（工程热物理专业论文）型煤的成型、脱硫及着火燃烧的实验研究.pdf

带f i 】人i “坝l j 。位论义 捕监 摘要 随着国民经济的发展，对i , j k 锅炉高效、低污染燃烧的要求越来越高，而工 业锅炉燃用型煤具有良好的节能效益和环保效果，与直接燃烧原煤相比，锅炉热 效率有较大提高，而排烟含尘浓度则会大大降低，而且在型煤中添加固硫剂后， 固硫率也会有较大的提高。 本文，对型煤这种洁净能源的各个方面部进行了详细说明。文章首先介绍了 型煤成型的技术，包括型煤成型的原理，即无粘结剂成型和粘结剂成型原理，和 工业中应用的两种型煤成型工艺，即炉前成型工艺和集中成型工艺。然后又对现 有的型煤的脱硫技术进行比较详细的说明，并对影响型煤脱硫效果的各种因素进 行了分析。最后，文章着重介绍了作者在与课题组师生一起研究固硫添加剂的基 础_ j 二，对型煤着火燃烧进行的研究工作，并详细说明了影响型煤着火燃烧的各种 因素。 为了研究型煤的着火燃烧，作者在实验室搭建了自己的型煤燃烧实验台架， 并选取了几种有代表性的煤种压制成型，进行了型煤着火燃烧的实验。在大量实 验数据基础上，分析了型煤中各种成分( 如挥发份、水分) ，型煤不同成型压力， 型煤中添加固硫剂及助燃剂对型煤着火燃烧的影响。 最后，通过在现场工业试验中对比燃用型煤和散煤，通过对试验数据的分析， 说明锅炉在燃用型煤后，锅炉热效率有大约3 的提高，烟尘排放量大大降低，而 | 1 燃用型煤后锅炉固硫率也有大约5 5 。实践证明，型煤技术的确是一种具有较 好的节能、环保效益的洁狰煤技术。 关键词：型煤脱硫着火燃烧型煤成型 堑! ! 叁兰塑兰= ! ! 丝堕兰二型! ! ! 竺 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e o p m e n ti nd o m e s t i ce c o n o m y , h i g he f f i c i e n ta n d l o w p o l l u t i o nf u e l i sn e e d e di th a sg o o de n v i r o n m e n ta n de n e r g ys a v i n gp r o f i t sw h e nb u r n i n gb r i q u e t t e s i nt h ei n d u s t r yb o i l e r s c o m p a r e d w i t hb u r n i n gt h ec o n v e n t i o n a lr a wc o a l ，t h eb o i l e r h e a te f f i c i e n c yi n c r e a s e s ，t h ed u s tc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e sa n dt h ed e s u l f u r a t i o nr a t e i n c r e a s e sd r a m a t i c a l l ya f t e ra d d i n gs u l p h u r - f i x i n ga g e n ti nb r i q u e t t e s v a r i o u sf i e l d so ft e c h n o l o g ya b o u tb r i q u e t t e sa r ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i s i n d e t a i l f i r s t l y , i tp r e s e n t sb r i q u e t t e sm o l d i n gt e c h n o l o g y , i n c l u d ed i f f e r e n tm o l d i n g t h e o r y ( m o l d i n gw i t hb i n d e ra n dm o l d i n gw i t h o u tb i n d e oa n dm o l d i n gm e t h o d s ( f u r n a c e f r o n tm o l d i n g a n dc e n t r a l i z e d m o l d i n g ) s e c o n d l y , i n t h i st h e s i st h e d e s u l f u r a t i o nt e c h n o l o g ya p p l i e di nb r i q u e t t ec o m b u s t i o ni se x p l i c a t e da n dt h ef a c t o r s t h a ti n f l u e n c e dt h ed e s u l f u r a t i o nr a t ea r ea n a l y z e da sw e l l f i n a l l y , t h em e c h a n i s mo f b r i q u e t t ec o m b u s t i o ni si n t r o d u c e da n d t h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c e do nt h ec o m b u s t i o n o f b r i q u e t t ea r ea l s oa n a l y z e d i nt h i si nt h i st h e s i s i no r d e rt o s t u d yt h ec o m b u s t i o no fb r i q u e t t e s ，a ne x p e r i m e n t a le q u i p m e n ti s b u i l tu pi nt h el a b o r a t o r ya n das e r i o u so f e x p e r i m e n t sw i t hd i f f e r e n tk i n d so f c o a li s c a r r i e do u to nt h ep l a t f o r m t h r o u g ht h e s ee x p e r i m e n t s ，s o m ef a c t o r si n f l u e n c i n g i g n i t i o na n dc o m b u s t i o no fb r i q u e t t e sa r ea n a l y z e d ，s u c ha sc o a lp r o p e r t i e s ，d i f f e r e n t p r e s s u r eo nm o l d i n g a n dt h ea d d i t i v e si nb r i q u e t t e b a s e do nt h ei n d u s t r i a lt e s to f b r i q u e t t ec o m b u s t i o n ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e b o i l e re f f i c i e n c yi n c r e a s e sa b o u t3 a n dt h ed u s tc o n c e n t r a t i o no b v i o u s l yd e c r e a s e d i ta l s os h o w st h ed e s u l f u r a t i o nr a t ei n c r e a s ea b o u t5 5 c o m p a r e dw i t hb u r i n gt h e c o n v e n t i o n a lr a wc o a l t h e b r i q u e t t et e c h n o l o g yh a s b e n e f i tb o t hi n s a v i n ge n e r g ya n dr e d u c i n g p o l l u t i o n s oi ti sab e t t e rc l e a a ，c o a lc o m b u s t i o n j f k e y w o r d s ：b r i q u e t t e , i g n i t ! b n ，c o m b u s t i o n ， t e c h n o l o g y s u l p h u r - f i x e d ，b r i q u e t t em o l d i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得澎1 江盘鲎或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：一一襄衙 签字日期： 知c 丛年3 月j 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权丛姿盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：青冶 导师签名 签字日期：助0 3 年_ 弓月1 日 签字日期：年 月 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 塑型：叁竺竺! ：堡兰一堡l 堕 第一章绪论 第一节我国能源现状 长期以来，煤炭始终占居中固能源生产的绝对主导地位。6 0 年代以前，煤 炭在中国能源生产结构中的比重一直保持在9 0 以上。进入7 0 年代后，比重下 降到8 0 盼下。在8 0 9 0 年代，煤炭在中国能源生产结构中比重基本保持在7 5 以上。由于中国能源消费的自给率在9 5 以上，此种能源生产结构也就决定 厂能源消费结构，使中国成为世界上唯一的以煤炭为主的能源消费大国。中国一 次能源以煤为主的格局在相当长的时期内难以改变，展望能源科技和产业化发展 可能达到的水平，在相当长的时期内新能源和再生能源、水电利核电的发展与推 广尚不足以影响煤炭的主导地位。 在我国煤炭消费中，约8 5 的煤炭作为动力煤直接用于燃烧导致r 严重 的大气污染，其中尤以s 0 2 污染与酸雨为甚。大气污染中约9 0 的s 0 2 是燃煤 产生的1 9 9 5 年全国s 0 2 总排放量达到2 3 7 0 万吨随着国家对s 0 2 及酸雨问题的 日益重视，至1 9 9 7 年排放s 0 2 量降为2 3 4 6 万吨以s 0 2 为主要因素形成的酸雨污 染区，曾达到约占全国国土总面积的4 0 ( 1 9 9 7 年己降为约3 0 ) 对人民生活及 工业生产造成严重危害，己引起国内外的广泛关注19 9 4 年3 月中国政府颁布了 中国2 1 世纪议程提出到2 0 0 0 年s 0 2 排放量控制在2 1 0 0 2 3 0 0 万吨。1 9 9 5 年8 月，我国政府公布了新修订的中华入民共和国大气污染防治法。进一步 强化了燃煤污染的防治。1 9 9 8 年1 月，国务院正式批准国家环保局“关于呈报 酸雨控制区和s o ：污染控制区划分方案的请示”。要求“两控区”到2 0 1 0 年s 0 2 排放总量控制在2 0 0 0 年排放水平以内，1 9 9 8 年3 月国家环保局公布，到2 0 0 0 年全国s 0 2 年排放总量控制指标为2 4 6 0 万吨。 目前，中国工业锅炉约4 6 万台，其中中小型层燃锅炉占7 0 ，各种窑炉约 1 6 万摩年用煤量在4 0 0 m 砘以上，燃煤炊事炉灶i 亿多个，每年消费生活用 煤约1 3 0 m 吨以上。但是我国煤炭利用技术十分落后，表现在工业用燃料方面和 城乡居民生活用煤方面是以直接燃煤为主。但由于燃用煤炭的效率低下f 包括工 塑鲨叁竺些! ：堕兰一型立l 里 业锚炉、1 一业窑炉、民用燃煤炉等) 、煤炭浪费严重、污染物( s 0 2 及微尘) 排 放多，使环境受污染、经济效益差，尤其是原煤中的末煤直接入炉燃烧效益更差， 污染更为严重。为此，从保护环境、节约能源出发，发展洁净煤技术是中国解决 煤烟型夫气污染为主要特征的环境问题的一项战略措施，是实现经济、社会持续 发展和经济、能源、环境协调发展的重要技术方向。 第二节型煤技术的优势 洁净煤技术的核心技术领域是煤炭高效洁净燃烧，结合我国当前国情，发 展和使用型煤是节约能源、保护环境、提高经济效益的有效措施。型煤能够将粉 末状的煤炭加工成块状燃料，使燃烧效率提高，减少排烟中微尘含量，如在加工 成型时添加一定比例的脱硫剂，还能够减少二氧化硫的排放。从有关统计资料可 以看到，燃用民用型煤与散煤比，烟尘排放量减少7 0 一8 0 ，c o 排放量减少 6 0 以上节煤2 5 以上。在工业炉窑中使用型煤代替燃用散煤，其烟尘、c o 的排放量分别可减少7 2 - - 8 8 ，6 5 一8 0 ，节煤2 0 一3 0 ，尤其是燃用 添加固硫剂的型煤，燃烧时固硫率可达5 5 一7 0 。几十年来国外一些国家因 采用型煤而改善了环境，中国政府也对型煤的生产和应用给予政策上的支持。如 中华人民共和国大气污染防治法第二章第七条规定：“国务院有关部门和地 方各级人民政府应当采取措施推广成型煤和低污染燃烧技术，逐步限制散烧煤”： 国务院关于结合技术改造防治工业污染的几项规定第八章指出：“为了减少 城市的大气污染，要先把低硫、低挥发分煤炭供应民用，并尽快普及烧型煤”； 国务院环委会城市烟尘控制区管理办法第四条第六款指出：“大力推广民用 型煤，积极发展工业型煤”；国务院环委会关于防治煤烟型污染技术政策的规 定的“煤炭加工技术政策”中明确指出：“煤炭销售前要进行筛选，粉煤要加 工成型煤出售，以提高热效率和减少二次扬尘”；1 9 9 2 年环发大会后，中国制定 的2 1 世纪的十大对策第四条指出，要提高能源利用效率，改善能源结构。国家 环保局己把燃用型煤以替代燃用散煤确定为国家环保要求之，号召大力推广型 煤的生产和使用。一些大、中城市也相应制定了许多政策法规。 型煤燃烧技术的主要优点有： 塑! ! ：叁堂竺! ：堡兰一墨兰：! 堕 1 、型煤的制造原料充足：采煤机械化造成资源的劣质化，机械采煤的粉煤 含量郁较i 耆i ，这就大大降低了煤炭企业的经济效益，增加r 煤炭应用中的困难。 如果将这些粉煤制成型煤，即w 满足块煤的市场需求，解放滞销压库资金，对提 高社会效益、经济效益和环保效益都有积极意义。还有大量的洗选中煤、煤泥和 焦粉，也可用于制造型煤。 2 、型煤制造可以改变单一煤种的性能缺陷：制造型煤中通过适当配料，可 以得到备利l 丰旨标兼优的型煤产品。诸如着火点、灰熔点、灰分、硫分、挥发分及 固定碳发热量等指标。将非炼焦煤通过配煤制成型焦，把烟煤制成无烟化型煤， 能替代冶金焦和造气无烟块煤。 3 、燃用型煤器具改造费用最低：型煤产品也属于固体燃料，在现有的燃烧 器具中使用，方法和燃烧状态基本相同，所以工业锅炉使用型煤，可以完全不用 改造或很少改造。 4 、型煤的固硫固尘效果优良：型煤加工过程，加入固硫剂、黏台剂，在燃 烧过程中，煤中的大部分硫分被固化于燃余灰烬中，变成稳定的硫酸盐，很少有 s 0 2 气体逸出。燃烧时的粉尘也因在制造中加入黏合剂加压成型而降低了排放 量。 5 、燃用型煤会提高燃烧效率，减少漏煤损失：型煤产品具有较大的块径， 可以保证燃料问的空隙，使燃烧效率提高。另外，型煤块球大于炉排间隙，可减 少漏煤损失。 6 、型煤燃烧完全能满足环保要求：锅炉燃用型煤，有统计资料显示可以节 约燃料2 0 而且使s 0 2 的排放量降低6 0 ；降低烟尘排放量6 0 ，有明显的环 保效果。 7 、型煤制造中可以大量使用废料：使用工业废料和农业废料做黏合剂，能 降低型煤成本，废料利用，变废为宝，可减少对环境的污染。 8 、型煤制造可以处理高硫煤，将不可使用的资源改性利用：按照煤炭法和 环保法，我国有大量的高硫煤资源不准开采和使用。通过制造型煤，就可以用配 煤方式和加入高效固硫剂的方式，使呆滞的资源成为可用资源。 9 、发展型煤产业，投入少，见效快：型煤生产制造工艺简单，建厂投资少， 建设快，可以广泛布点，满足社会需求，减少运送费用。 塑兰查：型型! ：丝兰兰l 二生：! 二生 综合上述各种优势，洁净煤范畴中的任何其他形式都没有型煤产业这样，最 快、最省、最有效，技术成熟可靠，广泛适用社会。所以发展型煤产业是最适合 我刚国情的洁净煤技术。 第三节世界范围型煤使用概况 许多国家如德、日、前苏联、美、英、法、韩国等国，都已经设有型煤研 究机构和生产厂家，在褐煤成型、型焦生产、锅炉和机车型煤应用等方面，已取 得了许多成果。 早在1 8 7 7 年，德国就在莱茵矿区建成第一个褐煤砖厂。1 9 7 9 年东德生产 褐煤砖4 8 8 0 m t ，西德61 7 m t ，仅黑水泵褐煤基地就建立了1 1 m r a 的型煤厂。 德国除褐煤无粘结剂高压成型外还采用3 种热压成型工艺生产型焦，建有年产 1 5 m t 以上的热压型焦厂。k o p p e r n 公司制造的对辊成型机，其生产能力达1 5 0 t h ，是世界上单机生产能力最高的。 日本3 0 年代从德国引进型煤技术，建成年产3 1 5 k t 的型煤厂，供铁路机车 使用。1 9 7 1 年机车型煤用量占用煤总量的7 9 ，型煤厂有3 6 座。1 9 7 5 年铁路 实现电气化后，型煤技术转向冶金、化工和民用等方面，成立了型煤研究室，保 留2 1 个型煤厂，总生产能力为1 4 m t a 。日本研制成功的上点火蜂窝煤和煤球， 只要根火柴就能点燃，使用十分方便。日本开发的辊压造粒机，成型压力可达 2 4 t c n q 2 ，生产的无烟燃料生物质型煤，含水量低，省去了干燥工序。 英国自“伦敦烟雾事件”后，研究开发了多种型煤工艺，制取无烟燃料供 家庭炊事或取暖，成功地解决了煤烟污染。英国还有型焦生产厂，年产能力达 1 o m t ，采用3 种热压成型工艺生产型焦。 美国采用f m c 型焦工艺，用非炼焦煤制取冶金用焦。在怀俄明州建有研 究基地和生产厂研究了世界1 5 0 个煤种，其中5 0 个煤种己在中试厂生产出型 煤产品。美国还生产烧烤型煤，以木炭和煤为主要原料压制成型，供旅游野炊用。 美国的烧烤用型煤每年销量为7 4 0 - - - 8 0 0 k t ，还需少量从澳大利亚进口。 法圉1 8 6 1 年就建有型煤厂，1 9 7 6 年生产能力达4 m t 。目前有6 个型煤厂， 粘结剂采用烟煤沥青或石油沥青，型煤经热处理后成为无烟燃料。 4 望! 翌查竺塑：! 堕兰一 一坐二l ! i 坠 韩国拥有2 4 0 家蜂窝煤厂，日产量达5 万余吨，供取暖和炊事。1 9 8 5 年销 傅量为2 3 m t ，预测到2 0 0 0 年将发展到3 3 m t ，而市场需求约4 4 m t 、仍有缺口。 困外型煤早已有成熟的技术，联合国能源组织把型煤视为节能减污的有效 途径予以推广。7 0 年代石油危机后，型煤科研工作进一步得到重视，1 9 6 9 一1 9 8 0 年型煤发明专利每年为1 3 项，1 9 8 0 一1 9 8 3 年增加到每年7 0 多项。1 9 8 9 年亚太 经合组织在菲律宾召开厂主题是“型煤开发与环境效益”煤炭利用专家会议1 9 9 2 年联合国召开环境与发展大会，提出以煤炭为主要能源的消费国，发展型煤是减 少大气污染，促进经济发展的重要途径。 第四节中国型煤使用概况 我 目早就生产民用型煤，即过去民用燃料煤球。5 0 年代开始研究民用型煤f 蜂 窝煤) 。主要目标是节能和减少污染。6 0 年代开始生产并研究开发工业领域方面 使用的气化型煤和动力型煤，如以消石灰为粘结剂的碳化煤球对解决当时小化 肥厂无烟块煤供应不足的问题。“七五”期间国家组织多项工业型煤技术攻关， 参加研究的有t 1 - 科院山西煤化所、煤科总院北京煤化所及合肥煤化所、山东矿院、 z 芦国矿院、鞍山热能研究院等几十个单位和部门，研究成多种型煤成型工艺、粘 结剂技术。在此基础上生产了一批可用的工业锅炉和窑炉用型煤、化肥造气及工 业燃气用型煤、型焦用型煤及炼焦配用型煤。在发展型煤的大好形势下，全国有 青海矿山机械厂、北京煤炭机械厂、徐州建材设备厂、厦门化工机械厂等数十家 型煤设备生产厂家制造型煤生产设备，型煤生产厂家全国大小( 指生产能力) 有 1 0 0 0 余家，生产民用型煤能力达5 0 0 0 余万顿、工业型煤( 含造气等) 达3 0 0 0 余万 顿。 我国开发的型煤可分为三大类即民用型煤，工业型煤和特种型煤，其中我国 民用型煤历史最久、六七十年前就有了煤球，以及煤糕、煤饼等生产技术经过 ，l 十年的改进完善已比较成熟。目前民用型煤的品种较多各地因地制宜地生产 所需的型煤、但绝大部分为蜂窝煤及煤球。民用型煤以其燃烧效率高、污染小而 被居民用于炊事和取暖。依其煤种来划分，则有烟煤型煤与无烟煤型煤两种。1 9 9 0 年我国已建成生产总能力为2 8 8 m r 的1 8 7 0 条用民型煤生产线。至1 9 9 8 年，民 浙汀人o 坝l 论文 染常绪论 用型煤产量达5 0 m t ，f 与城镇民用煤的8 0 。 而从2 0i 址纪6 0 年代我国就开始研究开发i b k 型煤、现已有了一定的基础， f l i l t 于： 业型煤技术及质量要求较民用型煤高，从使刚的发展水平来看不如民用 型煤，特别是用作工业燃烧型煤的产量还不入，现年生产能力约2 0m t 。根据其 用途又可以分力如下二类：动力型煤，这类型煤是供直接燃烧使用的，如作为 工业锅炉、工业窑炉、机车等燃料：气化型煤，供煤气发生炉制气用，以生产合 成用原料气及燃烧用煤气。特种型煤，这些型煤是为特定需要生产的、己开发生 产了不少品种，但产量均不多。如手炉型煤、野炊型煤、烧烤型煤、火锅炉型煤 等等。 我国的型煤经过几十年的研究开发，虽已达到了一定的技术水平和生产规 模，并为不少用户所采用，但严格地来说，质量没有完全过关，价格还偏高，主 要存在的问题是对型煤的认识过于简单，认为型煤仅仅是将粉煤利用粘结剂挤压 成型就是型煤产品，没有认真研究为了要达到型煤的质量合格所需要的技术条 件，一些基础理论方面的问题还未能突破。尤其是关于型煤着火及燃烧方面，通 常对型煤的着火燃烧都等同与散煤的着火燃烧，其实型煤着火及燃烧还是有着自 身很大的特点，首先：型煤是将粉煤在定压力下成型的，外表面光滑，结构较 为致密，和散煤有着很大不同；其次型煤多是采用多种煤配置而成，不同与单一 煤种的燃烧，煤中各成分如挥发份、灰份对型煤的着火燃烧的影响也不是很明确； 而且般的情况下，为达到一定的强度要求或者燃烧及环保方面的要求，还需要 在型煤中添加一些添加剂，如固硫剂、粘结剂、助燃剂等，这些添加剂对型煤着 火燃烧的影响也还没有比较系统的描述，因此在型煤的着火燃烧理论方面还有大 量的工作要做，还有很多理论性的问题没有说明，需要通过进一步的试验及现场 实践来探讨研究。 第五节本文概述 本文首先介绍了型煤基本概念，型煤的成型理论，工业中已经投入应刚的两 种型煤成型工艺及型煤脱硫技术的情况。在实验室研究周硫添加剂的基础上，进 步研究型煤着火燃烧机理。为了研究型堞j ；勺着火燃烧，着重说明型煤的着火燃 塑! ! ：查! 堡! ! 堕兰一堡二兰二兰堕 烧的理论，在实验室搭建了，白- - 。i 。, , 一l 。、i ；1 ，选取了几种有代表性的煤 种压制成型，i f t ! 行了型煤着火燃烧的实验。型煤着火燃烧实验主要试验内容包括： 1 、选取不同的煤种艟制成型，进行实验，分析了煤中不同成分对型煤着火 燃烧的影响； 2 、在各煤种中加入围硫剂，分析比较了添加固硫剂前后型煤着火燃烧状况 异同及周硫剂加入量的影响： 3 、通过不同压力下成型型煤的着火试验，分析了成型压力对型煤着火的影 响； 4 、简单分析了助燃剂对型煤着火燃烧的影响； 5 、在热天平上进行了各煤种的散煤着火燃烧试验，并同型煤着火燃烧进行 对比分析； 最后，通过在现场工业试验中对比燃用型煤和散煤，分析了燃用型煤后工业 锅炉的热效率、烟尘排放量、s o ：排放量等数据的变化并对其原因进行了讨论。 参考文献： l 、张雷中国能源供应战略的调整，中国能源，1 9 9 9 ，3 2 、刘随芹等燃煤高温固硫技术的现状及进展，中国煤炭1 9 9 9 2 5 ( 9 ) 3 、韩锦德等工业型煤的现状与开发利用，洁净煤技术2 0 0 0 ，6 ( 1 1 4 、陈冶金等型煤发展相关问题的研究，山西能源与节能，2 0 0 2 ，3 5 、贾培钧关于型煤产业发展现状德思考，山西能源与节能，2 0 0 2 ，3 6 、e s ie l l i o n t t ma 煤利用化学( 上册) ，化学工业出版社，1 9 9 1 7 、祝平 积极开发和推广型煤，山西能源与节能，2 0 0 0 ，3 7 型1 堑塑! ：塑! 堕兰 一生羔二型坐型兰竺 第二章型煤成型技术 煤炭成型技术就是指将煤粉碎后，按照实际应用要求加入所需添加剂后，经 过挤压彤成具有一定强度和形状的型煤。由于型煤是将散煤中的较细煤粉挤压成 型，粘附在一起的，因而有效的减少了扬尘。因其挤压后具有一定的强度和形状， 所以应用在链条炉中就可以方便的控制床层阻力，使布风均匀，燃烧状况变好： 而且脱硫剂的加入能使煤在燃烧过程中产生的s ( ) 。被脱除下来，脱硫产物和灰渣 一起被排出炉外，减少灰渣颗粒通过烟囱排出，降低了烟尘排放，减少了环境污 染，有效起到了保护环境的作用。 型煤成型技术从成型原理上来说一般可分为粘结剂成型和无粘结剂成型两 大类；而在实际应用中，又有炉前成型和集中成型两种成型工艺。炉前成型是指 在炉前添加成型机，型煤成型后直接落到炉排中燃烧。由于炉前成型对型煤强度 要求比较低，为使型煤能更好的着火和燃尽，多采用较低成型压力和无粘结剂成 型工艺。炉前成型技术较为简单，型煤成本低，因此有很多单位已经采用了这种 技术。集中成型技术是指型煤先在专门的型煤厂加工成型后，再送到型煤用户进 炉。由于集中成型的型煤相对炉前成型的型煤多了运输和搬运过程，所以对型煤 强度要求较高，需要在成型时加入粘结剂并且在高压下成型，以保证一定的强度。 粘结剂的d n 1 i 较高的成型压力使型煤在炉排中着火变困难而且比较难以燃尽， 而且提高了型煤成本，因此采用集中成型技术的用户还不是很多。但集中成型型 煤质量较高，且可以添加助燃剂，固硫剂等添加剂使其符合不同用户的要求，对 于型煤用量很大的用户或者很小的用户来说，比使用炉前成型机添加型煤要安全 可靠、便于操作，因此集中成型技术在近年来也有了很大的发展。 第一节型煤无粘结剂成型及简单工艺 煤炭的无粘结剂成型是指原料煤破碎后，不加粘结剂直接在高压下成型。这 种成型方法，实际上是靠煤炭本身的性质和其所具有的粘结剂成分如沥青质、腐 酸质、胶体物质或粘土等，在压力下成型。使用这种成型方法的大多是褐煤及烟 坚壁壁翌唑墨 一兰望塑型垫查 煤，但出有其他煤种采用这种成型方法。 一一、煤炭的无粘结剂成型原理： j c = j 于无粘结剂成型的原理，有很多研究者做了大量的工作，提出了各种假说 来解释其成型机理，有代表性的包括沥青质假说、毛细管假说、分子粘合假说、 腐殖质假说和胶体假说等： l 、沥青假说：沥青假说是早期的假说。沥青假说认为，煤中沥青质是煤粒 问粘结成型的主要物质。沥青的软化点为7 0 。c 8 0 。c ，在加压成型过程中，由 于煤粒间相对位移，彼此相互椎挤、摩擦产生的热量，使沥青质软化成为具有粘 结性的塑性物质，将煤粒粘结在一起成为型煤。 2 、腐植酸假说：褐煤中含有游离腐植酸，游离腐植酸是一种胶体，具有强 极性。在成型过程中，外力作用使煤粒间紧密接触，具有强极性的腐植酸分子， 使煤粒间相结合的分子间力得以加强而成型。 3 、毛细孔假说：毛细孔假说认为，褐煤中有大量含水的毛细孔。成型时毛 细i l 被压溃，其中的水被挤出，覆盖于煤粒表面形成水膜，进而充填煤粒间的空 隙，呈现出相互作用的分子间力，加强了煤粒的接触而成型。 4 、胶体假说：胶体假说认为，褐煤由圃相和液相两部分物质组成，固相物 质是由许多极小的胶质腐植酸颗粒构成，其粒度为lum l o n m 。在成型过程中 使胶粒密集丽产生聚集力，形成具有一定强度的型煤。 5 、分子粘合假说：分子粘合假说由那乌莫维奇提出。认为粒子问的结合是 在压力作用下，由于粒子间接触紧密而出现分子粘合的结果。 上述假说都只从某一个方面解释了成型过程中的一些现象，都不能圆满的解 释煤料成型时的全部问题。其实煤的无粘结剂成型是一个与成型原煤的物理化学 性质相联系的复杂过程。影响成型过程的大量因素难以一个一个的分析清楚，这 就难以建立一个公认的成型理论。般来说，成型决定于松散的粒状煤料在外压 作用下的密集能力，决定于在煤料足够接近时密实成型能力。 成型煤料的密集是与克服和改变煤料颗粒内部和颗粒之间的内聚力相联系 的，所以煤料的密集过程决定于煤粒的硬度、塑性、弹性和脆性，也决定于这些 煤粒被水润湿的性能、吸附水的能力和粗糙程度等。在压力下成型时，煤料内会 坚壁丝型! 堕苎 一堡兰兰堕壁燮查 发生不，叮逆的或永久的变形，和可逆的或弹性变形。不可逆变形包括脆性变形和 塑性变形，脆性变形使煤粒破坏，而塑性变形使在结构不破坏的情况下使煤料密 集。煤料的成型性能是取决f 其塑性变形、脆性变形和弹性变形的比例。 成型压力的大小、压力的作用时间和速度，会影响煤料的塑性变形、弹性变 彤和脆性变形之间的比例。成型压力越大，塑性变形的程度越大。但是在高压下 压力作用的速度越大，则煤料的脆性变形和弹性变形比例越大。因而在采用较高 的成型压力时，必须延长压力的作用时间，使大部分的弹性变形转变为塑性变形， 从而提高型煤的质量。型煤的机械强度就是由分子的凝聚力、毛细管凝聚力以及 由摩擦引起的聚集力同时作用的结果。 因此，无粘结剂成型除于它本身的粘结性物质有关外，还与煤料的表面物理 化学性质( 硬度、脆性、塑性、弹性、被水润湿性、吸附水的能力和粗糙程度) 及成型条件( 成型压力、压力作用的时间和速度、成型水分、成型温度、煤料粒 度、型煤性状和大小) 有关。 二、煤炭无粘结剂成型基本工序： 无粘结剂成型的工艺流程如图2 1 ： 原煤三垂互 + 臣豆至二 _ - ， 三蔓二 _ 4 】d 型煤 图2 1 无粘结剂成型工艺流程简图 工艺流程简述如下： 1 、备煤：备煤工序的目的湿生产所需粒径范围内的粉煤。原料煤用胶带输 送机送入锤式破碎机，破碎后用振动筛筛分。 2 、干燥：煤的干燥除去煤中水分时，应该使其保持一定的剩余水分。因为 水分过低的原料煤成型时，煤料问得不到足够的润滑以至内摩擦力增加，即煤粒 在移动和压实过程中互相滑动或滚动时的阻力增加，需要更大的成型压力才能将 煤料压的致密，有时也难免因为煤粒不滑动而产生架桥现象影响型煤质量；而煤 种的剩余水分过大则会使煤粒之问有一层较厚的水膜，不能使煤粒压的很紧，使 ! ! 兰叁羔= 塑! ! = ! ：! 堕堡兰 羔：三兰兰型墨堕! ! ! ：! 翌! 干燥后产生收缩和裂缝，影响型煤的强度。型煤成型剩余水分一般选取6 一l o 。 型煤干燥的一般采用滚筒型管式蒸汽干燥机或盘式蒸汽干燥机，以蒸汽为热 源进行间接加热干燥，而干燥方面有一个显著的进展式研制出了设有细干燥管的 管式干燥器，在细干燥管内每小时的蒸发速率可以显著提高。 3 、干煤的处理：现代的成型技术中，煤是在潮湿状况下被粉碎的，所以干 煤处理的要点是煤干燥和自然冷却。 4 、压制成型：无粘结剂的型煤成型一般采用挤压机或辊简压力机。 第二节煤炭的粘结剂成型及工艺 煤炭的粘结剂成型是历史最久、目前应用较广的成型方法。这种方法主要可 用与烟煤、无烟煤及年老的褐煤，因为这几种煤如果不添加粘结剂，压制型煤比 较困难，而加入粘结剂后，能大大改善原料煤的粘结性和塑性，且粘结剂干燥固 化后可以使型煤具有很高的强度。 我国目前使用的粘结剂大致可分为有机类、无机类和复合类三种。无机类的 种类很多，现在使用的有石灰、石膏、粘土( 黄土、白土、红土、高岭土等) ，由 于这种粘结剂货源充分，当地就能取到，价格又低，所以采用较多。有机类则包 括很多品种，般有粘结性的工业废料都可因地制宜地开发利用，如纸浆废液、 糖浆废液、制酒精废液、制革废液、糠醛渣废液、腐植酸盐溶液、淀粉、煤焦油、 焦油渣、石油沥青等等，都是取其价廉而有粘结性的特点。而同时使用有机类、 无机类两种以上不同类型的粘结剂予以适当配合，则可以得到复合类粘结剂，如 工业废液加粘土，或腐植酸盐加粘土等，使用复合粘结剂能使制成的型煤取得较 理想的质量。 一、型煤粘结剂成型原理： 从热力学观点出发，粉煤成型过程是体系的熵减小的非自发过程。欲使粉煤 成为具有一定强度的型煤，外力做功和粘结剂是重要的基础条件。煤有粘结剂成 型机理研究的文献报道甚少，相关领域如矿粉团球、压块等粉料成型机理研究也 望型：! 塑! ：兰篁堕兰! 三堡兰坐兰壁! ! ! ! 查 不多，主要的成型机理假说有以下几种： l 、浸( 润) 湿与桥接 煤粒与粘结剂间的浸湿和粘合直接影响型煤质量。以煤和焦油沥青成型为 例，除煤的含水量要影响煤粒与焦油沥青的浸湿与粘合外，沥青的粘度和组成也 会影响成型过程。沥青的粘度决定型煤的冷态抗压强度；沥青中含成焦组分的多 少决定型煤的热稳定性。当沥青与低挥发分煤成型时，成焦组分在型煤结构中形 成沥青焦骨架，使型煤具有好的热稳定性。为了使沥青类粘结剂获得最合适的粘 度，前苏联学者研究了沥青的重要性质。研究发现，沥青粘度发生显著变化的两 个阶段，一个是从固态向塑性状态的转变阶段；另一个是从液态向高流动状态的 转变阶段。沥青在室温下呈固态，只有在温度高于其软化点2 0 2 5 下，才 能与煤粒混合均匀并充分浸湿。前苏联学者采用了一种特殊的料粒抛光技术，通 过显微镜观察研究了煤与沥青粘合剂的混合料。结果表明，在成型过程中沥青粘 结剂只能部分地将煤粒浸( 润) 湿。进入成型机的物料内，大部分煤粒通过“粘结 剂桥”连接而成型。 研究结果表明，成型前的粘结剂应呈塑性状态并具有良好的扩展性，成型后 型煤内粘结剂要尽快固化，形成能承受机械力作用的骨架结构，以使型煤具有足 够的强度。型煤强度是颗粒和固化粘结剂构成的类似混凝土结构的总体强度的体 现。若成型物料的结构强度低于由粘结剂固化形成的骨架强度，则提高成型物料 的粉碎细度，以增加颗粒总表面积，型煤强度取决于物料的结构强度。 2 、机械结合力与物理化学结合力 褐煤成型主要工艺条件的研究结果表明，煤粒和粘结剂之间的作用过程十分 复杂，包括润湿、传质、结合等过程。粘结剂与被粘结物之间的结合力，是机械 结合力与物理化学结合力的综合结果。对于煤这种非极性多孔物料，机械结合力 起决定性作用。型煤强度是粘结剂渗入煤粒间隙中，脱水、固化产生机械键合的 结果a 粘结剂脱水、硬化、固结过程中，型煤随水分蒸发而收缩，颗粒间距离减 小，碎散阻力增大，型煤强度增加。 3 、最小接触角及最大粘结功 李登新等以型煤抗压强度定量表征煤与粘结剂阃作用力的大小，即煤与粘结 剂间的润湿程度。理论分析认为粘结剂与煤粒间产生粘结的前提条件，是粘结剂 1 2 浙 人学坝士学位论文 第二章型煤成型技术 润湿煤粒表面。其涧湿程度可用接触角、粘结功表示即接触角越小，粘结功越 大，润湿程度越大。利用c d a 型协和接触角仪、c b v d 型协和表面张力仪，分 别测量了在型煤与粘结荆间的接触角及液态粘结荆的表面张力。随着煤表面疏水 基团的增加，煤与水的接触角变夫，煤被水润湿程度变小，型煤抗压强度小，即 煤与粘结剂问的作用力小。 湛伦建等通过扫描电镜对工业型煤微观结构进行了研究，发现在煤粒表面及 孔隙中均有粘结剂水化形成的凝胶体和各种形态的结晶体。这些凝胶体和晶体将 煤粒包围起来，并相互连接形成晶体网络，从而将煤粒牢固粘结在一起成为型煤。 型煤中凝胶体越多，棒状、柱状及针状晶体越发育，分布越均匀，则型煤强度越 高。 加粘结剂的型煤，刚压出时强度很低，要靠粘结剂干燥固结后，才具有定 的强度。由于采用的粘结剂不同，干燥固结的方法也不同。 以石灰为粘结剂的型煤，需要有一个碳酸化过程，即型煤中的熟石灰与二氧 化碳气反应生成碳酸钙的过程。碳酸钙成为煤粒之间的联结骨架，使煤球具有较 高的强度。碳酸化反应式如下： c a ( o h ) 2 + c 0 2 一c a c 0 3l + 心0 以水泥为粘结剂的型煤，则采用水泥的养护方法固结。使水泥浆凝为水泥石， 形成煤粒之间的联结骨架，而使型煤具有定的强度。 以亲水性物质( 如纸浆废液、腐植酸盐碱溶液、水玻璃或粘土等) 为粘结剂 的型煤，压制时需要有一定的成型水分；型煤的固结一般采用干燥的方式，排除 其中的水分，使粘结剂逐渐浓缩、干燥而将煤粒粘结得更牢固，使之具有较高的 强度。 二、型煤的粘结剂威型工艺： 型煤的粘结剂成型工艺的实质，是使粘结剂与煤粒均匀掺合，液态粘结剂则 均匀分布在煤粒表面上，然后在型模内加压成型。 粘结剂成型的工艺流程如图2 2 ，工艺流程简述如下： 1 、煤的干燥 原煤水分一般在1 0 左右。褐煤，或在雨季，煤中的水分更大。干燥的目的 第二錾型煤成型技术 在f 控制原煤的适宜水分，使粘结剂能更好地润湿和分布于煤粒表面，以便更好 粘结。原煤干燥的程度，与所使用粘结剂的性质有关。 原 图2 2 粘结剂成型工序简图 型煤 如用疏水的沥青作粘结剂，原煤的水分应干燥到2 - - 4 。如煤的水分超过 这个数值，沥青用量将要增加。 如用亲水的纸浆废液、腐植酸盐溶液作粘结削，原料煤的水分控制往往与物 料的成型水分和粘结剂的用量有关。用不同的煤与不同的粘结剂，要制成强度最 佳成型煤，成型水分是不同的。实践证明，一般最佳的成型水分为1 0 一1 2 。 物料的成型水分是煤料水分与粘结剂水分之和。显然，如粘结剂的浓度低，水分 高，为要达到足够的粘结剂用量，必须将原料煤的水分降低，也就是说，对原料 煤的干燥程度要更高一些。如粘结剂本身的浓度高，水分低，对原料煤的干燥程 度要低一些。 石灰、水泥和粘土等无机粘结剂多以千粉状加入，不但不用将原料煤干燥， 而且还要加入一部分水，以补充成型物料水分的不足。由此可见，原料煤的干燥 并不是一成不变的，这要由粘结剂对原料煤的水分要求和原料煤的水分决定。 目前使用的干燥方法大致有三种：自然干燥、圆筒内热式干燥和气流式干燥。 2 、破碎 原煤破碎的目的，在于将煤的粒度破碎到成型所需要的粒度。煤的最适宜粒 度组成是保证煤的堆积密度最大，也就是说要有最大的堆积比重，以便形成空隙 最小的坚实型块。 般认为，成型原料中细粒煤和粉煤的比例增加，必须提高粘结剂的用量， d 塑：坐坠：! 墼鉴 一一塾兰兰型型堕 刊r 能使型煤具仃相应的机械性能。但是越来越多的研究工作证明，在一定范围内 增l j 【】细粒的比例，或将极细的煤粉按一定比例与一般粒度的成型原料混合，都没 有不利的影响。但应考虑，如要求煤料的粒度过小，势必加大筛分和破碎的工作 量，增加设备和动力的消耗。目前一般采用的粒度为小于8 毫米。 原煤一般采用锤式破碎机、链条式破碎机或鼠笼式破碎机破碎，我国比较普 遍采用鼠笼式破碎机。 3 、混捏 粉煤和粘结剂除按比例均匀加入外，还需要有专门的搅拌混捏装置，使粘结 剂均匀地分布在煤粒表面，很好地将煤粒润湿。搅拌混捏装置一般采用立式混捏 机和卧式单轴或双轴桨叶混捏机两种。 4 、成型 在压制型煤的过程中，成型是一个关键的操作，在粘结剂成型中应用最广的 成型机械是对辊式成型机。 5 、型煤的干燥与固结 加入粘结剂后的型煤，在刚刚压制成型时强度很低，要等粘结剂完全干燥固 结后，才会具有型煤所要求的强度。型煤的干燥方法主要有三种，即烘房干燥、 立式炉干燥和返排炉式干燥。 第三节型煤的炉前成型技术 一、炉前成型工艺简介 型煤的炉前成型技术是在配煤的基础上，对煤炭的深度加工利用。根据工业 锅炉对煤质的特定要求，由当地资源可供应的若干种煤，经过筛分规定粒度后， 按照一定比例掺配后所制成的新煤种炉前成型煤料，供给用户。位于锅炉煤 斗之前或装在锅炉煤斗之中的成型机，将煤料挤压成型后直接落到锅炉的炉排上 燃烧。这中间，型煤料的供应贮运与散煤完全相同，型煤无需加粘结剂( 一般情 况下) 、防潮剂和烘干，而不再经途中搬运。炉前成型型煤的成型机的示意图如 图23 ： 成型机在炉前煤斗下加装，原煤经轧辊挤压成型后，落到炉排上再经煤闸门 型坐堕堕：盟兰j 蔓生型燮 - | 憋历送入炉腕燃烧。 图2 3 炉前成型机示意图 l 、煤斗2 、成型轧辊3 、煤闸门4 、链轮5 、挡渣铁 二二、炉前成型要求： 由于炉前成型不需要搬运和储存而降低了强度要求，从而也就消除了成型的 根本障碍。所以只要炉前成型型煤的强度能达到燃烧设备本身所要求的标准就是 合格的。这样的话，对于炉前成型主要要求包括： l 、落下强度：由于成型装置距炉排有一定的高度，如果型煤没有一定的强 度，则跌落到炉排上就会破碎。因此根据渐增跌落实验需要满足： h i d t h g l 其中；h i d t 为型煤的渐增跌落实验高度( m m ) ； h g l 为给料口到炉排的高度( m m ) 。 对于炉前成型，成型机辊心到炉排的高度，考虑到一般链条炉的结构和运行 操作运行条件等因素，为3 0 0 4 5 0 r a m ，因此这个强度要求是很容易达到的。 2 、抗压强度：链条炉属于层状燃烧，有一定的燃料层厚度。对于处于燃料 层中的型煤就必然承受定的压力，在底部的型煤则将受到最大的压力。经计算： 当煤层最大厚度为4 0 0 r a m ，型煤尺寸为3 2 2 6 1 2 m m 的