型煤添加劑

在型煤燃燒和干餾過(guò)程中能與煤中的硫反應(yīng)生成固態(tài)硫化物，以減輕對(duì)大氣污染的物質(zhì)。

分類固硫劑可分為鎂系固硫劑、鈣系固硫劑、鋇系固硫劑及復(fù)合固硫劑。

鎂系固硫劑指氫氧化鎂等，固硫率只有30%左右。型煤固硫率指型煤燃燒生成的硫酸鹽中硫的質(zhì)量占煤中全硫質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

鈣系固硫劑主要有石灰和石灰石。石灰的主要成分是氧化鈣(CaO)，在型煤中多以氫氧化鈣和少量的氧化鈣存在。氫氧化鈣含有結(jié)晶水，在580℃的溫度下分解。在氫氧化鈣的顆粒表面還吸附有薄膜水，為氫氧化鈣吸收二氧化硫創(chuàng)造了良好的條件。石灰的固硫率，一般能達(dá)到80%，生成比較穩(wěn)定的硫酸鹽固定在灰渣中。石灰石的主要成分是碳酸鈣，在燃燒時(shí)放出的二氧化碳?xì)怏w會(huì)產(chǎn)生熱崩，降低型煤的熱穩(wěn)定性，固硫率也比較低。

鋇系固硫劑指氫氧化鋇等，固硫率可達(dá)90%以上，但會(huì)增加型煤的灰分，降低型煤的發(fā)熱量，而且價(jià)格昂貴，大大增加型煤的成本。

復(fù)合固硫劑是在鎂、鈣、鋇單一固硫劑中加入一種或多種其它物質(zhì)。復(fù)合固硫劑的固硫率高，不過(guò)分增加型煤的灰分和降低型煤的熱值，有利于粉煤成型，固硫效果和燃燒效率都能兼顧。

質(zhì)量要求固硫率達(dá)80%以上;雜質(zhì)含量少，不危害人體健康和污染環(huán)境;不過(guò)分增加型煤的灰分、降低型煤的發(fā)熱量和灰熔點(diǎn);保證型煤有足夠的冷熱機(jī)械強(qiáng)度，抗潮濕和熱穩(wěn)定性好; 價(jià)格便宜，來(lái)源廣。

選擇原則固硫效果好，型煤燃燒時(shí)排出的煙氣中SO₂含量達(dá)到環(huán)保的要求;根據(jù)成型原料煤的成分確定合理的配比，選擇鈣系固硫劑時(shí)，鈣硫比應(yīng)大于2，低硫低灰原料煤可適當(dāng)加大鈣硫比;高灰分原料煤應(yīng)選用復(fù)合固硫劑，既保證固硫效率，又能保證型煤有較好的燃燒效果。

型煤中添加的含氧并在受熱條件下能分解出游離氧而助燃的物質(zhì)。常用的氧化劑有氯酸鹽和過(guò)氯酸鹽 (鉀、鈉和銨鹽等堿金屬鹽)、硝酸鹽(銨鹽、鉀、鈉、鋇等堿金屬鹽)和氧化物(二氧化錳、氧化鋅、高錳酸鉀等)。在上點(diǎn)燃蜂窩煤中大多采用硝酸鹽類氧化劑。

增強(qiáng)型煤配合料顆粒間的粘結(jié)力，提高型煤強(qiáng)度的物質(zhì)。它有固態(tài)型煤粘結(jié)劑和液態(tài)(包括懸浮液)型煤粘結(jié)劑2種，主要含有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、高分子化合物及工業(yè)廢棄物等。按成分可分為有機(jī)物粘結(jié)劑、無(wú)機(jī)物粘結(jié)劑和復(fù)合物粘結(jié)劑。

有機(jī)物粘結(jié)劑有疏水性粘結(jié)劑和親水性粘結(jié)劑2種，包括煤焦油瀝青、石油瀝青、木焦油瀝青、淀粉、腐植酸和生物質(zhì)類等。其粘結(jié)性好，干燥固化后型煤有較高的機(jī)械強(qiáng)度，但型煤的熱穩(wěn)定性和熱態(tài)機(jī)械強(qiáng)度較差。

煤焦油瀝青具有與煤組成結(jié)構(gòu)相似的性質(zhì)，發(fā)熱量約33.4MJ/kg，灰分小于0.5%。既是最早也是至今用得最多的粘結(jié)劑。煤焦油瀝青粘結(jié)性好，生產(chǎn)的型煤機(jī)械強(qiáng)度高，耐水性好，能提高燃料熱值、改變?nèi)剂闲阅?，但產(chǎn)量有限。煤焦油瀝青按軟化點(diǎn)溫度高低可分為軟瀝青、中硬瀝青和硬瀝青3種。

軟瀝青軟化點(diǎn)溫度為60℃ (環(huán)球法) 的，中硬瀝青軟化點(diǎn)溫度為85～95℃，硬瀝青軟化溫度大于95℃。煤焦油瀝青的特性見表2所列。

表1 型煤添加劑分類表

表2 煤焦油瀝青的特性

石油瀝青是石油分餾后的殘留物，由油、焦油、柏油3部分組成。按軟化點(diǎn)溫度也可分為軟石油瀝青、中硬石油瀝青和硬石油瀝青3種。石油瀝青特性見表3所列。

石油瀝青比煤焦油瀝青塑性好，燃燒時(shí)發(fā)煙少，但含硫量較高，燃燒時(shí)產(chǎn)生硫化物氣體較多;對(duì)溫度變化敏感，型煤達(dá)到一定冷態(tài)強(qiáng)度的冷卻時(shí)間長(zhǎng);石油瀝青缺乏成焦組分，型煤的熱強(qiáng)度不如煤焦油瀝青型煤的熱強(qiáng)度好。

木焦油瀝青是木焦油蒸餾后的殘留物。木焦油瀝青的粘結(jié)力比煤焦油瀝青好，在空氣中易氧化而失去粘結(jié)性，并有較強(qiáng)的吸濕性。其性質(zhì)如表4。

表3 石油瀝青 的特性

表4 木焦油瀝青的特性

淀粉由葡萄糖單元組成的天然高分子化合物，分子式為(C₆H₁₀O₅)_n·H₂O₂。淀粉可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉2種。直鏈淀粉的聚合度在100～1000之間，其含量為20%～30%，是α-1，4糖鍵方式連接組成的線性分子，可溶于熱水;支鏈淀粉的聚合度在10000～100000之間，其含量為70%～80%，支鏈淀粉的大分子主鏈為α-1，4糖甙鏈連接，側(cè)鏈為α-1，6糖甙鍵方式連接，側(cè)鏈含量越高，糊化后水溶液的粘度越高。淀粉作粘結(jié)劑必須經(jīng)過(guò)糊化。淀粉的糊化是指破壞團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致團(tuán)粒潤(rùn)脹，與淀粉分子水化合和溶解的過(guò)程。糊化一般是通過(guò)淀粉在水中加熱溶脹來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不同來(lái)源的淀粉糊化溫度如表5。

表5 淀粉糊化溫度表

淀粉有較大的粘結(jié)性，型煤中添加1%～3%就有很高的強(qiáng)度，但缺乏成焦組分，價(jià)格高，耐水性差。

腐植酸由具有芳香結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似的酸性物質(zhì)組成的混合物。廣泛存在于泥炭、褐煤和風(fēng)化煤中。大部分腐植酸以游離狀態(tài)存在，少數(shù)與鈣、鎂離子結(jié)合成鹽，可以用堿抽提出來(lái)。

不同原料制得腐植酸的分子量有很大差別，風(fēng)化煤含再生腐植酸，分子量大;泥炭和褐煤含原生腐植酸，分子量小。原生腐植酸和再生腐植酸的分子量差別范圍可達(dá)1000倍。腐植酸鹽堿熔液作型煤粘結(jié)劑，煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，型煤的冷熱機(jī)械強(qiáng)度好，能提高反應(yīng)活性，不降低燃料的發(fā)熱量和灰熔點(diǎn)，但耐水性差，型煤不宜長(zhǎng)期儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

生物質(zhì)類主要是利用植物的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分在加熱或水解后具有粘結(jié)作用。根據(jù)對(duì)生物質(zhì)的處理?xiàng)l件不同分為生物質(zhì)制漿后的黑液生物質(zhì)水解產(chǎn)物、生物質(zhì)直接與粉煤混合3類。生物質(zhì)類粘結(jié)劑發(fā)熱量穩(wěn)定、灰分低、型煤活性好、來(lái)源廣，但型煤耐水性差。

紙漿廢液根據(jù)蒸煮藥液的不同可分為堿性紙漿廢液和亞硫酸鹽紙漿廢液。

堿性紙漿廢液固體中含有木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的降解產(chǎn)物及有機(jī)酸等，是起粘結(jié)作用的主要成分。

亞硫酸鹽紙漿廢液的主要成分是木質(zhì)、素磺酸鹽，還有少量醋酸、蟻酸、果酸、單糖、多糖等碳水化合物及游離硫酸鹽和硫化鈉等，起粘結(jié)作用的是木質(zhì)素，磺酸鹽和碳水化合物。

紙漿廢液作型煤粘結(jié)劑，來(lái)源廣，可廢物利用，有利于環(huán)境保護(hù)，型煤冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度高，但型煤耐水性差、成焦組分少、熱強(qiáng)度低。另外，原液固體物含量低、需要加熱濃縮、消耗能源，成型設(shè)備也容易發(fā)生故障。

無(wú)機(jī)粘結(jié)劑主要有石灰、粘土、水泥、水玻璃和鹽等。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑大部分不能燃燒，不放熱，會(huì)降低型煤的發(fā)熱量，增加型煤灰分，但無(wú)機(jī)粘結(jié)劑來(lái)源廣、價(jià)格低、熱強(qiáng)度好，特別是石灰類物質(zhì)還具有固硫效果。中國(guó)化肥用型煤和民用型煤中，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑占有很大的比例。

石灰石灰的主要成分是CaO，經(jīng)消化后變成熟石灰Ca (OH)2，Ca (OH)2加入粉煤成型后，經(jīng)碳酸化處理轉(zhuǎn)化成堅(jiān)硬的CaCO3，形成型煤骨架，該型煤具有較好的冷、熱機(jī)械強(qiáng)度。用作型煤粘結(jié)劑的石灰要求CaO含量在50%以上，石灰用量過(guò)少將降低型煤灰熔點(diǎn)。中國(guó)小型合成氨廠用石灰做粘結(jié)劑制得石灰碳酸化煤球，石灰用量高達(dá)20%以上，用于半水煤氣造氣。石灰亦為固硫劑和硬化劑。

粘土有黃土、紅土、白泥和膨潤(rùn)土等。粘土做粘結(jié)劑生產(chǎn)的型煤具有較好的冷、熱機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性比較好，但加入量太多，會(huì)降低型煤的固定碳和發(fā)熱量。中國(guó)民用型煤大多采用粘土作粘結(jié)劑。用陶土、粘土作粘結(jié)劑生產(chǎn)粘土煤球;加入11%～13%膨潤(rùn)土粘結(jié)劑制成氣化型煤;粘土還作為褐煤、石油焦、廢木柴等的成型粘結(jié)劑，提高型煤熱穩(wěn)定性。

水泥是一種優(yōu)質(zhì)膠凝材料，作型煤粘結(jié)劑時(shí)需要控制水泥用量、水分、成型壓力和型煤的養(yǎng)護(hù)方式及時(shí)間，否則得不到高強(qiáng)度的型煤。普通水泥型煤不耐高溫。

日本用褐煤與7%水泥混合，70℃時(shí)加熱2h，室溫放置兩天，得到強(qiáng)度達(dá)65kg的型煤。把煤粉、焦粉和不大于3%的水泥、水混合成球，在熱空氣干燥下生產(chǎn)燃料型煤; 焦炭—煤粉混合物還可和10%的石灰、0. 6%的水泥混合制燃料型煤。中國(guó)用水泥、水玻璃作復(fù)合型煤粘結(jié)劑，型煤冷熱強(qiáng)度高、灰熔點(diǎn)較低。

水玻璃(硅酸鈉) 有較好粘結(jié)性和耐熱性，用密度1.24g/cm3的水玻璃與煤粉混合均勻，水玻璃的用量為7%～12%，可制成具有一定強(qiáng)度的水玻璃型煤。

復(fù)合物粘結(jié)劑兼有有機(jī)物粘結(jié)劑和無(wú)機(jī)物粘結(jié)劑的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各種單一粘結(jié)劑的不足，具有多種效果。常用的復(fù)合物粘結(jié)劑有瀝青-亞硫酸鹽紙漿廢液、焦油-石灰、瀝青-粉煤、亞硫鹽紙漿廢液-粘土、腐植酸鹽堿溶液-粘土、石灰-粘土、苛化淀粉-煤矸石粉和洗煤煤泥。使用復(fù)合物粘結(jié)劑能生產(chǎn)高質(zhì)量的型煤，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備增多，投資大，比單-粘結(jié)劑型煤成本要高，一般用于生產(chǎn)特種用途型煤(上點(diǎn)火蜂窩煤、手爐煤球、燒烤型煤、火鍋型煤等)和合成氨廠造氣用型煤以及動(dòng)力機(jī)械廠、玻璃廠煤氣發(fā)生爐用型煤。另外，有時(shí)需要進(jìn)行粘結(jié)劑改性。粘結(jié)劑改性又稱粘結(jié)劑活化，是為提高型煤粘結(jié)劑的活性，增強(qiáng)其粘結(jié)力所進(jìn)行的物理、化學(xué)預(yù)處理作業(yè)。

選擇原則型煤粘結(jié)劑應(yīng)具有很好的粘結(jié)性能;使型煤具有足夠的冷熱機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和抗?jié)裥院? 不過(guò)分增加型煤的灰分和降低型煤的灰熔點(diǎn)和發(fā)熱量，也不應(yīng)使型煤的反應(yīng)活性和燃燒性能變壞;盡量減少雜質(zhì)含量，不危害操作工人的身體健康，不污染環(huán)境; 來(lái)源廣，價(jià)格低廉，能就地取材。

mini型煤機(jī)是將粉煤加工成型煤的一種小型自動(dòng)化化產(chǎn)品。其主要工作原理是將化驗(yàn)室棄煤與型煤添加劑先充分?jǐn)嚭希缓髮嚢韬蟮幕旌衔锢脭D壓成型機(jī)擠壓成型，最后利用加熱烘干系統(tǒng)將型煤進(jìn)一步加熱固化成型，整個(gè)工作過(guò)程利用微電腦自動(dòng)控制。

型煤改性劑是為改善型煤的各種物理化學(xué)性能 (如反應(yīng)活性、耐水性、熱穩(wěn)定性等）而添加到型煤配合料中的物質(zhì)。型煤是以粉煤為主要原料，按具體用途所要求的配比，機(jī)械強(qiáng)度，和形狀大小經(jīng)機(jī)械加工壓制成型的，具有一定強(qiáng)度和尺寸及形狀各異的煤成品。

作為中國(guó)民用型煤主體的蜂窩煤，配以先進(jìn)爐具，熱效率比燒散煤高1倍。在各種潔凈煤技術(shù)中，工業(yè)型煤的能量轉(zhuǎn)化率最高，達(dá)97.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它技術(shù)。鍋爐型煤產(chǎn)品粒度較大，可以保證燃燒時(shí)所需的空隙，燃燒效率較高，同時(shí)露煤量較少，與燃燒原煤相比，節(jié)煤15%~20%。