型煤发展方向及粘结剂技术

【型煤发展方向及粘结剂技术】1型煤发展方向马永和王润勋钱锦荣(山西省能源研究会煤转化专委会洁净煤工程部)1型煤发展方向1．1发展型煤产业的重要性我国的矿物能源资源中，以煤最为丰富，全国第二次煤田预测资料数据显示，埋深在l000m以内的煤炭总资源量为26000亿t。1996年全国生产原煤13．75亿t。中国是世界上少数几个一次能源以煤为主的国家之一。我国每年仅以燃烧方式消耗的煤就达11亿t,占煤炭年总产量的80％左右。在一次能源消费构成中，煤约占75％，而其中全国的工业锅炉(约40万台)、工业窑炉(16万座)年耗煤量就达4亿t，占直接燃烧方式耗煤量的1／3还多。以上数据表明，煤炭是中国一次能源的支柱。据有关资料介绍，我国一次能源的资源结构中，煤炭与石油、天然气、水电及核电等相比，在数量上占绝对优势．将探明的一次能源保有储量折算为标煤计，煤炭占90％以上。据一杂志介绍，全球陆地能源中，目前探明的石油和天然气储量在2020年前将基本开采殆尽，个别地区也至多延续到2060年，探明的铀储量也将在2030年前开采完毕。所以很多专家认为，在未来的相当长时间内中国以煤为主的一次能源结构不会有较大改变。煤炭是我国一次能源的主要支柱，但煤炭资源又是有限的且不可再生的矿物资源，因此煤炭工业必须走可持续发展的道路。煤炭工业走可持续发展道路是指在确保为国民经济各行各业提供品质洁净、数量充足的煤炭、煤制品的同时，要提高煤炭资源的利用率，保护我们赖以生存的地球大气环境免受污染。型煤技术在近期内是煤炭工业可持续发展中的重要组成部分。1．2型煤产业及技术的现状过去人们对型煤的认识很浮浅，没有从防治污染、发展工业、提高经济效益的高度上去认识它的重要性。我国工业型煤的生产是从50年代开始的，当时只能生产粘土煤球、纸浆煤球。60年代后，由于化肥厂生产的需要，气化型煤得到开发，把无烟煤粉成型用于中、小化肥厂造气，替代无烟块煤。“八五”期间，国家把型煤列为重点科研攻关项目，进行了大量的实验研究，型煤产业开始发展起来。从这时起，山西才开始起步研究，开发、生产型煤。近两年内，从省会太原市到各地区都纷纷行动起来，研究型煤技术、设备、工艺、粘结剂等，并建了一些生产线。据不完全统计，全省有100余家型煤厂家，研制出的粘结剂也有150多种，型煤产品销售到山西、山东、天津等地，用于化肥厂造气和工业锅炉、窑炉及民用燃烧。但由于粘结剂技术还不过关、机械设备还不配套、生产规模小等原因，致使型煤产业没有大规模地发展起来。我国型煤技术从民用型煤技术开始逐步发展，现已实现商品化，技术达到国际水平，工业燃料型煤日臻完善，工业原料型煤(气化型煤)已有很大进展。“九五”型煤技术攻关项目共12个子课题，从基础理论、成型工艺参数、粘结剂和添加剂的优化选择、合理的工艺设计、成套设备的选型改进与研制、计量定量的研制、型煤后处理以及型煤的质量控制指标和检测方法研究等一系列成套型煤技术进行系统研究。这一攻关项目完成后将会大大提高我国工业型煤技术水平，逐步实现工业型煤的产业化、商品化。1．3型煤产业存在的问题1．3．1对型煤认识浮浅有很大一部人认为搞型煤很简单，只要能成球就是型煤。其实型煤技术并不那么简单，当然也不能把型煤技术说成是个高精尖的尖端技术。中国矿大北京研究生部黄诚教授有句名言：“要把粉煤捏成蛋蛋容易，要搞成符合质量要求的型煤就难了。”这说明型煤有它一定的技术性，特别是型煤技术的基础理论研究还存在很多难题有待解决。1．3．2资金投入不足型煤产业现在很红火，煤炭行业想搞，其它行业也搞，个体户也有人搞，大有全民参战之势，但大多数投资者都是抱着“投入小、产出大”的指导思想，设备选购时专找价格便宜的买，生产线越简单越好，原材料是什么东西都可以加，粘结剂是见别人加啥就加啥，根本没搞清楚型煤用户对型煤的质量要求及使用效果等。盲目上了生产线，一遇用户提出质量问题甚至退货才感到出了问题，但还不知道问题出在何处。所以目前社会上型煤厂建得不少，真正质量过关的不多，且生产规模小，产量上不出，形不成市场，利润也就没有保证，甚至搞坏了型煤的声誉。1．3．3形不成生产规模目前型煤配套机械生产能力只有3万t～5万t，生产能力小，形不成生产规模。对需求量大的用户，由于生产厂家产量小，不敢大批量汀供货合同，形成要货订不上；小批量产品卖不出去，又形成有货卖不出的情况。要改变这种状况，只有走联合生产或扩大生产能力的路子。1．3．4没有规范化生产标准型煤品种的针对性很强，不同用户、不同炉型对型煤质量的要求亦不同，所以生产型煤必须有不同的质量标准，这样才能规范产品质量，稳定市场秩序。1．4型煤技术与型煤产业的发展方向根据当前型煤技术现状，今后的型煤技术发展方向：一是加强基础理论的研究，以理论指导实践，使型煤技术迅速提高到一个新的水平。从实践中我们体会到影响型煤质量的因素是多方面的：原料及辅料的性质是影响型煤质量的内在因素，成型工艺是影响型煤质量的外部条件，而型煤的燃烧(气化)性能是型煤质量指标的具体表现，它们相互联系，不可分割。二是型煤机械要向大型化发展。三是质量要向标准化、规范化发展。四是型煤厂要走产、学、研联合的道路。总之，型煤产业发展势头迅猛，型煤研究机构、生产厂家、设备制造厂家必将大量增加．型煤产业可望成为煤炭工业第三产业的主力军。2型煤粘结剂技术2型煤粘结剂技术型煤粘结剂是粉煤冷压、中低压成型工艺中的主要技术关键之一，它占据了型煤加工成本的主要份额，同时粘结剂的质量又是型煤质量的重要保证。因此，粘结剂的选择与研究特别重要，世界各国都很重视，投入了很大的人力、物力积极研究实用的型煤粘结剂。我国同样在这方面进行了广泛的研究，并取得了多项成果和专利，推动了我国型煤事业的发展。2．1型煤粘结剂种类型煤粘结剂种类复多，但从广义上讲可分为三类：有机类、无机类、复合类。2．1．1有机类(1)煤沥青、煤焦油和石油沥青及其残渣；(2)高分子聚合物——PVA、FAA、PA、PF等；(3)淀粉类——木瓜、地瓜、土豆、玉米等淀粉和糖蜜、糖渣等；(4)植物油渣类——葵花油渣、棉子油渣、麻子油渣等；(5)动物胶类——利用工业加工后的动物皮革废料熬制的动物胶；(6)工业废弃物——纸浆废液、含油污水、废轮胎等；(7)腐植酸盐、木质纤维素。2．1．2无机类(1)土——膨润土、高岭土、粘土、瓷土、白泥、河泥等；(2)水泥——系指任何能与水化合生成石状物质的水泥，包括硅酸盐水泥、水硬石灰、火山灰水泥、天然水泥、高铝水泥、氧化镁水泥、矿渣水泥等；(3)水坡璃、生(熟)石灰、电石泥、磷酸盐、硫酸盐等；(4)有些煤矿的顶、底板泥。2．1．3复合类(1)有机物与有机物复合——如煤焦油与底浆复合；(2)有机物与无机物复合——如美国用膨润土和聚丙稀酸钠和焦磷酸二氢钠复合；(3)无机物与无机物复合——如日本用铝水泥和CaCO、K2CO3复合。由于复合型粘结剂的掺料之间可起到互补作用，发挥综合效果，能提高粘结剂的多效性，所以它是今后开发新型粘结剂的一个主要方向。2．2对型煤粘结剂的总体要求(1)型煤粘结剂来源要充足；(2)制备粘结剂的原料质量要相对稳定；(3)粘结剂的价格要相对稳定，并且越低越好；(4)粘结剂的制备工艺要简单。2．3对型煤粘结剂的质量要求(1)用粘结剂制成的型煤要有一定的机械强度．包括初始强度和最终强度；气化型煤还必须要有一定的热稳定性和热强度；(2)粘结剂要有一定的防潮、防水性能；(3)粘结剂的性能不影响型煤使用效果，如燃用型煤不影响燃烧性能，气化型煤不影响气化效果、煤气质量及炉况的可操作性等；(4)粘结剂的成灰物不宜过大；(5)有粘结剂成型的型煤要考虑后处理工艺，即粘结剂的性能须考虑型煤后处理工艺要简单易行；(6)型煤粘结剂不应产生二次污染。2．4粘结剂的选择原则(1)因地制宜，就地取材或就近取材；(2)针对型煤品种、煤种及煤质选用粘结剂；(3)不同性质的粘结剂要有不同的生产工艺；(4)价格合理。2．5型煤粘结剂的理论基础根据“七五”国家科技攻关环保项目75—85—01、75一新技术一082课题的攻关技术报告，型煤粘结剂研究的理论基础是：2．5．1表面化学理论和热力学原理型煤粘结剂要对煤粒产生粘合力作用，首先必须能把煤粒进行很好的湿润，达到粘质分子和煤的真正接触，并为它们之间产生机械结合和物理化学结合创造条件，这就涉及到热力学问题和表面化学问题。热力学和表面化学原理认为：表面张力小的物质能很好地湿润表面张力大的物质。根据上述原理，我们可以在型煤粘结剂中加入适量表面活性剂以降低型煤粘结剂的表面张力，提高其对煤粒的湿润能力，以便为更好地形成机械结合和物理化学结合创造条件，对于那些疏水性粘结剂(表面张力较大)，可把煤粒干燥，使煤粒的表面张力增大，这样两者也可以很好地接触。2．5．2传质理论煤粒为粘结剂所湿润仅为产生粘合力创造了必要条件，据研究，要使煤粒与粘结剂之间产生机械和化学物理结合，必须使它们之间的距离要小到一定程度。(一般在10A以下)，这就要靠粘结剂分子的质量传递——移动、扩散和渗透。根据传质理论，温度及外界压力能促使粘结剂分子的移动、扩散和渗透，因此，我们在研究具体某一型煤粘结剂时可以适当地考虑一下温度、压力等外部条件，对辊成型就是这一原理的具体运用。2．5．3粘结剂与被粘物的粘合理论粘结剂与被粘合物之间的结合力是机械结合和物理化学结合的综合结果，它们对总粘结强度的贡献与被粘材料表面状态有关，对煤粒这种非极性多孔材料来说，机械结合力常起决定性作用。煤与粘结剂的机械结合力，是粘结剂渗入煤粒孔隙内部固化后，在孔隙中产生机械键合的结果。根据上述理论，我们认为在研究型煤粘结剂时，要更多地注意煤与粘结剂的机械结合力，而粘结剂的固化往往是产生机械结合力的必要条件，因此对型煤的固化工艺必须有足够的重视。2．5．4型煤的结渣性(煤化学原理)型煤的结渣性直接影响型煤气化过程的正常进行以及锅炉的正常燃烧和清渣。型煤中矿物质含量及组成，型煤的煤灰熔融温度及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上述4个因素，从而影响型煤的结渣性，因此对型煤的粘结剂性质必须有足够的重视。2．5．5反应活性理论型煤的反应活性是指在一定的高温条件下，型煤与C02、水蒸汽或O2的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。型煤的反应活性直接关系到型煤在炉内的燃烧反应情况、耗煤量、耗氧量等。型煤的反应活性(a值)强，表示型煤在燃烧或气化过程中反应速度快、效率高。型煤的反应活性与原煤的变质程度、岩相组成，型煤的物理结构、矿物质含量及化学特性有关，而粘结剂必然会影响到型煤的矿物质含量、物理结构及化学特性，从而影响型煤的反应活性。因此，在型煤粘结剂的研究中必须十分重视粘结剂对型煤反应活性的影响。2．6配制粘结剂的方法配制粘结剂的具体方法步骤如下：首先，根据型煤厂家提供的煤种和型煤用户对型煤的技术指标要求，并取上煤样到实验室进行科学配制，经多次反复配方和测试，得出初步的粘结剂配方。其次，将初步配制的粘结剂配方拿到型煤厂家和经过加工的原煤科学匹配，混合搅拌，上对辊成型机加压成型，再用实验室有关仪器仪表加以测试，冷热强度、热稳定性、防潮防水性等指标基本达到要求。最后，把型煤产品拿到用户单位进行试烧，满足用户要求后，才算成功。此时型煤厂才可正式投入生产。型煤用户认可的型煤产品所用的粘结剂就定为该厂生产型煤的粘结剂。型煤粘结剂对型煤质量的影响可以说是很关键的因素，它对型煤的强度、防水防潮性、燃烧性能、气化效果、煤气质量、结渣性、反应活性等都有直接影响。型煤粘结剂同样对生产工艺也有一定的要求，粘结剂的制备也有一定的工艺条件。方方面面都需要以科学态度去对待，否则就不可能生产出合格的、符合用户要求的型煤产品。