煤炭知識自學資料：煤炭加工與利用之粉煤成型.

1、粉煤成型目錄v概論v成型的基本過程和工藝因素v無粘結劑成型v粘結劑冷壓成型v熱壓成型v民用蜂窩煤v型煤主要設備粉煤成型粉煤成型第一節(jié)概論一、粉煤成型的概念和任務v以適當的工藝方法，將粉煤加工成具有一定形狀、大小和特定理化性能的煤制品，稱為粉煤成型。它屬于物理加工過程，但在加工過程中煤的物理和化學特性同時產生變化。v粉煤成型的主要任務，是根據型煤不同用途的需要，改造煤炭原有的性質，克服天然煤存在的缺陷，通過特殊的工藝，使型煤的理化性能符合用戶的要求，將性能低劣的粉煤變成優(yōu)良的工業(yè)原料，使燃燒效率低、非清潔的能源轉變?yōu)楦咝鍧嵉哪茉?。二、我國型煤技術的發(fā)展概況v我國工業(yè)型煤的發(fā)展起步于50年代，由

2、于化肥生產的需要，氣化型煤的發(fā)展較快，先后開發(fā)了紙漿煤球，清水煤棒等。v 國家“七五”和“八五”期間都把型煤列為重點科技攻關項目，進行了大量的實驗研究，v建立了示范廠；v對粘結劑的研究和工業(yè)性試驗；v提高和改善型煤性能的研究。 v“型煤高效固硫技術”，減少二氧化硫排放量60；v“低氮氧化物技術”，型煤的氮氧化物排放量降低約40，v燃用型煤可以使鍋爐效率提高4-8個百分點。v在粘結劑的研究方面，取得眾多成果，開發(fā)應用了有機、無機及有機無機復合型各種類型的粘結劑。v“九五”期間，國家對型煤技術又進行了第三次技術攻關，從基礎理論、成型工藝參數、粘結劑和添加劑的優(yōu)化選擇、合理的工藝設計、成套設備改進與

3、研制、型煤的后處理工藝及型煤的質量控制和檢測方法等一系列型煤技術進行系統(tǒng)研究。三、工業(yè)型煤的分類目前國內外工業(yè)型煤種類繁多、工藝類型復雜、粘合劑原料范圍不斷擴大，為了有層次的了解工業(yè)型煤狀況，現簡單分類如下：型煤按用途不同分為二類：（1）工業(yè)型煤：原料型煤、燃料型煤；（2）民用型煤：蜂窩煤、煤球；特種型煤v原料型煤：煉焦原料配型煤、造氣型煤、高爐煉鐵、鈣、鎂、磷肥型煤，電石生產用型煤、煉鋼加碳劑、球團煉鐵、球團煉錳等其它金屬礦粉球團。v燃料型煤：鍋爐型煤、發(fā)生爐氣化用型煤v蜂窩煤：無煙煤蜂窩煤，煙煤上點火蜂窩煤v特種型煤：燒烤型煤，暖爐型煤，火柴點燃引燃型煤v按成型工藝分類v冷壓成型（粘結劑成

4、型、無粘結劑成型）v熱壓成型（氣體若載體、固體若載體）v球團成型（園盤球團法、滾筒球團法）v用途不同的型煤，其工藝指標要求也不同v工業(yè)型煤作為原料使用時，如化肥工業(yè)用型煤應熱強度好，揮發(fā)份低；高爐用型煤應機械強度高，耐磨性好；電石生產用型煤應熱比電阻大；鑄造用型煤應塊度大，焰溫高，造渣好。v工業(yè)型煤作為燃料時，如機車或鍋爐用型煤除了應具有一定的機械強度外，還必須具有防水性，著火后能開花，燃燒效率高等特點。工業(yè)型煤形狀分類v工業(yè)型煤：球形、卵形、柱形、枕形、管形。v民用型煤：蜂窩形、球形、卵形。第二節(jié)成型的基本過程和工藝因素一、成型過程成型過程大致可分為5個階段v裝料v壓密v成型v壓潰v反彈成型

5、過程示意圖二、工藝因素v影響成型過程的因素很多，各因素間又相互影響。(一)物料的成型特性1、粉煤塑性、彈性v粉煤可壓縮性：粉煤可壓縮性是指粉煤在外界壓力作用下，被壓實后體積減小的性能。v 粉煤可塑性：粉煤可塑性是指粉煤在卸除外力作用后仍能保持其形變的性能。v粉煤彈性：粉煤彈性是指粉煤在卸除外力后，被壓實而減小的體積復原的性能。v 塑彈比：粉煤塑彈比是指粉煤的塑性變形率與彈性變形率之比。v粉煤的可壓縮性、可塑性、彈性均為粉煤在壓力作用下所表現的性質（不像發(fā)熱量、硬度等煤的固有屬性具有定值），其值隨壓力、含水量、粒度組成等因素而變化。因此，在確定試驗條件時應結合工程實際情況。v粉煤的可壓縮性、可塑

6、性、彈性具有相關性。可塑性是可壓縮性、彈性的綜合體現。v粉煤成型性能與粉煤的可塑性、彈性密切相關，可塑性大、彈性小，則粉煤成型較好；反之，成型性差。故可采用塑彈比定量量度粉煤的成型性能。v在相同條件下，塑彈比最大的古交煤成型性能最好，塑彈比最小的晉城煤成型性能最差，大同煤居中。2、煤的硬度、脆度及其成型效果v煤的硬度是指煤抵抗外來機械力作用的能力。外來機械力不同，煤的硬度表示方式也不同， 通常分為刻劃硬度、彈性回跳硬度、壓痕硬度（顯微硬度）和耐磨硬度等。v煤的顯微硬度屬于壓痕硬度的一種。用特殊形狀（如角錐型、圓錐型）而又非常堅硬（如金剛石）的壓入器，在一定靜載荷下壓入試樣，并持續(xù)一定時間，然后

7、除去載荷，在顯微鏡下測量其壓痕對角線長度，以壓錐與煤實際接觸的單位面積上的荷重來量度煤的硬度（Hv/MPa）。壓痕大，煤的顯微硬度??；反之，則硬度大。v煤的可磨性可用來量度煤的耐磨硬度。可磨性指數大，煤易被粉碎，表明煤的耐磨硬度?。环粗?，則耐磨硬度大。v煤的脆度是表征煤的機械堅固性，如抗碎強度、抗壓強度的指標，其測定方法有抗碎強度法和抗壓強度法。v抗壓強度法是用顯微脆度來表征煤的脆度，即在一定靜負荷下，以一百個壓痕中出現裂痕的數值來表示。v抗碎強度法是將一定質量的45目的煤粒，置于E.M.泰茨轉筒中（內放6個鋼球）以90rpm的速度旋轉1000轉后，測定粒度大于2.36mm的煤的質量百分率，以

8、此抗碎強度表征煤的脆度。v無煙煤硬度大，可磨性差，對粉碎設備材質要求高，粉碎無煙煤硬度大，可磨性差，對粉碎設備材質要求高，粉碎動力消耗大。動力消耗大。v在相同試驗條件下，硬度小、脆度大、可磨性好的焦煤成在相同試驗條件下，硬度小、脆度大、可磨性好的焦煤成型性最好，硬度、脆度居中的弱粘煤成型特性最差；硬度型性最好，硬度、脆度居中的弱粘煤成型特性最差；硬度大、脆度小的無煙煤成型特性居中。大、脆度小的無煙煤成型特性居中。v無粘結劑成型條件下，硬度小、脆度大的煤成型效果最好；無粘結劑成型條件下，硬度小、脆度大的煤成型效果最好；硬度大、脆性小的煤成型效果差。硬度大、脆性小的煤成型效果差。 3、原煤表面特性

9、與其成型效果v煤是多孔性物質，具有非常大的比表面積。粉煤成型作用主要發(fā)生在煤粒表面，因此煤的表面特性對粉煤成型性能的影響至關重要。研究煤的表面特性，探討煤表面特性對煤成型效果的影響是非常必要的。v煤表面特性包括表面組成、表面結構與表面性質。煤表面結構包括孔隙結構、孔隙率、表面形貌、比表面積、表面官能團。煤表面組成是指表面元素組成。煤表面性質包括表面電性、潤濕性。1） 煤表面潤濕性研究v煤表面潤濕性指與液體接觸時，被液體潤濕的程度，常以接觸角的大小來量度。不同變質程度的煤其表面親水性不同，晉城煤親水性強，大同煤親水性差，古交煤居中。表3.3-1 煤與水的接觸角液滴長度測量法/吊片法/平均值/晉城

10、煤66.3966.8166.60古交煤70.8271.0170.92大同煤73.9973.1373.562） 煤表面官能團v煤的大分子上聯有各種不同的官能團，官能團的種類和數量隨變質程度而變化。因此，不同變質程度的煤表面官能團不同，其表面性質亦不同。采用化學法定量與紅外光譜（IP）定性分析相結合的方案，研究了煤的表面官能團。v紅外光譜法的原理是，當紅外光譜照射某一基團時，若紅外光頻率與某基團的特征頻率相同，則紅外光被吸收，故可根據吸收峰的位置推測某基團。v三種煤表面均含有游離的羥基OH、締合的OH、NH、CN、COO、PO43-苯環(huán)及少量的長鏈CCl、CBr、CI、COC、CO、NO3-、CO

11、32-、粘土、石英和菱鐵礦等。大同和古交煤含有少量的烷烴鏈（(CH2)n）、CH3，而晉城煤中沒有這些基團。4、煤的比重及孔隙率研究v采用比重瓶法和涂蠟比重瓶法分別測試煤樣的真比重、視比重。v煤的比表面與孔徑分布測試應用BET（Brunauer、Emmett and Teller）多分子層吸附理論，采用氮氣等溫吸附、脫附法，測定煤樣的比表面及孔徑分布。v煤的表面電性研究根據斯特恩（Stern）雙電層理論，采用電泳法測定煤樣表面電位，了解煤表面電性質。v煤表面形貌與元素組成的研究根據二次電子作為成像信號，采用聚焦電子束在煤樣表面逐點掃描成像，根據照片提示分析各煤樣表面形貌。應用X光電子能譜半定量

12、微區(qū)分析表面元素成分。v在無粘結劑、中低壓、冷壓成型條件下，煤成型性能不同，孔徑大的大同煤成型性最差，孔隙率最小的古交煤成型性最佳；晉城煤居中。v煤中礦物質能影響煤表面電性、表面潤濕性。在選擇粘結劑時，必須考慮礦物質對煤表面電性和潤濕性的影響。v煤表面粗糙度對成型效果的影響，一方面在高壓成型時，顆粒相互楔嵌的結果，產生較大的嚙合力有利于煤成型；另一方面，在中、低壓成型時，凹凸不平的煤粒彼此間易形成支架，使型煤內部存在較多空隙而影響型煤強度，不利于粉煤成型。5、煤的巖相組成與其成型特性v煤巖組成和變質程度是影響煤性質的兩大主要因素。煤是由各種類型的煤巖組成的混合物，煤的性質取決于各煤巖類型及其含

13、量。v應用煤巖學的觀點和方法研究并預測煤的各種性質，如煤的可選性、預測煤焦化產品焦炭的質量等，已成為焦化工業(yè)、30年前的重大科研成果被推廣到工業(yè)生產實際。v建立了“煤巖配煤理論”指導煉焦配煤；v應用煤巖學觀點和方法研究煤的成型性能，探討煤巖組成與其成型性能的關系，進而指導配煤成型不但是必要的，也是可行的。宏觀煤巖成分分離煤巖分離方法大致分為兩類，即物理方法和化學方法?；瘜W方法對煤質有化學作用，一般不常用。（1） 手選 根據煤巖成分光澤強度特征挑選。穩(wěn)定組多集中在具有一定厚度、致密而堅硬的暗淡煤中；鏡質組集中在黑色、玻璃光澤的小立方體鏡煤中，或黑色、樹脂光澤、貝殼斷口的光亮煤中。（2） 篩選 利

14、用煤巖成分破碎性不同進行篩分分離。絲炭最脆，富集在小粒級中；鏡煤抗碎性弱，富集在較小粒級中；暗煤韌性較大，抗碎性強，富集在粗粒級中。（3） 比重法分離 根據煤巖組分比重不同的性質差異，利用氯化鋅溶液將它們初步分離。相同變質程度的各顯微組分比重由大到小的順序是：絲質組，鏡質組，穩(wěn)定組。v結論（1）型塊抗壓強度隨著暗淡煤含量的增加而增大，表明暗淡煤成型性能較好。故含暗淡煤多原煤成型性能好。（2）隨著變質程度加深，顯微煤巖組分間性質差異越來越小，煤巖類型對原煤成型性能影響的效果也越來越不明顯。故對晉城煤而言，煤巖類型對其成型性能的影響不大。6、煤中礦物質對成型效果的影響v煤中礦物質組分以粘土類礦物為

15、主。煤中粘土礦物含量越多則成型效果越好。v煤中礦物質對煤表面潤濕性的影響明顯，煤中礦物質致使煤表面親水性增強。在成型過程中可能造成型塊粘附模具，脫模困難。v煤中礦物質直接影響煤灰熔融溫度及煤的結渣性，礦物質含量高的煤容易結渣；此外礦物質含量高使煤的發(fā)熱量降低。（二）粒度級配的影響v粒度級配直接影響物料的堆積狀況，從而影響物料的成型效果。若粒度組成不合理，物料間空隙過大，不便于顆粒間作用力及粘結劑作用力的發(fā)揮；若粒度組成合理，物料間空隙較小，便于物料間作用力實現。故合理的粒度組成，能提高型煤的強度。v 通過對粉煤成型前后粒度的變化研究和不同粒度組成原料的成型實驗，揭示了原料粒度組成對型煤質量的影

16、響規(guī)律，提出符合蓋茨（Gates）高登（Gaudin）舒茲曼（Schtzmann）粒度特性方程的粉煤成型的最佳粒度組成。v揭示了成型原料中大粒度影響型煤質量的原因成型過程大顆粒物料的二次破碎。其影響機理為粘結劑無法在成型瞬間進入這些新增表面，致使這些新增表面之間在無粘結劑的條件下成型，造成型煤質量的不均勻與型煤抗壓強度的降低。v闡明了成型原料粒度過細影響型煤質量的主要原因成型原料混合時的造?，F象。粒度過細既不利于粘結劑與物料的混合，又增加能耗，也不利于型煤質量的穩(wěn)定，科學、合理的原料粒度組成能夠提高型煤的質量。 （三） 成型水份的影響v一般來說，一定的成型水分需要一定的成型壓力，若成型水分過小

17、，由于物料與物料、料物與器壁的磨擦力大，顆粒移位阻力大，即所需的成型壓力大；若物料的成型水分適當，顆粒移動時阻力降低即成型所需壓力降低；若成型水分過大，為了便于脫模成型壓力不易提高。v在相同的成型壓力下，只改變成型水份一個因素，試驗結果其強度有差異，說明成型水份對成型壓力有其影響。v從試驗實際情況，成型水份少，成型壓力可以增加，如水份多，成型壓力不變會壓出水來，脫模困難，減少成型壓力，型球密度降低，強度下降。（四）粘結劑v粘結劑是粉煤實現中低壓成型的關鍵技術之一。因此，世界各國都在組織人力、物力積極研究型煤粘結劑。調查表明：國外已對一百多種型煤粘結劑作過研究。國內也進行了十幾個系列的型煤粘結劑

18、的研究。但大都因價格問題，原料來源，防水問題及型煤的燃燒性能等問題未能在工業(yè)生產中產生良好效果。 v型煤的成型工藝參數與粘結劑性質有著直接的關系，不同的粘結劑對成型工藝有不同的要求。 v粘結劑與粉煤的粘結機理 粘結劑與固體顆粒的粘結作用主要有二個方面，v一是物理作用。v二是化學作用。v在粘結過程中兩個作用同時發(fā)生。只是那個作用占主導地位問題。在粘結劑的研究中只有抓住粘結劑中起主導粘結作用物質加以優(yōu)化，才能起到事半功倍的效果。一、機械外力下顆粒間嚙合、鑲嵌v由于粉煤顆粒大小不同且表面凸凹不平，又有液體對煤粒表面的濕潤，在外力作用下顆粒之間相互推擠(此時外力的能量大部分消耗在顆粒間的摩擦上)，隨之

19、顆粒之間的架橋崩潰，小顆粒進入顆粒間隙之中，顆粒本身也開始變形(此時外加壓力消耗在顆粒體與器壁的摩擦上)。由于外力的繼續(xù)作用，顆粒表面的凸凹部分被摩擦或推擠而去掉或者嚙合、鑲嵌，從而使顆粒之間牢固地結合，即顆粒體的硬化。 (此過程中的外力消耗在顆粒變形上，且部分作為內部殘余應力而貯存起來)。如果外力再繼續(xù)作用，使顆粒體的硬化達到極限，如此時再增加外力作用顆粒就被破壞，結晶變得微細(此過程中外力完全消耗在顆粒的變形和破壞上)。v液體粘結劑在上述過程中首先是起到潤滑煤粒表面的作用，繼而粘結劑分子在煤粒表面移動、擴散、滲透等物理變化同時產生化學變化，由于外力作用的存在，加速了這一過程。二、粘結劑與煤

20、粒間機械鍵合與物理化學作用v 在有粘結劑成型過程中，由于外力的作用下，粘結劑粒子與煤粒之間充分接近，為粘結劑與煤粒之間發(fā)生機械鍵合與物理化學作用提供條件。v 由于粘結劑分子的濕潤、移動、擴散、滲透等作用，使粘結劑最大限度的進入煤粒間和煤粒內部的孔隙，在孔隙中產生機械鍵合，固化后表現為機械結合力。v 粘結劑和助劑與煤粒之間發(fā)生的物理化學作用的結果產生更為復雜的化學結合力。同時也可以改變原煤的性質，如：可能改變原煤的燃點、結渣性、反應活性、灰融點，也可能改變燃燒后的氣體成分等等。（五）成型壓力v在有粘結劑低中壓成型工藝中，要使粉煤與粘結劑發(fā)生作用，使煤粒之間在粘結劑作用下，產生機械和化學物理結合，

21、必須使它們之間的距離縮小到一定的程度。要使粒子之間距離接近，粘結劑分子易于實現傳遞、滲透、擴散的外部手段是外界加壓。不同種類粘結劑與不同煤種的粉煤成型所需的成型壓力只有通過實驗來確定。（1）型煤的初始強度不是成型壓力越高越好而有其適應壓力范圍500700Kg/cm2。（2）型煤的最終強度較好的壓力范圍也是500700Kg/cm2。即選用500700Kg/cm2成型壓力適合晉城無煙粉煤的成型。（3）在合適的壓力條件下其成型水分范圍是12-14%（1）焦煤粉煤成型其型煤的初始強度和最終強度都是隨著成型壓力的提高而增強，可根據型煤的質量要求選擇成型壓力。（2）焦煤粉煤成型可采取高壓，但其成型水分要相

22、應減少，以免成型機脫模困難。v西山瘦煤粉煤成型其初始強度隨著成型壓力的提高而增強。（1）從型煤最終強度看其成型壓力范圍是：800-1000Kg/cm2。（2）在最佳壓力范圍下其成型水分為11-13%。v總之，不同煤種在同種粘結劑作用下所需的成型壓力不同，不同粘結劑對同種煤種所需的成型壓力也不同。要選擇不同粘結劑對煤種的最佳成型壓力范圍，必須通過實驗來確定。（六）成型物料混合均勻度v混合均勻度是型煤生產的關鍵指標，是型煤質量穩(wěn)定的關鍵因素。在有粘結劑，中低壓成型工藝中，粘結劑與粉煤混合程度如何，不僅關系到型煤質量的均勻，而且關系到粘結劑作用效果的發(fā)揮。粘結劑是構成型煤成本主要因素之一，提高粘結劑

23、分散性，有利于粘結劑用量降低，提高型煤生產效益。v在均勻度實驗中，我們從粘結劑入手，并抓住助劑和原料煤的混合程度與型煤質量偏差，確定均勻度的判定方法與指標，以便為工業(yè)生產提供服務。第三節(jié)無粘結劑成型一、成型機理v原料煤將破碎后，在不加粘結劑條件下，依靠煤炭本身的性質與粘結性成分，在一定壓力下結成型煤。v無粘結劑成型理論還沒有得到公認，學者提出了許多假說。1）瀝青假說v褐煤中的瀝青質是煤粒粘結的主要物質，瀝青的軟化溫度7080，褐煤干燥后在4060下裝入成型機，成型時由于摩擦而溫度升高，瀝青軟化使煤粒粘結成型煤。2）腐植酸假說v褐煤成型，由于煤中含有游離腐植酸，腐植酸是一種膠體，將煤粘結成型。3

24、）毛細管假說v褐煤中存在大量的充滿水的毛細管，這些毛細管取決于煤的煤化程度。褐煤成型時，毛細管受壓擠出水，覆蓋煤粒表面，使之潤滑而密集，煤粒表面緊密接觸，因分子引力，使煤粒粘結而成型。4)膠體假說v膠體假說認為，褐煤由固相和液相兩部分物質組成，固相物質是由許多極小的膠質腐植酸顆粒構成，其粒度為1m一10nm。在成型過程中使膠粒密集而產生聚集力，形成具有一定強度的型煤。5)分子粘合假說v分子粘合假說由那烏莫維奇提出。認為粒子間的結合是在壓力作用下，由于粒子間接觸緊密而出現分子粘合的結果。二無粘結劑成型工藝v褐煤成型粒度一般為60mm，一般采用蒸氣干燥機進行干燥，以蒸氣為熱源進行間接干燥，年輕的褐煤水分一般在50以上，干燥后的水分為1218，褐煤干燥后溫度達90左右，冷卻至4050再成型，成型后溫度升高