洁净煤技术2(08)

第三章型煤本章主要讲述型煤的概念、种类；型煤粘结剂；民用型煤和工业型煤在我国的应用情况及特点。要求掌握型煤常用的粘结剂；熟悉型煤的工艺；了解型煤的分类。第三章型煤•第一节型煤种类•型煤是用机械方法，将粉煤制成具有一定强度和形状的煤制品。型煤按用途可分为两大类：民用型煤和工业型煤。•蜂窝煤是民用型煤的主要品种。普通蜂窝煤以无烟煤为原料，上点火蜂窝煤以烟煤、褐煤、煤泥、劣质煤等多种资源为主要原料添加各种易燃物质加工而成。•工业型煤的形状有椭球形、笼形、中凹形、枕形、马赛克形、圆柱形、砖形等；按成型方式可分为辐压、冲压、挤压、圆盘造粒型煤；按生产工艺可分为冷压、热压成型、高压、低压成型及有无粘结剂成型。我国普遍采用加粘结剂、冷态、低压条件下辊压成型工艺,工业型煤大多为椭球形。第三章型煤•第二节型煤粘结剂•不同用途的型煤对粘结剂有一定的要求，型煤粘结剂通常应具备如下条件：•(1)粘结能力强、流动性好、在煤粒表面易扩散、分布均匀；•(2)能很好润湿煤表面也且增加粒子间的作用力；•(3)来源广、价廉、无污染；•(4)无机物含量低、尽量少增加型煤灰分、固硫效果好；•(5)制备工艺简单；•(6)使型煤具有抗湿防水性能。第三章型煤•国内外研究开发和应用的粘结剂达几百种,根据其基本性质可分为四大类。•（1）有机粘结剂:焦油、沥青、淀粉、腐植酸、本质素磺酸盐、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚氨酶等。•（2）无机粘结剂:粘土、膨润土、高岭土、石灰、水玻璃、石膏、水泥、氯化纳等。•（3）工业废物粘结剂:纸浆废液、制糖废液、制革废液、酿酒废液、糠隆渣、电石渣、血浆、生化污泥等。（4）复合粘结剂:粘土一纸浆废液、淀粉一膨润土、麦秸一石灰等上述2种或3种粘结剂的复合物。第三章型煤粘结剂的粘结能力决定型煤的抗碎强度；粘结剂的热性能对型煤的发热量、热态强度、灰熔融性与灰渣强度等有较大影响。有机粘结剂粘结能力强,本身具有一定的发热量，可提高型煤的冷态机械强度，对型煤的热性能作用不明显，其优点是不增加型煤灰分；无机粘结剂粘结能力不如有机粘结剂,本身没有发热量,但多数无机粘结剂来源广，价格低,制取的型煤热态强度高。国内蜂窝煤应用最广的粘结剂是石灰、粘土、煤泥类无机物，可保证足够的灰渣强度。上点火蜂窝煤的易燃层，烧烤炭，火锅炭，手炉煤球等采用淀粉类粘结剂，粘结性能强而无污染。第三章型煤•工业型煤的粘结剂,许多国家采用煤焦油和沥青,型煤强度高,防水性能好,但来源有限,价格高,且生产使用中对环境有污染；石灰碳化煤球早已在小合成氨厂推广应用,其后腐植酸煤球,纸浆废液煤球也得到应用。煤科总院北京煤化所开发出了钙系复合粘结剂和有机复合粘结剂等。•国外研究重点是直接从煤中提取粘结剂。国内开发重点是价廉、易得的工农业废弃物，已有多种系列粘结剂用于褐煤、烟煤、无烟煤成型。某些粘结剂生产的型煤还有脱硫和提高反应性的功能。第三章型煤第三节民用型煤我国民用型煤加工已有成熟技术,蜂窝煤成型机械制造厂已发展到200多家。以无烟煤为原料的普通蜂窝煤得到全面推广；以烟煤、褐煤为原料的上点火蜂窝煤消烟技术取得很大进展，已开发出多种粘结剂,如石灰、煤泥、电石渣、烟道灰等,改变了传统的黄土粘结剂，且有的粘结剂还可起到固硫作用。作为我国民用型煤主体的蜂窝煤,配以先进的炉具,热效率比烧散煤提高20%~45%,一般可节煤20%~30%,烟尘减少40%~60%,CO2减少80%；加固硫剂后SO2减少40%~60%,NOx减少55%,Bap减少90%,烟气黑度达到林格曼1/4级。节能、环保效益显著。第三章型煤我国民用型煤的普及率还很低。目前全国约85%的城镇居民和15%的农民以原(块)煤作为生活燃料,全国居民生活用煤年消耗量在2亿吨以上，目前民用型煤年产量在7000万吨以上，型煤普及率为30%强,发展潜力仍很大。因此必须开发和推广以烟煤、褐煤为原料的上点火蜂窝煤及配套炉具，但需解决成本较高的问题。第三章型煤第四节工业型煤一、工业型煤的种类1、造气型煤2、锅炉型煤生产分为集中成型和炉前成型。后者成型工艺简单，通常无需加粘结剂，不用烘干，使型煤生产成本大幅度降低,得到越来越多的用户欢迎。3、型焦及炼焦配用型煤4、工业型煤市场我国现有层燃工业锅炉数十万台，工业窑炉10余万台，年耗煤约4亿吨，蒸汽机车7千台，年耗煤约2500万吨；小型氮肥厂1306家，制气用无烟煤3500万吨，总计年耗煤约5亿吨。第三章型煤固定床气化炉需块状原料,块煤不足部分由型煤补充。工业锅炉、窑炉、蒸汽机车对原料煤粒度有一定要求,如直接用原煤散烧会造成严重的粉尘污染和能源浪费。如能充分利用粉煤资源,生产型煤用于燃烧,市场前景相当广阔。•二、工业型煤的特点•工业锅炉与民用炉具有本质上的区别,一台工业锅炉所消耗的煤量是一台民用炉具燃煤量的几千甚至上万倍。如果还按照民用型煤的制作方式,由型煤厂生产型煤,然后分送到各用户,势必造成型煤制造厂的规模庞大,一方面需要大量的投资；另一方面需要大量的粘结剂以保证在运输过程中型煤不大量破碎。•过去在工业型煤试制过程中曾经采用过的粘结剂有两大类：一类是憎水性粘结剂,如各种沥青,气化焦油,焦油渣等；另一类是亲水性粘结剂,如纸浆废液,腐植酸盐,糠醒渣废液,电石渣和粘土等。第三章型煤由于型煤制作量和制作成本的关系,制作民用型煤大都用粘土作为粘结剂,但作为工业锅炉燃用的型煤,如果也采用粘土作为粘结剂就会出现增加型煤的灰分、运输量增大、锅炉热效率降低、成本有所增加的弊病；而采用其它种类的粘结剂,也存在着可利用的数量有限,或者加工成本提高较大造成节能不节钱而不受用户欢迎的被动局面。因此,要使工业锅炉能普遍使用型煤,节约能源,就必须完全抛弃原有型煤的制作模式,采用无粘结剂,不经运输,直接入炉的炉前成型模式,也叫自成型模式。所谓自成型就是指利用煤本身的水份，经过挤压成型而不需要任何粘结剂的一种强度较低的型煤制作工艺,其型煤的成型力主要是依靠毛细水分的粘附力和不规则煤粒之间的相互联结。第三章型煤三、工业型煤的应用型煤在工业锅炉中试验和应用的情况表明：工业锅炉燃用型煤有如下的优点：（1）型煤尺寸均一,孔隙率高,能强化燃烧,灰渣含碳量明显减少。（2）型煤有较好的热变形特性,确保型煤能完全烧透。（3）型煤燃烧时,飞灰和漏煤量大为减少,能消烟除尘,减轻污染人节约能源。（4）型煤可以有较合适的焦渣特性,以满足层燃的要求。（5）型煤可以获得较高的灰熔融性。第三章型煤•（6）使用型煤可以降低炉内空气过剩系数,减少床层通风阻力,降低风机功耗,减少排烟损失,提高锅炉效率。•型煤如在成型前加入石灰石粉或电石渣等脱硫剂,还可以降低烟气中SO2的排放量。也可以加入一定量的助燃剂,有助于在层燃炉中燃用劣质煤。•此外,自成型型煤不仅仅局限于在工业锅炉中应用,还可以广泛地适用于层燃方式的各种工业炉窑、蒸汽机车等场合。因此，研究并推广使用自成型型煤是当前工业锅炉，工业炉窑节能的一项重要措施，有十分广阔的前景。第三章型煤•第五节型煤生产工艺•目前，普遍使用的粉煤成型方法主要有无粘结剂冷压成型、有粘结剂冷压成型及热压成型三种。•一、无粘结剂冷压成型•即粉煤不加粘结剂，只靠外力作用而成型。许多国家已广泛采用这种方法来制造泥煤、褐煤型煤，作为家庭燃料或工业燃料。对于烟煤和无烟煤，由于煤化度高，其粉煤的无粘结剂成型较为困难。粉煤无粘结剂成型不需要添加任何粘结剂，不但节约大量原材料，相应地保持型煤的碳含量，而且简化成型工艺等，是粉煤成型的一个重要发展方向。第三章型煤•1、年轻褐煤无粘结剂成型•根据煤化度的高低，褐煤可分为3类，其中最为年轻的褐煤结构疏松，容易粉化，刚刚开采出来时的水分含量高达45％以上，热值很低，因而工业价值也低。为充分利用褐煤资源，将其制成型煤，以改善煤质，提高使用价值。年轻褐煤制取燃料型煤的主要工艺流程如下：原料煤破碎筛分干燥冷却压制冷却成型第三章型煤•2、烟煤无烟煤无粘结剂成型•烟煤、无烟煤无粘结剂成型被认为是有一定困难的。随着煤化度的增高，煤中的氢含量逐渐减少、碳含量逐渐增加的同时，煤的胶团结构越来越大，排列更加整齐，煤的硬度、弹性越来越高，塑性越来越低。因此，成型性能越来越差。•烟煤、无烟煤无粘结剂成型在克服煤的硬度大、弹性高所造成的成型困难方面主要采用强制高压和改善成型的方式。•使用强制高压方法的实质就是破坏煤粒弹性，消除它对成型的不利影响。由于该方法成型压力高，成型机结构复杂，动力消耗大，材质要求高，生产能力较低，因而生产成本较高，工业上很难广泛采用。第三章型煤•在型煤压制方式上做必要的改进，可以在一定程度上克服煤粒弹性的影响，增加塑性变形，达到成型的目的。粉煤在承受较高压力下，煤粒彼此紧密接触后，使煤粒扭动。煤粒的表面积就会发生适当的剪切变形，这样煤粉内部的“架桥”就会被破坏，内摩擦减小，从而使煤粒进一步接近。同时由于剪切能增加煤粒的塑性变形，这种塑性变形产生于煤粒表面上，这样就有利于粘结。•对于某些质软的烟煤、无烟煤的粉煤无粘结剂成型并不困难，也不需要特殊的成型方式即可直接成型。第三章型煤•3、清水湿煤棒•清水湿煤棒的生产流程图见下图。•原料煤经筛分，得到10mm以下的粉煤加水混合均匀，物料水分控制在15％～18％范围内，送入螺旋挤压机中挤压成型。•煤质较软的煤种或者风化后的煤塑性强，成型后可得到质量较好的清水湿煤棒。原料煤筛分加水混合挤压成型清水湿煤棒第三章型煤•二、粉煤有粘结剂冷压成型•尽管有粘结剂成型的工艺流程很多，但这种类型的型煤生产过程必须包括成型原料的制备、成型和生球固结三个程序。其简要的生产流程如下•成型原料制备包括干燥、破碎、配料、混合4个主要环节。原料煤与粘结剂成型原料制备成型生球固结成品第三章型煤•采用疏水性有机粘结剂成型时，原料煤的水分含量大于4％时，就不能正常粘结，因此，需把原料煤的水分干燥至4％以下；采用亲水性有机粘结剂或水溶性无机粘结剂时，一般成型水分控制在8％～10％之间。一般采用的粒度在0～3mm。•刚从成型机出来的型煤强度很低，不能直接应用，这时型煤里的煤粒暂时被粘结在一起，水分含量较高。为了保证粘结剂能成为骨架，使煤粒之间能牢固地粘结，生球固结就成为不可缺少的一个环节。•采用的粘结剂不同，因而有不同的生球固结方法。以石灰为粘结剂的石灰炭化型煤，生球固结采用碳化方式。以水泥为粘结剂的型煤，生球固结采取养护方式。以亲水性有机物、水溶性无机物以及不溶性无机物为粘结剂的型煤，型煤固结一般采用干燥的方式。第三章型煤•三、粉煤热压成型•煤加热到一定温度时就会发生热解，一般而言，温度在340～500℃时，就有气体和液体产生，同时形成胶质体，煤逐渐软化熔融，但随着加热温度的提高，热分解进一步加剧，软化了的煤便逐渐固化。利用煤在加热过程中产生的胶质体作为粘结剂将煤制成型煤。热压成型工艺按加热的方式可分为气体热载体快速加热热压成型工艺和固体热载体快速加热热压成型工艺两大类。•1、气体热载体快速加热热压成型工艺•该工艺主要由煤的干燥预热、快速加热后维持温度以及热压成型3个工序组成。第三章型煤干燥预热快速加热分离维持温度成型冷却洗涤烟泵燃烧炉涤煤空气煤气第三章型煤•2、固体热载体快速加热热压成型工艺•这种工艺主要由固体热载体加热；烟煤的预热、混合及维持温度；热压成型3个工序组成。固体热载体加热设备料仓混合维持温度成型烟煤预热器分离煤仓分离及排烟回收燃烧炉无烟煤烟煤煤气空气放空第三章型煤•该工艺特点：由于采用两种煤粉通过在混料机内混合达到快速加热的目的，烟煤热分解的产物可单独回收利用；热效率高；调节加热温度方便。缺点是不能使用单一煤种的热压成型。第四章水煤浆技术本章主要讲述水煤浆的概念、产生及发展；煤的成浆性；水煤浆的制浆工艺及添加剂；水煤浆在贵州省的应用。要求掌握煤的成浆性及制备技术；熟悉水煤浆添加剂。了解水煤浆的产生及发展、水煤浆管道输送和水煤浆在贵州的应用。第四章水煤浆技术第一节水煤浆的产生及发展1、水煤浆的产生水煤浆（CWM)是70年代兴起的以代油为目标的新型燃料，它是把洗选后的低灰分精煤加工研磨成微细煤粉，按煤约70%，