型煤技术讲义样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
型煤技术讲义
10月17日
在中国的能源构成中, 煤炭占有十分重要的地位。据统计, 在中国能源生产和消费中, 煤炭约占总量的75%左右。可是, 随着采煤机械化程度的不断提高, 粉煤在原煤中所占的比例也越来越大。粉煤比例的增加不但降低了散煤的燃烧效率, 而且严重地污染了环境。发展型煤是提高粉煤利用率和减少环境污染的重要途径。研究表明, 工业锅炉、 窑炉使用型煤后可比烧散煤节煤10%～27%, 烟尘排放量可减少50%～60%, 添加固硫剂后, 二氧化硫的排放量可减少35％～50%。因此, 发展型煤对中国具有十分重要的现实意义
一、 型煤的原理
型煤是一种或多种性质不同的煤炭按着本身特性经科学配合掺混一定比例的添加剂(黏合剂) 、 固硫剂、 膨松剂等,使其发热量、 挥发份、 固硫率等技术指标达到预定的数值,经过粉碎、 混配成型等工艺过程加工成具有一定几何形状和冷热强度并有良好燃烧和环保效果的固态工业燃料。
1、 型煤的粘结剂成型 
型煤的生产方法可分为粘结剂成型和无粘结剂成型两大类。粘结剂成型是研究时间最长、 应用最广的成型方法。这种方法主要用于无烟煤、 烟煤和年老褐煤的成型。当前, 世界上绝大多数型煤厂都采用粘结剂成型的方法生产型煤。
2、 粘结剂成型的工艺原理
粘结剂成型实际上是将粘结剂与煤炭颗粒均匀搅拌, 然后利用型模加压成型, 再经过适当的后处理, 最后获得符合要求的型煤。粘结剂成型的基本流程图如图1所示。

 3、 生产型煤工艺流程
筛分工序: 目的在于选取粒度不同的块煤。筛分的尺寸随工艺的不同而不同, 筛选小于20毫米的煤。
干燥工序: 目的是将混合后的原煤水分保持在一定的水平。根据使用的粘结剂的不同, 对混合后的原煤水分的要求也不同。例如, 用沥青作粘结剂, 原煤水分应保持在2%～4%; 用纸浆废液或腐殖酸盐溶液作粘结剂, 原煤水分应控制在10%～12%。  
破碎工序: 目的是将原煤破碎到所需的粒度。破碎机破碎至0～3毫米或0～6毫米直接用于生产型煤。用有些厂将大于3毫米或6毫米的块煤选出后, 省略破碎工序, 直接将小于3毫米或6毫米的粉煤用于型煤生产。为了避免铁器损坏破碎机, 一般在破碎机前安装电磁除铁器。
搅拌工序: 目的在于将原煤和粘结剂均匀混合, 使粘结剂均匀地分布在煤炭颗粒的表面。采用沥青作粘合剂时, 还需通入蒸汽进行加热。
成型工序: 是型煤成型的关键。型煤成型机主要有对辊式成型机、 冲压式成型机和环式成型机等。蜂窝式成型机主要用于生产民用型煤。当前, 在工业型煤中应用最广的是对辊式成型机。
后处理工序: 刚刚成型的型煤强度很低, 需要经过后处理才能达到一定的强度。后处理工序也叫养护或干燥工序。后处理工序的目的在于使粘结剂在适当的温度下产生物理化学反应, 从而使型煤具有一定的强度。欧洲一些国家的型煤厂还在后处理工序中给型煤涂敷一层保护膜, 从而使型煤具有防潮和耐磨的特性。
二、 型煤分类及特点
1、 型煤的分类
当前国内外工业型煤种类繁多、 工艺类型复杂、 粘合剂原料范围不断扩大, 为了有层次的了解工业型煤状况, 现简单分类如下: 型煤按用途不同分为三类:
⑴　燃料型煤: 锅炉型煤、 窑炉型煤、 机车型煤;
  ⑵　气化型煤: 工业燃气用造气、 合成氨造气;
  ⑶ 冶炼球团: 球团炼铁、 球团炼锰等其它金属矿粉球团。
2、 成型分类
工业型煤: 冲压成型、 挤压成型、 滚压成型、 圆盘造粒。
  民用型煤: 冲压成型、 滚压成型。
3、 形状分类
工业型煤: 球形、 卵形、 柱形、 枕形、 管形。
民用型煤: 蜂窝形、 球形、 卵形。
4、 型煤具有如下特点
(1) 具有足够的冷机械强度;
(2) 具有足够的热稳定性;
(3) 具有很强的耐湿、 防水性能;
(4) 具有较强的抗冻性能;
(5) 具有自然固化快的性能;
(6) 节约能源;
(7) 降低环境污染;
(8) 成本低,质量优良。
三、 型煤粘结剂
粘结剂也是型煤技术的关键。当前, 世界上已开发了数百种不同的粘结剂。从发展趋势看, 各国在研究粘结剂时, 主要将重点放在来源充分 当地易得、 廉价、 无污染和防水等方面。型煤粘结剂大致可分为: 有机粘结剂、 无机粘结剂、 工业废料和复合粘结剂。
1、 有机粘结剂可分为亲水型和疏水型两种。亲水型有机粘结剂主要有淀粉、 腐殖酸( 风化粉煤) 盐和生物质等。疏水型有机粘结剂主要有煤焦油沥青、 石油沥青和高分子聚合物等, 而高分子聚合物主要包括聚乙烯(醇)、 聚苯乙烯、 合成树脂和树脂乳胶等。
有机粘结剂的粘结性能好, 固化后可使型煤具有较高的机械强度。在高温时, 有机质易于分解, 因此用有机粘结剂生产的型煤, 其热机械强度和热稳定性都不太理想。
2、 无机粘结剂主要有石灰、 水泥、 粘土、 石膏和硅酸钠等。无机粘结剂的共同特点是具有较强的粘结能力, 固化后能起”骨架”的作用, 使型煤具有较高的机械强度。由于大多数无机粘结剂在较高的温度下不易分解, 因而用无机粘结剂生产的型煤的热机械强度和热稳定性都比较理想。无机粘结剂的主要缺点是防水性差并增加了型煤的灰分。
3、 工业废料主要指纸浆废液、 酿酒废液、 制革废液和制糖废液等。这些废液主要属于有机粘结剂。利用工业废料作为粘结剂既可使废物得到充分的利用, 又可大大减少废料对环境的污染。这是值得大力提倡的好事。
4、 复合粘结剂是指同时使用两种或两种以上不同物质作粘结剂。复合粘结剂能够利用不同物质的优点, 互相补充, 从而使型煤具有较高的机械强度。复合粘结剂主要包括有机—有机、 有机—无机、 无机—无机三种形式。另外, 为了赋予粘结剂或型煤特殊的性能, 人们常常在粘结剂中添加少量添加剂。这些添加剂主要包括固硫剂、 防水剂、 速凝剂和助燃剂等。
5、 型煤的无粘结剂成型
型煤的无粘结剂成型是指在不加粘结剂的前提下用高压直接成型。即原料煤经过筛分后, 送入干燥机进行干燥, 干燥后的粉煤冷却到40℃～45℃后, 再由成型机压制成型。这种成型方法广泛用于褐煤的加工, 尽管没有外来的粘结剂, 但它仍利用了煤炭本身含有的粘结性成分。另外, 也有的型煤厂采用热压成型, 用加热的方法使中年褐煤产生一定的塑性, 然后加压成型。德国和匈牙利等国利用年青褐煤生产型煤已进入商品化生产阶段。
6、 液体粘结剂的制备
腐植酸(风化粉煤)与烧碱4kg／t经过电动葫芦提升到加药平台, 由人工放入液体搅拌器(反应釜)内, 同时加入650mm高的水, 向夹套内通入低压蒸汽。即: 加入烧碱4kg／t, 5分钟后, 加入风化煤粉( 腐植酸) 30kg／t, 使温度保持在90～100℃, 搅拌1.5小时, 然后由浓浆泵将制得的液体粘结剂导入高位储液槽内备用,当型煤生产时,打开球阀将液体粘结剂通入第一级卧式搅拌机中,与混合物料一起经过四级搅拌, 然后送往成型机中成形。
四、 型煤成型设备
型煤生产涉及筛分、 干燥、 搅拌、 成型、 后处理、 包装和粘结剂制造等众多的设备, 其中最受人们关注的是成型设备。
成型设备是型煤生产中的关键设备, 它的选择应以原煤的特性、 型煤的用途及成型时的压力等因素为基础。当前工业上应用最广的是对辊式成型机, 另外, 还有冲压式成型机、 环式成型机和螺旋式成型机等。在中国, 蜂窝式成型机也广泛应用于民用型煤的生产。
1、 对辊式成型机 : 对辊式成型机的工作原理如图2所示, 它主要由两个大小相同的压辊和加料箱组成。在压辊的表面分布着许多型模, 每个型模相当于半个型煤的形状。有的加料箱中还装有螺旋送料器, 以便及时送料并对原煤进行预压。 在对辊式成型机中, 原煤受压的时间短, 成型压力不大, 因而型煤的弹性变形较小。当前, 这种机型主要用于生产使用粘结剂的型煤。

2、 环式成型机
环式成型机有固定外环和旋转外环两种形式, 其工作原理如图3所示。 对固定外环成型机来说, 型煤是被旋转压辊从固定外环的底部挤出的, 型煤被挤出后由切刀切断。而旋转外环成型机的成型是由旋转外环和压辊共同旋转来完成的。

3、 冲压式成型机
冲压式成型机有多种不同的型式, 当前应用最广的是液压冲压缸和曲柄连杆冲压缸成型机, 冲压式成型机的工作原 理如图4所示。
冲压式成型机的生产过程如下: 给料机构将一定数量的原料煤送入成型机内; 冲杆前移, 原料煤被逐步压实, 成为型煤; 在冲杆前移的同时, 已成型的型煤被向前推动一定的距离 而最前端的型煤被推出了型模; 冲杆回程, 返回到起始位置。冲压式成型机的优点是成型压力大, 型煤在成型过程中多次受压而易产生塑性变形。其缺点是耗能大、 单产低。

4、 螺旋式成型机
螺旋式成型机的工作原理如图5所示, 原料煤由供料口加入, 螺旋叶片向前推进原料煤, 同时对原料煤施加混合和加压的作用。原料煤被挤压经过一段导管, 在出口处一段段地断裂最终形成表面光滑的煤棒。

   总之, 随着研究工作的不断深入和科学技术的不断发展, 上述各种成型机的自动化程度在不断地提高, 设备的性能也在不断地完善。当前, 中国、 法国、 英国、 德国、 美国和日本等许多国家都在为用户提供各种不同的型煤成型机。
五、 影响型煤质量的因素分析
1、 型煤、 粘结剂配比
义马长焰煤: 83.6% 膨润土8% 风化煤3% 焦煤5% 烧碱0.4%
2、 主要技术性能及指标
a) 生产能力: 20t／h , 10万吨/年
b) 型煤规格: 35mm
c) 型煤质量: 煤灰软化温度ST: ≥1250℃; 水分: <5％; 挥发份: <26％
d) 抗压强度: >490N／个
e) 热稳定性: >80％
f) 粉煤率: <5％
g) 消耗指标: 粘结剂: 烧碱4kg／t, 焦煤50kg／t, 风化煤30kg／t, 膨润土80 kg／t
h) 耗电量: 17度／t。
3、 制作型煤常出现的几个问题
型煤的冷热强度是指, 煤粉压成球团后的硬度及, 燃烧时的强度。型煤冷强度简单的讲就是压出来的型煤摔在地上看会不会碎; 热强度就是型煤燃烧的时候会不会碎。
1) 型煤的冷强度低是由以下几方面造成的: (a)原料煤中的水分过高, 导致粘结剂无法按量加入, 一般型煤在成型过程中物料的含水量(原煤水分5％一6％, 加入粘结剂含水量4％一7％)在l1％一l3％之间最好; (b)粘结剂的粘结力不够; (c)机械配置与压力不好, 无法将煤与粘结剂的结合力正常发挥。
2) 型煤的热强度不好与结渣性型煤的热强度与煤的岩相灰分及组成有关。它要求煤的灰分不能高, 但灰熔点则不能太低, 在制作型煤时所选择原料煤中的灰分要低, 以便在型煤制作过程中, 为了提高型煤的热强度而需添加一定量的澎润土或高岭土以提高灰熔点, 起到在一定温度下型煤不被熔化的骨架作用。型煤的结渣性与原料煤中的灰分组成与灰中的易熔成分总量有很大关系, 型煤在炉中的结渣倾向除了与操作条件、 煤的熔点有关外, 还与煤中的灰分含量有较大关系。型煤中矿物含量及组成, 型煤的煤5灰熔融温度与粘度是型煤结渣性的主要影响因素, 而粘结剂的加入势必会改变这4个因素, 从而影响型煤的结渣性。因此, 粘结剂的性质对型煤的结渣性亦有关系。
3) 型煤的热稳定性不好型煤的热稳定性是指煤在高温燃烧和气化过程中保持原来粒度而不碎裂成小块性质。造成煤热稳定性不好的因素有很多, 煤的热稳定性好坏又直接关系到固定床气化, 燃烧能否顺利及带出的粉尘数量。对无烟煤来说, 热稳定性不好主要是内含结晶水的作用。而对烟煤与褐煤来说, 主要是挥发分的数量和胶质体质与量的关系。过高的挥发分与结晶水在炉内一定温度下的急剧析出, 造成型煤的爆裂, 以及热稳定性不好。而型煤的烘干过程实际上是一种低温干燥的过程, 能析出一部分的挥发分并使煤中的结晶水析出, 煤表面吸附的游离水分, 一般在稍高于100℃, 经过足够的时间即可析出．而存于煤矿物中的结晶水, 一般要在200℃以上才能析出。
4) 型煤的反应活性型煤的反应活性是指在一定的高温条件下, 型煤与CO、 水蒸气或02相互作用的反应能力, 是一项很重要的燃烧和气化特征指标, 煤的反应活性与煤的变质程度、 孔隙率、 无机成分及煤岩相特性有关。一般变质程度越深, 煤的反应活性越低, 孔隙结构越发达反应活性越高。而型煤能够经过配煤来改进它的反应活化性, 经过破碎的粒度组成与合适的成型压力, 来提高孔隙结构与孔隙率。