chap52煤炭加工之型煤

5.2型煤5.2.1概述5.2.2粉煤成型原理5.2.3型煤工藝及其關(guān)鍵問題5.2.4型煤性能及其測定方法5.2.5影響型煤強度的要素一、型煤的定義與特點以適當(dāng)?shù)墓に嚭驮O(shè)備，可以將具有一定粒度組成的一種或多種粉煤加工成一定外形、尺寸、強度及理化特性的人工“塊煤〞，這種人工塊煤稱為型煤，這樣的加工過程稱為粉煤成型。粉煤成型的目的是根據(jù)型煤不同用途的需求，抑制煤炭天然存在的缺陷，賦予原煤所沒有的優(yōu)良特件，使之符合用戶的最正確需求，實現(xiàn)煤的清潔、高效利用。粉煤成型后與原煤及天然塊煤相比，具有以下一些特點?！?〕粒度均勻〔2〕孔隙率大〔3〕反響活性高〔4〕改質(zhì)優(yōu)化：型煤可以經(jīng)過原料煤混配、摻入添加劑、快速加熱等成型工藝，對原煤進展調(diào)質(zhì)和優(yōu)化。5.2.1概述5.2.1概述二、型煤的用途5.2.2粉煤成型原理一、煤的外表特性與粘結(jié)機理〔一〕外表特性煤是由不同的高分子化合物組成的復(fù)雜混合物，主要由縮合芳香核構(gòu)成，另外含有非芳香碳部分(氫化芳核、環(huán)烷烴、含氧官能團及N、S雜原子)和礦物質(zhì)。煤的構(gòu)造單元之間由橋鍵和交聯(lián)鍵構(gòu)成空間大分子，使煤的大分子間存在著一定的孔隙。根據(jù)煤的組成和構(gòu)造，煤有以下主要外表特性：以非極性外表為主，有極性官能團和礦物質(zhì)存在煤外表有一定的粗糙度和孔隙潤濕性差，疏水性較強煤的成型顆粒粒度小，煤在破碎過程中，煤的外表構(gòu)造被破壞，外表的原子、分子作用不平衡，各種鍵暴顯露來，呈電不中性，且外表能大；煤具有可塑性、彈性和脆性。5.2.2粉煤成型原理〔二〕粘結(jié)機理煤顆粒本身粘結(jié)力煤顆粒與粘結(jié)劑之間粘結(jié)力煤顆粒之間的粘結(jié)才干由煤外表特性決議，在不外加粘結(jié)劑的情況下，相互間粘結(jié)才干很弱。當(dāng)煤外表被水潤濕時，水化膜少，成型后制品強度不高。這是由于水化膜少，作用較大的毛細(xì)管力就很小，而煤粒外表之間范德華力作用范圍小，使得物料顆粒間的吸引力與排斥力相差不大。參與粘結(jié)劑后，總趨勢是添加了顆粒間的內(nèi)聚力(吸引力)，使型煤獲得較高的強度。由于煤炭是由有機物和礦物質(zhì)組成，極性外表和非極性外表共存，所以成型時選用的粘結(jié)劑分為有機和無機復(fù)合粘結(jié)劑兩種。5.2.2粉煤成型原理無機粘結(jié)劑無機粘結(jié)劑大部分是水溶性物質(zhì)，具有膠體性質(zhì)和較強的粘結(jié)才干。粉煤中參與無機粘結(jié)劑后，在適量水分和一定的外力作用下，煤中礦物質(zhì)和粘結(jié)劑顆粒發(fā)生相對滑動，顆粒接近，導(dǎo)致吸力和斥力同時升高。這時吸引力有毛細(xì)管力、接觸面上正負(fù)離子相互作用產(chǎn)生的離子鍵力和共價鍵力，吸力較強，并且塑性較大的無機粘結(jié)劑在除去外力并經(jīng)過枯燥、固化后，在型煤中起“骨架〞作用，因此型煤具有足夠的強度。5.2.2粉煤成型原理有機粘結(jié)劑粉煤中參與有機粘結(jié)劑時，根據(jù)類似相容原理，煤對粘結(jié)劑有較強的親和力。具有活性基團的粘結(jié)劑分子和煤中的活性基團(如含氧官能團)經(jīng)過原子間的共用電子對構(gòu)成共價鍵或氫鍵，非極性分子問也能夠產(chǎn)生色散力。有機粘結(jié)劑甚至?xí)傅矫旱奈⒖讟?gòu)造中，枯燥固化后，粘結(jié)劑在界面產(chǎn)生嚙合力，這些都大大地添加了成型物之間的吸引力，使型煤的強度提高。二、壓力作用

在實踐消費型煤的過程中，除要具有一定粘結(jié)力外，還要求一定壓力。如右圖所示。

五個階段往往并不是截然分開的，甚至有時是幾個階段同時發(fā)生，關(guān)鍵是要控制成型壓力

P＜Pmax裝料

加壓

成型壓潰

反彈5.2.2粉煤成型原理一、型煤工藝1．無粘結(jié)劑冷壓成型即粉煤不加粘結(jié)劑，共靠外力的作用而成型。許多國家已廣泛采用這種方法來制造泥炭、褐煤型煤。對于煙煤與無煙煤，由于它們的煤化度高，其粉煤無粘結(jié)劑成型較為困難。2．有粘結(jié)劑冷壓成型即在粉煤中參與粘結(jié)劑再經(jīng)壓制成型。在煙煤、無煙煤等無粘結(jié)劑成型較為困難的情況下，工業(yè)上普遍采用粘結(jié)劑冷壓成型方法。3．熱壓成型非煉焦煙煤(如氣煤、弱粘結(jié)性煤等)在快速加熱條件下粘結(jié)性可大大提高，當(dāng)加熱到塑性溫度范圍內(nèi)趁熱壓制，可以在中壓下成型，這種成型方法稱為熱壓成型。5.2.3型煤工藝及其關(guān)鍵問題5.2.3型煤工藝及其關(guān)鍵問題二、消費工藝的關(guān)鍵問題〔一〕物料混合的均勻性〔二〕物料計量的準(zhǔn)確性〔三〕水分的均勻性〔四〕成型后處置方式的合理性〔五〕型煤消費工藝的動態(tài)平衡

5.2.4型煤性能及影響型煤強度的要素一、型煤性能與原煤的性質(zhì)相比有一樣之處，如灰分，揮發(fā)分，固定碳，水分，活性等，除此之外，主要是：

〔一〕型煤冷強度

〔二〕型煤熱態(tài)強度

二、影響型煤強度的要素〔一〕不同的成型方法〔二〕原料煤的性質(zhì)〔三〕粘結(jié)劑的種類與添加量〔四〕煤料的粒度及組成〔五〕成型條件〔六〕型煤的外形與大小及其他外部條件等。

5.2.4型煤性能及影響型煤強度的要素前往〔一〕物料混合的均勻性混合設(shè)備的混合效果直接影響物料混合的均勻性，最終影響型煤的質(zhì)量?；旌蠙C方式可以分為立式和臥式兩種，它們在任務(wù)原理和混合效果上各有特點。臥式攪拌機的混合功能很好，適宜物料的初步混合，特殊的螺旋葉片也有一定的捏協(xié)作用；立式攪拌機的物料捏協(xié)作用好，適宜物料的后序混合。另外，立式攪拌的時間較長，普通在6-8分鐘之間，而臥式攪拌普通為2分鐘。在工藝布置上，可用兩臺臥式攪拌機和一臺立式攪拌機，使加粘結(jié)劑的粉煤有10分鐘的攪拌時間，物料得到充分混合。在設(shè)備的選擇上，臥式攪拌機選用斷開螺旋的雙軸攪拌機，兼混合和捏合兩種功能，立式攪拌機采多軸敞開螺旋攪拌，捏合效果比單軸和雙軸的更好。另外，在消費過程中，建立混合均勻度的定期檢測制度，了解因葉片磨損和其它條件動搖引起的變化，以便做出及時調(diào)整。前往〔二〕物料計量的準(zhǔn)確性物料的準(zhǔn)確計量主要在于計量方式和計量器選擇，對于不同原料采用不同方式進展計量。原料煤的給料計量方式分體積定量和分量定量兩種。體積定量機械有箱式給料機、圓盤給料機和皮帶給料機等；分量定量機械有核子稱和電子稱等。在以往的工藝中計量只采用其中的一種計量方法，當(dāng)物料在粒度、水份等條件變化時，計量的動搖大，靈敏性差，調(diào)理不方便。根據(jù)我們的閱歷，對于粉煤計量用皮帶給料機與電子稱相結(jié)合能到達(dá)較稱心的效果。皮帶給料機給料后設(shè)置電子稱，物料分量變化信號反響至皮帶給料機，經(jīng)過調(diào)理帶速和押門高度可以實現(xiàn)平衡給料。固體粘結(jié)劑普通是細(xì)粉的干粉，用園盤給料機計量非常方便準(zhǔn)確，關(guān)鍵是處理倉內(nèi)物料的打拱。液體粘結(jié)劑可采用計量泵準(zhǔn)確計量，也可以采用法門體積定量，同時留意給料的分散性。對易產(chǎn)生堵塞的粘結(jié)劑，應(yīng)設(shè)置定期沖洗安裝。前往(三)水分的均勻性粉煤水份的均勻化,通常采用中間堆倉陳化的方法處理。粉煤經(jīng)過陳化，顆粒內(nèi)部及顆粒之間的水份相互浸透，毛細(xì)管充分吸附水份，把物料中的空氣盡量擠出，利用粘結(jié)劑與煤粒外表接觸，使物料的彈性降低，可塑性提高。中間堆倉的大小，取決于陳化時間，陳化時間因不同煤種有所不同，要經(jīng)過實驗來確定。中間堆倉喂料機的取料程序?qū)磪^(qū)劃分，根據(jù)進料的先后次序進展編制。前往(四)成型后處置方式的合理性合理的后處置方式工藝選擇關(guān)系到型煤的質(zhì)量和投資預(yù)算。目前在工藝上看后處置方式分三種：養(yǎng)護，烘干和直接運用濕的型煤。采用料倉養(yǎng)護，產(chǎn)品的養(yǎng)護系統(tǒng)設(shè)計要根據(jù)工藝的要求和成型后型煤的初始性能(如初始抗壓強度、跌落強度、水份含量、型煤尺寸和外形等)來確定；烘干系統(tǒng)的設(shè)計和設(shè)備方式能否合理，直接影響枯燥費用和枯燥效果，對熱源的提供，通風(fēng)量，入窯氣溫度等能量分析參數(shù)要進展詳細(xì)的計算；直接運用濕型煤利弊皆有，一方面節(jié)省投資，另一方面會呵斥氣化爐能耗添加。外銷為主的型煤廠，型煤的裝車方式多種多樣，比較適用的方法是采用可挪動皮帶和裝袋，應(yīng)根據(jù)實踐情況進展設(shè)計。前往〔五〕型煤消費工藝的動態(tài)平衡設(shè)備的配套選型是處理動態(tài)平衡所必需思索的問題，如皮帶的寬度、帶速等，應(yīng)與設(shè)備處置才干匹配；，貯倉內(nèi)物料量該當(dāng)有一定的可變范圍，以緩沖各種要素呵斥的物料量的動搖，例如消費過程的返料使動態(tài)平衡變得很復(fù)雜。為了平衡消費，合理把握設(shè)備的操作負(fù)荷是非常重要的。如某原料緩沖倉或定量給料機，只需在往里參與到一定物料之后，才干往外保送物料。因此，該當(dāng)經(jīng)過計算機模擬物料在各工序的平均停留時間，并能做到物料量的及時調(diào)整，來維持物料動態(tài)平衡。前往原煤堆場定量粉碎原煤堆棚定量臥式攪拌中間堆存液粘制備立式攪拌運用堆放后處置成型緩沖定量定量儲槽固粘制備定量儲存除塵前往〔一〕型煤冷強度型煤的冷態(tài)強度〔意義〕主要包括抗碎力型煤的抗碎力是指在強度測定儀上受壓時，型煤破碎前所能接受的最大壓力，普通以N／球來表示落球?qū)嶒災(zāi)康乃^落球?qū)嶒?，是指取一定?shù)量的煤球(如20個或1kg)試樣，裝入活底箱內(nèi)，在離地面2m高處翻開箱底，讓箱內(nèi)的煤球自在跌落到12mm厚的鋼板上，并如此反復(fù)跌落3次，然后用25mm的篩子進展篩分，將＞25mm部分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)作為煤球的落球?qū)嶒災(zāi)康?。耐磨性取煤球試樣，放入?nèi)焊3條角鋼的臥式圓筒型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓以25r／min的速度轉(zhuǎn)動4min后，用25mm的篩子進展篩分，將＞25mm部分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)作為煤球的耐磨性目的前往(二)型煤的熱態(tài)強度型煤的熱態(tài)強度〔意義〕主要包括熱穩(wěn)定性取lkg煤球試樣，放入一個帶蓋的鐵盒中。然后，將鐵盒放入850℃的馬弗爐內(nèi)堅持15min，取出冷卻后，用13mm和1mm的套篩來回篩30次，再分別稱量篩出的三部分的質(zhì)量。將＞13mm部分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)作為煤球的熱穩(wěn)定性目的，并將＜1mm部分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)作為煤球熱穩(wěn)定性的輔助目的。熱態(tài)抗碎力取12個煤球試樣，放入一個帶蓋的鐵盒中。再將鐵盒放入850℃的馬弗爐內(nèi)堅持30min(鐵盒剛放入時，馬弗爐內(nèi)的溫度要降，因此時間應(yīng)從爐溫上升到850℃時算起)。然后，取出鐵盒，并用鐵鉗將燒紅的煤球逐個在壓力機上做抗碎力測定，去掉一個最大值和一個最小值，然后以剩下10個煤球的平均值作為煤球的熱態(tài)抗碎力目的。前往(一)不同的成型方法型煤的機械強度在很大程度上取決于成型方法。普通說來，熱壓工藝所得型煤的冷、熱態(tài)強度最好，石灰碳化煤球、粘土煤球及粘土一紙漿廢液煤球次之，清水濕煤棒最差。同一原料煤經(jīng)過不同的成型方法消費出型煤的機械強度比較見表

煤球種類

抗碎力(N/球)落球試驗指標(biāo)＞25mm粘土一腐植酸煤球

石灰碳化煤球

粘土煤球

清水濕煤棒

＞588490-638490-58898-19655-7060-75

50-65-前往(二)原料煤的性質(zhì)成型方法確定以后，原料煤的性質(zhì)(如蛻變程度、粘結(jié)性、水分等)是影響型煤強度的非常重要的要素。煤的蛻變程度當(dāng)采用無粘結(jié)劑高壓成型時，以選用蛻變程度低、構(gòu)造松散、容易粉化、水分較高的年輕褐煤，或是經(jīng)過風(fēng)化且含有部分粘結(jié)性較強的粘土的無煙煤為宜?？傊?，硬度小、彈性小、塑性強、粘結(jié)性好的原料煤消費出的型煤普通強度較高。煤的粘結(jié)性熱壓型煤是利用煙煤在快速加熱過程中產(chǎn)生的具有一定粘結(jié)性的膠質(zhì)體而使粉煤成型。

煤的水分當(dāng)采用紙漿廢液、腐植酸、石灰、粘土等親水性粘結(jié)劑時，對成型水分均有一定要求。這里的成型水分是指原料煤中的水分與粘結(jié)劑中的水分之和。適量的成型水分可以起到潤濕和光滑煤料、減少內(nèi)摩擦以及使粘結(jié)劑可以均勻地分布于煤粒外表的作用。各種型煤的適宜成型水分見表

煤球種類

適宜的成型水分／％

瀝青煤球

紙漿廢液煤球或腐植酸煤球

無粘結(jié)劑年輕褐煤高壓成型

風(fēng)化無煙煤清水濕煤棒

石灰碳化煤球或粘土煤球2-410-1412-1815-1818-20前往(三)粘結(jié)劑種類與添加量粘結(jié)劑在粉煤成型過程中起著非常重要的作用。不同的粘結(jié)劑對同一種原料煤具有不同的粘結(jié)效果，同一種粘結(jié)劑對不同的原料煤也具有不同的粘結(jié)效果。在曾經(jīng)選用適宜的粘結(jié)劑以后，確定適宜的粘結(jié)劑添加量也是至關(guān)重要的。前往1.粘結(jié)劑種類：有機粘結(jié)劑有機粘結(jié)劑主要有焦油、瀝青、淀粉、腐植酸鹽、木質(zhì)素磺酸鈉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚氨酯等無機粘結(jié)劑主要有石灰、粘土(包括黃土、紅土、白泥、瓷土、膨潤土、高嶺土等)、水玻璃、石膏、水泥等。復(fù)合粘結(jié)劑主要有粘土一紙漿廢液、粘土一腐植酸、粘土一瀝青、淀粉一膨潤土、水泥一木質(zhì)素磺酸鈉等。粘結(jié)劑用量從實際上看，粘結(jié)劑用量適中那么成型煤的強度最好。適量的粘結(jié)劑可以分散到煤粒外表形膠體薄膜，消除了某些粘結(jié)效果不良的景象，使型煤的強度提高，當(dāng)完好的薄膜構(gòu)成以后，過量的粘結(jié)劑只能添加煤粘外圍膠體薄膜的厚度，甚至成為煤粒密集的空間妨礙，從而使型煤的強度下降。煤的性質(zhì)，粒度，成型工藝條件與粘結(jié)劑本身的粘度等，均影響粘結(jié)劑的用量。假設(shè)煤外表粗糙，氣孔率高，吸附才干強，那么要耗費較多的粘結(jié)劑；前面講過，煤粒愈細(xì)那么外表積越大，用于包裹每個煤粒外表的粘結(jié)劑用量就要添加；成型的工藝條件，如粘結(jié)劑與煤混合的均勻程度，成型壓力等與粘結(jié)劑，適宜用量也有一定的關(guān)系，成型前必需保證粘結(jié)劑均勻分布于煤粒外表，成型壓力的增大在一定程度上可以補償粘結(jié)劑用量的缺乏。前往(四)煤料的粒度及組成在粉煤成型過程中，較小的煤料粒度普通有助于煤粒間的嚴(yán)密接觸，從而可以提高型煤強度，見表煤料的粒度組成／％煤球強度＜3mm＜1mm抗碎力／N·球落球試驗(＞25mm)／％98．9392．1586．8483．1896168474．4469．78但是，假設(shè)要求煤料的粒度過細(xì)，那么會添加煤料破碎時的動力耗費和成型時的粘結(jié)劑用量，經(jīng)濟上并不一定合理。普通以為，將煤料粒度控制在＜3mm、且＜1mm部分占70％一90％是比較適宜的。合理的煤料粒度組成可以提高物料的填充密度，從而可以使煤粒之間相互接觸得更為嚴(yán)密。研討闡明，煤料的粒度組成普通以粗粒(＞427μm)、細(xì)粒(125-427μm)及微粒(＜125μm)三者之比為3：1：1為宜。在最正確粒度組成情況下，物料較小的比外表和較小的空隙，粘結(jié)劑用量最小。前往(五)成型條件在型煤消費過程中，各種成型條件(如成型壓力、成型溫度、成型模具以及生球處置等)都將不同程度地影響型煤的機械強度。成型壓力在采用粘結(jié)劑成型時，普通成型壓力都不太大，由于煤料顆粒在有粘結(jié)劑存在的條件下比較容易粘結(jié)在一同，且也容易壓得緊密。當(dāng)然，隨著成型壓力的提高，型煤強度也會有所提高，但當(dāng)成型壓力提高到一定程度以后，型煤強度的提高就不再明顯了。采用粘結(jié)劑成型時，成型壓力普通選為1961—3432N/cm2。

成型溫度控制適宜的成型溫度有利于提高型煤的機械強度。當(dāng)以紙漿廢液和腐植酸為粘結(jié)劑時，成型溫度普通控制在60—80℃。由于在此溫度范圍內(nèi)，可以添加粘結(jié)劑的流動性，使粘結(jié)劑充分覆蓋于煤粒外表，并構(gòu)成延續(xù)而均勻的薄膜，從而有助于煤料顆粒間的相互粘結(jié)，使預(yù)備好的成型物料具有較好的可塑性，并易于壓實和脫模。在較高溫度下成型后的自然降溫過程中，型煤外表的水分蒸發(fā)較快，可以提高濕型煤的機械強度。成型模具壓制煤球的對輥成球機，在壓輥上陳列著一排排具有一定形狀的球碗，能否壓制出質(zhì)量較好的煤球，上、下兩個壓輥上的球碗能否可以較好重合極為關(guān)鍵。壓輥上的球碗開場接觸時，上、下球碗的前邊緣相接，而后部那么以最大的開度張開，隨著壓輥的轉(zhuǎn)動，上、下球碗逐漸閉合，并將送入的煤料咬進球碗內(nèi)，然后靠容積作用而壓制成球。假設(shè)上、下壓輥上的球碗閉合之后不產(chǎn)生錯模，那么球碗內(nèi)會充溢煤料，受力也比較均勻，煤球壓制得致密，強度較高；反之，假設(shè)上、下壓輥上的球碗閉合之后產(chǎn)生錯模，那么球碗內(nèi)充料不勻，受力也不均，煤球強度也會隨之明顯降低。前往生球處置經(jīng)對輥成球機壓制出的煤球，普通均為生球。此時，煤球的強