粉煤粉煤成型的意義

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

粉煤球磨機

球磨機結構主要有球磨機電動機、驅動部分、筒體、減速機、小傳動齒輪等部分組成。球磨機進出料中空軸、主軸承、主軸承高低壓稀油站、進出料裝置、隔倉板、襯板、磨門、烘干倉、揚料板、主電機(含底座、地腳螺栓)、主減速機（含底座、地腳螺栓）、聯軸器、就地電控柜、地腳螺栓等主要部件。

球磨機的工作原理：球磨機由電動機驅動旋轉，煙煤先進入球磨機烘干倉和熱風爐提供的熱氣進行干燥在通過隔倉板進入研磨倉，由于離心力的作用將鋼球帶到一定高度，鋼球的重力大于離心力離開筒體下落打擊和研磨，從而達到粉碎目的。

粉煤熱風爐

熱風爐由爐體、鼓風機、內環(huán)流補風閥、龍門閥、出煙管、防爆閥、燃燒器、燃燒控制系統(tǒng)等部分組成。

爐體部分主要由外殼、內襯、螺旋葉片等制作成二個腔室，內腔為燃燒爐膛；外腔設置螺旋葉片形成螺旋通道作預熱空氣風道，在煙氣出口端設置切向預熱空氣風道進風口，進風口連接鼓風機，預熱空氣風道出風口外裝有燃燒器。

粉煤動態(tài)選粉機

結構：轉子和固定它們的主軸組成的回轉部分、可調導風葉、收集粗粉的下部灰斗、簾式鎖風閥、驅動主軸旋轉的傳動裝置。油泵

工作原理：從磨機來的高濃度含塵空氣由下部風管進入選粉機，經內錐體整流后沿外錐體與內錐體之間的環(huán)形通道減速上升，其中的粗粉經重力沉降后沿外錐體邊壁滑入粗粉收料筒實現重力分選，重力分選后的空氣在導風葉的導流和轉子的旋轉作用下，在導風葉和轉子之間形成穩(wěn)定的水平渦流選粉區(qū)。粉磨后的物料從選粉機進料口喂入，其分選原理與O-SEPA選粉機相同。只是分選后細小輕微的顆粒隨氣流被吸入內部流經配風室分四路進入旋風收塵器，大部分成品細粉被分離出來，收塵后的空氣從旋風收塵器上的排風管排出，進入下一級收塵收備。粗重顆粒則下落經內錐體匯集到粗粉收料筒，返回磨機再磨。

粉煤螺旋泵

螺旋泵主要由螺旋軸、進料箱、套筒、混合箱、卸料箱、軸承座、止回閥、底座等組成。

工作原理：需要輸送的粉煤進入螺旋泵進料箱后，螺旋軸將粉煤通過套筒推送到混合箱中。在套筒中粉煤被壓縮形成物料密封層，壓縮空氣通過噴嘴進入混合箱，使物料充分流態(tài)化，然后輸送至與混合箱端部相連的輸送管道中，并沿管道輸送到卸料點。

粉煤布袋收塵器

結構，該收集器上箱體共分為6個小倉，每個倉室濾袋布置成4排，每排配有一根噴吹管和24條布袋，收集器大致分為上、中、下三部分，煙氣入口位于中箱體下部，煙氣出口位于上箱體，粉塵出口設在下箱體(灰斗)底部。

粉煤膨脹節(jié)

膨脹節(jié)習慣上也叫伸縮節(jié),或波紋管補償器，是用以利用波紋管補償器的彈性元件的有效伸縮變形來吸收管線、導管或容器由熱脹冷縮等原因而產生的尺寸變化的一種補償裝置，屬于一種補償元件?？蓪S向，橫向，和角向位移的的吸收，用于在管道、設備及系統(tǒng)的加熱位移、機械位移吸收振動、降低噪音等。

粉煤氣動閥

利用壓縮空氣推動執(zhí)行器內多組組合氣動活塞運動，傳力給橫梁和內曲線軌道的特性，帶動空芯主軸作旋轉運動，壓縮空氣氣盤輸至各缸，改變進出氣位置以改變主軸旋轉方向，根據負載(閥門)所需旋轉扭矩的要求，可調整氣缸組合數目，帶動負載(閥門)工作。

原煤堆棚中的原煤經皮帶機進原煤倉，經倉下的電子皮帶秤定量計量后，送至球磨機。原煤經過球磨機的烘干兼粉磨，得到合格的粉煤 。用于烘干原煤水分的熱源來自一臺天然氣熱風爐，熱氣溫度為1200℃，利用系統(tǒng)排風機的尾氣進入熱風爐煙氣管道進行稀釋，使入磨的熱風達到生產控制的溫度約為200～300℃。經粉磨后的粉煤隨磨出口氣體進入動態(tài)選粉機，將不合格的粗粉分離并經粗粉螺旋輸送機送回磨頭重磨。合格的細粉經旋風分離器收塵后，與布袋收塵器收集下來的粉煤，由細粉螺旋輸送機送往粉煤倉。廢氣經煤磨袋收塵器進行除塵凈化后，排放濃度<30mg/Nm3，潔凈的排氣由煤磨排風機部分排入至熱風爐入口循環(huán)利用，其余排空。

將煤磨成細粉進行燃燒是煤燃料利用的一種重要方法，但目前粉煤燃燒還存在不少問題，如爐膛積灰影響產品質量，影響傳熱效率;在排放的廢氣中煙塵含量高，NOx, CO , SO₂等有害氣體排放量大，這不僅造成環(huán)境的嚴重污染，還直接危害人們的身體健康.綜上所述，開展對粉煤火焰特性的研究對國民經濟的發(fā)展和人類社會的進步具有重大的現實意義.

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。

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。

粉煤加壓氣化爐是氣流床反應器，也稱之為自熱式反應器，在加壓無催化劑條件下，煤和氧氣發(fā)生部分氧化反應，生成以CO和H2為有效組分的粗合成氣，部分氧化反應一詞是相對完全氧化而言的。整個部分氧化反應是一個復雜的多種化學反應過程。此反應的機理目前尚不能完全作以分析。我們只可以大致把它分為三步進行 。

第一步：裂解及揮發(fā)分燃燒。當粉煤和氧氣噴入氣化爐內后，迅速被加熱到高溫，粉煤發(fā)生干餾及熱裂解，釋放出焦油、酚、甲醇、樹脂、甲烷等揮發(fā)分，水分變成水蒸氣，粉煤變成煤焦。由于這一區(qū)域氧氣濃度高，在高溫下揮發(fā)分完全燃燒，同時放出大量熱量。因此，煤氣中不含有焦油、酚、高級烴等可凝聚物。

第二步：燃燒及氣化。在這一步，煤焦一方面與剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應，生成CO2和CO等氣體，放出熱量。另一方面，煤焦和水蒸氣和CO2發(fā)生氣化反應，生成H2和CO。在氣相中，H2和CO又與殘余的氧氣發(fā)生燃燒反應，放出更多的熱量。

第三步：氣化。此時，反應物中幾乎不含有O2。主要是煤焦、甲烷等和水蒸氣、CO2發(fā)生氣化反應，生成H2和CO。

其總反應可寫為：

CnHm (n/2)O2→nCO (m/2)H2 Q氣化爐中發(fā)生的主要反應可分為：

①非均相水煤氣反應C 2H2O→2H2 CO2-Q

②變換反應CO H2O→CO2 H2 Q

③甲烷化反應CO 3H2→H2O CO2 Q

④加氫反應C 2H2→CH4 Q

⑤部分氧化反應C 1/2O2→CO Q

⑥氧化反應C O2→CO2 Q

⑦CO2還原反應C CO2→2CO–Q

⑧熱裂解反應CnHm→(n/4)CH4 [(4m-n)/4]C-Q

氣化爐內的反應相當復雜，既有氣相反應，又有氣-固雙相反應，對于復雜物系的平衡，我們引入獨立反應數的概念，只要討論獨立反應即可。因為其他反應可通過獨立反應的組合而替代。

所謂獨立反應數，就是構成物系的物質數與構成物質的元素種數之差。假定煤氣化反應在氣化爐出口組成達到平衡，氣體中含有CO2、CO、H2、O2、H2S、CH4、COS和C等八中物質，而這些物質是由C、H、O和S等四種元素構成，因此，氣化反應只有四個獨立反應，也就是說，在上述的反應中，我們只要討論其中任意四個反應就夠了。

另外，對于煤氣化來說，S含量很低，基本上是一確定值（對于生成H2S、COS的比值），這樣獨立反應數就只有三個了。由于碳轉化率在98%以上，于是獨立反應數就只有兩個了。所以，對于煤氣化反應，只著重討論變換反應和甲烷化反應兩個反應。

煤氣化反應的化學平衡：

①變換反應的化學平衡

CO H2O→CO2 H2 9838Kcal/Kmol平衡常數計算式如下：

KP=PCO2*PH2/PCO*PH2O式中：KP為該反應平衡常數。PCO2、PH2、PCO、PH2O分別表示CO2、H2、CO、H2O的平衡分壓。LgKP=2182/T–0.0936LgT 0.000632T–1.0806×10-7T2-2.2967

式中：T為平衡溫度。從平衡上講，變換反應為放熱反應，降低溫度對平衡有利。但在高溫條件下，CO變換反應接近平衡。

②甲烷化反應的化學平衡

CO 3H2→CH4 H2O 49.271Kcal/Kmol平衡常數計算式如下：

KP=PCH4*PH2O/PCO*P3H2式中：KP為該反應平衡常數。PCH4、PH2O、PCO、PH2分別表示CH4、H2O、CO、H2的平衡濃度。LgKp=9859.6/T-8.3636LgT 2.08×10-3T-1.8716×10-7T2 11.888式中：T為平衡溫度。

該反應為放熱反應。提高溫度，甲烷濃度降低，反應有利于向生成CO和H2的方向進行。但增加壓力，甲烷濃度也相應增加。因為，甲烷化反應是體積縮小的反應。

煤氣化總的反應是體積增大的反應，從化學平衡來講，提高壓力對平衡不利，但壓力的提高增加了反應物的濃度，對提高反應速度是有利的。

目前我國不論是制取合成氣和燃料氣的無煙塊煤和動力燃燒使用的煙煤塊煤,均是供不應求,價格不斷上漲,而粉煤和煤泥及焦粉等大量積壓浪費,利用這些原料制取型煤是合理、充分利用煤炭資源的最有效途徑。我們相信,隨著環(huán)保法規(guī)的完善和全社會環(huán)境意識的提高,隨著型煤技術的發(fā)展,各種型煤將會得到更快、更好的發(fā)展 。

粉煤制備系統(tǒng)通常可分為中間粉倉式和直接吹入式兩類。中間粉倉式是制成的粉煤先貯存在中間粉煤倉中，然后按需要送入冶金爐，此系統(tǒng)簡稱粉倉式。直接吹入式是將磨煤機制成的粉煤直接供給冶金爐，此系統(tǒng)簡稱直吹式。

粉煤制備的目的就是將上料系統(tǒng)供給的含水<8%、粒度<12mm的原煤，經過球磨機進行烘干、研磨，產出含水≤1%、粒度-200目(0.074mm)≥85%的粉煤供給閃速爐、干燥及本系統(tǒng)生產。