型煤發(fā)展方向及粘結劑技術

1、【型煤發(fā)展方向及粘結劑技術】1 型煤發(fā)展方向 馬永和 王潤勛 錢錦榮(山西省能源研究會煤轉化專委會潔凈煤工程部) 1 型煤發(fā)展方向11 發(fā)展型煤產業(yè)的重要性我國的礦物能源資源中，以煤最為豐富，全國第二次煤田預測資料數據顯示，埋深在l000m以內的煤炭總資源量為26000億t。1996年全國生產原煤1375億t。中國是世界上少數幾個一次能源以煤為主的國家之一。我國每年僅以燃燒方式消耗的煤就達11億t,占煤炭年總產量的80左右。在一次能源消費構成中，煤約占75，而其中全國的工業(yè)鍋爐(約40萬臺)、工業(yè)窯爐(16萬座)年耗煤量就達4億t，占直接燃燒方式耗煤量的13還多。以上數據表明，煤炭是中國一次能

2、源的支柱。據有關資料介紹，我國一次能源的資源結構中，煤炭與石油、天然氣、水電及核電等相比，在數量上占絕對優(yōu)勢將探明的一次能源保有儲量折算為標煤計，煤炭占90以上。據一雜志介紹，全球陸地能源中，目前探明的石油和天然氣儲量在2020年前將基本開采殆盡，個別地區(qū)也至多延續(xù)到2060年，探明的鈾儲量也將在2030年前開采完畢。所以很多專家認為，在未來的相當長時間內中國以煤為主的一次能源結構不會有較大改變。煤炭是我國一次能源的主要支柱，但煤炭資源又是有限的且不可再生的礦物資源，因此煤炭工業(yè)必須走可持續(xù)發(fā)展的道路。煤炭工業(yè)走可持續(xù)發(fā)展道路是指在確保為國民經濟各行各業(yè)提供品質潔凈、數量充足的煤炭、煤制品的同

3、時，要提高煤炭資源的利用率，保護我們賴以生存的地球大氣環(huán)境免受污染。型煤技術在近期內是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的重要組成部分。12 型煤產業(yè)及技術的現狀過去人們對型煤的認識很浮淺，沒有從防治污染、發(fā)展工業(yè)、提高經濟效益的高度上去認識它的重要性。我國工業(yè)型煤的生產是從50年代開始的，當時只能生產粘土煤球、紙漿煤球。60年代后，由于化肥廠生產的需要，氣化型煤得到開發(fā)，把無煙煤粉成型用于中、小化肥廠造氣，替代無煙塊煤?！鞍宋濉逼陂g，國家把型煤列為重點科研攻關項目，進行了大量的實驗研究，型煤產業(yè)開始發(fā)展起來。從這時起，山西才開始起步研究，開發(fā)、生產型煤。近兩年內，從省會太原市到各地區(qū)都紛紛行動起來，研究型

4、煤技術、設備、工藝、粘結劑等，并建了一些生產線。據不完全統(tǒng)計，全省有100余家型煤廠家，研制出的粘結劑也有150多種，型煤產品銷售到山西、山東、天津等地，用于化肥廠造氣和工業(yè)鍋爐、窯爐及民用燃燒。但由于粘結劑技術還不過關、機械設備還不配套、生產規(guī)模小等原因，致使型煤產業(yè)沒有大規(guī)模地發(fā)展起來。我國型煤技術從民用型煤技術開始逐步發(fā)展，現已實現商品化，技術達到國際水平，工業(yè)燃料型煤日臻完善，工業(yè)原料型煤(氣化型煤)已有很大進展?！熬盼濉毙兔杭夹g攻關項目共12個子課題，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、成套設備的選型改進與研制、計量定量的研制、型煤后處理以及型煤的質量

5、控制指標和檢測方法研究等一系列成套型煤技術進行系統(tǒng)研究。這一攻關項目完成后將會大大提高我國工業(yè)型煤技術水平，逐步實現工業(yè)型煤的產業(yè)化、商品化。13 型煤產業(yè)存在的問題131 對型煤認識浮淺有很大一部人認為搞型煤很簡單，只要能成球就是型煤。其實型煤技術并不那么簡單，當然也不能把型煤技術說成是個高精尖的尖端技術。中國礦大北京研究生部黃誠教授有句名言：“要把粉煤捏成蛋蛋容易，要搞成符合質量要求的型煤就難了?！边@說明型煤有它一定的技術性，特別是型煤技術的基礎理論研究還存在很多難題有待解決。132 資金投入不足型煤產業(yè)現在很紅火，煤炭行業(yè)想搞，其它行業(yè)也搞，個體戶也有人搞，大有全民參戰(zhàn)之勢，但大多數投資

6、者都是抱著“投入小、產出大”的指導思想，設備選購時專找價格便宜的買，生產線越簡單越好，原材料是什么東西都可以加，粘結劑是見別人加啥就加啥，根本沒搞清楚型煤用戶對型煤的質量要求及使用效果等。盲目上了生產線，一遇用戶提出質量問題甚至退貨才感到出了問題，但還不知道問題出在何處。所以目前社會上型煤廠建得不少，真正質量過關的不多，且生產規(guī)模小，產量上不出，形不成市場，利潤也就沒有保證，甚至搞壞了型煤的聲譽。133 形不成生產規(guī)模目前型煤配套機械生產能力只有3萬t5萬t，生產能力小，形不成生產規(guī)模。對需求量大的用戶，由于生產廠家產量小，不敢大批量汀供貨合同，形成要貨訂不上；小批量產品賣不出去，又形成有貨賣

7、不出的情況。要改變這種狀況，只有走聯合生產或擴大生產能力的路子。134 沒有規(guī)范化生產標準型煤品種的針對性很強，不同用戶、不同爐型對型煤質量的要求亦不同，所以生產型煤必須有不同的質量標準，這樣才能規(guī)范產品質量，穩(wěn)定市場秩序。14 型煤技術與型煤產業(yè)的發(fā)展方向根據當前型煤技術現狀，今后的型煤技術發(fā)展方向： 一是加強基礎理論的研究，以理論指導實踐，使型煤技術迅速提高到一個新的水平。從實踐中我們體會到影響型煤質量的因素是多方面的：原料及輔料的性質是影響型煤質量的內在因素，成型工藝是影響型煤質量的外部條件，而型煤的燃燒(氣化)性能是型煤質量指標的具體表現，它們相互聯系，不可分割。二是型煤機械要向大型化

8、發(fā)展。三是質量要向標準化、規(guī)范化發(fā)展。四是型煤廠要走產、學、研聯合的道路。總之，型煤產業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，型煤研究機構、生產廠家、設備制造廠家必將大量增加型煤產業(yè)可望成為煤炭工業(yè)第三產業(yè)的主力軍。 2 型煤粘結劑技術 2 型煤粘結劑技術型煤粘結劑是粉煤冷壓、中低壓成型工藝中的主要技術關鍵之一，它占據了型煤加工成本的主要份額，同時粘結劑的質量又是型煤質量的重要保證。因此，粘結劑的選擇與研究特別重要，世界各國都很重視，投入了很大的人力、物力積極研究實用的型煤粘結劑。我國同樣在這方面進行了廣泛的研究，并取得了多項成果和專利，推動了我國型煤事業(yè)的發(fā)展。21 型煤粘結劑種類型煤粘結劑種類復多，但從廣義上講可

9、分為三類：有機類、無機類、復合類。 211 有機類(1)煤瀝青、煤焦油和石油瀝青及其殘渣；(2)高分子聚合物PVA、FAA、PA、PF等； (3)淀粉類木瓜、地瓜、土豆、玉米等淀粉和糖蜜、糖渣等；(4)植物油渣類葵花油渣、棉子油渣、麻子油渣等；(5)動物膠類利用工業(yè)加工后的動物皮革廢料熬制的動物膠；(6)工業(yè)廢棄物紙漿廢液、含油污水、廢輪胎等；(7)腐植酸鹽、木質纖維素。212 無機類(1)土膨潤土、高嶺土、粘土、瓷土、白泥、河泥等；(2)水泥系指任何能與水化合生成石狀物質的水泥，包括硅酸鹽水泥、水硬石灰、火山灰水泥、天然水泥、高鋁水泥、氧化鎂水泥、礦渣水泥等；(3)水坡璃、生(熟)石灰、電石

10、泥、磷酸鹽、硫酸鹽等；(4)有些煤礦的頂、底板泥。213 復合類(1)有機物與有機物復合如煤焦油與底漿復合；(2)有機物與無機物復合如美國用膨潤土和聚丙稀酸鈉和焦磷酸二氫鈉復合；(3)無機物與無機物復合如日本用鋁水泥和CaCO、K2CO3復合。由于復合型粘結劑的摻料之間可起到互補作用，發(fā)揮綜合效果，能提高粘結劑的多效性，所以它是今后開發(fā)新型粘結劑的一個主要方向。 22 對型煤粘結劑的總體要求(1)型煤粘結劑來源要充足；(2)制備粘結劑的原料質量要相對穩(wěn)定；(3)粘結劑的價格要相對穩(wěn)定，并且越低越好；(4)粘結劑的制備工藝要簡單。23 對型煤粘結劑的質量要求(1)用粘結劑制成的型煤要有一定的機械

11、強度包括初始強度和最終強度；氣化型煤還必須要有一定的熱穩(wěn)定性和熱強度；(2)粘結劑要有一定的防潮、防水性能；(3)粘結劑的性能不影響型煤使用效果，如燃用型煤不影響燃燒性能，氣化型煤不影響氣化效果、煤氣質量及爐況的可操作性等；(4)粘結劑的成灰物不宜過大；(5)有粘結劑成型的型煤要考慮后處理工藝，即粘結劑的性能須考慮型煤后處理工藝要簡單易行； (6)型煤粘結劑不應產生二次污染。24 粘結劑的選擇原則(1)因地制宜，就地取材或就近取材；(2)針對型煤品種、煤種及煤質選用粘結劑；(3)不同性質的粘結劑要有不同的生產工藝；(4)價格合理。25 型煤粘結劑的理論基礎根據“七五”國家科技攻關環(huán)保項目758

12、501、75一新技術一082課題的攻關技術報告，型煤粘結劑研究的理論基礎是：251 表面化學理論和熱力學原理型煤粘結劑要對煤粒產生粘合力作用，首先必須能把煤粒進行很好的濕潤，達到粘質分子和煤的真正接觸，并為它們之間產生機械結合和物理化學結合創(chuàng)造條件，這就涉及到熱力學問題和表面化學問題。熱力學和表面化學原理認為：表面張力小的物質能很好地濕潤表面張力大的物質。根據上述原理，我們可以在型煤粘結劑中加入適量表面活性劑以降低型煤粘結劑的表面張力，提高其對煤粒的濕潤能力，以便為更好地形成機械結合和物理化學結合創(chuàng)造條件，對于那些疏水性粘結劑(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

13、很好地接觸。252 傳質理論煤粒為粘結劑所濕潤僅為產生粘合力創(chuàng)造了必要條件，據研究，要使煤粒與粘結劑之間產生機械和化學物理結合，必須使它們之間的距離要小到一定程度。(一般在10A以下)，這就要靠粘結劑分子的質量傳遞移動、擴散和滲透。根據傳質理論，溫度及外界壓力能促使粘結劑分子的移動、擴散和滲透，因此，我們在研究具體某一型煤粘結劑時可以適當地考慮一下溫度、壓力等外部條件，對輥成型就是這一原理的具體運用。253 粘結劑與被粘物的粘合理論粘結劑與被粘合物之間的結合力是機械結合和物理化學結合的綜合結果，它們對總粘結強度的貢獻與被粘材料表面狀態(tài)有關，對煤粒這種非極性多孔材料來說，機械結合力常起決定性作用

14、。煤與粘結劑的機械結合力，是粘結劑滲入煤粒孔隙內部固化后，在孔隙中產生機械鍵合的結果。根據上述理論，我們認為在研究型煤粘結劑時，要更多地注意煤與粘結劑的機械結合力，而粘結劑的固化往往是產生機械結合力的必要條件，因此對型煤的固化工藝必須有足夠的重視。254 型煤的結渣性(煤化學原理)型煤的結渣性直接影響型煤氣化過程的正常進行以及鍋爐的正常燃燒和清渣。型煤中礦物質含量及組成，型煤的煤灰熔融溫度及粘度是型煤結渣性的主要影響因素。而粘結劑的加入勢必會改變上述4個因素，從而影響型煤的結渣性，因此對型煤的粘結劑性質必須有足夠的重視。255 反應活性理論型煤的反應活性是指在一定的高溫條件下，型煤與C02、水

15、蒸汽或O2的相互作用的反應能力，是一項很重要的燃燒和氣化特征指標。型煤的反應活性直接關系到型煤在爐內的燃燒反應情況、耗煤量、耗氧量等。型煤的反應活性(a值)強，表示型煤在燃燒或氣化過程中反應速度快、效率高。型煤的反應活性與原煤的變質程度、巖相組成，型煤的物理結構、礦物質含量及化學特性有關，而粘結劑必然會影響到型煤的礦物質含量、物理結構及化學特性，從而影響型煤的反應活性。因此，在型煤粘結劑的研究中必須十分重視粘結劑對型煤反應活性的影響。26 配制粘結劑的方法配制粘結劑的具體方法步驟如下：首先，根據型煤廠家提供的煤種和型煤用戶對型煤的技術指標要求，并取上煤樣到實驗室進行科學配制，經多次反復配方和測試，得出初步的粘結劑配方。其次，將初步配制的粘結劑配方拿到型煤廠家和經過加工的原煤科學匹配，混合攪拌，上對輥成型機加壓成型，再用實驗室有關儀器儀表加以測試，冷熱強度、熱穩(wěn)