型煤添加劑型煤氧化劑

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。常用的氧化劑有氯酸鹽和過氯酸鹽 (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)。在上點燃蜂窩煤中大多采用硝酸鹽類氧化劑。

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

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量占煤中全硫質量的百分數(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，在燃燒時放出的二氧化碳氣體會產生熱崩，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90%以上，但會增加型煤的灰分，降低型煤的發(fā)熱量，而且價格昂貴，大大增加型煤的成本。

復合固硫劑是在鎂、鈣、鋇單一固硫劑中加入一種或多種其它物質。復合固硫劑的固硫率高，不過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。

質量要求固硫率達80%以上;雜質含量少，不危害人體健康和污染環(huán)境;不過分增加型煤的灰分、降低型煤的發(fā)熱量和灰熔點;保證型煤有足夠的冷熱機械強度，抗潮濕和熱穩(wěn)定性好; 價格便宜，來源廣。

選擇原則固硫效果好，型煤燃燒時排出的煙氣中SO₂含量達到環(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，鈣硫比應大于2，低硫低灰原料煤可適當加大鈣硫比;高灰分原料煤應選用復合固硫劑，既保證固硫效率，又能保證型煤有較好的燃燒效果。

增強型煤配合料顆粒間的粘結力，提高型煤強度的物質。它有固態(tài)型煤粘結劑和液態(tài)(包括懸浮液)型煤粘結劑2種，主要含有機物、無機物、高分子化合物及工業(yè)廢棄物等。按成分可分為有機物粘結劑、無機物粘結劑和復合物粘結劑。

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

煤焦油瀝青具有與煤組成結構相似的性質，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劑。煤焦油瀝青粘結性好，生產的型煤機械強度高，耐水性好，能提高燃料熱值、改變燃料性能，但產量有限。煤焦油瀝青按軟化點溫度高低可分為軟瀝青、中硬瀝青和硬瀝青3種。

軟瀝青軟化點溫度為60℃ (環(huán)球法) 的，中硬瀝青軟化點溫度為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，燃燒時發(fā)煙少，但含硫量較高，燃燒時產生硫化物氣體較多;對溫度變化敏感，型煤達到一定冷態(tài)強度的冷卻時間長;石油瀝青缺乏成焦組分，型煤的熱強度不如煤焦油瀝青型煤的熱強度好。

木焦油瀝青是木焦油蒸餾后的殘留物。木焦油瀝青的粘結力比煤焦油瀝青好，在空氣中易氧化而失去粘結性，并有較強的吸濕性。其性質如表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，側鏈為α-1，6糖甙鍵方式連接，側鏈含量越高，糊化后水溶液的粘度越高。淀粉作粘結劑必須經過糊化。淀粉的糊化是指破壞團粒結構，導致團粒潤脹，與淀粉分子水化合和溶解的過程。糊化一般是通過淀粉在水中加熱溶脹來實現(xiàn)的，不同來源的淀粉糊化溫度如表5。

表5 淀粉糊化溫度表

淀粉有較大的粘結性，型煤中添加1%～3%就有很高的強度，但缺乏成焦組分，價格高，耐水性差。

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

不同原料制得腐植酸的分子量有很大差別，風化煤含再生腐植酸，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1000倍。腐植酸鹽堿熔液作型煤粘結劑，煤種適應性較強，型煤的冷熱機械強度好，能提高反應活性，不降低燃料的發(fā)熱量和灰熔點，但耐水性差，型煤不宜長期儲存和長距離運輸。

生物質類主要是利用植物的纖維素、半纖維素和木質素等成分在加熱或水解后具有粘結作用。根據(jù)對生物質的處理條件不同分為生物質制漿后的黑液生物質水解產物、生物質直接與粉煤混合3類。生物質類粘結劑發(fā)熱量穩(wěn)定、灰分低、型煤活性好、來源廣，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素、半纖維素和纖維素的降解產物及有機酸等，是起粘結作用的主要成分。

亞硫酸鹽紙漿廢液的主要成分是木質、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，起粘結作用的是木質素，磺酸鹽和碳水化合物。

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

無機粘結劑主要有石灰、粘土、水泥、水玻璃和鹽等。無機粘結劑大部分不能燃燒，不放熱，會降低型煤的發(fā)熱量，增加型煤灰分，但無機粘結劑來源廣、價格低、熱強度好，特別是石灰類物質還具有固硫效果。中國化肥用型煤和民用型煤中，無機粘結劑占有很大的比例。

石灰石灰的主要成分是CaO，經消化后變成熟石灰Ca (OH)2，Ca (OH)2加入粉煤成型后，經碳酸化處理轉化成堅硬的CaCO3，形成型煤骨架，該型煤具有較好的冷、熱機械強度。用作型煤粘結劑的石灰要求CaO含量在50%以上，石灰用量過少將降低型煤灰熔點。中國小型合成氨廠用石灰做粘結劑制得石灰碳酸化煤球，石灰用量高達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、白泥和膨潤土等。粘土做粘結劑生產的型煤具有較好的冷、熱機械強度，熱穩(wěn)定性比較好，但加入量太多，會降低型煤的固定碳和發(fā)熱量。中國民用型煤大多采用粘土作粘結劑。用陶土、粘土作粘結劑生產粘土煤球;加入11%～13%膨潤土粘結劑制成氣化型煤;粘土還作為褐煤、石油焦、廢木柴等的成型粘結劑，提高型煤熱穩(wěn)定性。

水泥是一種優(yōu)質膠凝材料，作型煤粘結劑時需要控制水泥用量、水分、成型壓力和型煤的養(yǎng)護方式及時間，否則得不到高強度的型煤。普通水泥型煤不耐高溫。

日本用褐煤與7%水泥混合，70℃時加熱2h，室溫放置兩天，得到強度達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。中國用水泥、水玻璃作復合型煤粘結劑，型煤冷熱強度高、灰熔點較低。

水玻璃(硅酸鈉) 有較好粘結性和耐熱性，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%，可制成具有一定強度的水玻璃型煤。

復合物粘結劑兼有有機物粘結劑和無機物粘結劑的優(yōu)點，彌補各種單一粘結劑的不足，具有多種效果。常用的復合物粘結劑有瀝青-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。使用復合物粘結劑能生產高質量的型煤，但生產工藝復雜，設備增多，投資大，比單-粘結劑型煤成本要高，一般用于生產特種用途型煤(上點火蜂窩煤、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力機械廠、玻璃廠煤氣發(fā)生爐用型煤。另外，有時需要進行粘結劑改性。粘結劑改性又稱粘結劑活化，是為提高型煤粘結劑的活性，增強其粘結力所進行的物理、化學預處理作業(yè)。

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

mini型煤機是將粉煤加工成型煤的一種小型自動化化產品。其主要工作原理是將化驗室棄煤與型煤添加劑先充分攪合，然后將攪拌后的混合物利用擠壓成型機擠壓成型，最后利用加熱烘干系統(tǒng)將型煤進一步加熱固化成型，整個工作過程利用微電腦自動控制。

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

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