论文（设计）开题报告
题目名称 小麦秸秆型煤的制备
题目类别 毕业论文或毕业设计
学生姓名 专业 能源与环境系统工程
班级 学号 专业学院 信息与控制工程学院
一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献）
1、选题背景
从原始社会开始，能源就为人类活动与发展源源不断地提供着能量，纵观时代的变迁，只是人们在以不同的方式开采着能源，不难看出，人类每一次的文明与发展都与能源息息相关， 而随着人类文明的发展，能源的消耗速率也在不断提升。一方面，能源的大量消耗导致生态环境遭到破坏的现象已数见不鲜，发生环境污染的事件更是层出不穷；另一方面，人类也沉浸在深深的思考中，地球的资源究竟还能为后代子孙的生存发展提供多长时间的动力。
由于我国能源形式简单，能够为我们提供能量的现状也日趋紧张，且煤炭的消耗占所有资源消耗比例前列，2015 年全年消费总量 43.0 亿吨标准煤，煤炭消费量占 64.0%。我国煤炭资源利用的现状是消耗量大，利用形式太过于单一，且热效率并不高，还存在严重危害空气质量的现象。因此，发展清洁高效的煤炭利用手段是迫在眉睫的问题。生物质资源作为可再生能源在我国可以说是十分丰富的，据报道显示，我国农作物秸秆每年可达到 7 亿多吨的产量，其中一大部分可作为能源利用，但大多数秸秆被当地居民用作民用取暖燃料而直接燃烧，热效率一般只有 10%左右，且不超过 10%。一些地区还有将秸秆就地焚烧的现象，不仅造成了大量资源的浪费还给环境带来污染。
在众多的洁净煤技术当中，型煤技术属于其中的一种，利用生物质型煤技术，将不可再生的化石能源与可再生的生物质能结合起来，具有合理利用资源和减轻环境危害的功能。从利用小麦秸秆清洁型煤的角度出发，在减少洁净型煤成本的同时，也对生物质做出了最完整和有价值的应用。以粉煤灰和小麦秸秆为原料，考察小麦秸秆添加量、水添加量、成型压力因素对制备小麦秸秆/粉煤灰型煤抗碎强度，灰分，挥发分固定碳量的影响，对制备的小麦秸秆/粉煤灰型煤的燃烧性能进行测试。通过生物质秸秆代替煤的作用，可有效降低有害气体 SOx、NOx 及
CO2 的排放量。可以缓解气候变暖的现状，降低酸雨污染的程度，生物质型煤在减少原煤使用
的同时，还将农作物生产过程中产生的各类秸杆等废弃物直接利用掉，降低了由于焚烧秸杆带
来严重空气质量影响事件发生的频率。另外，将煤炭和各种生物质结合在一起，还可以有效提高企业经济效益。所以目前在对生物质型煤的开发当中，对保护环境、节约资源、降低生产成本有着举足轻重的意义。
2、国内外研究状况
国外对生物质型煤的研究起步较早，生物质的研究种类较多，同时与我国的生物质种类也有不同，对于型煤在压制成型之前对原料处理较多；国内的研究多集中在成型条件对其的影响及使用正交实验硏究其最优的成型比例及条件。为了解决小麦秸秆资源化利用率低和粉煤灰难于成型、成型后燃烬率不高等问题，许多国家对生物质型煤的开发利用高度重视，并进行了大量研究工作。德国、土耳其等国对糖浆作粘结剂进行了研究；俄罗斯、乌克兰、美国、英国等国用生物质水解产物作为型煤粘结剂。我国对利用植物纤维和碱法草浆原生黑液、腐植酸钠渣等作复合粘结剂，以及用氢氧化钠处理农作物秸秆制备粘结剂等进行了研究，都很有成效，但近期就进入了瓶颈阶段。
罗菊香[1]等以 NaOH 改性小麦秸秆制备生物质型煤，利用正交试验考查 NaOH 添加量、反应温度、时间和小麦秸秆添加量对型煤抗压强度和跌落强度的影响，认为改性小麦秸秆添加量是关键影响因素，次要因素是 NaOH 添加量。陈震[2]等人把原料生物质与原煤破碎至小于 3mm 后，根据合理的比例进行混合，利用干法方法压制的生物质型煤用于工业锅炉的燃烧，且热效率较高，释放的废气中 S 化含量低。路广军[3]研究探讨了以氢氧化钠改性玉米秸杆添加到粉煤中型煤粘结剂的可行性，考察不同浓度的 NaOH 溶液对生物质改性的影响以及生物质比例不同、无机物(氧化镁)比例对型煤抗压强度、浸水强度和燃尽率的影响。金会心[4]等考察了不添加黏结剂直接加高压压制生物质型煤，制备过程需将生物质与煤粉碎 1mm 以下，采用此法的原因是物理法由于破碎能耗高，导致型煤中生物加入量受到限制；化学法改性加入的化工原料易腐蚀型煤生产设备。周伯瑜[5]等研究用 NaOH、Ca(OH)2 改性生物质秸杆做黏结剂使用烘干的物料低压成型制防水生物质型煤。
Temmerman M[6]等研究了 15 种不同生物质成型燃料包括干草和柳枝生产的型煤的燃烧和排放的结果，测试了燃料性能，气体的排放量，颗粒物排放和炉灶的效率进行了比较。结果表明，干草和柳枝生产的煤球可以较好的在国内木材炉具上燃烧。GagarinS.G. [7]等主要考察了在制作过程中煤炭粒径，粘结剂配比，加水揽拌过程中，固化时间和固化温度等因素对型煤成型的影响。KukretyN.v[8]等研究指出，作为生物质型煤的原料褐煤含水分较高、热值偏低，并且易碎，容易产生飞灰和粉尘。因此，压制褐煤的之前热分解是必要的，减少水分和挥发物含量， 以满足对型煤制作的标准。KirdaV.S. [9]等研究表明型煤的物理化学性质相对稳定，其性质只在很小的温度范围内会发生变化（380-420℃)。RichardsS.R. [10]等的研究表明影响生物质型煤制备

的两个最重要的性质是压缩强度和耐水性，这两项指标已被广泛用作甄选型煤的标准。
BlesaM.J.和 MirandaJ.L. [11]研究了三种不同的生物质，锯末、稻草和杏壳与褐煤的混合成型型煤，三种生物质成型型煤硫含量减少且具有类似的发热量。YamanS[12]等人使用在土耳其西部的褐煤加入一些生物质样品如糖蜜、松果油、橄榄油、锯末、造纸厂废料混合，压制这些共混物生产燃料团块。共混物使用的压力范围为 50 至 250 兆帕之间；所得燃料的机械强度分别研究了震裂指数和抗压强度。研究表明，土耳其西部褐煤产生的团块的机械强度可通过加入上述的生物样品得到改善。例如，造纸厂废料的存在增加所得到的团块的震裂指数。同样，锯末和造纸厂废料增加了煤球的抗压强度。
3、选题目的及意义
通过型煤技术[13]，可有效改善我国的煤炭资源匮乏和资源污染问题，联合国能源组织把型煤技术视为节能减污的有效途径予以推广。我国对型煤技术亦大力推广，北京、河北、天津等地正在重点推广洁净型煤产品。工业试验结果表明，燃用型煤的民用炉灶节煤率为 20%，烟尘排放量可减少 89%，氮氧化物减少 50%~60%，SO2 减少 50%-60%。Chen[14]研究了居民蜂窝型煤和原煤燃烧过程多环芳烃的排放情况，发现型煤燃烧多环芳烃的排放量相比于无烟煤直接燃烧排放量大大减少，型煤是民用清洁燃料。R.B 等[15]研究了型煤与传统燃料分别对室内空气的影响，发现燃烧型煤可以大大减少可吸入性颗粒的排放。因此在民用煤炭中大力推广、生产和使用洁净型煤将取得巨大的经济效益和环境效益。
通过对小麦秸秆型煤的制备，根据不同制备条件研究其影响生物质型煤性能的主要因素的比较；针对型煤的原料配比、粘结剂种类以及型煤机械强度、燃烧特性进行研究。探究工艺对型煤性能的影响，主要研究粉煤、成型水分及成型压力对滤饼型煤工业分析、抗压强度等指标的影响规律。我国是农业大国，尤其是农作物秸秆在我国年产量７亿吨。小麦秸秆是非常丰富的可再生能源之一，生物质型煤技术可以充分利用煤和生物质的优势，在种植生长期间中吸收二氧化碳的量与其在燃烧排放中的量相当。生物质本身替代了一部分煤炭的使用，总体上降低了二氧化碳的排放，由此带来显著的经济和社会效益。
型煤的利用是近年来研究的热点问题，从煤矿开采、煤炭洗选、煤化工生产技术。在技术上，对煤的利用己经达到最大化。煤制甲醇、煤制二甲醚及煤制油等工艺在技术上已经成熟。而型煤技术是煤炭洁净利用的重要渠道，粘结剂的研究以及创新是发展型煤技术的关键。近年来工农业废弃物越来越多，工农业废弃物的有效利用，即提高了煤的热值，又保护了环境，因而受到世界各国的普遍重视。
4、参考文献
[1]于彬.辽宁省秸杆能源化利用对策研究[D].中国农业科学院,2013.

[2]罗菊香,王仁章.改性稻壳作为型煤黏结剂的研究[J].洁净煤技术,2012,18(5):35-38.
[3]陈震,李伟,高翔.生物质型煤的制备与研究[J].煤炭加工与综合利用,2006,24(3):33-36.
[4]路广军,郭彦霞,程芳琴,等.生物质秸杆作为型煤粘结剂的研究[J].节能技术,2008,26(2):44-48.
[5]金会心,李水娥,吴复忠.生物质型煤成型实验研究[J].贵州工业大学学报:自然科学,2008,37(5):44-46.
[6]周伯瑜,张文新．湿料低压成型制防水生物质型煤的研究[J].煤炭加工与综合利用,2007,25(5):30-32. [7]Temmerman M,Rabier F,Jensen P D, et al. Comparative study of durability test methods for pellets and
briquettes[J]. Biomass & Bioenergy, 2006,30(11):964-972.

[8]S.G.Gagarin.M.D.Ezupov.G.I.Enik,et al.Mathematical description of the process of hot briquetting of brown coal[J]. Solid Fuel Chem,1993,27(2):63-65.
[9]N.Kukrety,V.M.Pattarkine,S.Summet,et   al.Performance   of   Coal   Based   Fuels  in  Domestic Cooking Stoves[J].Fuel Sci.Technol,1993,12(3):69-71.
[10]Kirda V S,Khrenkova T M,Enik G l, et al.Change in the physicochemical properties of thermocoals and thermobriquettes depending on the conditions of thermal preparation of Berezovo coal in high-speed heating[J].Solid fuel chemistry,1995,29(3):68-71.
[11]Richards S R.Physical testing of fuel briquettes[J].Fuel Processing Technology, 1990,25(2):89-100.
[12]Blesa M J,Fierro V,Miranda J L,et al.Effect of the pyrolysis process on the physicochemical and mechanical properties of smokeless fuel briquettes[J].Fuel Processing Technology,2001,74(1):1-17.
[13]Yaman S,Haykiri-Acma H,Sesen K,et al.Fuel briquettes from biomass-lignite blends[J].Fuel Processing Technology,2001,72(1):1-8.
[14]赵嘉博,刘小军.洁净煤技术的研究现状及进展[J].露天采矿技术,2011,27(1):66-69. [15]YingjunChen，Xinhui Bi,Bixian Mai,et al.Emission characterization of particulate/gaseous and size association
for polycyclic aromatic hydrocarbons from redential coal combustion[J].Fuel,2004,83(7-8):781-790. [16]R.B.Gmmage,E.A.Wacher,J.Wade,et  al.Impact  on  indoor  air  quality  during  burning  of  Pakistani  coal
briquettes[J].Environment international,1993,19(2):133-145.
二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程
1、研究内容
（1）生物质含量对煤成型的影响
（2）原料粒径对煤成型的影响
（3）水分含量对制备型煤的影响
（4）温度变化引起型煤品质变化的分析
（5）生物质含量对型煤燃烧性能的影响

（6）型煤含水量对其燃烧性能的影响
（7）温度变化对型煤燃烧性能的影响
2、研究思想
以粉煤灰和小麦秸秆为原料，考察小麦秸秆添加量、水添加量、成型压力因素对制备小麦秸秆/粉煤灰型煤抗碎强度，灰分，挥发分固定碳量的影响，对制备的小麦秸秆/粉煤灰型煤的燃烧性能进行测试。研究结果为小麦秸秆/粉煤灰型煤的制备提供了试验基础和理论依据，为小麦秸秆和粉煤灰的高效清洁利用提供有效途径。
3、工作方法及流程
（1）生物质改性发酵。称取 300g 生物质与 5g 发酵剂混合均匀，加入 300ml 自来水并混合均匀，将其盛入密闭容器内，置入 20℃恒温培养箱中发酵培养 7d；发酵改性完成后，发酵生物质自然干燥后用作型煤原料或将其粉碎用 NaOH 活化作为黏结剂。
（2）生物质型煤制备。原煤烘干、破碎、磨细过筛，粒径要求 3.5mm 下。秸杆烘干、破碎粒径达 4cm 左右使用。改性前后的秸杆按比例混合增添到粉煤，枯杆的占比比例是生物质型煤总重的 0-40%，每 5%为一个差值，膨涧±占比为 5%左右，混合搅拌。添加固体原料质量 10% 的水作为型煤湿润剂。将撤拌均匀的原料装入上述的型煤模具中，在 40PM 下压制得型煤，随后放入 5℃温度左右的烘箱中烘干 15 小时。将烘干后的生物质型煤放置于自然条件下冷却。压制所得的生物质型煤形状为扁圆形，未烘干的型煤质量 25g 左右，烘干后成品质量 20g 左右。
（3）小麦秸秆型煤的分析表征及性能测试：对小麦秸秆型煤的灰分、挥发分、固定碳等进行测定；
测定样品灰分t= m1-m2 ×100%
m3-m2
式中，
X——样品中灰分的含量，%
m1——坩埚和灰分的质量，g
m2——坩埚的质量，g
m3——坩埚和样品的质量，g
测定样品挥发分g= m2-m3 ×100%
m2-m1

式中，
m1——坩埚的质量，g
m2——干燥前坩埚和样品总质量，g
m3——干燥后坩埚和样品总质量，g
测定固定碳含量：固定碳=（1-水分-灰分-挥发分）

（4）实验研究主要采用查找文献、整理数据以及软件制图分析等方法。通过相关文献阅读查找出样品性能测试的方法，完成相对的性能测试并记录相关数据。整理好实验数据并使用
origin8.5 制图软件绘制出图像并进行对比分析。
4、论文大纲
第 1 章 绪论
13.1选题背景
13.2我国燃煤现状及秸秆型煤研究意义
13.2.1我国燃煤现状
13.2.2秸秆型煤研究意义
13.3选题目的
13.4研究方案、技术路线及研究内容
13.4.1研究内容
13.4.2研究方案
13.4.3研究路线第 2 章 原料分析
2.1样品的来源
2.2化学成分
2.3矿物组成
2.4粒度分布
2.5热学属性
2.6本章小结
第 3 章 型煤的制备
3.1实验目的
3.2实验方法
3.2.1试验材料
3.2.2试验设备及装置
3.2.3研究方法
3.3实验结果与分析
3.3.1生物质含量对煤成型的影响
3.3.2原料粒径对煤成型的影响
3.3.3水分含量对制备型煤的影响

3.3.4温度变化引起型煤品质变化的分析
3.4本章小结
第 4 章 热处理法对型煤性能的影响
4.1实验目的
4.2实验方法
4.2.1研究方法
4.2.2粉煤灰热解规律
4.3实验结果与分析
4.3.1生物质含量对型煤燃烧性能的影响
4.3.2型煤含水量对其燃烧性能的影响
4.3.3温度变化对型煤燃烧性能的影响
4.4本章小结结论
致谢
参考文献
三、毕业论文（设计）工作进度安排
第一阶段（2021 年 8 月 22 日-2021 年 8 月 31 日）：收集相关资料，了解论文选题；
第二阶段（2021 年 9 月 1 日-2021 年 9 月 9 日）：与指导老师见面，确定毕业论文题目， 接受任务书；
第三阶段（2021 年 9 月 10 日-2021 年 9 月 20 日）：查阅相关文献及资料，了解论文结构和实验原理，在导师指导下，完成论文大纲部分；
第四阶段（2021 年 9 月 21 日-2021 年 9 月 30 日）：整理资料，做好实验相关准备；
第五阶段（2021 年 10 月 1 日-2021 年 12 月 5 日）：在导师指导下，开展实验，并对实验中的数据进行实时记录，将实验成品进行拍照记录；
第六阶段（2021 年 12 月 6 日-2021 年 12 月 31 日）：处理实验数据，进行数据分析，并在导师指导下完成论文初稿写作；
第七阶段（2022 年 1 月 1 日-2022 年 4 月 1 日）：根据实验数据和相关资料进行深入详实的论文编写，并完成论文中期检查；
第八阶段（2022 年 4 月 2 日-2022 年 4 月 30 日）：：向指导老师寻求意见，优化论文结构，修改不当之处，进行论文定稿工作，最终完成论文写作，并进行论文答辩的准备；
第九阶段（2022 年 5 月 1 日-2022 年 6 月 8 日）：毕业论文答辩，根据答辩意见进行论文

定稿并上交论文全部资料。