第3章 煤炭成型及应用技术—中国矿大—北京，金雷-3.2万字-20080215

石灰还可用作固硫剂和硬化剂。如欧洲专利介绍用粉煤和5％～15％的制糖废液及其硬化剂Fe2O3及CaCO3 和Al2O3及任一种酸混好，制成的生型煤强度好。

2. 粘土

粘土一般含有较多的SiO2成分，少量A12O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等成分。粘土本身收缩率较大，成型后收缩易产生裂纹，对型煤的冷、热强度不利。为此，国内试验过添加纸浆废液、水玻璃等制成复合粘结剂，在合成氨造气中取得了很好的效果。国内采用陶土、粘土作粘结剂生产粘土煤球代替石灰碳化煤球造气，其效果及效益都有提高。它还作为褐煤、石油焦和废木柴等的成型粘结剂，提高型煤热稳定性；添加高岭土可提高型煤的灰熔融性。内蒙古宁都化肥厂加入11％～13％膨润土作粘结剂制成气化型煤。近年来，对非金属矿作烟煤型煤粘结剂的研究结果表明，用单一膨润土作型煤粘结剂，型煤的机械强度为200～240N／个。膨润土作粘结剂，再添加2‰～4‰的添加剂时，型煤的机械强度可大幅度提高，能满足工业型煤的要求。

3. 水泥

水泥是不溶于水的无机粘结剂，是优质的胶凝材料。用水泥作粘结剂生产型煤时，需要控制好用量、水分、成型压力及生球的养护方式，否则得不到高强度的型煤。普通水泥一般不具备耐高温性。高温下，固结成的水泥石结构会因脱水而降低强度，因此热强度不高，一般为100N／cm2左右。

我国曾研究过用水泥与水玻璃制成的复合粘结剂。由于增加了具有速凝作用的水玻璃，加快了凝固硬化速度，缩短了生球的养护期。这种型煤具有较高的冷、热强度，但降低了型煤的固定碳含量，灰熔融性较低，用于合成氨造气时产气量较低。日本对水泥粘结剂的研究比较成熟。

4. 水玻璃

水玻璃是一种有效的水溶性无机粘结剂，大多是气干型的。它的工业应用(其他领域)已有近百年历史。水玻璃具有很好的耐热性。

我国曾试验过用比重1.24的水玻璃7％～12％与粉煤混合，控制成型水分在8％左右，成型干燥后型煤具有一定强度。前民主德国对水玻璃有一定的研究。

(四) 复合粘结剂

复合粘结剂结合了有机粘结剂和无机粘结剂的各种优点，弥补了各自的不足之处，发挥了综合的效果，从而使粘结剂具有多效性，是近年来开发新型粘结剂的一个重要方向。实际上，前述的许多粘结剂应用实例都是属于“复合粘结剂”的范畴。

日本铃木公司用粘土、纤维素、淀粉、焦油及沥青与金属氧化物或氢氧化物(如氢氧化铝渣泥)作型煤粘结剂。该粘结剂成本低，而且可减少燃烧时CO的排放量，型煤性能良好。

美国采用了由98％膨润土、0.5％聚丙烯酸钠及1.5％焦磷酸二氢钠组成的粘结剂，用量5％～8％，型煤各项性能良好。

煤炭科学研究总院北京煤化学研究所从事型煤技术的研究已有30多年，在型煤粘结剂、生产工艺和成型设备方面形成了有自己特色的系列技术。HS系列复合粘结剂和高强防水气化型煤是北京煤化所型煤技术最新研究成果，处国内领先水平[13]。中国科学院山西煤化所研制的FG系列粘结剂FG-1PVA、FG-2PVA-硅酸盐水泥、FG-3造纸废液-硅酸盐水泥、制糖废液、淀粉糊化剂中的FG-2、FG-3以及煤炭科学研究总院煤化所的MJ系列粘结剂等均属此类。

煤科院合肥所利用开发的HM粘结剂，利用此粘结剂生产出的气化型煤冷强度大于418N/个，浸水2h强度大于209N/个，热强度大于210N/个[13]。

黑龙江科技学院研制的以有机高分子化合物和无机矿物质为主要原料，以及其他的添加剂(如助燃剂、改性剂、催化剂、消烟剂等)组成的复合粘结剂，HFX-1型粘结剂。该粘结剂具有粘结性好、防水、成本低等优点，而且生产粘结剂所需原料来源广，生产工艺简单。生产实践表明，HFX-1粘结剂克服了以水泥为主要原料的粘结剂存在的粘结性、防水性、燃烧特性不能兼顾的缺点，用HFX-1粘结剂所生产的型煤各项指标都达到了用户对燃料的要求[14]。

西安科技大学土木与建筑工程学院研制的新型复合粘结剂采用无机水泥和有机高分子

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化合物聚乙烯醇为主要原料，由水泥(硅酸盐类、铝酸盐类、氟铝酸盐类、硫铝酸盐类均可)外加2%～10%的聚乙烯醇(占水泥重量比)配制而成，其中聚乙烯醇的掺量最好为水泥重量的2%～6%[15]。

中国矿业大学在火锅烧烤型煤、民用型煤点火饼中曾成功地用淀粉作为主粘结剂配料，取得了很好的效果，但用量通常较大。黑龙江科技学院洁净煤技术研究所，为了改变淀粉的上述不利性能，通过加入复配剂对淀粉进行改性，使其性能大大改善，制得DG1型复合粘结剂作为锅炉型煤的复合粘结剂，取得了较好的经济、社会效益[16]。

2004年5月，河北光磊炉业有限公司研制的WIN-1粘结剂通过了煤炭工业技术委员会得鉴定。WIN-1粘结剂主要原料为淀粉、焦油及SiO2超微粉、分散剂等。在同类产品中处于国内先进水平。他们又研制了WIN-2超微粉造气型煤粘结剂、WIN-3焦粉型焦粘结剂，同样取得了良好的社会和经济效益[17]。

2001年一种新型粘结剂(Z-M型粘结剂)由江西省新余市供销总公司研制成功，用此粘结剂制成的型煤已在江西第二化肥厂试烧成功。这种粘结剂具有：防水性能好、自然干燥、加工简单、固硫效果好、不降低灰熔点、强度好、加工费用低等特点。Z-M型粘结剂的成功开发，为我国粉煤成型开拓了新的途径，为化肥行业提供了较大的经济市场，为国家创造出较大的经济效益和社会效益[16]。

总的说来，使用淀粉类、腐植酸类、生物质类(包括纸浆废液)和无机物作粘结剂，型煤都存在防水性差的问题。淀粉粘结性好、价格较高，可用来生产烧烤型煤等高级燃料，外涂防水剂，因其高效、洁净而有竞争力；纸浆废液和腐植酸粘结剂在我国研究较多，而且已在小型生产厂中使用，利用它作为粘结剂可以以废治废，环境效益好；生物质的应用从日本研究成功煤－生物质复合成型固体燃料以来，主要用作燃料型煤。

型煤粘结剂的研究应与型煤的用途密切结合起来。不同用途的型煤对粘结剂的性能要求不同；相同的粘结剂因不同的煤种、不同的使用条件，压制的型煤具有不同的性能。因此，型煤粘结剂的研究要具体情况具体分析，尽量做到从性能、价格、来源等方面综合考虑。

第四节 型煤生产工艺及应用

一、传统型煤生产工艺分类

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3种。

(1) 无粘结剂冷压成型 即粉煤不加粘结剂，只靠外力的作用而成型，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。对于烟煤与无烟煤，由于它们的煤化度高，其粉煤的无粘结剂成型较为困难。目前，工业上尚未普遍采用无粘结剂成型工艺。

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，它是粉煤成型的一个重要发展方向。

(2) 有粘结剂冷压成型

即在粉煤中加入粘结剂再经压制成型。在烟煤、无烟煤等无粘结剂成型较为困难的情况下，工业上普遍采用粘结剂冷压成型方法。目前我国合成氨行业用型煤大部分也都采用这种成型方法，因为在这些煤种的粉煤中加入质量比为5％～20％的适当粘结剂，借助粘结剂的作用，成型压力就可减至5～50MPa，因此在工业上容易实现．但必须指出，由于使用了粘结剂，将会出现下列问题：

① 降低型煤的固定炭含量，尤其是使用像石灰、水泥、粘土之类无机物时更为明显； ② 一般来说粘结剂的价格比粉煤贵，虽然使用的数量较少，但也要增加型煤成本； ③ 粘结剂本身需要处理，且还要与粉煤均匀混合，以及后期固结等，使成型工序增加，工艺复杂化；

④ 工业用型煤数量大，粘结剂用量相应也需很多，粘结剂要有充足的来源。 (3) 热压成型

非炼焦烟煤（如气煤、弱粘结性煤等）在快速加热条件下粘结性可大为提高，当加热到塑性温度范围内趁热压制，可以在中压下成型，这种成型方法称为热压成型。采用热压成型方法，可以制得以单一煤种为原料的型焦；可以生产以冶炼为主体的热压煤球；也可以生产以无烟煤为主体的热压型煤。

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热压成型方法并不需要外加其它粘结剂，只靠煤本身的粘结性而成型，可省去添加粘结剂带来的许多麻烦。实践证明，用这种成型方法制得的型焦或型煤的机械强度高，不仅可以满足合成氨行业的使用要求，而且也适合于中小、小型锅炉以至大型高炉使用，以代替冶金焦碳作燃料。目前，我国一些中小型钢铁厂、钙镁磷肥厂正在大力研制这种成型方法。从发展方向看，该工艺具有广阔得发展前途。因此，热成型方法也是粉煤成型中得一个重要方面。

粉煤成型技术得构成见图3-2。

图3-2 粉煤成型技术的构成

二、无粘结剂冷压成型及应用

无粘结剂得冷压成型主要用于泥煤、年轻的软质褐煤等低煤化度得煤。无粘结剂成型需要有较高的压力，一般在100～200MPa。年轻褐煤因其结构疏松、可塑性强、弹性差，所需的成型压力便可低一些。

无粘结剂冷压成型不需任何粘结剂，不但节省原材料、工艺简单，还可相应保持型煤或型焦的含炭量。但此工艺需要成型机提供很高的压力，因而成型机构造复杂、动力消耗大、材质要求高、成型部件磨损快，其推广使用受到很大限制。目前，国外多采用冲压机（成型压力为100-140MPa）成型，也有用环压机（成型压力为160～200MPa）成型。

(一) 褐煤无粘结剂成型工艺和生产过程

实现褐煤无粘结剂成型的必要条件，一是褐煤品种要合适；二是需用高压成型设备。欧洲盛产年轻褐煤，机械工业又发达，促进了褐煤无粘结剂成型工业在该地区的发展。随后该技术又推广至澳大利亚、印度等国，所采用的成型工艺和生产过程均大同小异，其生产流程见图3-3。

前民主德国褐煤成型工业生产规模最大，也最具有代表性，现主要介绍其生产工艺和生产过程，并适当补充介绍一些其他国家的情况。

(1)原煤的破碎和筛分。

原煤破碎和筛分很重要，通过该过程达到两个目的：一是有利于煤的干燥，增加煤表面的蒸发面积；二是获得均匀的粒度，保证型煤的质量。

控制合理的破碎粒度很重要，通常将褐煤破碎至8mm以下，约有50％小于2mm，以得到最大的堆积密度。要尽量避免过细粉煤产生，它会使干燥过程难以控制，并使过细粉煤过分干燥，同时大量粉尘亦不安全，甚至会导致自燃爆炸。

(2)干燥过程。

褐煤经筛分破碎后，尚不能立即成型，因为褐煤含水分高，必须经过干燥。前民主德国使用的脱水设备主要是用蒸汽加热的管式干燥机，这是一种回转式滚筒干燥机，它的内部装有数以百计的管子，在管子和外壳中是用蒸汽来加热的，大型干燥机受热面积有2220m2。潮湿的褐煤经过管子后，水分由50％左右降至最佳成型水分。干燥机的转速可根据水分的高低加以调整，当原煤水分较低时，转速可增快些，水分较高时，转速可减慢，煤中水分高

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低有专门仪表加以控制。

像德国西部莱茵矿区亦采用类似的管式干燥机，澳大利亚褐煤成型厂采用回转式蒸汽干燥机。

(3)冷却过程。

从干燥装置出来的褐煤，其温度在80～90℃左右，尚不能马上压制成型，因为热态型煤在冷却收缩时易破碎，同时各颗粒间“含水量差”也不等，大颗粒褐煤含水量超过20％，小颗粒仅8％，甚至更低，干燥后的煤需经过冷却装置处理，使温度降至40-50℃，煤粒间水分均匀化。冷却装置有多种：一种为直立散热滑板式冷却装置，较普遍，散热板在冷却装置内由上而下交错排列，使煤粒与冷空气充分接触后缓慢稳定地向下移动；另一种为鼓式冷却装置，煤在鼓中呈雨点式撒布，使煤为冷空气所包围，冷空气在鼓式冷却装置内的运动分3个阶段，第一阶段中它和煤的运动方向相同，在第一、三阶段中则与煤的运动方向相反。

(4)压制型煤过程。

压制型煤是生产型煤的最后一道工序，也就是将松散的、含一定水分的褐煤在成型机内直接在高压下压制成型煤。

图3-3 褐煤无粘结剂成型生产流程示意图

(二) 烟煤、无烟煤无粘结剂成型

长期以来，烟煤和无烟煤的无粘结剂成型被认为是有一定困难的。采用无粘结剂半焦型煤生产工艺可以有效解决无烟煤难于成型、产品强度低等问题。工艺路线如示意图3-4。

图 3-4 无粘结剂半焦型煤生产工艺示意图

该生产工艺优点：简单，用物料沉化效果好，成型机成球率高，焦化炉干馏效果良好。应用该工艺时应该注意以下几点关键技术：烟煤的添加方式、 烟煤破碎中应注意的问题、型煤焦化炉的选择、高硫煤的脱硫。

经过多年的研究和生产实践，生产的半焦型煤具有固定碳含量高、强度指标高、热稳定性高、限下率低等特点。各项指标接近或达到了块煤指标，其产品质量是其它型煤生产工艺无法达到的。晋城煤业集团半焦型煤厂稳定运行2年以上，取得了较好的经济效益。目前

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