城郊選煤廠生產的無煙煤主要用于化肥造氣、火力發電等。目前造氣塊煤價格昂貴且供不應求，但末煤價格較低，塊、末煤差價大于200元／t。城郊選煤廠為了拓展其末煤利用途徑，試驗研究了利用無煙煤生產生物質顆粒燃料。
1、試驗過程
1.1試驗原料
(1)原料煤為城郊選煤廠粒度<3mm的洗精煤。經烘干處理后試驗用煤的工業分析結果為：水分1.08%，灰分9.6%，揮發分7.81%，固定碳81. 51%。
(2)生物質為玉米秸稈，取自焦作農村。干燥后經農用粉碎機粉碎至3mm以下。
(3)粘結劑的選擇以來源廣、市場易購和易加工為原則，由3種有機和1種無機組分加工而成。
1.2試驗設備
(1)稱量設備：普通托盤天平，用于稱量原料煤；BS124s電子天平，由北京賽多利斯儀器系統有限公司生產，用于稱量粘結劑。
(2)成型設備采用河南鞏義長城機械廠生產的雙輥單壓式對輥成型機，輥輪直徑360mm，電機功率7. 5kW。
1.3型煤加工
1.3.1試驗方案
本試驗采用了4種粘結劑組分，第一種組分YCI的添加量占型煤總重量的4%～8%，第二組分YC2占1.5%～7%，第三組分YC3占0.5%～2%，第四組分YC4占0～1.5%。原料煤占總重量的86%～93. 5%，生物質占1%～3%。試驗方案如表1所示，根據不同的粘結劑組分、煤及生物質添加量，共進行了29次試驗。在1到29號試驗中，依次以4個為一組，共分為7組（第7組為5個試驗）。進行試驗的原則是：
(1)在前一組試驗結果的基礎上，制定后一組試驗方案；
(2)試驗過程中首先考慮型煤的性能指標，暫不考慮成本。只在得到較好性能指標的型煤時才考慮成本，看粘結劑中有機、無機成分的比例，盡可能減少粘結劑用量，尤其是無機成分的用量，以節約成本、提高型煤含碳量和熱值。
1.3.2加工過程
由于每組試驗的原料量較少，型煤加工過程中的稱料、攪拌等采用手工完成，成型工藝采用工業用成型機。型煤加工過程為：
(1)按表1中配方規定的比例分別稱取原料煤、玉米秸稈和粘結劑；
(2)將所有稱得的組分在塑料容器中混勻；
(3)待所有干物料混合均勻后，加入一定量的水繼續混合，直至水分在物料中分散均勻；
(4)將混勻的物料放入對輥成型機中成型：
(5)成型后的煤球自然風干3-4d，即得生物質顆粒燃料樣品。
2、型煤質量分析
2.1型煤強度
型煤強度包括抗壓強度和跌落強度。抗壓強度是指單個型煤承受外載的能力，即單個型煤受外力壓迫直至碎裂時所能承受的最大壓力，一般以N/個表示。由于型煤是大宗商品，在運輸和使用過程可能將經受跌落、碰撞等沖擊載荷。因此，衡量型煤強度的另一個指標是跌落強度，即型煤從一定高度落下而不破碎的強度，它是衡量型煤抗破碎的能力指標。
型煤抗壓強度的測試方法參照中華人民共和國煤炭行業標準(MT/1 748-1997)進行。有研究表明，型煤冷態抗壓強度大于400N/個，即可滿足工業要求。
從表2可以看出，試驗研究制得的29個型煤樣品中，有14個型煤樣品的抗壓強度達到400N/個以上，滿足工業應用對型煤抗壓強度的要求。
型煤跌落強度的測試參考中華人民共和國家標準( GB/T 15459-1995)進行。由表2可以看出，本研究中型煤樣品的跌落強度均>90%，具有良好的抗沖擊能力，完全能滿足長途運輸和裝卸的要求。
2.2型煤防水性
型煤是大宗商品，在運輸或露天堆放時可能會遭受雨淋、水泡等情況。為了滿足運輸和儲存要求，型煤應具有一定的防水能力。型煤的防水性一般以浸水強度和浸水復干強度表示，根據中華人民共和國煤炭行業標準(MT/1 749-1997)來測定型煤浸水強度和浸水復干強度。
本試驗研究的型煤樣品浸水強度和復干強度的測試結果如表3所示。從中可以看出，型煤浸水強度約為103 - 158 N/個，其中24、25號試驗型煤的浸水強度最高，分別達到158N/個和146N/個，基本可以滿足露天存放和長途運輸要求。型煤浸水復干強度都比原型煤冷態強度有所提高，且24、25號實驗型煤的浸水復干強度最高，分別達775N/個和675N/個，說明該型煤具有良好的防水性能。
2.3型煤熱穩定性
型煤熱穩定性是指型煤在高溫條件下保持原來粒度大小的能力，是造氣型煤的重要指標之一。型煤熱穩定性差，在氣化過程中將裂成小塊或粉末，增加爐內氣體流動阻力和帶出物量，降低氣化效率；嚴重時可能造成結渣，破壞氣化過程，甚至引起停爐事故。
本試驗研究中僅對抗壓強度大于400 N/個的型煤樣品進行了熱穩定性測試，結果如表4所示。從表中可以看出，型煤的熱穩定性較差，如果用作造氣型煤，其熱穩定性需要提高，但作為鍋爐型煤，熱穩定性基本可以滿足要求。
2.4型煤的工業分析
本試驗對抗壓強度大于400 N/個的型煤樣品進行了工業分析，結果見表5。與原煤工業分析結果相比，生物質顆粒燃料的揮發分高于原料煤，用作鍋爐型煤時有利于降低著火點，提高燃燒性能；用作造氣型煤可以提高反應活性。但煤炭造氣實踐證明，揮發分高的煤氣化過程中容易結焦，并產生煤焦油，煤焦油進入煤氣中可能阻塞管路。因此，利用高揮發分煙煤氣化時，需要進行破粘處理或在專用煙煤氣化爐中進行，不適合在無煙塊煤氣化爐內使用。而生物質顆粒燃料揮發分增加主要是由于生物質中受熱易分解的組分在高溫下分解所至，其組分是否會產生煤焦油，或在氣化過程中是否會結焦有待進一步研究。由于生物質中的固定碳含量遠低于煤炭，因此生物質顆粒燃料的固定碳含量也低于原煤。但所有樣品的固定碳含量都大于70%，達到了氣化用煤二級標準(70%～75%)的固定碳指標。因此，可以作為良好的氣化型煤。
3、生物質顆粒燃料的最佳配方
根據型煤各性能指標的測試結果，從型煤強度、防水性和工業分析指標來看，有14個試驗樣品滿足工業生產要求，可以用作鍋爐型煤。其中性能指標最好的第24、25號實驗為最佳配方。
4、結論
(1)采用有機一無機復合粘結劑和永城無煙煤可以制得強度較高、防水性較好、能滿足長途運輸和露天存放的工業鍋爐用生物質顆粒燃料。該型煤的揮發分比原煤高，說明其著火性能和燃燒特性比原煤強。
(2)永城無煙煤的固定碳和發熱量高，反應性好，可以作為化肥造氣原料煤。
(3)熱穩定性是氣化用煤的主要指標之一，但試驗所得生物質顆粒燃料的熱穩定性都較差，不能滿足氣化對煤炭質量的要求。其主要原因可能是添加的生物質在高溫條件下發生熱解，使型煤中孔隙增加，煤粒間的聯結性消失或減弱，從而導致熱穩定性較差。其次，與晉城、焦作等地的無煙煤相比，永城無煙煤自身的熱穩定性也較差。要改善永城無煙煤制取工業型煤的熱穩定性，主要應研究開發提高其熱穩定性的粘結劑和合理的生產工藝。
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