成型劑

粉煤成型工藝分冷壓成型和熱壓成型，以冷壓成型為主;冷壓成型又分為粘結(jié)劑成型和無(wú)粘結(jié)劑成型，以有粘結(jié)劑成型為主.根據(jù)我國(guó)國(guó)情，粉煤成型多采用添加粘結(jié)劑、中低壓成型工藝。型煤的生產(chǎn)方法可分為粘結(jié)劑成型和無(wú)粘結(jié)劑成型兩大類(lèi)。粘結(jié)劑成型是研究時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用最廣的成型方法。這種方法主要用于無(wú)煙煤、煙煤和年老褐煤焦粉、蘭炭的成型。目前，絕大多數(shù)型煤廠(chǎng)都采用粘結(jié)劑成型的方法生產(chǎn)型煤。

粘結(jié)劑成型實(shí)際上是將粘結(jié)劑與煤炭顆粒均勻攪拌，然后利用型模加壓成型，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮筇幚?，最后獲得符合要求的型煤。篩分的目的在于選取塊煤另作他用。篩分的尺寸隨各廠(chǎng)工藝的不同而不同。有些廠(chǎng)將塊煤選出后，將小于20毫米的煤用破碎機(jī)破碎至0~3毫米或0~6毫米直接用于生產(chǎn)型煤。有些廠(chǎng)將大于3毫米或6毫米的塊煤選出后，省略破碎工序，直接將小于3毫米或6毫米的粉煤用于型煤生產(chǎn)。

型煤生產(chǎn)通常采用干燥工序，干燥的目的是將混合后的原煤水分保持在一定的水平。根據(jù)使用的粘結(jié)劑的不同，對(duì)混合后的原煤水分的要求也不同。例如，用瀝青作粘結(jié)劑，原煤水分應(yīng)保持在2%~4%;用紙漿廢液或腐殖酸鹽溶液作粘結(jié)劑，原煤水分應(yīng)控制在10%~12%。

破碎的目的是將原煤破碎到所需的粒度。為了避免鐵器損壞破碎機(jī)，一般在破碎機(jī)前安裝電磁除鐵器。

攪拌工序的目的在于將原煤和粘結(jié)劑均勻混合，使粘結(jié)劑均勻地分布在煤炭顆粒的表面。采用瀝青作粘合劑時(shí)，還需通入蒸汽進(jìn)行加熱。成型工序是型煤成型的關(guān)鍵。型煤成型機(jī)主要有對(duì)輥式成型機(jī)、沖壓式成型機(jī)和環(huán)式成型機(jī)等。蜂窩式成型機(jī)主要用于生產(chǎn)民用型煤。目前，在工業(yè)型煤中應(yīng)用最廣的是對(duì)輥式成型機(jī)。

剛剛成型的型煤強(qiáng)度很低，需要經(jīng)過(guò)后處理才能達(dá)到一定的強(qiáng)度。后處理工序也叫養(yǎng)護(hù)或干燥工序。后處理工序的目的在于使粘結(jié)劑在適當(dāng)?shù)臏囟认庐a(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而使型煤具有一定的強(qiáng)度。歐洲一些國(guó)家的型煤廠(chǎng)還在后處理工序中給型煤涂敷一層保護(hù)膜，從而使型煤具有防潮和耐磨的特性。

型煤粘結(jié)劑是決定型煤品種及其質(zhì)量的關(guān)鍵輔助原料，也是目前，世界上已開(kāi)發(fā)了數(shù)百種不同的粘結(jié)劑。從發(fā)展趨勢(shì)看，在研究粘結(jié)劑時(shí)，主要將重點(diǎn)放在來(lái)源充足、當(dāng)?shù)匾椎谩⒘畠r(jià)、無(wú)污染、成本低和防水等方面。

型煤粘結(jié)劑大致可分為:有機(jī)粘結(jié)劑、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、工業(yè)廢料和復(fù)合粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑可分為親水型和疏水型兩種。親水型有機(jī)粘結(jié)劑主要有淀粉、腐殖酸鹽和生物質(zhì)等。疏水型有機(jī)粘結(jié)劑主要有煤焦油瀝青、石油瀝青和高分子聚合物等，而高分子聚合物主要包括聚乙烯(醇)、聚苯乙烯、合成樹(shù)脂和樹(shù)脂乳膠等。

有機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)性能好，固化后可使型煤具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。在高溫時(shí)，有機(jī)質(zhì)易于分解，因此用有機(jī)粘結(jié)劑生產(chǎn)的型煤，其熱機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性都不太理想。

無(wú)機(jī)粘結(jié)劑主要有石灰、水泥、粘土、石膏和硅酸鈉等。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的共同特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的粘結(jié)能力，固化后能起"骨架"的作用，使型煤具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。由于大多數(shù)無(wú)機(jī)粘結(jié)劑在較高的溫度下不易分解，因而用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑生產(chǎn)的型煤的熱機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性都比較理想。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的主要缺點(diǎn)是防水性差并增加了型煤的灰分。

工業(yè)廢料主要指紙漿廢液、釀酒廢液、制革廢液和制糖廢液等。這些廢液主要屬于有機(jī)粘結(jié)劑。利用工業(yè)廢料作為粘結(jié)劑既可使廢物得到充分的利用，又可大大減少?gòu)U料對(duì)環(huán)境的污染。這是值得大力提倡的好事。

用不同的煤加相應(yīng)的粘結(jié)劑可生產(chǎn)出不同的型煤，但必須同時(shí)具備以下基本要求:

一是生產(chǎn)出的型煤要求具備一定的機(jī)械強(qiáng)度(包括初始和冷強(qiáng)度)，二是具有一定的防潮、防水性;三是不影響燃燒性能，造氣型煤不影響造氣效果，有一定的熱穩(wěn)定性。

開(kāi)封市潔凈煤化工研究所開(kāi)發(fā)研究的工業(yè)復(fù)合型煤粘結(jié)劑專(zhuān)利技術(shù)，采用高分子化合物、生物催化劑、氧化劑等材料組成利用，使型煤具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。為了賦予粘結(jié)劑或型煤特殊的性能，人們常常在粘結(jié)劑中添加少量添加劑。這些添加劑主要包括固硫劑、防水劑、速凝劑和助燃劑等。

有部分企業(yè)用焦油、瀝青做粘結(jié)劑，效果特別好，屬于熱壓成型工藝，工藝較復(fù)雜，需要原料加熱、熱壓成型、炭化等工藝。

目前我國(guó)一次能源消費(fèi)中煤炭約占75%，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)煤炭仍是我國(guó)的主要能源,國(guó)家已把煤的高效、潔凈利用技術(shù)列入21世紀(jì)的發(fā)展計(jì)劃，因此發(fā)展先進(jìn)的煤氣化技術(shù)是當(dāng)前的重要課題。

近年來(lái)，為了減少環(huán)境污染，提高煤炭的利用率，增加裝置的生產(chǎn)能力，降低氧耗和煤耗，拓寬原料煤種的使用范圍，充分利用煤炭資源，先后成功地開(kāi)發(fā)出了新一代先進(jìn)的煤氣化工藝技術(shù)，有代表性的主要為魯奇公司的碎煤移動(dòng)床熔渣氣化(BGL) 工藝，水煤漿進(jìn)料的Texaco氣化工藝，干法粉煤進(jìn)料的SCGP(Shell)氣化工藝和Prenflo、GSP工藝。上述幾種煤氣化工藝中，干法粉煤進(jìn)料的加壓氣化工藝因其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性具有明顯的優(yōu)勢(shì)和較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，預(yù)計(jì)它是今后煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展方向。

無(wú)粘結(jié)劑成型:是指在不加粘結(jié)劑的前提下用高壓直接成型。即原料煤經(jīng)過(guò)篩分后，送入干燥機(jī)進(jìn)行干燥，干燥后的粉煤冷卻到40℃~45℃后，再由成型機(jī)壓制成型。這種成型方法廣泛用于褐煤的加工，盡管沒(méi)有外來(lái)的粘結(jié)劑，但它仍利用了煤炭本身含有的粘結(jié)性成分。

熱壓成型:用加熱的方法使中年褐煤產(chǎn)生一定的塑性，然后加壓成型。德國(guó)和匈牙利等國(guó)利用年青褐煤生產(chǎn)型煤已進(jìn)入商品化生產(chǎn)階段。

粘結(jié)劑成型:目前我國(guó)氮肥廠(chǎng)大部分用腐植酸作粘結(jié)劑、部分型煤廠(chǎng)用石灰水泥做粘結(jié)劑加工型煤，用作替代塊煤作造氣爐的造氣原料。但從多年經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，腐植酸鈉作粘結(jié)劑只能用于無(wú)煙煤，對(duì)煙煤(特別是內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)的長(zhǎng)焰煤)、焦粉、褐煤沒(méi)有作用。通過(guò)對(duì)比應(yīng)用情況看，內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)的長(zhǎng)焰煤及不易成型的焦粉、褐煤使用開(kāi)封煤化所的專(zhuān)利產(chǎn)品GY系列效果最佳，添加量只有3%左右，型煤濕球2米高下落不碎干團(tuán)壓力達(dá)70-120kg，熱穩(wěn)定性達(dá)85%。

部分廠(chǎng)家生產(chǎn)清水煤棒，采用螺旋式成型機(jī)成型，直接用作替代塊煤作造氣爐的造氣原料，有部分加風(fēng)化煤加工成型煤。

型煤生產(chǎn)涉及篩分、干燥、攪拌、成型、后處理、包裝和粘結(jié)劑制造等眾多的設(shè)備，其中最受人們關(guān)注的是型煤粘結(jié)劑和成型設(shè)備。型煤粘結(jié)劑是生產(chǎn)中的關(guān)鍵，可改善無(wú)煙煤硬度大、彈性大和塑性小的缺點(diǎn)，使型煤冷、熱強(qiáng)度達(dá)到應(yīng)用要求;

成型設(shè)備是型煤生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，它的選擇應(yīng)以原煤的特性、型煤的用途及成型時(shí)的壓力等因素為基礎(chǔ)。目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的是對(duì)輥式成型機(jī)，另外，還有沖壓式成型機(jī)等。在我國(guó)，蜂窩式成型機(jī)也廣泛應(yīng)用于民用型煤的生產(chǎn)。

3.1 對(duì)輥式成型機(jī)

對(duì)輥式成型機(jī)主要由兩個(gè)大小相同的壓輥和加料箱組成。

在壓輥的表面分布著許多型模，每個(gè)型模相當(dāng)于半個(gè)型煤的形狀。有的加料箱中還裝有螺旋送料器，以便及時(shí)送料并對(duì)原煤進(jìn)行預(yù)壓。

在對(duì)輥式成型機(jī)中，原煤受壓的時(shí)間短，成型壓力不大，因而型煤的彈性變形較小。目前，這種機(jī)型主要用于生產(chǎn)使用粘結(jié)劑的型煤。

3.2 環(huán)式成型機(jī)

環(huán)式成型機(jī)有固定外環(huán)和旋轉(zhuǎn)外環(huán)兩種形式，對(duì)固定外環(huán)成型機(jī)來(lái)說(shuō)，型煤是被旋轉(zhuǎn)壓輥從固定外環(huán)的底部擠出的，型煤被擠出后由切刀切斷。而旋轉(zhuǎn)外環(huán)成型機(jī)的成型是由旋轉(zhuǎn)外環(huán)和壓輥共同旋轉(zhuǎn)來(lái)完成的。

3.3 沖壓式成型機(jī)

沖壓式成型機(jī)有多種不同的型式，目前應(yīng)用最廣的是液壓沖壓缸和曲柄連桿沖壓缸成型機(jī)。沖壓式成型機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程如下:給料機(jī)構(gòu)將一定數(shù)量的原料煤送入成型機(jī)內(nèi);沖桿前移，原料煤被逐步壓實(shí)，成為型煤;在沖桿前移的同時(shí)，已成型的型煤被向前推動(dòng)一定的距離，而最前端的型煤被推出了型模;沖桿回程，返回到起始位置。

沖壓式成型機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是成型壓力大，型煤在成型過(guò)程中多次受壓而易產(chǎn)生塑性變形。其缺點(diǎn)是耗能大、單產(chǎn)低。

3.4 螺旋式成型機(jī)

螺旋式成型機(jī)的工作原理是，原料煤由供料口加入，螺旋葉片向前推進(jìn)原料煤，同時(shí)對(duì)原料煤施加混合和加壓的作用。原料煤被擠壓通過(guò)一段導(dǎo)管，在出口處一段段地?cái)嗔炎罱K形成表面光滑的煤棒。

總之，隨著研究工作的不斷深入和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，上述各種生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度在不斷地提高，設(shè)備的性能也在不斷地完善。

成型煤加水、加粘結(jié)劑控制，是提高成型煤的質(zhì)量，減少粉煤返回量，提高配煤質(zhì)量的又一重要控制系統(tǒng)。

經(jīng)驗(yàn)表明，加水對(duì)型煤合格率的提高有明顯影響。適量的加水可使成品率提高到80%，但過(guò)量的加水，成品率反而下降。同樣隨著粘結(jié)劑添加量的增加，煤球的強(qiáng)度增大，但添加量超過(guò)一定限度后，強(qiáng)度的增加不明顯。

成型煤加水加粘結(jié)劑的控制系統(tǒng)見(jiàn)右側(cè)加水、加粘結(jié)劑控制系統(tǒng)圖。

其中1-儀表盤(pán);2-稱(chēng)量機(jī)盤(pán);3-回粉槽;4-原料槽;5-混煤機(jī);6-選擇開(kāi)關(guān);7-程序控制器;8-來(lái)自電氣;9-送到電氣;10-水;11-粘結(jié)劑;12-蒸汽;Y1，Y2--演算器輸出;SP-設(shè)定值;PV-信號(hào)輸入;S-程控信號(hào);WM-原料稱(chēng)量值;WR-回粉稱(chēng)量值;WM1-原煤總稱(chēng)量值;WB-粘結(jié)劑設(shè)定值;WW-加水量設(shè)定值;Φ1-原料煤的含水率;Φ2-回粉含水率;Φ-混煤機(jī)后的含水率;γ-粘結(jié)劑的添加率;M1-MUL-60m1的輸出;M2-MUL-60m2的輸出 。

我國(guó)過(guò)去對(duì)成型煤的粘結(jié)劑很少進(jìn)行系統(tǒng)與深入的研究。特別是對(duì)民用煤的粘結(jié)劑，有些人簡(jiǎn)單地認(rèn)為是泥巴、石灰之類(lèi)的東西，而沒(méi)有予以重視。實(shí)際上，粘結(jié)劑是民用煤、成型燃料、炭素與石墨制品等許多領(lǐng)域中的一個(gè)重要間題。對(duì)民用成型煤來(lái)說(shuō)，粘結(jié)劑的質(zhì)與量不僅決定了成型煤的機(jī)械強(qiáng)度，而且對(duì)燃燒性能、發(fā)熱量、抗?jié)裥?、燃燒后灰渣的?qiáng)度、燃燒所造成的環(huán)境污染等均有密切的關(guān)系 。

粘結(jié)劑的作用一方面是產(chǎn)生了煤粒間的內(nèi)聚力，另一方面，粘結(jié)劑一般都具有較大的塑性，當(dāng)它們均勻分布在煤粒表面形成粘結(jié)劑膜后，使整個(gè)混合物具有可塑性，降低了煤料的彈性和改善了成型性。因此，煤料加入粘結(jié)劑后可大幅度的降低成型壓力。粘結(jié)劑在成型過(guò)程中起著十分重要的作用，它是煤粒之間相互粘結(jié)在一起的、不可缺少的"橋梁" 。

從理論上看，適量的粘結(jié)劑可擴(kuò)散到煤粒表面，形成膠體薄膜。因而可消除煤粒之間由于粘結(jié)劑不足而存在的"點(diǎn)焊"或"點(diǎn)粘結(jié)"現(xiàn)象，這時(shí)成型煤的機(jī)械強(qiáng)度最高。當(dāng)煤粒表面完整的薄膜形成以后，過(guò)量的粘結(jié)劑可以形象地認(rèn)為只增加煤粒外圍膠體薄膜的厚度，這不但無(wú)助于粘結(jié)性的提高，甚至成為煤粒密集的空間障礙。也就是說(shuō)，粘結(jié)劑用量過(guò)多、煤粒之間的粘結(jié)劑膜過(guò)厚，成型煤的機(jī)械強(qiáng)度反而下降了 。