【正文】 水平；60年代開始研究工業(yè)型煤，取得了一定成果，建起了一批型煤廠．據(jù)1996年煤炭部型煤技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)道，所考察的近四十家工業(yè)造氣煤廠中，沒有一個(gè)能正常生產(chǎn)；近十幾年來，型煤廠仍在低水平重復(fù)建設(shè)；型煤生產(chǎn)過程中諸多問題不能突破，嚴(yán)重制約了型煤產(chǎn)業(yè)化．其主要原因是成型基礎(chǔ)研究薄弱，正如Druhl所言，實(shí)踐一直超越理論的發(fā)展．因此，加強(qiáng)粉煤成型性能及成型機(jī)理等基礎(chǔ)研究迫在眉睫．型煤技術(shù)引 言\1 粉煤無粘結(jié)劑成型機(jī)理 趙玉蘭 常鴻雁 吉登高 劉翼洲0 引 言3 有粘結(jié)劑礦粉低溫固結(jié)機(jī)理研究\4 結(jié)束語3 有粘結(jié)劑礦粉低溫固結(jié)機(jī)理研究傅菊英等應(yīng)用表面化學(xué)觀點(diǎn)研究了有粘結(jié)劑鐵精礦低溫固結(jié)機(jī)理，認(rèn)為低溫固結(jié)是粘結(jié)劑與造塊物料間粘附力和內(nèi)聚力共同作用的結(jié)果．粘附力是指粘結(jié)劑與造塊物料之間的作用力；內(nèi)聚力是指粘結(jié)劑或造塊物料本身分子間吸引力．當(dāng)有粘結(jié)劑存在時(shí)，粘結(jié)劑對顆粒表面的潤濕作用，使物料顆粒由固—固接觸變?yōu)橐骸探佑|．因此，低溫固結(jié)實(shí)質(zhì)是固—液界面現(xiàn)象．粘附力的大小受物料顆粒的表面形狀、粗糙度、潤濕性、粒度等因素影響．固結(jié)團(tuán)塊強(qiáng)度既與分子間作用力(即范德華引力)、顆粒表面凹凸不平而產(chǎn)生的機(jī)械聯(lián)接力有關(guān)，也與靜電引力、化學(xué)鍵力有關(guān)．朱德慶等從表面潤濕熱、表面電性及紅外光譜測試人手，對粘結(jié)劑與鐵礦粉表面作用機(jī)理及生球強(qiáng)度的機(jī)理作了大量研究．從理論上導(dǎo)出了生球強(qiáng)度界面能綜合模型；提出了含粘結(jié)劑的磁鐵礦粉生球的強(qiáng)度取決于顆粒間的化學(xué)作用能、粘滯作用能、毛細(xì)引力能、范德華引力能、靜電作用能和磁引力能，主要由化學(xué)作用能、粘滯作用能、毛細(xì)引力能所決定的新觀點(diǎn)，豐富和發(fā)展了生球強(qiáng)度理論．4 結(jié)束語粉煤成型機(jī)理研究的重點(diǎn)是弄清型煤內(nèi)煤粒之間、煤粒與粘結(jié)劑之間作用力的類型、作用力的大小及其影響因素；其目的是為開發(fā)型煤粘結(jié)劑，加快工業(yè)型煤產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)．已有的研究結(jié)果表明，型煤內(nèi)煤粒之間、煤粒與粘結(jié)劑之間存在著復(fù)雜的作用力，有機(jī)械力、物理力、化學(xué)力及物理化學(xué)力．從有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道可知，此項(xiàng)研究定性多于定量，理論分析多于儀器測試．有待于加強(qiáng)儀器測試定量研究工作。由于采煤機(jī)械化程度的提高及煤田地質(zhì)構(gòu)造的影響，無煙塊煤的產(chǎn)量很低，加之，國家關(guān)閉小煤窯。同時(shí)，化肥廠用塊煤，由于在運(yùn)輸過程中的破損，也積壓了一些粉煤。隨著我國成為WTO成員，競爭越來越激烈。2 原料煤的選擇與配煤原料煤是制造氣煤的三要素之一，它的好壞直接關(guān)系到造氣型煤的質(zhì)量。山西省晉城煤田的煤屬于低灰、低硫、高發(fā)熱量的煤種，是制造型煤的最佳原料煤，用它制出的型煤硫低、固定碳高、冷強(qiáng)度和熱強(qiáng)度均高，所以造氣量就大，很適合作為制造氣型煤的原料。山西晉城距原料煤基地也不算遠(yuǎn)，運(yùn)輸費(fèi)用也不會(huì)高，并選擇廉價(jià)的無煙粉煤，生產(chǎn)出的造氣型煤成本一定不會(huì)太高。過去人們往往忽略了對不同原料煤的科學(xué)配比，僅用單一品種煤或單一煤礦的煤作為制造氣型煤，結(jié)果生產(chǎn)出的產(chǎn)品很不理想，達(dá)不到化肥廠的技術(shù)和生產(chǎn)要求。3種無煙原料煤的煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果見下表1。表2 型煤樣品質(zhì)量測試結(jié)果指標(biāo)名稱測試指標(biāo)抗壓強(qiáng)度N/個(gè)820落下強(qiáng)度1300%熱穩(wěn)定性TS6%熱強(qiáng)度N/個(gè)220浸水強(qiáng)度N/個(gè)150復(fù)干強(qiáng)度N/個(gè)7003 生產(chǎn)工藝及成型設(shè)備\4 粘結(jié)劑技術(shù)與其相關(guān)的因素 3 生產(chǎn)工藝及成型設(shè)備生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)和成型設(shè)備的選擇也是制造氣型煤三要素之一。這樣建起的生產(chǎn)線是過硬的，經(jīng)得起連續(xù)生產(chǎn)的考驗(yàn)，并能產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。造氣型煤的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。成型后的濕型煤輸送到烘干爐里進(jìn)行干燥，干燥后合格的產(chǎn)品裝袋運(yùn)至成品庫房。因此，粘結(jié)劑的選擇與研制特別重要。4．1．1 有機(jī)類(a)煤瀝青、煤焦油和石油瀝青及其殘?jiān)?b)高分子聚合物——PVA、FAA、PA、PF 等；(c)淀粉類——木瓜、地瓜、土豆、玉米等淀粉和糖蜜、糖渣等，(d)植物油渣類——葵花油渣、棉子油渣、麻子油渣等；(e)動(dòng)物膠類——利用工業(yè)加工后的動(dòng)物皮革廢料熬制的動(dòng)物膠；(f)工業(yè)廢棄物——紙漿廢液、含油污水、廢輪胎等；(g)腐植酸鹽、木質(zhì)纖維素。4．1．3 復(fù)合類(a)有機(jī)物與有機(jī)物復(fù)合——如煤焦油與底漿復(fù)合；(b)有機(jī)物與無機(jī)物復(fù)合——如美國用膨潤土和聚丙烯酸鈉和焦磷酸二氫鈉復(fù)合；(c)無機(jī)物與無機(jī)物復(fù)合——如日本用鋁水泥和CaCOK2CO3復(fù)合。 對型煤粘結(jié)劑的總體要求(1)型煤粘結(jié)劑來源要充足；(2)制備粘結(jié)劑的原料質(zhì)量要相對穩(wěn)定；(3)粘結(jié)劑的價(jià)格要相對穩(wěn)定，并且越低越好；(4)粘結(jié)劑的制備工藝要簡單。4．4 粘結(jié)劑的選擇原則(1)因地制宜，就地取材或就近取材；(2)針對型煤品種、煤種及煤質(zhì)選用粘結(jié)劑；(3)不同性質(zhì)的粘結(jié)劑要有不同的生產(chǎn)工藝；(4)價(jià)格合理。根據(jù)上述原理，我們可以在型煤粘結(jié)劑中加入適量表面活性劑以降低型煤粘結(jié)劑的表面張力，提高其對煤粒的濕潤能力，以便為更好地形成機(jī)械結(jié)合和物理化學(xué)結(jié)合創(chuàng)造條件，對于那些疏水性粘結(jié)劑(表面張力較大)，可把煤粒干燥，使煤粒的表面張力增大，這樣兩者也可以很好地接觸。根據(jù)傳質(zhì)理論，溫度及外界壓力能促使粘結(jié)劑分子的移動(dòng)、擴(kuò)散和滲透，因此，我們在研究具體某一型煤粘結(jié)劑時(shí)可以適當(dāng)?shù)乜紤]一下溫度、壓力等外部條件，對輥成型就是這一原理的具體運(yùn)用。煤與粘結(jié)劑的機(jī)械結(jié)合力，是粘結(jié)劑滲入煤?？紫秲?nèi)部固化后，在孔隙中產(chǎn)生機(jī)械鍵合的結(jié)果。 4．5．4 型煤的結(jié)渣性(煤化學(xué)原理)型煤的結(jié)渣性直接影響型煤氣化過程的正常進(jìn)行以及鍋爐的正常燃燒和清渣。而粘結(jié)劑的加入勢必會(huì)改變上述4個(gè)因素，從而影響型煤的結(jié)渣性，因此對型煤的粘結(jié)劑性質(zhì)必須有足夠的重視。型煤的反應(yīng)活性直接關(guān)系到型煤在爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)情況、耗煤量、耗氧量等。型煤的反應(yīng)活性與原煤的變質(zhì)程度、巖相組成，型煤的物理結(jié)構(gòu)、礦物質(zhì)含量及化學(xué)特性有關(guān)，而粘結(jié)劑必然會(huì)影響到型煤的礦物質(zhì)含量、物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)特性，從而影響型煤的反應(yīng)活性。4．6 配制粘結(jié)劑的方法配制粘結(jié)劑的具體方法步驟如下：首先，根據(jù)型煤廠家提供的煤種和型煤用戶對型煤的技術(shù)指標(biāo)要求，并取煤樣到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)配制，經(jīng)多次反復(fù)配方和測試，得出初步的粘結(jié)劑配方。最后，把型煤產(chǎn)品拿到用戶單位進(jìn)行試燒，滿足用戶要求后，才算成功。型煤用戶認(rèn)可的型煤產(chǎn)品所用的粘結(jié)劑就定為該廠生產(chǎn)型煤的粘結(jié)劑。型煤粘結(jié)劑同樣對生產(chǎn)工藝也有一定的要求，粘結(jié)劑的制備也有一定的工藝條件。造氣型煤粘結(jié)劑是在1989年研制出的，名稱為PC一1型造氣型煤粘結(jié)劑，已通過山西省科委和山西省教委鑒定，該成果發(fā)表于國家科委出版的《科學(xué)技術(shù)研究成果)1990年第7期上，并用在化肥廠造氣爐上滲燒，效果很好。輥壓成型后的型煤到成品有2種方式，即免烘干和烘干形式，前者需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或涼干，這就需要時(shí)間，少者2d，多者3d一4d，且還要大的空間。鑒于這種情況，大多數(shù)型煤廠采取上烘干設(shè)備，雖然一次投資較大，但產(chǎn)量高可達(dá)到設(shè)計(jì)能力，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。第二種為隧道小車式烘干窯爐，此種爐產(chǎn)量低，用人工多，較落后。我們研制的2000Ⅱ型工業(yè)型煤立式干燥爐，用在山西晉城天義型煤廠，效果很好，并被選人山西三利集團(tuán)60萬t型煤廠的可研報(bào)告中?！緶\談型煤干燥及其干燥設(shè)備】1 型煤干燥設(shè)備的選型\2 干燥基本理論\3 型煤干燥機(jī)理\4 干燥速度 在工業(yè)型煤生產(chǎn)過程中，以往各生產(chǎn)廠家大部分采用的是免烘干生產(chǎn)工藝，由于其受氣候、場地等因素的影響，只能間斷性生產(chǎn)。各廠所選擇的干燥設(shè)備形式大部分為翻板多帶式，也有選用立窯式、洞道式等。為此，若在干燥設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)中出現(xiàn)失誤，必將會(huì)影響型煤生產(chǎn)廠的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致事故。在 以上問題嚴(yán)重制約著型煤生產(chǎn)廠家的正常生產(chǎn)，并遭受較大的經(jīng)濟(jì)損失，究其原因，主要有兩方面：一是對設(shè)備的選型不當(dāng)，二是設(shè)備本身存在先天性不足。1．2 型煤干燥時(shí)對干燥設(shè)備的要求(1)操作穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行；(2)溫度調(diào)節(jié)方便：(3)干燥時(shí)間調(diào)節(jié)方便；(4)熱能利用率高、燃料消耗少、動(dòng)力消耗少；(5)安全可靠、維護(hù)方便。 干燥器型式選擇根據(jù)型煤的特性及其對于干燥設(shè)備的要求，其干燥設(shè)備以選擇連續(xù)常壓類的多帶翻板式和雙螺旋鵝掌帶式為最佳。用熱能使固體物料中水分氣化排除的過程稱為“干燥”。干燥過程的本質(zhì)為去除的水分從固相中轉(zhuǎn)移到氣相中，固相為被干燥的物料，氣相為干燥介質(zhì)。干燥過程的力學(xué)與其它過程類似，也分為靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面。通過物料衡算和熱量衡算，干燥靜力學(xué)可以確定物料的干燥程度、去除的水分量以及所需消耗的熱量。根據(jù)干燥動(dòng)力學(xué)，可以確定物料中除去水分量與干燥時(shí)間的關(guān)系，并可在某種固定干燥情況下預(yù)先估計(jì)物料干燥的某種程度所需的時(shí)間。3 型煤干燥機(jī)理當(dāng)型煤超過其平衡濕度而與熱空氣接觸時(shí)，雖然在開始時(shí)水分系均勻地分布在型煤中，但由于濕型煤表面間的濕度差，于是型煤內(nèi)部的水分借擴(kuò)散作用向其表面移動(dòng)而有表面氣化。雖然型煤中水分的內(nèi)部擴(kuò)散與表面氣化是在同時(shí)進(jìn)行著，但在干燥過程不同期間干燥機(jī)理不一定相同，這是由于型煤的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)以及溫度等和周圍熱空氣的情況的影響。由于物料干燥過程的主要控制對象是速率較慢的對象，因此，型煤干燥前期主要控制氣化速率，而后期主要控制擴(kuò)散速率。4 干燥速度在熱空氣的溫度、濕度、速度以及與型煤接觸情況不變的恒定干燥情況下，為了確定型煤干燥所必須的時(shí)間，首先要決定物料的干燥速度，干燥速度為每單位時(shí)間在每單位干燥面積上被干燥物料所能氣化的水份量。影響型煤干燥速度的因素很多，其中較為重要的有：(1)型煤的性質(zhì)與形狀：包括粘結(jié)劑的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、型煤的形狀及大小、型煤層的厚薄，以及水分的結(jié)合方式等。(3)熱空氣的溫度：熱空氣的溫度愈高則干燥速度愈快，惟以不使型煤自燃、動(dòng)力與燃料消耗恰當(dāng)為原則。增加空氣的流動(dòng)速度可以增加型煤的干燥速度(在干燥設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足其正常運(yùn)行的前提下，要盡量縮小其內(nèi)部空間，以提高恒定量空氣的流動(dòng)速度)。流動(dòng)方向與型煤的氣化表面垂直時(shí)，干燥速度最快，平行時(shí)則交叉。(6)干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)：上述各因素，都和干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)，干燥設(shè)備的構(gòu)造必須針對有關(guān)型煤干燥速度的因素而設(shè)計(jì)。5 型煤干燥溫度\6 型煤干燥設(shè)備典型問題分析\7 結(jié)語 5 型煤干燥溫度型煤的燃點(diǎn)根據(jù)其煤質(zhì)情況，一般為400℃～500℃，由于熱能積聚，型煤在低于此溫度的環(huán)境中停留時(shí)間達(dá)一定長度后，仍可引起自燃，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，型煤在干燥溫度超過250℃時(shí)一旦停留時(shí)間過長就有引起自燃的可能，再則，干燥設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件均由鋼材制成，鋼材在200℃左右時(shí)其強(qiáng)度最高，因此，型煤干燥溫度選擇180℃～220℃為最佳。 (2)型煤多次自燃。6．3 實(shí)際操作效果該機(jī)在使用中的實(shí)際效果如下：(1)進(jìn)風(fēng)溫度320℃，出風(fēng)溫度120℃，型煤干燥2小時(shí)后，心部存在可見濕度，平均水分含量7％。型煤干燥2h后，心部有50％體積的可見濕度，平均水分含量11％。6．4 問題分析從該機(jī)的結(jié)構(gòu)和實(shí)際操作情況來看，該機(jī)設(shè)計(jì)上存在以下幾方面失誤：(1)熱空氣流動(dòng)方向：該機(jī)熱空氣流動(dòng)方向采用的是與型煤平行流動(dòng)的方式上層逆流下層并流。在采用平行逆，并流空氣流動(dòng)方向設(shè)計(jì)干燥設(shè)備時(shí)，為提高干燥設(shè)備的平均干燥推動(dòng)力，應(yīng)將熱空氣進(jìn)出口選擇為兩端同時(shí)進(jìn)人中間排出或與此相反的方式，而該機(jī)的設(shè)計(jì)確違背了這一原則。風(fēng)速風(fēng)量風(fēng)溫是型煤干燥過程的主要因素，在多帶式干燥設(shè)備中，要求風(fēng)速在3m／s以上，而該機(jī)的風(fēng)速卻僅有0．7m／s～1．4m／s。該機(jī)所使用風(fēng)溫最高已達(dá)320℃這是引起型煤自燃的主要因素。7 結(jié)語在型煤干燥方面、干燥設(shè)備的使用和生產(chǎn)起步都較晚，至今對其認(rèn)識(shí)可能還存在一定差距，有一些剛介人型煤事業(yè)的人，對此無法作出正確的判斷。免不了會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的失誤，出現(xiàn)了失誤并不可怕，就怕沒有恒心?！緹o煙煤型煤生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備配置】1 型煤生產(chǎn)工藝路線 由于無煙煤屬高變質(zhì)程度煤種，其具有的強(qiáng)度高、可塑性差、熱態(tài)下不軟化等特別性質(zhì)，導(dǎo)致型煤生產(chǎn)過程中的難度也較大。有關(guān)院所對此做過專門的研究、探索。先后研制出兩種性能較優(yōu)越、可操作性強(qiáng)的型煤粘結(jié)劑(已申請國家發(fā)明專利其中一項(xiàng)已通過省級科技成果鑒定)，新開發(fā)研制的FG系列型煤干燥機(jī)較好地解決了型煤干燥過程中的幾個(gè)難題，使用效果很好?，F(xiàn)就型煤生產(chǎn)工藝路線及設(shè)備配置方面談一些切身經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，以供參考。 圖1 型煤生產(chǎn)工藝以此工藝路線采用低壓冷成型方式進(jìn)行型煤生產(chǎn)是比較合理的。無煙粉煤加入粘結(jié)劑后的含水率在8％一10％左右時(shí)成型性能為佳，而有的進(jìn)廠原料煤的含水量可高達(dá)12％以上，像這樣的高水分原料煤，除非加入粉狀粘結(jié)劑，否則根本無法成型。型煤成型后的干燥裝置也必不可少(不易烘干的和爐前成型除外)。對于免烘干粘結(jié)劑來說，能夠在保證型煤的冷、熱強(qiáng)度高、灰分增加量少、具備一定的耐潮防水性，而且價(jià)格較低、原材料來源又廣的快速自硬式粘結(jié)劑的生產(chǎn)是相當(dāng)困難的，也可以說在目前條件下是根本不可能的。型煤在成型過程中，必將有少量的小塊及粉狀物科需返回重新成型。將這部分返回物料返回到混碾機(jī)中再進(jìn)行一下混碾是比較合適的，只有這樣才能真正保證型煤的強(qiáng)度均衡。在晉城市的一些型煤廠中就有這樣的情況產(chǎn)生。型煤在對輥成型過程中，在成型機(jī)壓力恒定的情況下，其隨物料壓縮的變化而增減，物料的壓縮比又隨兩輥外圓相切所形成的夾角區(qū)的截面積的大小和物料干濕程度而變化，夾角區(qū)的截面積又隨筒直徑的大小而變化。中、小塊度型煤是沒有必要進(jìn)行預(yù)壓的。每條線的生產(chǎn)能力最大不宜超過型壓力以300kg／cm2~50kg／cm2為佳。 圖2 成型壓力與型煤壓縮程度曲線2 設(shè)備的選擇與配置 2 設(shè)備的選擇與配置型