點。
生物質顆粒燃料技術能充分利用煤和生物質能，具有熱效率高、灰分少、固硫率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，既能節(jié)約能源，叉能明顯減少對大氣的污染，國外生物質顆粒燃料技術的研究應用已有幾十年歷史。土耳其、西班牙等國用不同的生物質和黏結劑生產(chǎn)型煤，日本開發(fā)的高壓成型設備，成型壓力達200 MPa～400 MPa，用于生產(chǎn)生物質顆粒燃料，無需干燥工序。嘲國內(nèi)清華大學開發(fā)的生物質顆粒燃料成型技術，成型壓力為120 MPa，生物質添加量為15%～60%，貴州工業(yè)大學進行了生物質顆粒燃料固硫性能研究及經(jīng)濟分析，中國礦業(yè)大學、河南理工大學等對改性農(nóng)作物秸稈作型煤黏結劑進行了實驗探討，本文采用正交實驗法對生物質顆粒燃料生產(chǎn)工藝進行了研究，并利用紅外光譜儀和顯微觀測研究了生物質顆粒燃料的成型原理，富通新能源專業(yè)生產(chǎn)銷售
木屑顆粒機、
秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質顆粒燃料成型機械設備，同時我們我們還大量銷售純木屑顆粒燃料。
1、實驗部分
1.1實驗原料
麥秸稈：取自焦作農(nóng)村，自然風干后，粉碎至3 mm以下備用PA。(OH)，（分析純，含量≥95%）；原料煤：鶴壁煙煤，煤質特性見表1，破碎至5 mm以下備用。
1.2實驗設備
黏結劑制備裝置：5000 mL燒杯，JJ-2增力電動攪拌器，DL-1型1 kW電爐；型煤成型裝置：內(nèi)徑D40 mm型煤模具，WJ-10B型機械式萬能試驗機；型煤微觀結構觀測系統(tǒng)：透射光顯微鏡，安裝DH-CG400視頻采集卡和super image圖象分析軟件的計算機；TENSOR 27紅外光譜儀，德國Bruker公司生產(chǎn)。
1.3生物質顆粒燃料樣品的制備
結合筆者研究實踐和相關文獻報道，采用“水浸一堿煮”工藝處理小麥秸稈，在制得淺黃色型煤黏結劑的同時，改變了小麥秸稈的理化特性，其生物質纖維組織變得疏松，吸附性增強，這有利于型煤成型時生物質纖維對煤粒的吸附和纖維之間的連接，將小麥秸稈經(jīng)處理得到的混合物與粉煤混合均勻后在萬能試驗機上成型，再自然晾干即得生物質顆粒燃料樣品。本文通過正交實驗法確定生物質顆粒燃料的最佳生產(chǎn)工藝，實驗中考慮小麥秸稈處理過程中堿煮的加熱時間(treatment time，縮寫TT)、堿液濃度(alkaliconcentration，縮寫AC)和型煤加工的成型壓力（briquetting pressure，縮寫B(tài)P）三個因素，每個因素考慮三個水平，正交實驗結果見表2。
1.4型煤性能指標的測定與結果分析
防水性、跌落強度和抗壓強度是評價型煤性能的首要指標。防水性以水浸強度和水浸復干強度來表示，跌落強度是指將型煤從2m高處跌落到10mm厚鋼板上，3次跌落后直徑大于13mm部分的質量分數(shù)。抗壓強度、水浸強度和水浸復干強度的測定分別參照相應的煤炭行業(yè)標準。
用數(shù)理統(tǒng)計中極差分析法對表2中的數(shù)據(jù)進行分析，并繪制生物質顆粒燃料各性能指標隨成型壓力、堿濃度和加熱時間變化而變化的曲線，圖1中，橫坐標數(shù)值1，2，3分別同時表示成型壓力的10MPa，20MPa，30MPa，堿濃度的2%，4%，6%和加熱時間的3h，4h，5h。
由圖1可知，隨著成型壓力的增大，型煤的跌落強度、抗壓強度、水浸強度和水浸復干強度等各項性能指標均先升高后降低，并同時在成型壓力為20MPa時達到極大值；隨著堿濃度的增大，型煤各項性能指標也表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，均在堿濃度為4%時達到極大值；隨著加熱時間的增加，型煤各項性能指標先降低后升高，均在3h處達到極大值。由此可知，生物質顆粒燃料的最佳生產(chǎn)工藝條件應是：堿液濃度2%，處理時間2h，成型壓力20 MPa，恰好與表2中第5號實驗的工藝參數(shù)一致，
第5號實驗型煤樣品具有最佳的綜合性能，其性能指標滿足長途運輸和露天堆放要求，第5號實驗型煤樣品的煤質分析見表3，和原煤相比，灰分增加量低，揮發(fā)分顯著升高，含硫量大幅降低，表明該型煤具有易著火、固硫效果好的特點；研究中注重生物質能的利用，型煤中生物質的添加量約30%，而生物質的熱值只有煤的一半型煤發(fā)熱量，較原煤有所降低。綜上分析，型煤煤質指標滿足工業(yè)鍋爐燃燒的要求。
與已報道的生物質顆粒燃料生產(chǎn)工藝的技術參數(shù)相比，本文研究的生產(chǎn)工藝具有工藝簡單、生物質添加量大、成型壓力低和型煤質量高等優(yōu)點。
2、生物質顆粒燃料的成型原理
2.1小麥秸稈處理前后的紅外光譜對比分析
小麥秸稈“水浸一堿煮”處理前后的紅外光譜見圖2。通過對比圖2a和圖2b中特征吸收峰的位置、強度變化，以及一些吸收峰消失和新峰出現(xiàn)的情況，確定小麥秸稈在處理前后化學成分的變化，據(jù)此研究黏結劑成分對生物質顆粒燃料成型影響。由圖2可知，小麥秸稈處理前后的紅外光譜存在很大差異，與圖2a相比，圖2b中2 922 cm-1處CH3和CH2的C-H伸縮振動，1163 cm-1處纖維素和半纖維素的C-O-C伸縮振動和901cm-1處纖維素特征吸收峰的強度降低，表明秸稈原料在處理過程中存在降解反應，生成液態(tài)小分子化合物及其他物質，與過量堿液等共同組成型煤黏結劑。
2.2生物質顆粒燃料微觀結構的觀察分析
生物質顆粒燃料薄片的顯微圖片見圖3，其中黑色部分是煤粒，灰色條狀物是改性的生物質纖維，灰白色部分是型煤黏結劑的固化產(chǎn)物。生物質纖維形成的立體網(wǎng)狀結構成為生物質顆粒燃料的骨架，對煤粒有明顯的聯(lián)結、包裹作用；型煤黏結劑填充到型煤內(nèi)部各處孔隙中，起黏結作用，生物質顆粒燃料的整體一結構類似鋼筋混凝土，生物質纖維相當于鋼筋，大、小煤粒分別相當于石子和沙子，型煤黏結劑相當于水泥，大煤粒周圍被由小煤粒、生物質纖維以及型煤黏結劑的固化產(chǎn)物組成的混合物包圍和固定，型煤成型是其內(nèi)部各組分間相互作用的結果，
2.3生物質顆粒燃料的成型原理
改性的生物質纖維在型煤內(nèi)部形成立體網(wǎng)狀結構，對煤粒有明顯的聯(lián)結、包裹作用；型煤黏結劑在型煤內(nèi)部各組分間起黏結作用。常見的生物質顆粒燃料技術是直接將生物質和粉煤混合后高壓成型，成型壓力一般在100MPa以上，本文研究的生物質顆粒燃料技術，既利用改性生物質纖維的聯(lián)結作用，又利用型煤黏結劑的黏結作用，使成型壓力大大降低，僅為20 MPa，有利于將低型煤生產(chǎn)能耗，也適合我國大量采用低壓成型設備的國情。
3、結 論
1)通過實驗確定了生物質顆粒燃料的最佳生產(chǎn)工藝：堿液濃度為2%，處理時間為2h，型煤成型壓力為20 MPa。采用該工藝生產(chǎn)的型煤，其性能指標和煤質指標滿足儲存運輸和鍋爐燃燒的要求。
2)紅外光譜分析表明，小麥秸稈在處理過程中存在降解反應，生成液態(tài)小分子化合物及其他物質，與過量堿液等共同組成型煤黏結劑。
3)通過對生物質顆粒燃料微觀結構的觀察分析表明，改性生物質纖維形成的立體網(wǎng)狀結構成為型煤的骨架，黏結劑在型煤各組分間起黏結作用。型煤成型是其內(nèi)部各組分間相互作用的結果。
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