型煤技术的研究进展论文

东北石油大学本科生毕业设计（论文）1目录第一章概述.....................................................................................................................................31.1引言................................................................................................................................31.2.1国外型煤技术发展现状...............................................................................................3第二章型煤粘合机理.....................................................................................................................5第三章型煤用粘合剂.....................................................................................................................6第四章型煤技术及工艺...............................................................................................................8第五章结论及建议.....................................................................................................................11参考文献........................................................................................................................................12东北石油大学本科生毕业设计（论文）2东北石油大学本科生毕业设计（论文）3第一章概述1.1引言1.2型煤的分类型煤是用一种或一定比例的黏合剂或固硫剂在一定的压力下加工形成的、具有一定的形状和物理化学性能的煤炭产品。工业层燃锅炉和工业窑炉燃用型煤与燃用原煤相比，能显著提高热效率，减少燃煤污染物的排放，所以型煤技术是适合我国国情的、应该鼓励推广使用的洁净煤技术之一。1.2.11.3型煤的研究进展1.3.1国外型煤技术发展现状20世纪初，德国开始用年轻褐煤采用高压无粘结剂成型工艺生产褐煤砖。1985年仅德国的莱茵褐煤矿区就生产了褐煤砖400万t左右，用于造气、集中供热和民用。20世纪30年代,褐煤成型两段炼焦工艺问世，1969年世界高炉会议肯定了型焦是高炉技术的重要发展方向之一,之后陆续出现了20多种利用弱粘结煤或不粘结煤生产型焦的工艺。1933年，日本开始在工业上生产蒸汽机车用型煤,以节约大量煤炭。1971年，日本铁路机车79%用型煤,成为国外型煤用量最大的行业，在日本战败后的经济恢复期，政府呼吁治山治水保护森林，型煤迅速发展成为日本家庭生活的主要燃料。原苏联型煤工业发展也较迅速，1985年产量己超过1.3亿t。韩国于20世纪60年代开始普及使用型煤，在推广之初根据韩国当时的经济发展水平由政府制定了30年型煤发展计划，从政策、技术、税收等方面大力支持型煤的发展。到80年代高峰时期，韩国的型煤产量达2400万t，其中，汉城市达600万，型煤普及率100%。当前国外发达国家对型煤技术的研究从未停止。近年来生物质型煤技术成为国外型煤技术研究的热点之一，日本、土耳其、西班牙、瑞典、美国及我国的台湾地区均开展了此方面的研究。另外，东北石油大学本科生毕业设计（论文）4发达国家的型煤研究开始进入了更细化、更环保的研究阶段,凭借技术和装备上的先发优势进军中国市场。1.2.2国内型煤技术技术发展现状国外的型煤生产多采用无粘结剂高压成型工艺或热压成型工艺,原因是所用原料多为变质程度较低的褐煤。我国煤炭的变质程度较深,宜采用粘结剂低压成型,既可使成型工艺简单,也可降低生产成本。我国从1958年开始研究型焦,先后研究出4种不同工艺的工业型煤技术;20世纪六七十年代,我国研制成以无烟煤为原料,供合成氨造气用的石灰碳酸化煤球、纸浆废液型煤球、腐植酸盐煤球,并在我国小化肥厂大量推广使用;1984年又成功研制出高效机车用型煤;80年代以来,无烟煤型煤技术的发展进入新的阶段,研究重点为化肥用优质防水气化型煤;“八五”期间及以后,免烘干无烟煤造气型煤技术取得可喜进展。近年来,我国生物质型煤技术、环保固硫型煤、型煤粘结剂及烟煤型煤技术等方面取得了巨大进展,有力促进了我国型煤技术的发展1.3(1)粘结剂技术:廉价高效型煤粘结剂,具有防水,快速固结的特征。主要原料为工矿企业废液、废渣,经加工改性后制成。采用这类粘结剂成型,在生产过程中可免设干燥系统,成型后防水性好,不怕雨淋,可厂外堆放,远距离运输。(2)添加技术:煤粉中掺入某些添加剂成型,制得的型煤具有催化、活化、固硫功能,使型煤在燃烧过程中反应速度加快,燃烧工况得到改善,热能得到高效合理利用,并使有害气体的排放量大大减少。型煤中添加助剂的燃用给劣质煤、高硫煤的合理利用开拓了广阔天地。(3)成型技术:成型压力在20~35MPa之间就可获得满意的型煤强度。成型总水分一般在10%~15%之间(4)型煤产品冷热强度高,热稳定性好。当成型工艺合理,选择煤种适当时,型煤产品各项技术指标均能满足工业锅炉、窑炉、气化炉的要求。(5)生产工艺简便,建设投资少,型煤成本低。粉煤经捏混、成型两道工序即可制得成品型煤。东北石油大学本科生毕业设计（论文）5第二章型煤粘合机理东北石油大学本科生毕业设计（论文）6第三章型煤用粘合剂3.1粘合剂分类标准按粘合剂的化学性质,传统的分类是:(1)无机粘合剂:如粘土、陶土、膨润土、水泥、石灰、水玻璃以及各类无机盐等。粘结性一般不如有机粘合剂,本身不能燃烧,没有发热量,增加灰分;但它的热态强度好,且多数来源广,价格低。(2)有机粘合剂:如焦油、沥青、腐植酸、聚乙稀醇、酚醛树脂、生物质、纸浆废液、制糖废液、脂肪酸残渣、甘油渣泥等。这类粘合剂一般粘结性能较好,本身能部分或全部燃烧,有一定的发热量,但多数有机粘合剂的热性能较差,燃烧后残余灰分少。(3)复合粘合剂:无机粘合剂与有机粘合剂的叠加,兼顾两者的优点,性能更好,一般来说复合粘合剂的添加量相对要大些。2.2我们可以换一种思维方式,对粘合剂按结合机理进行分类,有助于对粘合剂的深入研究与探讨。值得一提的是一种粘合剂有其特定的结合机理,但有时也会是数种结合机理同时存在。这一点对粘合剂的材料选择是非常重要的,为一种粘合剂同时满足数种型煤的特性要求创造了条件。按结合机理一般可将粘合剂分为5类:(1)水化结合常温下结合剂与水发生水化反应,生成水化产物而产生结合作用,如水泥通过水化结合机理使型煤产生强度。水化结合的结合剂在常温下进行水化反应需要有一个过程,因而需要一定的凝结与硬化时间,这也是水东北石油大学本科生毕业设计（论文）7泥煤球的初始强度差,成型时破损率高的原因。(2)化学结合结合剂与促凝剂在常温下发生化学反应或加热时发生化学反应,生成具有结合作用的化合物而产生结合,如硅酸钠(水玻璃),加氟硅酸钠促凝剂时,发生反应生成水溶液SiO2·nH2O,经脱水形成硅氧烷(Si-O-Si)网络结构,从而产生较强的结合强度。(3)缩聚结合加入催化剂或交联剂,使结合剂发生缩聚反应,形成网络状结构而产生结合强度。如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂,或加热时通过缩聚反应而产生较好的结合强度。又如线型酚醛树脂加甲基四胺,在加热条件下通过交联反应而产生缩聚结合。(4)粘附结合借助如下任一种物理作用或几种作用叠加而产生结合。一是吸附作用,包括物理吸附和化学吸附,依靠分子间的相互作用力—范德华力而产生结合。二是扩散作用,即在物质分子热运动的作用下,结合剂与被结合物的分子发生相互扩散作用,在界面上形成扩散层,从而形成牢固结合。三是静电作用,即结合剂与被结合物的界面存在双电层由双电层的静电引力作用而产生结合。产生粘附结合的粘合剂多为有机结合剂,其中有的是暂时性结合剂(即在常温下或低温下起粘结作用,经中温或高温后会燃烧掉),如糊精、羟甲基纤维素、环氧树脂、纸浆废液、淀粉等;有的为永久性结合剂,经中、高温后,除部分挥发物分解挥发外,其余的成份会碳化形成碳结合,如沥青、焦油、酚醛树脂等。也有一些永久性无机结合剂具有粘附作用,如水玻璃、硅溶胶、磷酸二氢铝等。(5)凝聚结合加入凝聚剂(主要为有机高分子物质,可分为阳离子、阴离子和非离子三种类型),使微粉(胶体粒子)发生凝聚而产生结合。由于胶体质点之间存在范德华力,当质点相互接近时,因双电层的重叠而产生排斥力。加入电解质后,会使更多的反离子进入双电层中的扩散层,起到电性中和的作用,使扩散层厚度变薄,排斥力下降。达到“等电位”时胶体粒子会发生快速凝聚。为充分发挥粘合剂的结合作用,使粘合剂与煤粒表面保持紧密接触是必要的。若粘合剂与煤粒都是固体,则难以实现紧密接触,两个固体表面,即使经过抛光,接触面也不到总面积的1%。如果是液体,它可以完全浸润煤粒表面,由于范德华力的作用,可以产生很大吸引力。完全浸润使粘合剂与煤粒表面充分接触,是产生良好结合力的必要条件,但并非充分条件,因为液体几乎没有抵抗剪切的能力,为使型煤具有足够强度,还要求结合剂能迅速固化。我们认为要使型煤粘合剂的研究取得突破,特别是要满足造气型煤等一系列高性能指标型煤的需要,必须从纯“粘结”的思维中解放出来,充分调动前述的数种结合,使物质内部产生化学的、微分子的、甚至电子层等方面的变化,才能取得事半功倍的作用。东北石油大学本科生毕业设计（论文）8第四章型煤技术及工艺3.1生物质型煤技术生物质型煤是指把高挥发分、低灰、低硫、低燃点的生物质原料按一定比例与低挥发分、低灰、低硫、高燃点、高热值的无烟煤或烟煤煤粉混合,通过一定工艺制备成的型煤。它结合了生物质和煤的特点,发挥了型煤的优势,并具有环保和经济性。生物质型煤制备工艺主要由烘干、粉碎、混合、高压成型等单元组成,生物质型煤生产工艺流程见图1。其生产过程如下:①将原煤和准备掺入的生物质分别进行烘干,将干燥后的煤进行破碎,生物质也需碾碎,磨成微细粉末;②将两者进行充分混合,此时可根据原煤和生物质的特性,视情况加入某些适量粘结剂和脱硫剂;③将上述混合物一同送入成型机,在高压下制成生物质型煤产品。东北石油大学本科生毕业设计（论文）9图1生物质型煤生产工艺图3.2气化型煤原料煤由落煤斗经皮带传送机送入粉碎机，粉碎至一定粒度后落入双轴搅拌机，在搅拌机内按工艺要求加入一定比例的腐植酸盐、膨润土及当地洗精煤，经过双轴搅拌机再次搅拌均匀后转入制球。由落煤斗经皮带机送入煤球成型机制成煤球后，经筛子分离碎煤，由皮带运送机送至烘干工序。煤球在烘干机的炉排上由链条牵引在烘干室内利用热风炉产生的高温烟气将煤球烘干，落入烘干炉底煤斗的煤球由排渣电瓶车分批送至造气岗位型煤专用气化炉。3.3型焦及配型煤炼焦工业型焦是以粉煤为原料,经配煤(或单种煤)加工压制成型,再经碳化工艺而形成的型焦和型焦煤制品。碳化温度在600℃左右时生产产品为型焦煤(半焦型煤),碳化温度在1000℃以上生产出的产品为型焦。型焦产品可替代焦炭应用于高炉炼铁、炼钢,型焦煤可作为化肥厂理想的造气原料。从粉碎后的配合煤皮带上截取部分已经粉碎的配合煤,利用传送带输送至