粉煤熱壓成型

按加熱方式不同，熱壓成型工藝分為氣體熱載體熱壓成型工藝和固體熱載體熱壓成型工藝2類。

氣體熱載體熱壓成型工藝以熱廢氣為加熱介質(zhì)。主要由煤的干燥預(yù)熱、快速加熱、維溫和熱壓成型組成。其工藝流程見(jiàn)圖1。

原料煤(小于3mm)送入干燥預(yù)熱直立管內(nèi)，由熱廢氣干燥預(yù)熱至200～250℃，經(jīng)旋風(fēng)分離器與廢氣分離后，進(jìn)入旋風(fēng)加熱爐或直立管等流化床加熱爐快速加熱至塑性溫度(400～480℃)，經(jīng)螺旋維溫機(jī)維溫，送擠壓機(jī)預(yù)壓，再用對(duì)輥成型機(jī)熱壓成型，熱型煤經(jīng)冷卻，或先 “熱燜” 處理后冷卻，得高強(qiáng)度型煤。

氣體熱載體的溫度不宜高于600℃，否則，煙煤粉過(guò)早軟化易粘在筒壁上，造成設(shè)備堵塞。通常用加大熱載體氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)快速加熱。

該工藝對(duì)煤種的適應(yīng)性大，可用單種弱粘結(jié)性煤，也可用2種以上的煤配合料，且配煤可大部分用不粘結(jié)性煤。

固體熱載體熱壓成型工藝是采用高溫的無(wú)煙煤等無(wú)粘結(jié)性煤、焦粉作熱載體。主要由固體熱載體加熱、煙煤的預(yù)熱、混合、維持溫度和熱壓成型組成。熱壓成型工藝流程見(jiàn)圖2。

無(wú)粘結(jié)性煤或焦粉在沸騰爐或直立管爐中快速加熱至650～750℃，進(jìn)入旋風(fēng)分離器與熱廢氣分離后，送維溫分解器。預(yù)熱至200～250℃ (低于煤的軟化點(diǎn)) 的粘結(jié)性煤經(jīng)旋風(fēng)分離器除去熱廢氣進(jìn)入維溫分解器，與高溫的無(wú)粘結(jié)性煤或焦粉混合，被迅速加熱至軟化溫度400～480℃，維溫?cái)?shù)分鐘后，在塑性溫度下，通過(guò)擠壓機(jī)和對(duì)輥成型機(jī)熱壓成型。熱型煤直接冷卻，或先“熱燜”處理再冷卻，得高強(qiáng)度型煤。

該工藝適用于無(wú)煙煤、貧煤等低揮發(fā)分的不粘結(jié)性煤(或焦粉)與粘結(jié)性煤的配合料熱壓成型。不適用于單一煤種的熱壓成型。

熱壓成型工藝參數(shù)主要有原料煤配比、原料煤粒度、塑性溫度、維溫時(shí)間、成型壓力等。

原料煤配比取決于原料煤的性質(zhì)，原則是配入的粘結(jié)性煤在膠質(zhì)狀態(tài)時(shí)足以將無(wú)粘結(jié)性煤粒粘結(jié)、熱壓成具有要求強(qiáng)度的型煤，膠質(zhì)層最大厚度以10～25mm為宜。選用強(qiáng)粘結(jié)性煤作粘結(jié)性組分，一般用量為20%～30%。

原料煤粒度粒度對(duì)熱壓型煤的強(qiáng)度有影響，煤粒過(guò)粗，加熱不透，軟化不完全，型煤強(qiáng)度低了煤粒過(guò)細(xì)，增加動(dòng)力消耗。一般原料煤粒度小于3mm的顆粒達(dá)85%以上。

塑性溫度和維溫時(shí)間對(duì)膠質(zhì)體多、熱穩(wěn)定性好、透氣性差的煤，應(yīng)選擇較高的塑性溫度和較長(zhǎng)的維溫時(shí)間，以強(qiáng)化膠質(zhì)體熱解，防止熱壓后型煤膨脹開(kāi)裂。粘結(jié)性較差的煤，應(yīng)選擇較低的塑性溫度和較短的維溫時(shí)間。以避免膠質(zhì)體過(guò)分熱解，降低粘結(jié)性。一般塑性溫度取410～460℃，維溫時(shí)間取2～4min。

成型壓力壓力在一定范圍內(nèi)提高，會(huì)增加型煤密度和強(qiáng)度。目前熱壓成型壓力一般小于50MPa。

煤中有機(jī)質(zhì)是由不同的高分子化合物組成的復(fù)雜聚合物。在快速加熱下，具粘結(jié)性的煤，其聚合物發(fā)生相應(yīng)的解體，熱解產(chǎn)生氣體和液體，同時(shí)形成膠質(zhì)體。由于受熱時(shí)間短，形成的膠質(zhì)體來(lái)不及進(jìn)一步分解，就再次結(jié)合形成分子較大的膠質(zhì)體，使煤具有了粘結(jié)性。在煤的塑性區(qū)間范圍內(nèi)，借助于成型機(jī)施加的外部壓力，使軟化了的煤粒相互粘結(jié)熔融在一起。

熱壓成型可用于單種高揮發(fā)分弱粘結(jié)性煤，也可用于強(qiáng)粘結(jié)性煤和非粘結(jié)煤的配合料。

煤按能否形成膠質(zhì)體可分為粘結(jié)性煤和非粘結(jié)性煤。根據(jù)形成的膠質(zhì)體的多少，又可將粘結(jié)性煤分為強(qiáng)粘結(jié)性煤、中等粘結(jié)性煤和弱粘結(jié)性煤。強(qiáng)粘結(jié)性煤為膠質(zhì)層最大厚度大于25mm的煤; 中等粘結(jié)性煤為膠質(zhì)層最大厚度9～25mm的煤。弱粘結(jié)性煤為膠質(zhì)層最大厚度小于9mm的煤。

熱壓成型可制得以單一煤種 (煙煤) 為原料的型焦，可以生產(chǎn)以冶煉為主體的熱壓料球，也可以生產(chǎn)以無(wú)煙煤為主體的熱壓型煤。

粉煤熱壓成型工藝過(guò)程主要包括快速加熱、維溫分解、加壓成型和型煤冷卻4個(gè)階段。

快速加熱在幾十秒鐘內(nèi)將煤加熱至塑性溫度420～460℃，形成膠質(zhì)狀態(tài)。目前，快速加熱在工業(yè)上采用氣體熱載體和高溫固體熱載體兩種介質(zhì)進(jìn)行加熱。

維溫分解將快速加熱至塑性溫度的煤維溫?cái)?shù)分鐘，使煤進(jìn)一步熱解，產(chǎn)生更多的焦油，煤粒充分軟化形成膠質(zhì)狀態(tài)，有利于粘結(jié)成型;同時(shí)使熱解揮發(fā)物進(jìn)一步析出，防止熱壓型煤膨脹開(kāi)裂。

加壓成型將處于膠質(zhì)狀態(tài)的煤粒經(jīng)成型機(jī)熱壓成型。一般采用螺桿擠壓機(jī)與對(duì)輥成型機(jī)聯(lián)合使用，熱料先通過(guò)螺旋擠壓機(jī)形成煤帶，然后再進(jìn)入對(duì)輥成型機(jī)壓制成強(qiáng)度較好的型煤。

型煤冷卻將剛壓制的溫度高達(dá)450℃左右的熱型煤用水淬冷，即得強(qiáng)度較高的型煤。有時(shí)將熱型煤先隔絕空氣進(jìn)行“熱燜”處理，再冷卻?！盁釥F”處理是使型煤中膠質(zhì)體進(jìn)一步熱分解和縮聚，形成類似半焦結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度;同時(shí)防止型煤急冷時(shí)內(nèi)外溫差大、收縮應(yīng)力不同而強(qiáng)度降低。

較典型的熱壓成型工藝流程有湖北蘄州熱壓成型工藝流程、BFL熱壓成型工藝流程、Ancit熱壓成型工藝流程等。

湖北蘄州熱壓成型工藝流程用65%～75%的無(wú)煙煤或貧煤同30%～35%的煙煤(膠質(zhì)層最大厚度Y大于10mm)作原料煤，分別破碎后，前者在沸騰爐內(nèi)靠部分燃燒 (約為入料的5%～6%) 加熱到650～700℃，后者經(jīng)過(guò)直立管干燥、預(yù)熱至200℃，然后兩者混合，靠無(wú)煙煤粉快速加熱煙煤，使混合料升溫達(dá)440～470℃。然后熱壓成型或再經(jīng)焙燒而得型焦。如圖3所示。

BFL熱壓成型工藝流程以1/3的粘結(jié)煤和2/3的高揮發(fā)分非粘結(jié)煤作原料煤，分別經(jīng)載流管進(jìn)行干燥。干燥后的非粘結(jié)煤送LR炭化器，與750℃的干餾炭載燃體進(jìn)行快速脫揮發(fā)分，干餾碳大部分經(jīng)過(guò)LR直立管加熱后循環(huán)再用于高揮發(fā)分非粘結(jié)煤脫揮發(fā)分作用，其余的和干燥粘結(jié)煤在450～500℃下進(jìn)行混合和成型。成型以后的型煤經(jīng)過(guò)篩后，在850℃進(jìn)行焙燒得到BFL型焦。

加熱循環(huán)干餾碳的直立管，其出口的熱廢氣中還含有可燃成分，屬低熱值煤氣，用以預(yù)熱供直立管燃燒用的空氣，并作為干燥燃料的載熱體。LR干餾裝置對(duì)粘結(jié)性煤、無(wú)粘結(jié)性的高揮發(fā)分煤和低揮發(fā)分煤均可適用。當(dāng)用無(wú)煙煤或低揮發(fā)非粘結(jié)煤加工形成的干餾碳作為型焦生產(chǎn)中的非粘結(jié)組分配料時(shí)，BLF和LR干餾裝置可以用沸騰爐代替，從而簡(jiǎn)化設(shè)備、節(jié)省投資。BFL流程中還采用回配自產(chǎn)的重質(zhì)焦油作輔助粘結(jié)劑，對(duì)粘結(jié)煤的數(shù)量及質(zhì)量要求可相應(yīng)降低;在混合機(jī)后設(shè)有立式攪拌器，攪拌器內(nèi)混合料面可以通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)輥成型機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制; 混合料由立式螺旋給料機(jī)供給，型煤質(zhì)量較好。如圖4所示。

ANCIT熱壓成型工藝流程用75%的低揮發(fā)分非粘結(jié)煤(揮發(fā)分為9%～15%)和25%優(yōu)質(zhì)中、高揮發(fā)分的粘結(jié)煤作原料煤。非粘結(jié)煤在水平氣流輸送反應(yīng)器中快速加熱至600℃，由此出來(lái)的廢氣把進(jìn)入二段水平氣流輸送反應(yīng)器的粘結(jié)煤加熱到330℃，然后兩種熱組分混合，并在460～520℃下用對(duì)輥成型機(jī)成型。成型后的型煤在450℃熱燜3h作最終的后處理。