粉煤成型成型工藝

成型原料性質不同，成型時需要采用不同的成型工藝。煤炭成型按成型的工藝條件分為冷壓成型、熱壓成型和球團法成型。如下頁圖所示。

冷壓成型是在型煤配合料溫度低于100℃的條件下成型的工藝，包括無粘結劑成型和粘結劑成型兩種工藝。是粉煤成型的主要方法。型煤配合料是由粉煤、粘結劑和添加劑按比例配合成性能符合成型要求的物料。

無粘結劑成型是不用粘結劑的成型工藝，按成型壓力大小可分為低壓成型、中壓成型和高壓成型。成型壓力小于50MPa的成型叫低壓成型，主要用于生產無煙煤濕煤棒作合成氨原料，也用于含泥頁巖的煤成型，這種成型方法未獲廣泛應用; 成型壓力為 50～100MPa的成型叫中壓成型，主要供無煙煤和泥炭配料成型，但型煤強度較低;成型壓力大于100MPa的成型叫高壓成型，主要用于年輕褐煤或中年褐煤的成型，是成熟的成型方法。粘結劑成型是在成型過程中外加粘結劑等添加劑的成型工藝。所使用的粘結劑包括有機物粘結劑、無機物粘結劑和復合物粘結劑。包括物理成型和化學成型兩種。物理成型是粘結劑在成型過程中只起粘結作用。如瀝青、造紙廢液或粘土作粘結劑的成型方法?；瘜W成型是粘結劑在成型和型煤固結過程中發(fā)生化學變化而起粘結作用，為石灰碳酸化型煤的成型方法。

熱壓成型是利用型煤配合料在高速加熱到大量形成膠質體的溫度，膠質體作粘結劑，在出現(xiàn)塑性變形時以膠質體作粘結劑加壓成型的工藝。這種成型方法多用來生產型焦。

球團法成型是在粘結劑和水的作用下，型煤配合料無需加壓力，在圓盤式或滾筒式球團成型機中滾動成型。成型產品是球團。該法用得不多。

粉煤成型能把低效、非潔凈原煤轉化為高效、潔凈能源;擴大化工原料煤來源;合理利用劣質燃料;促進相關工業(yè)技術革新，型煤煉焦是粉煤成型工業(yè)的重要發(fā)展。

煤炭成型時，粘結劑與煤粒之間的作用是一個復雜的物理化學過程。不僅與粘結劑和煤炭本身的性質、結構有關，而且和成型條件密切相關。由于煤具有以非極性表面為主，煤表面有一定粗糙度和孔隙、潤濕性差且疏水性強、成型顆粒粒度小、有可塑性和彈性等主要物性，成型時可利用煤本身的粘結性或外加粘結劑，采用適宜的成型粒度、水分在一定的壓力作用下，克服煤的彈性，使煤粒之間互相靠近，產生塑性變形，并被此粘結成型。

型煤的發(fā)展首先是從民用開始的。18世紀，人們便以黃土等作粘結劑。用手工制成煤球或煤磚作為民用燃料。19世紀末期英、法、荷蘭等國才將粉煤成型發(fā)展到機制生產的工業(yè)階段，并研制出專門的成型設備——對輥成型機。1908年，日本發(fā)明了帶孔的、能單個燃燒的蜂窩煤，并于1912年開始手工生產和大量銷售。1926年，世界第一臺蜂窩煤機問世。1955年，日本又研制出了上燃式蜂窩煤。為了改善其上火速度，又經過了一個相對漫長的發(fā)展時期，直到1976年才發(fā)展成了點火后幾分鐘即可炊事用的快速點火的上燃式蜂窩煤。1950年，靈堡的一位專家發(fā)明了以低揮發(fā)分煤為主要原料生產家用無煙燃料的熱壓型塊的Ancit方法，1967年在亞魯大多爾夫進行了大規(guī)模的工業(yè)生產，生產能力為10～12t/h。在世界范圍已形成了現(xiàn)代的民用型煤技術，其使用的范圍和種類也在不斷地發(fā)展。

工業(yè)型煤起步較晚。20世紀初，德國先開始生產褐煤磚用于鍋爐燃燒，并于30年代研究成獨特的褐煤成型的兩段煉焦工藝。

1933年，日本引進德國型煤技術生產機車用型煤。到1971年，日本鐵路機車有79%燒用型煤，成為國外工業(yè)型煤用量最多的行業(yè)。1955年，日本將蜂窩煤的燃燒方式由下面點火改成從上面點火，并研制成用半張報紙可點燃的無煙煤上點火蜂窩煤。1969年，世界高爐會議肯定了型焦生產工藝是高爐冶煉技術的重要發(fā)展方向之一。由此，世界形成了型焦研究和開發(fā)的高潮。各國紛紛成立型煤和型焦和研究機構，先后出現(xiàn)了20多種利用弱粘結煤或不粘結煤生產型煤和型焦工藝。

中國是最早生產和使用型煤的國家。1975年，在河南省滎陽縣發(fā)掘的西漢煉鐵遺址中，挖出了一批?180×80mm的帶孔的型煤，是蜂窩煤的雛形。在以前還發(fā)掘出元朝用煤、木炭和花果樹枝作成的取暖型煤-香餅，以及用粘土作粘結劑的手搖煤球。這證明在兩千年以前中國就開始生產和使用型煤。但在1949年以前幾乎沒有型煤工業(yè)。1954年，中國在北京、上海等地利用國產設備建立起一批民用煤球廠。1956年，北京開始生產手工蜂窩煤。1958年，中國制造出仿日本式的蜂窩煤機，從而形成了民用型煤工業(yè)。1978年，研制成火柴點火的上點火蜂窩煤和單個燃燒的暖盒煤球。1979年初，研制成無煙煤上點火蜂窩煤。

中國的工業(yè)型煤是從1958年研制型焦開始生產的。先后研制完成4種不同型焦生產工藝，建成30多個型焦生產廠。1964年研制成化肥造氣用型煤，1965～1966年先后在河北省唐山市和廣東省建成化肥型煤試驗廠。1968年，在北京建成年產8萬t化肥型煤和機車型煤的工業(yè)生產線及1萬t的型煤生產試驗線。1982年研制成功無煙清潔燃燒的鍋爐型煤和工業(yè)窯爐型煤。近幾年來，用物理加工方法全面改變型煤性質，以滿足專門用戶的要求，研制出可固硫和改善熱變形特性，燃燒時定向開花的工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐用型煤。并正向著高效、潔凈、可控等方面發(fā)展。

主要有成型壓力、加壓條件、成型水分、型煤配合料粒度和粘結劑用量等。

成型壓力成型壓力越大，顆粒排列越緊密，分子內聚力越大，型煤強度越高，但壓力過高，顆粒將被壓碎，顆?？偙砻娣e增加而相對接觸面積減小，型煤強度反而降低。對于無粘結劑成型，煤化程度低褐煤的成型壓力為100～150MPa，煤化程度高褐煤的成型壓力為160～200MPa。對于粘結劑成型，煙煤和無煙煤的成型壓力為5～30MPa。

加壓條件包括加壓方式和加壓時間。加壓方式有單向加壓和雙向加壓兩種。單向加壓的型煤上下兩面的密度不同，厚度不能太大;雙向加壓不受此限。在型煤彈性變形階段使壓力維持一段時間，可使彈性變形轉化為塑性變形，故加壓不宜過快，否則型煤可能破碎。

成型水分指型煤配合料的全部水分，包括煤料的水分、粘結劑等添加劑的水分及成型過程加入的水分。型煤配合料水分因煤種、成型壓力和配合料粒度而異，一般為8%～18%。

型煤配合料粒度成型過程是物料顆粒表面相互作用的過程。最適宜的粒度是保證顆粒接觸最緊密，大小相間，有利于物料密集。

粘結劑用量成型過程中所用的粘結劑一般分固態(tài)和液態(tài)兩種。固態(tài)粘結劑應與煤料均勻混合，液態(tài)粘結劑不僅要在煤料顆粒表面上形成薄膜，而且還要盡可能填滿顆粒間的全部空隙。粘結劑用量取決于粘結劑和成型物料本身性質，也取決于配料、攪拌方式和對型煤質量要求。通常有機粘結劑用量是7%～12%;無機粘結劑中粘土用量為8%～12%，石灰為20%左右。

近年來,隨著工業(yè)化用煤的日益增長,對塊煤的需求不斷增加。但是隨著綜采水平的提高和下組煤開采比例的增多,粉煤含量不斷增加,加之長途運輸,到達用戶手中的原煤有相當一部分是粉煤,從而導致塊煤供不應求和大量粉煤積壓的矛盾日益加劇。為了改變這種狀況,大力發(fā)展粉煤成型工業(yè)是解決這一矛盾的重要途徑,它不僅可以極大地提高粉煤利用率,還可以提高經濟附加值,其節(jié)能率也十分明顯 。

發(fā)展粉煤成型技術也是減少環(huán)境污染的重要途徑。煤中含有一些有害元素,在其直接燃燒過程中會對大氣環(huán)境造成嚴重的污染。據環(huán)保部門統(tǒng)計,1999年我國煙塵排放量為1614萬t,其中70%來自燃煤,SO2排放量為1780萬t,其中90%來自燃煤。

燃煤帶來的大氣污染,酸雨蔓延,氣候反常,生態(tài)破壞等,不僅危害我國人民的健康,制約社會經濟的發(fā)展,還會危及其它地區(qū)。據我國數(shù)年來推廣型煤的經驗表明,燃用型煤較燃用散煤可提高鍋爐燃燒效率和煤的利用10%～20%,使煙塵排放量減少80%～91.2%,加固硫劑的型煤可使SO2排放量減少20%～36.3%.2

相對于其它煤種而言,我國無煙煤儲量較少,約占我國煤炭資源儲量的17.0%,而且分布僅限于少數(shù)省份,主要集中分布在山西(約46%)和貴州(約30%),各地所產無煙煤煤質差異較大,唯有山西省晉城地區(qū)和陽泉地區(qū)所產無煙煤煤質最好,是我國兩大無煙煤供應基地,所產無煙煤幾乎銷往全國各地,倍受用戶歡迎。

粉煤無煙塊煤不足,無煙粉煤積壓

山西晉城地區(qū)和陽泉地區(qū)所產無煙煤屬高熱值優(yōu)質無煙煤,它具有熱穩(wěn)定性好、抗碎強度大和低灰分、低硫分、低揮發(fā)分以及固定碳含量高、灰熔點高等優(yōu)點,廣泛用于化肥工業(yè),以及冶金、建材、機械、玻璃、陶瓷、紡織等行業(yè)中的合成氣和工業(yè)燃料的生產中。晉城、陽泉兩地區(qū)年產無煙煤約計5000萬t以上,由于機械化開采,塊煤率最高不足40%.兩地區(qū)每年大約產3000萬t粉煤,這些無煙粉煤除鐵路、公路外運銷售外,兩地每年約積壓400萬t～500萬t,積壓的粉煤,長年堆積于坑口,侵占農田,日曬雨淋,煤質變壞,加之水沖,造成環(huán)境污染,積壓了資金,又浪費了能源。

粉煤無煙粉煤的加工利用方向

優(yōu)質無煙粉煤的積壓是最大的煤炭資源浪費,把它們加工成氣化型煤,供合成氣和燃料氣生產使用,以解決無煙塊煤供應的不足是最好的途徑 。

開發(fā)以無煙粉煤為主要成分的民用型煤和手燒爐型煤,供沿海省市使用;開發(fā)出口型煤供北歐、西歐各國燒壁爐使用,其效益十分可觀;大力發(fā)展無煙粉煤為主要成份加煉焦煤的型焦生產,既無環(huán)境污染,投資小,成本又低。

中國現(xiàn)有1000家以上中、小化肥廠,多采用固定床間歇式氣化法制半水煤氣加工合成氨,無煙塊煤是小化肥廠生產的優(yōu)質原料。我國無煙塊煤年需求量約4000萬t,而產量卻不足2000萬t,一方面是嚴重的短缺,但是另一方面,每年有上億噸的

無煙粉煤產生,市場需求不旺,大量積壓,既浪費資源,沉淀了資金,又嚴重污染了環(huán)境,為彌補市場短缺,只能依靠無煙粉煤成型來滿足市場的需求。山西晉城無煙煤是優(yōu)質化肥用煤,晉城無煙塊煤和無煙粉煤產地價差約60元/t,但在河北、山東、安徽、湖北等地差價高達200元/t,這為型煤廠的建設提供了絕好的市場和獲得收益的可能。氣化型煤無論其發(fā)展規(guī)模、經濟效益和社會效益在國內工業(yè)型煤領域中均居領先地位,加之中小化肥廠的利潤較高,為氣化型煤技術更新提供了良好的條件,我們應抓住機遇,通過氣化型煤的開發(fā)推廣,從而帶動其它型煤技術的發(fā)展。

粉煤成型時所選取的粘結劑,應從粘結劑原料來源、經濟成本、粘結劑制備工藝以及型煤產品所達到的質量要求,包括型煤的用途,環(huán)保要求等方面進行綜合考慮 。

近年來,我國在型煤粘結劑的研究方面取得了不少進展和成果,總體看來,由于煤本身的復雜性以及經濟效益和型煤的用途要求的不同,不可能有一種通用的粘結劑。從眾多的研究結果看,可以用作制取型煤粘結劑的原料是很豐富的,從目前已應用的或正在進行研究的粘結劑的品種來看,可以用作型煤粘結劑的物料很多。目前國外對粘結劑的研究重點是直接從煤中提取粘結劑和復合粘結劑,而國內開發(fā)的重點是利用價廉易得的工農業(yè)廢棄物制備復合粘結劑。可以說制取型煤的關鍵是由選取的粘結劑的種類、性質所決定。

選取粉煤成型粘結劑,應綜合利用各種物料的特性,發(fā)揮各自的長處,使其物盡其用。開發(fā)多種物料配制的復合粘結劑,應使其制取工藝簡便、成本低廉、無污染,以保證不同型煤用戶得到質量合格的型煤。