成型劑

粉煤成型工藝分冷壓成型和熱壓成型，以冷壓成型為主;冷壓成型又分為粘結劑成型和無粘結劑成型，以有粘結劑成型為主.根據我國國情，粉煤成型多采用添加粘結劑、中低壓成型工藝。型煤的生產方法可分為粘結劑成型和無粘結劑成型兩大類。粘結劑成型是研究時間最長、應用最廣的成型方法。這種方法主要用于無煙煤、煙煤和年老褐煤焦粉、蘭炭的成型。目前，絕大多數型煤廠都采用粘結劑成型的方法生產型煤。

粘結劑成型實際上是將粘結劑與煤炭顆粒均勻攪拌，然后利用型模加壓成型，再經過適當的后處理，最后獲得符合要求的型煤。篩分的目的在于選取塊煤另作他用。篩分的尺寸隨各廠工藝的不同而不同。有些廠將塊煤選出后，將小于20毫米的煤用破碎機破碎至0~3毫米或0~6毫米直接用于生產型煤。有些廠將大于3毫米或6毫米的塊煤選出后，省略破碎工序，直接將小于3毫米或6毫米的粉煤用于型煤生產。

型煤生產通常采用干燥工序，干燥的目的是將混合后的原煤水分保持在一定的水平。根據使用的粘結劑的不同，對混合后的原煤水分的要求也不同。例如，用瀝青作粘結劑，原煤水分應保持在2%~4%;用紙漿廢液或腐殖酸鹽溶液作粘結劑，原煤水分應控制在10%~12%。

破碎的目的是將原煤破碎到所需的粒度。為了避免鐵器損壞破碎機，一般在破碎機前安裝電磁除鐵器。

攪拌工序的目的在于將原煤和粘結劑均勻混合，使粘結劑均勻地分布在煤炭顆粒的表面。采用瀝青作粘合劑時，還需通入蒸汽進行加熱。成型工序是型煤成型的關鍵。型煤成型機主要有對輥式成型機、沖壓式成型機和環(huán)式成型機等。蜂窩式成型機主要用于生產民用型煤。目前，在工業(yè)型煤中應用最廣的是對輥式成型機。

剛剛成型的型煤強度很低，需要經過后處理才能達到一定的強度。后處理工序也叫養(yǎng)護或干燥工序。后處理工序的目的在于使粘結劑在適當的溫度下產生物理化學反應，從而使型煤具有一定的強度。歐洲一些國家的型煤廠還在后處理工序中給型煤涂敷一層保護膜，從而使型煤具有防潮和耐磨的特性。

型煤粘結劑是決定型煤品種及其質量的關鍵輔助原料，也是目前，世界上已開發(fā)了數百種不同的粘結劑。從發(fā)展趨勢看，在研究粘結劑時，主要將重點放在來源充足、當地易得、廉價、無污染、成本低和防水等方面。

型煤粘結劑大致可分為:有機粘結劑、無機粘結劑、工業(yè)廢料和復合粘結劑。有機粘結劑可分為親水型和疏水型兩種。親水型有機粘結劑主要有淀粉、腐殖酸鹽和生物質等。疏水型有機粘結劑主要有煤焦油瀝青、石油瀝青和高分子聚合物等，而高分子聚合物主要包括聚乙烯(醇)、聚苯乙烯、合成樹脂和樹脂乳膠等。

有機粘結劑的粘結性能好，固化后可使型煤具有較高的機械強度。在高溫時，有機質易于分解，因此用有機粘結劑生產的型煤，其熱機械強度和熱穩(wěn)定性都不太理想。

無機粘結劑主要有石灰、水泥、粘土、石膏和硅酸鈉等。無機粘結劑的共同特點是具有較強的粘結能力，固化后能起"骨架"的作用，使型煤具有較高的機械強度。由于大多數無機粘結劑在較高的溫度下不易分解，因而用無機粘結劑生產的型煤的熱機械強度和熱穩(wěn)定性都比較理想。無機粘結劑的主要缺點是防水性差并增加了型煤的灰分。

工業(yè)廢料主要指紙漿廢液、釀酒廢液、制革廢液和制糖廢液等。這些廢液主要屬于有機粘結劑。利用工業(yè)廢料作為粘結劑既可使廢物得到充分的利用，又可大大減少廢料對環(huán)境的污染。這是值得大力提倡的好事。

用不同的煤加相應的粘結劑可生產出不同的型煤，但必須同時具備以下基本要求:

一是生產出的型煤要求具備一定的機械強度(包括初始和冷強度)，二是具有一定的防潮、防水性;三是不影響燃燒性能，造氣型煤不影響造氣效果，有一定的熱穩(wěn)定性。

開封市潔凈煤化工研究所開發(fā)研究的工業(yè)復合型煤粘結劑專利技術，采用高分子化合物、生物催化劑、氧化劑等材料組成利用，使型煤具有較高的機械強度和熱穩(wěn)定性。為了賦予粘結劑或型煤特殊的性能，人們常常在粘結劑中添加少量添加劑。這些添加劑主要包括固硫劑、防水劑、速凝劑和助燃劑等。

有部分企業(yè)用焦油、瀝青做粘結劑，效果特別好，屬于熱壓成型工藝，工藝較復雜，需要原料加熱、熱壓成型、炭化等工藝。

目前我國一次能源消費中煤炭約占75%，在今后相當長的一段時間內煤炭仍是我國的主要能源,國家已把煤的高效、潔凈利用技術列入21世紀的發(fā)展計劃，因此發(fā)展先進的煤氣化技術是當前的重要課題。

近年來，為了減少環(huán)境污染，提高煤炭的利用率，增加裝置的生產能力，降低氧耗和煤耗，拓寬原料煤種的使用范圍，充分利用煤炭資源，先后成功地開發(fā)出了新一代先進的煤氣化工藝技術，有代表性的主要為魯奇公司的碎煤移動床熔渣氣化(BGL) 工藝，水煤漿進料的Texaco氣化工藝，干法粉煤進料的SCGP(Shell)氣化工藝和Prenflo、GSP工藝。上述幾種煤氣化工藝中，干法粉煤進料的加壓氣化工藝因其技術經濟性具有明顯的優(yōu)勢和較強的競爭力，預計它是今后煤氣化工藝技術的發(fā)展方向。

無粘結劑成型:是指在不加粘結劑的前提下用高壓直接成型。即原料煤經過篩分后，送入干燥機進行干燥，干燥后的粉煤冷卻到40℃~45℃后，再由成型機壓制成型。這種成型方法廣泛用于褐煤的加工，盡管沒有外來的粘結劑，但它仍利用了煤炭本身含有的粘結性成分。

熱壓成型:用加熱的方法使中年褐煤產生一定的塑性，然后加壓成型。德國和匈牙利等國利用年青褐煤生產型煤已進入商品化生產階段。

粘結劑成型:目前我國氮肥廠大部分用腐植酸作粘結劑、部分型煤廠用石灰水泥做粘結劑加工型煤，用作替代塊煤作造氣爐的造氣原料。但從多年經驗來看，腐植酸鈉作粘結劑只能用于無煙煤，對煙煤(特別是內蒙、新疆等地區(qū)的長焰煤)、焦粉、褐煤沒有作用。通過對比應用情況看，內蒙、新疆等地區(qū)的長焰煤及不易成型的焦粉、褐煤使用開封煤化所的專利產品GY系列效果最佳，添加量只有3%左右，型煤濕球2米高下落不碎干團壓力達70-120kg，熱穩(wěn)定性達85%。

部分廠家生產清水煤棒，采用螺旋式成型機成型，直接用作替代塊煤作造氣爐的造氣原料，有部分加風化煤加工成型煤。

型煤生產涉及篩分、干燥、攪拌、成型、后處理、包裝和粘結劑制造等眾多的設備，其中最受人們關注的是型煤粘結劑和成型設備。型煤粘結劑是生產中的關鍵，可改善無煙煤硬度大、彈性大和塑性小的缺點，使型煤冷、熱強度達到應用要求;

成型設備是型煤生產中的關鍵設備，它的選擇應以原煤的特性、型煤的用途及成型時的壓力等因素為基礎。目前工業(yè)上應用最廣的是對輥式成型機，另外，還有沖壓式成型機等。在我國，蜂窩式成型機也廣泛應用于民用型煤的生產。

3.1 對輥式成型機

對輥式成型機主要由兩個大小相同的壓輥和加料箱組成。

在壓輥的表面分布著許多型模，每個型模相當于半個型煤的形狀。有的加料箱中還裝有螺旋送料器，以便及時送料并對原煤進行預壓。

在對輥式成型機中，原煤受壓的時間短，成型壓力不大，因而型煤的彈性變形較小。目前，這種機型主要用于生產使用粘結劑的型煤。

3.2 環(huán)式成型機

環(huán)式成型機有固定外環(huán)和旋轉外環(huán)兩種形式，對固定外環(huán)成型機來說，型煤是被旋轉壓輥從固定外環(huán)的底部擠出的，型煤被擠出后由切刀切斷。而旋轉外環(huán)成型機的成型是由旋轉外環(huán)和壓輥共同旋轉來完成的。

3.3 沖壓式成型機

沖壓式成型機有多種不同的型式，目前應用最廣的是液壓沖壓缸和曲柄連桿沖壓缸成型機。沖壓式成型機的生產過程如下:給料機構將一定數量的原料煤送入成型機內;沖桿前移，原料煤被逐步壓實，成為型煤;在沖桿前移的同時，已成型的型煤被向前推動一定的距離，而最前端的型煤被推出了型模;沖桿回程，返回到起始位置。

沖壓式成型機的優(yōu)點是成型壓力大，型煤在成型過程中多次受壓而易產生塑性變形。其缺點是耗能大、單產低。

3.4 螺旋式成型機

螺旋式成型機的工作原理是，原料煤由供料口加入，螺旋葉片向前推進原料煤，同時對原料煤施加混合和加壓的作用。原料煤被擠壓通過一段導管，在出口處一段段地斷裂最終形成表面光滑的煤棒。

總之，隨著研究工作的不斷深入和科學技術的不斷發(fā)展，上述各種生產線的自動化程度在不斷地提高，設備的性能也在不斷地完善。

成型煤加水、加粘結劑控制，是提高成型煤的質量，減少粉煤返回量，提高配煤質量的又一重要控制系統(tǒng)。

經驗表明，加水對型煤合格率的提高有明顯影響。適量的加水可使成品率提高到80%，但過量的加水，成品率反而下降。同樣隨著粘結劑添加量的增加，煤球的強度增大，但添加量超過一定限度后，強度的增加不明顯。

成型煤加水加粘結劑的控制系統(tǒng)見右側加水、加粘結劑控制系統(tǒng)圖。

其中1-儀表盤;2-稱量機盤;3-回粉槽;4-原料槽;5-混煤機;6-選擇開關;7-程序控制器;8-來自電氣;9-送到電氣;10-水;11-粘結劑;12-蒸汽;Y1，Y2--演算器輸出;SP-設定值;PV-信號輸入;S-程控信號;WM-原料稱量值;WR-回粉稱量值;WM1-原煤總稱量值;WB-粘結劑設定值;WW-加水量設定值;Φ1-原料煤的含水率;Φ2-回粉含水率;Φ-混煤機后的含水率;γ-粘結劑的添加率;M1-MUL-60m1的輸出;M2-MUL-60m2的輸出 。

我國過去對成型煤的粘結劑很少進行系統(tǒng)與深入的研究。特別是對民用煤的粘結劑，有些人簡單地認為是泥巴、石灰之類的東西，而沒有予以重視。實際上，粘結劑是民用煤、成型燃料、炭素與石墨制品等許多領域中的一個重要間題。對民用成型煤來說，粘結劑的質與量不僅決定了成型煤的機械強度，而且對燃燒性能、發(fā)熱量、抗?jié)裥?、燃燒后灰渣的強度、燃燒所造成的環(huán)境污染等均有密切的關系 。

粘結劑的作用一方面是產生了煤粒間的內聚力，另一方面，粘結劑一般都具有較大的塑性，當它們均勻分布在煤粒表面形成粘結劑膜后，使整個混合物具有可塑性，降低了煤料的彈性和改善了成型性。因此，煤料加入粘結劑后可大幅度的降低成型壓力。粘結劑在成型過程中起著十分重要的作用，它是煤粒之間相互粘結在一起的、不可缺少的"橋梁" 。

從理論上看，適量的粘結劑可擴散到煤粒表面，形成膠體薄膜。因而可消除煤粒之間由于粘結劑不足而存在的"點焊"或"點粘結"現象，這時成型煤的機械強度最高。當煤粒表面完整的薄膜形成以后，過量的粘結劑可以形象地認為只增加煤粒外圍膠體薄膜的厚度，這不但無助于粘結性的提高，甚至成為煤粒密集的空間障礙。也就是說，粘結劑用量過多、煤粒之間的粘結劑膜過厚，成型煤的機械強度反而下降了 。