3 第三章 - 型煤 - 洁净煤技术

（二）常用粘结剂
1、沥青类粘结剂 （1）煤焦油沥青 优点：与煤的组成结构相似，黏结性好，型煤机械强度 高，防水性能好。发热量高，灰分低。
缺点：产量低，污染大。
（2）石油焦油沥青 优点：比煤焦油沥青的塑性好，发烟少。
缺点：含硫高；型煤达到冷态抗压强度所需时间长，燃
烧时易破碎。 2、纸浆废液
原料广，以废治废保护环境。
三、热压成型工艺
定义：将具有一定黏结性的单种煤或配合煤快速加热至胶质 状态下加压成型的工艺。 热压型煤经炭化处理得机械强度高的型焦。 1、成型原理：利用煤热解（300～450℃）时产生的 胶质体所具有的粘结性，将煤热压粘结成型。 2、成型工艺：（四个阶段） （1）快速加热：几秒内加热至塑性温度400～480 ℃，形 成胶质状态。 （2）维温分解：在塑性温度时维持数分钟，煤粒充分形 成胶质状态，同时挥发物进一步析出，防止型煤开裂。 （3）加压成型： （4）型煤冷却：隔绝空气冷却。
的型块能维持一定形状，但易碎。
3、成型：压力增大到足以使粒子开始变形。 系统稳定性接近于天然块状物。 4、压溃：继续增加外力，不坚固的粒子遭到破坏，系统稳定 性减少，型煤的机械强度也将降低。 工业生产型煤时，应在这阶段以前结束。 5、反弹：去掉外力后，压缩到最大限度的物料反弹，使型块
体积稍有增大，系统稳定性也随之降低。
二、添加剂 1、固硫剂：石灰和电石渣
CaO+SO2=CaSO3 2、助燃剂： 增加燃烧速度、提高燃烧效率，降低灰渣含碳量 Ba(NO3)2,KNO3,NaNO3,KClO4,铝镁粉，KMnO4,MgF2， 缩甲基纤维素（CMC）等。 3、防水剂 ：便于露天堆放
第六节 型煤生产工艺
生产工艺包括：原料准备、计量、混和、搅拌、成 型、干燥、后处理等环节。 合理的生产工艺要具备以下要素 ： 1、物料混合要充分、均匀； 2、配料计量要准确；（电子秤、核子秤） 3、水分要均匀：中间堆仓陈化方法 4、后处理方式要合理 ：养护、烘干、直接使用湿 的型煤 5、设备的配套选型要合理。
2、纸浆废液—粘土粘结剂型煤工艺
用酸性纸浆废液压制 的煤球，其热稳定性 和热态强度均较差。 为弥补这一缺点，常 在纸浆废液中掺加 7%-10%的粘土作粘 结剂。
3、石灰碳酸化型煤工艺
成型环节： ⑴石灰消化: CaO+H2O=Ca(OH)2 ⑵成型: 对辊成型机 ⑶碳酸化:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
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。
2、粘结剂成型机理 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 。
3、黏土 影响型煤的结渣性、灰熔点。 必须与水结合才能发挥作用。 要有适当的掺配比例和合理的含水量。 4、淀粉 优点：黏结性大，用量少，型煤强度大。 缺点：缺乏成焦组分、价格高、防水性差。 5、腐植酸 型煤热强度好，防水性能差。 6、水泥 用量、水分、成型压力及生球的养护方式影响型煤强度； 7、石灰 变成碳酸钙，提高型煤的强度
（2）腐植酸假说：褐煤中含有游离腐植酸（胶体）将煤粘结成 型。
（3）毛细管假说：褐煤中存在大量充满水的毛细管。毛细管破 裂后水分使煤粒间的分子聚集力提高，使型煤有足够强度。 （4）胶体假说 ：褐煤由许多极小的胶质腐植颗粒构成，成型时 胶粒密集而产生聚集力，形成具有一定强度的型煤。 13
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。
因此，成型压力不宜过大，成型过程不应发展到第四 阶段（压溃）。
物料压制曲线示意图 成型过程示意图
二、成型机理
1、无粘结剂成型机理 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。 煤中的黏结性物质一般是沥青质、腐殖酸、胶体物质或黏土。 褐煤无粘结剂成型机理假说 （1）沥青假说 ：褐煤中的沥青质是煤粘结成型的主要物质。
（6）热强度
试样放入马弗炉在一定的温度下保持一定时间，然后把烧红的 样球逐个在压力机上做抗压强度试验。
二、 民用型煤（蜂窝煤）的质量要求
1、热值：6000～20000kJ/kg; 2、冷压强度：7MPa; 3、具有一定的热强度和灰强度； 4、无烟、燃烧速度快。
第五节
粘结剂、添加剂
一、粘结剂
型煤加工过程中加入粘结剂成型主要是增加煤粒间 的内聚力和增大物料的塑性。 液体粘结剂：使煤粒以水膜或油膜团聚，供给煤粒间 液体搭桥。 固体颗粒粘结剂：为煤粒间固体搭桥提供大量坚固的 机械骨架。 石灰：粘结剂、固硫剂
第三章 型煤

主要内容：
①
概述
②
③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
型煤的分类
成型的基本原理
型煤的质量指标与检测
粘结剂、添加剂
型煤生产工艺
型煤的后处理
型煤机械
第一节
概述
型煤的概念
型煤是一种或多种性质不同的煤炭按着本身特性经科学配比
掺混一定比例的添加剂(黏合剂) 、固硫剂、膨松剂等，使其 发热量、挥发份、固硫率等技术指标达到预定的数值，经过 粉碎、混配成型等工艺过程加工成具有一定几何形状和冷热 强度并有良好燃烧和环保效果的固态工业燃料。
防水（防潮）性能—吸水（吸潮）后的抗压强度 （4）防水性能
将试样在常温水中浸泡，按规定时间取出，立即测定抗压强度 和烘干后的抗压强度，以抗压强度的下降值表示防水性能。
（5）防潮强度
将试样在恒定的温度和温度下放置一定时间，取出测定抗压强 度和烘干后的抗压强度，以抗压强度的下降值表示防潮性能。
热强度—热态下的抗压强度；
（一）粘结剂分类（化学分类） 有机粘结剂 无机粘结剂 复合粘结剂
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
疏水性： 不溶性 焦油沥青 石灰 石油沥青 水泥 木焦油沥青 粘土 亲水性： 水溶性 淀粉 水玻璃 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
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民用型煤 煤球、蜂窝煤、易燃蜂窝煤、取暖煤球、烧 烤炭、火锅炭等。 上点火蜂窝煤——改变了传统的下燃方式，可 用烟煤做原料生产，无烟燃烧。
工业型煤
1、锅炉型煤 原料：烟煤、煤泥、焦末、无烟煤和黏结剂。 锅炉燃烧对型煤的质量要求： (1)型煤大小均一，孔隙率高，能强化燃烧，降低灰渣中的碳 含量。 (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，飞灰和漏煤大为减少，能消烟除尘，减轻污 染，节约能源。 (4)型煤可以有较佳的焦渣特性，以满足层燃的要求。 (5)型煤可以获得较高的灰熔点，不结渣。 (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。 (7) 加入脱硫剂的型煤燃烧时可以降低烟气中的SO2的排放量， 减少对大气的污染。
粉煤成型的意义 ：
（1）可以改造煤炭原来的性质，克服天然煤存在的缺陷，采 用特殊的工艺，使型煤具有优良特性，从而满足不同用途的需 要。 （2）能够更加合理的、充分的利用煤炭资源。
主要表现：
1) 满足工业对块状燃料的需要； 2) 合理利用劣质燃料； 3) 把低效原煤转化为高效能源，节煤环保； 4) 把非清洁燃烧的原煤转化为清洁燃料； 5) 投资少，成本低，切实可行。
2、造气型煤——反应活性增强、H2的产率增加、
灰渣含碳率降低、造气效果好、 成本低。 3、型焦
与普通焦相比：

型焦拓宽了用煤资源
与焦炭的规格尺寸不同且可调整
投资、生产成本低 生产中排放的污染物低，且易于控制和回收处理 。
第三节
一、成型过程
成型的基本原理
1、装料：合格物料进入压模后，处于自然松散状态。 系统不稳定，在外力作用下易变形。 2、压密：外力压缩不稳定系统，物料所占体积减小。 粒子间能最大限度密集，但粒子不发生变形，形成
产品：造气原料 优点：来源广、价格低，产品防雨、机械 强度高，孔隙率大、反应活性好 缺点：石灰加入量过大，固定碳降低太多
二、无粘结剂冷压成型工艺
1、年轻褐煤的无粘结剂冷压成型 原料粒度：6（3）-0mm。 干燥方式：蒸汽为热源间接加热干燥； 产品水分：动力或气化时12％～18％；炼焦时8％～10％ 2、风化无烟煤的无粘结剂成型——清水湿煤棒 （1）原料：风化无烟煤（含腐殖酸和粘土） （2）成型机：螺旋挤压机 （3）产品形状：棒状（清水湿煤棒）
6、成型压力作用时间
作用时间越长，型煤的强度有不同程度的增加。
压力与型煤强度的关系
第四节
型煤的质量指标与检测
一、工业型煤的质量要求 质量指标:水分、灰分、挥发分、全硫、发热量、反应活性、 灰熔性、气孔率、热稳定性、机械强度、转鼓强度、防水性能、 防潮性能、热强度等。 机械强度—抗压强度、落下强度、转鼓强度； （1）抗压强度 在压力机上对试样匀速加压，以压溃时的压力指示表示。 （2）落下强度 试样按规定落下高度和落下次数在规定厚度的钢板上，从落下 试样中筛出>13mm碎块，占原始煤样的质量百分数。 （3）转鼓强度 试样在转鼓内按规定的旋转速度和转数转动，然后从试样中筛 出>13mm碎块，占原始煤样的质量百分数。
型煤技术的国内外发展概况
（1）19世纪末，英、法等制成对辊式成型机，开始用机械生产民用型 煤。日本开发了能单个燃烧的蜂窝煤。 （2）20世纪初，德国用褐煤型煤作锅炉燃料。 （3）中国的型煤技术开发分为三代 第一代为粉煤加粘结剂成型，替代块煤燃烧； 第二代是在成型过程中，单项改变煤质，提高煤的使用性能；
第三代是对原料煤进行多项改质，实现清洁、高效燃烧。
目前中国的型煤技术除能“固硫”，“清洁”、“高效”、“快速点 燃”、“型煤代焦”等外，并已达到可以控制型煤的燃烧性能，如控制 燃烧温度、速度等，以及改善型煤的结渣性、结焦性，反应活性、热稳 定性等特性。
第二节
型煤的分类
按成型工艺分类
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按型煤的用途分类
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。
三、影响成型的工艺因素
1、物料的成型特性 塑性高、弹性低的煤，成型效果好；反之成型效果差。 2、成型压力 成型压力小于压溃力时，
型煤的机械强度随成型
压力的提高而增加；压
力到一定高度，型煤强
度降低。
型煤强度与成型压力的关系
3、物料水分 ： 润滑作用：粉煤成型过程中加入适量水分，能在颗粒表面形成 薄膜，起到滑润作用，降低磨擦阻力，有利于成型。 致密作用：（1）水分渗透到物料间的微小孔隙中，作为载体将 微小的颗粒带入所渗透的孔隙中，使孔隙率降低而致密； （2）水分在颗粒表面形成一层水膜，水膜会变厚、变薄， 引起物料的膨胀和收缩，收缩时能使颗粒靠拢而致密。 导热作用：水能吸收物粒颗粒因磨擦而产生的热量，并随水分 活动而扩散，将热量传递到低温区，故水在成型过程中能抑 制升温。 对无机粘结剂有促进作用：亲水性粘结剂成型时，水分预先润 湿粒子表面，在粘结剂与颗粒之间起过渡作用。而对憎水性 粘结剂，水分会降低粘结力，原料的水分应在4%以下，否则 粘结剂用量增加。
成型过程有一个最佳水分值。水分过多，型煤强度降低， 干燥后会产生裂纹；水分过低，不易成型，成型时易产 生裂纹，强度下降。
成型压力与物料水分的关系
4、物料粒度 （1）煤的粒度分布达到最大堆积密度和最小的空隙； （2）合理的粒度组成可避免浪费动力； （3）粒度要求满足型煤用性能。
5、粘结剂用量 粘结剂用量适中成型煤 的强度最好。 煤的性质、粒度、成型 工艺条件与粘结剂本身 的粘度等，均影响粘结 剂的用量。 沥青含量与抗压强度的关系
一、粘结剂冷压成型工艺 1、沥青类粘结剂冷压成型
（1）工艺分类：沥青固态加入法、沥青液态加入法. （2）产品性能： ①型煤的反应活性提高，即由原煤的25.3%提高到44.75% ； ②型煤有最佳的热变形特性，型煤燃烧时裂成花卉状， 增加燃烧面积，有利于煤充分燃烧，提高热效率减少污染； ③有最佳的燃烧比； ④提高了灰熔点和焦渣特性 ； ⑤进一步加工可制出机械强度更高的沥青型焦。 （3）产品用途：锅炉燃料、炼焦原料配煤