粉煤成型

將6mm以下的煤粉在機械外加粘結劑或快速加熱到膠質狀態下加壓成具有一定形狀、尺寸、特定物理化學性能和不同用途產品的工藝過程。粉煤成型的產品稱型煤。

傳統的粉煤成型是將粉煤加工成幾何形狀、尺寸和機械強度相近、貯存後質量保持穩定的型煤。現代粉煤成型主要是“改變”粉煤的某些物理化學性質，使之成為優質的工業原料和潔淨的能源。

現代粉煤成型以煤化學和煤的機械加工工藝學為基礎，以燃燒理論、煤的轉化技術、傳熱學原理和環保工程等為指導，以工業鍋爐和窯爐等相關行業的設備特性和工藝原理為依據。

基本介紹

• 中文名：粉煤成型
• 外文名：briquetting of fine coal 
• 學科：採礦工程
• 對象：粉煤
• 出現時間：19世紀
• 成型參數：成型壓力、加壓條件等

發展簡史

型煤的發展首先是從民用開始的。18世紀，人們便以黃土等作粘結劑。用手工製成煤球或煤磚作為民用燃料。19世紀末期英、法、荷蘭等國才將粉煤成型發展到機制生產的工業階段，並研製出專門的成型設備——對輥成型機。1908年，日本發明了帶孔的、能單個燃燒的蜂窩煤，並於1912年開始手工生產和大量銷售。1926年，世界第一台蜂窩煤機問世。1955年，日本又研製出了上燃式蜂窩煤。為了改善其上火速度，又經過了一個相對漫長的發展時期，直到1976年才發展成了點火後幾分鐘即可炊事用的快速點火的上燃式蜂窩煤。1950年，靈堡的一位專家發明了以低揮發分煤為主要原料生產家用無煙燃料的熱壓型塊的Ancit方法，1967年在亞魯大多爾夫進行了大規模的工業生產，生產能力為10～12t/h。目前，在世界範圍已形成了現代的民用型煤技術，其使用的範圍和種類也在不斷地發展。

工業型煤起步較晚。20世紀初，德國先開始生產褐煤磚用於鍋爐燃燒，並於30年代研究成獨特的褐煤成型的兩段煉焦工藝。

1933年，日本引進德國型煤技術生產機車用型煤。到1971年，日本鐵路機車有79%燒用型煤，成為國外工業型煤用量最多的行業。1955年，日本將蜂窩煤的燃燒方式由下麵點火改成從上麵點火，並研製成用半張報紙可點燃的無煙煤上點火蜂窩煤。1969年，世界高爐會議肯定了型焦生產工藝是高爐冶煉技術的重要發展方向之一。由此，世界形成了型焦研究和開發的高潮。各國紛紛成立型煤和型焦和研究機構，先後出現了20多種利用弱粘結煤或不粘結煤生產型煤和型焦工藝。

中國是最早生產和使用型煤的國家。1975年，在河南省滎陽縣發掘的西漢煉鐵遺址中，挖出了一批∲180×80mm的帶孔的型煤，是蜂窩煤的雛形。在以前還發掘出元朝用煤、木炭和花果樹枝作成的取暖型煤-香餅，以及用粘土作粘結劑的手搖煤球。這證明在兩千年以前中國就開始生產和使用型煤。但在1949年以前幾乎沒有型煤工業。1954年，中國在北京、上海等地利用國產設備建立起一批民用煤球廠。1956年，北京開始生產手工蜂窩煤。1958年，中國製造出仿日本式的蜂窩煤機，從而形成了民用型煤工業。1978年，研製成火柴點火的上點火蜂窩煤和單個燃燒的暖盒煤球。1979年初，研製成無煙煤上點火蜂窩煤。

中國的工業型煤是從1958年研製型焦開始生產的。先後研製完成4種不同型焦生產工藝，建成30多個型焦生產廠。1964年研製成化肥造氣用型煤，1965～1966年先後在河北省唐山市和廣東省建成化肥型煤試驗廠。1968年，在北京建成年產8萬t化肥型煤和機車型煤的工業生產線及1萬t的型煤生產試驗線。1982年研製成功無煙清潔燃燒的鍋爐型煤和工業窯爐型煤。近幾年來，用物理加工方法全面改變型煤性質，以滿足專門用戶的要求，研製出可固硫和改善熱變形特性，燃燒時定向開花的工業鍋爐和工業窯爐用型煤。並正向著高效、潔淨、可控等方面發展。

成型機理

煤炭成型時，粘結劑與煤粒之間的作用是一個複雜的物理化學過程。不僅與粘結劑和煤炭本身的性質、結構有關，而且和成型條件密切相關。由於煤具有以非極性表面為主，煤表面有一定粗糙度和孔隙、潤濕性差且疏水性強、成型顆粒粒度小、有可塑性和彈性等主要物性，成型時可利用煤本身的粘結性或外加粘結劑，採用適宜的成型粒度、水分在一定的壓力作用下，克服煤的彈性，使煤粒之間互相靠近，產生塑性變形，並被此粘結成型。

成型意義

粉煤成型能把低效、非潔淨原煤轉化為高效、潔淨能源;擴大化工原料煤來源;合理利用劣質燃料;促進相關工業技術革新，型煤煉焦是粉煤成型工業的重要發展。

成型工藝

成型原料性質不同，成型時需要採用不同的成型工藝。煤炭成型按成型的工藝條件分為冷壓成型、熱壓成型和球團法成型。如下頁圖所示。

冷壓成型是在型煤配合料溫度低於100℃的條件下成型的工藝，包括無粘結劑成型和粘結劑成型兩種工藝。是粉煤成型的主要方法。型煤配合料是由粉煤、粘結劑和添加劑按比例配合成性能符合成型要求的物料。

無粘結劑成型是不用粘結劑的成型工藝，按成型壓力大小可分為低壓成型、中壓成型和高壓成型。成型壓力小於50MPa的成型叫低壓成型，主要用於生產無煙煤濕煤棒作合成氨原料，也用於含泥頁岩的煤成型，這種成型方法未獲廣泛套用; 成型壓力為 50～100MPa的成型叫中壓成型，主要供無煙煤和泥炭配料成型，但型煤強度較低;成型壓力大於100MPa的成型叫高壓成型，主要用於年輕褐煤或中年褐煤的成型，是成熟的成型方法。粘結劑成型是在成型過程中外加粘結劑等添加劑的成型工藝。所使用的粘結劑包括有機物粘結劑、無機物粘結劑和複合物粘結劑。包括物理成型和化學成型兩種。物理成型是粘結劑在成型過程中只起粘結作用。如瀝青、造紙廢液或粘土作粘結劑的成型方法。化學成型是粘結劑在成型和型煤固結過程中發生化學變化而起粘結作用，為石灰碳酸化型煤的成型方法。

熱壓成型是利用型煤配合料在高速加熱到大量形成膠質體的溫度，膠質體作粘結劑，在出現塑性變形時以膠質體作粘結劑加壓成型的工藝。這種成型方法多用來生產型焦。

球團法成型是在粘結劑和水的作用下，型煤配合料無需加壓力，在圓盤式或滾筒式球團成型機中滾動成型。成型產品是球團。該法用得不多。

成型參數

主要有成型壓力、加壓條件、成型水分、型煤配合料粒度和粘結劑用量等。

成型壓力成型壓力越大，顆粒排列越緊密，分子內聚力越大，型煤強度越高，但壓力過高，顆粒將被壓碎，顆粒總表面積增加而相對接觸面積減小，型煤強度反而降低。對於無粘結劑成型，煤化程度低褐煤的成型壓力為100～150MPa，煤化程度高褐煤的成型壓力為160～200MPa。對於粘結劑成型，煙煤和無煙煤的成型壓力為5～30MPa。

加壓條件包括加壓方式和加壓時間。加壓方式有單向加壓和雙向加壓兩種。單向加壓的型煤上下兩面的密度不同，厚度不能太大;雙向加壓不受此限。在型煤彈性變形階段使壓力維持一段時間，可使彈性變形轉化為塑性變形，故加壓不宜過快，否則型煤可能破碎。

成型水分指型煤配合料的全部水分，包括煤料的水分、粘結劑等添加劑的水分及成型過程加入的水分。型煤配合料水分因煤種、成型壓力和配合料粒度而異，一般為8%～18%。

型煤配合料粒度成型過程是物料顆粒表面相互作用的過程。最適宜的粒度是保證顆粒接觸最緊密，大小相間，有利於物料密集。

粘結劑用量成型過程中所用的粘結劑一般分固態和液態兩種。固態粘結劑應與煤料均勻混合，液態粘結劑不僅要在煤料顆粒表面上形成薄膜，而且還要儘可能填滿顆粒間的全部空隙。粘結劑用量取決於粘結劑和成型物料本身性質，也取決於配料、攪拌方式和對型煤質量要求。通常有機粘結劑用量是7%～12%;無機粘結劑中粘土用量為8%～12%，石灰為20%左右。