型煤技术

型煤技术主要内容•型煤在国内的发展史•型煤的定义、分类和成型机理•型煤的原料性质分析•型煤生产工艺•对型煤发展的展望发展历史•型煤的产生首先是从民用开始的，2200多年前由中国发明。1975年荥阳出土的西汉炼铁遗址中，发现了直径约16cm、高8cm的圆柱形型煤。•早在18世纪，人们便以黄土等作粘结剂，用手工制成煤球、煤砖或煤饼作为民用燃料。•在19世纪40年代的欧洲，人们已经开始了细粒煤的造粒。在法国和英格兰，人们已经开始用细颗粒的硬煤进行团矿造粒，其中要加入易燃的起粘结作用的物质。在德国，诞生了一种新的块状燃料的生产方法，即不需加入粘结剂，用适当的高挥发分的泥炭和褐煤生产块状燃料。因此，两种互不相关的粉煤成型技术发展起来了：在英格兰和法国，硬煤的有粘结剂成型；在德国，泥炭和软褐煤的无粘结剂成型。到此，现代意义上的型煤技术产生了。•解放前，只有德国人在上海留下的一个小煤球厂和日本人在东北留下的一些破烂煤球机。解放后，型煤技术起初也并没有为人们所重视。•直到1954年，北京、上海等地利用国产设备建起了我国第一批民用煤球厂。•1956年，北京开始生产手工蜂窝煤。到1958年，我国才制造出类似于日本式的蜂窝煤机。•60年代到70年代，国内开展了大规模的民用型煤研究。1978年研制出了以无烟煤为原料的上点火蜂窝煤，1980年研制出了以烟煤为原料的上点火蜂窝煤及易燃民用手炉煤球、火锅炭及烧烤炭等，从而使型煤向易燃、高效、洁净的方向迈出了可喜的一步。目前，全国民用型煤的年销量在4000万t以上。•我国的工业型煤起步更晚。所谓工业型煤，是指生产的型煤用于工业生产部门作为燃料或原料，主要包括锅炉型煤、气化型煤、机车型煤以及炼焦型煤等。型煤的定义及分类和成型机里•型煤的定义：•是指按照一定的粒度要求，将一种或几种煤粉在一定比例添加剂（粘结剂、助燃剂和固硫剂）存在的条件下，经一定的压力作用，加工制成具有一定外形和物理化学性质的煤炭制品。•型煤的特点：•与原煤相比，粉煤成型后使用具有多方面的优点：•1.可以提高炉窑效率5%~13%从而节约煤炭7%~15%；2.可以减少粉尘排放量30%~60%,从而降低大气中粉尘颗粒物的含量；3.使用固硫添加剂的型煤，可以降低SO2排放20%~50%，从而在一定程度上遏制酸雨的危害；4.使燃煤的其他有害物质降低。•型煤的分类：•到目前为止，型煤种类已经超过了数十种。1、按成型工艺分2.按用途分3.按外形分•由于使用目的和成型模具的不同可以得到不同的外形。•成型机理：无粘结剂成型：原料煤经破碎后在不加粘结剂情况下，依靠煤炭本身的性质和所具有的粘结性成分在高压之下结成型煤。（1）沥青假说：（2）腐植酸假说：（3）毛细管假说：（4）胶体假说：（5）分子黏合假说碎散性煤粒在湿态下被压制成型的主要原因，是煤粒间存在着一定的黏结性。煤粒表面产生微弱的负电荷，极性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通过黏结性的水化膜连接成型。干态型煤主要靠分子间的范德华力和煤粒间的机械啮合力使煤粒紧密粘结而成型的。研究表明：弱粘结煤、肥煤、焦煤、无烟煤等不同煤种的无粘结剂成型，焦煤成型性能最好，无烟煤成型性能最差。•有粘结剂成型：•粘结剂成型指粉煤与外加粘结剂充分混合均匀后，在一定的压力下制成型煤的过程。适应煤种：年老褐煤、烟煤、无烟煤；粘结剂：煤焦油、焦油沥青、石油沥青(石油残渣)或水溶性粘结剂成型煤料：-3mm(占95％以上)的粉煤，具有类似砂土的碎散性。粘结剂与煤粒间的作用(成型机理）：机械作用—粘结剂填充到煤表面的凹凸缝隙中与煤粒表面呈大步交错而固结在一起。物理化学作用—煤粒表面与粘结剂靠范德华力的作用吸附在一起；化学作用—粘结剂与煤粒表面发生化学键连结。总之，加入粘结剂后，总的趋势是提高了颗粒间的内聚力，使型煤获得较高的强度。影响粉煤成型的因素分析•粉煤成型的的主要影响因素有成型压力、煤粒粒度和成型水分。•1.成型压力•分别采用15MPa,30MPa,和50MPa的压力对大同新荣高挥发分烟煤进行成型实验，制得型煤性能见表。•可见，随着压力的增大，型煤的跌落强度随之提高。但是，当压力增大到一定程度后型煤的跌落强度的增加将减缓。•2.煤粉粒度•成型压力为50MPa下，使用直径为36mm的柱状模具，对晋城的无烟煤粉加8%的水进行的成型实验。分别测定了不同粒度下粉煤成型时的压缩量（压缩量等于原始装料高度减去50MPa压力下型煤的高度）、膨胀量、压缩比（压缩体积/原始体积）、膨胀比等几个参数。样品编号9#10#11#成型压力/MPa153050跌落强度/%73.7591.8096.96•可以得出，随着粒级的变小，样品的压缩性逐渐增大，膨胀量逐渐减小，压缩密度逐渐增强，颗粒间的作用效果逐渐增强。•粒级/mm压缩量/mm膨胀量/mm压缩比压膨比密度/g.cm-33~229.372.100.5540.0721.5612~131.861.940.6010.0611.5621~0.535.031.930.6610.0551.5720.533.021.890.6230.0571.669•3.水分•成型水分对型煤强度的影响编号6#7#8#成型水分/%13.3717.7717.14粘结剂用量/%——=6#6#跌落强度/%13.9298.7798.28•将７％的膨润土与粉煤混合，改变水分含量，进行冷压成型，成型压力３０ｋＮ。实验结果见图：•此外，煤种和煤质特征、粘结剂的种类和用量、成型模具等，也影响型煤质量，应当给予重视。型煤的原料性质分析•型煤的原料包括各种牌号的煤和不同类型的添加剂。•一、煤炭的性质分析•1.煤炭的工业分析•煤的工业分析包括：水分、灰分、挥发分、全硫和发热量等项目的测定。•2.煤的一些物理性质如：机械强度，物料的粒度组成等。•二、添加剂分析•1.粘结剂•a.对粘结剂的总体要求•(1)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。•b.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。c.粘结的分类：有机粘结剂无机粘结剂复合粘结剂疏水性：焦油沥青石油沥青木焦油沥青亲水性：淀粉亚硫酸纸浆废液糠醛渣盐碱废液腐植酸盐碱废液酿酒废液制革废液不溶性石灰水泥粘土水溶性水玻璃沥青型沥青—亚硫酸纸浆废液焦油—石灰沥青—粉煤防水型粉煤—沥青亚硫酸纸浆废液—水泥硅酸盐—沥青•2.固硫剂•型煤固硫剂种类繁多，如氧化钙，氧化镁，白云石均可作为固硫剂。•目前认为石灰是比较理想的固硫剂之一。用石灰固硫时，在条件合适时，煤中所含的硫分的80%以上可以转变为CaSo4或CaS的固态残渣形式。一般工业上要求石灰中CaO的含量大于45%~50%组分Al2O3Fe2O3MgOK2ONa2OSiO2TiO2CaO含量，%2.421.121.150.510.2416.320.6745.55•利用工厂的一些废渣作为型煤固硫剂，“以废治废”，是今后研究的方向。下属物质也可作为固硫剂：•1.造纸厂回收的白泥（主要成分有硅酸钠、碳酸钙、氢氧化钠等).在煤炭成型过程中约加入7%~10%。白泥本身又具有粘结性能，故可代替部分粘结剂。•2.电石渣。一般加入量为10%~15%•3.锰渣和硫矿渣。锰渣的主要成分有MnO2、KOH、K2CO3等；硫矿渣含有Fe2O3、MgO等。•4.其它。如化纤厂的污泥，化工的刨花碱渣等碱性废液、废料，均可作为型煤固硫剂。•3.引燃剂和氧化剂•为了降低煤的燃点，使其易于点燃，在配方中应加入适量的引燃剂和氧化剂，制成各种质量规格的上点火蜂窝煤。国内使用过的引燃剂主要有：石蜡、松香、竹筋粉以及一些易燃的草本植物粉等。•氧化剂是指含氧并在一定条件下能分解出游离氧的物质。常用的氧化剂有：•①氯酸盐和过氯酸盐•②硝酸盐•③氧化物•在上点火蜂窝煤中应用最多的是硝酸盐类氧化剂。型煤生产工艺•型煤生产工艺随原料的性质、型煤的用途、成型方式等的不同而有所差别，但在总体上说主要有两类，即冷压成型和热压成型。•一、冷压成成型•定义：是指配料在低于1000C的温度下进行的成型，包括无粘结成型和有粘结剂成型两种工艺。•1.无粘结剂冷压成型工艺•按成型压力的大小可以进一步分为低压成型、中压成型和高压成型。类型低压成型中压成型高压成型压力/MPa大于5050~100大于100适用生产无烟煤棒作为合成氨气的材料，也用于炭质页岩的成型主要用于无烟煤和泥炭、褐煤等的配煤成型主要用于褐煤等低变质程度的煤种的成型•无粘结剂成型工艺主要包括三部分，即原料准备、压制和后处理。•破碎筛分干燥冷却压制冷却入库•特点：不加粘结剂，只靠外力的作用使粉煤成型；•节约大量原材料（粘结剂）；•保持型煤的碳含量；•简化成型工艺（无粘结剂制备）；•成型压力高；•适用煤种：泥煤、褐煤（年轻褐煤）；•烟煤与无烟煤（风化后无烟煤的除外)的煤化度高，无粘结刑成型困难；烟煤、无烟煤无粘结剂成型：1、不同煤种的成型性分析•=从泥煤、褐煤到烟煤、无烟煤，成型性能愈来愈差。•=硬度高、弹性大的煤种，无粘结剂成型困难。•=烟煤、无烟煤无粘结剂成型理论上的可行性。•2、无粘结剂成型的实质：粉煤能否无粘结剂成型，即粒子间能否建立起一种使之紧密结合力-内聚力。烟煤、无烟煤在外力作用下也可能出现多种多样的内聚力。3、烟煤、无烟煤粉煤无粘结剂成型的关键技术•如何克服煤的硬度大、弹性高的问题是关键技术。•目前有两种途径：采用强制高压的方法；改善成型方式；2.有粘结剂的冷压成型工艺定义:在煤粉中加入一定量的粘结剂，在常温下压制成型。由于有粘结剂的存在，故压力比无粘结剂时较低，通常为15~50MPa.借助粘结剂在煤粒表面作为颗粒之间的“桥梁”作用而使颗粒粘结成型。成型过程主要包括：原煤粉碎、筛分分级、配料计量、添加粘结剂、混合搅拌、成型、干燥、检测、入库等。•原料准备包括：筛分、破碎、干燥、配料、混匀。•原料煤准备的目的：使粘结剂有一个良好分布，以使其能充分发挥效力；为型煤压制创造一个有利的基础，以便获得较大的成型压力；(1)原料煤干燥•疏水性有机粘结剂，原料煤粉水分4％以下；•亲水性有机结剂或水溶性无机粘结剂，原料煤水分6％以下。•不溶性无机粘结剂，原料煤就不一定需要干燥。（2)原料煤的破碎•目的使煤粒在压球时能达到紧密的排列；•粘结剂最后形成的骨架也较为均匀地分布于型煤之中；注意粒度过小，增加动力消耗和粘结剂的用量。一般采用的粒度为1一3mm(3)配料按方案控制原料粉煤和粘结剂的用量比进行配料。(4)物料混合•目的使粘结剂良好的分布，使煤粒表面为粘结剂所润湿、覆盖。•方法破碎的同时初步的混合及专门的搅拌没备进行混合。•3.热压成型：•定义：将原煤快速热到胶质状态（温度一般在400~4800C），利用成型机压制成型，冷却后形成强度较高的型煤。•若想获得强度很高的热压型焦，则将型煤焦化，脱除其挥发物质成为型焦。•热压成型工艺过程一般由备煤、加热、成型、热焖4部分组成。•热压成型根据其快速加热的方式不同，可分为气体热载体加热成型和固体热载体加热成型两种工艺。•（1）气体热载体快速加热成型工艺。•该工艺是以废热气（如烟道气等）作为加热原煤的热载体。实践证明：•只要原煤的胶质层厚度Y6mm，便可加热成型。•（2）固体热载体加热成型工艺•该工艺是以高温无烟煤粉或焦粉等作为热载体和配料，在与预热200~2500C烟煤混合的同时实现快速加热。热载体的温度一般为700~8000C。对型煤发展的展望•1.研究复合粘结剂•2环保型煤•煤炭燃烧已成为当今排放烟尘、废气的主要污染源。我国燃煤污染尤为严重，燃煤排放的SO2占全国排放总量的９０％，燃煤烟尘排放量占全国烟尘排放量的７０％。型煤技术是煤炭加工领域的一项重要技术。目前我国型煤固硫技术所能达到的固硫率平均只有５０％左右，而美国和日本的型煤固硫率可达８５％以上。在开发粉煤成型工艺的基础上，应从型煤固硫机理、型煤固硫影响因素、