利用煤氣廠粉焦型球制備復(fù)合粘結(jié)劑的研究

利用煤氣廠粉焦型球制備復(fù)合粘結(jié)劑的研究

大同煤礦集團(tuán)指定煤礦廠為大同煤礦集團(tuán)指定員工提供生活氣體。目前,每日干餾大同塊煤200t,產(chǎn)焦炭約130t。直立炭化爐干餾塊煤的熱源由人工發(fā)生爐煤氣供給,人工發(fā)生爐的原料為直立炭化爐生產(chǎn)的焦炭塊,每日約用35t。每年人工爐消耗的塊焦約1.28萬(wàn)t。煤氣廠每年還產(chǎn)生1萬(wàn)多噸粉焦(小于13mm),因用途不大,只好廉價(jià)出售。為了提高粉焦的綜合利用,加快發(fā)展第三產(chǎn)業(yè),獲取較高的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)環(huán)保效益,煤氣廠委托中科院山西煤化所,利用煤氣廠粉焦為原料,采用煤化所的粘結(jié)技術(shù),經(jīng)過(guò)粉碎、攪拌、混捏、成型、烘干即得粉焦型球,以取代人工發(fā)生爐所用的塊焦,工藝流程示于圖1。1原材料(1)表1顯示了研磨原料的分析(2)粘合劑淀粉廢渣(3)熱容劑膨潤(rùn)土(4)輔助設(shè)備煤泥(腐植酸鹽)、火堿2工藝條件的選擇2.1火堿加入量對(duì)焦粒初強(qiáng)度和耐水性的影響粘結(jié)劑主要是淀粉廢渣、煤泥(腐植酸鹽)、膨潤(rùn)土和火堿,這種復(fù)合粘結(jié)劑是棕褐色的堿性水溶液,對(duì)焦親和力強(qiáng),能浸潤(rùn)焦粒表面,并滲透到焦粒的微孔結(jié)構(gòu)上,對(duì)粉焦型球脫膜后具有較好的初強(qiáng)度。淀粉廢渣液加入少量火堿,使型球的初強(qiáng)度和耐水性大大提高。在型球烘干過(guò)程中,腐植酸鹽溶液濃縮成膠體,最后固化收縮,與膨潤(rùn)土形成一種框架結(jié)構(gòu),使焦球具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。2.2重復(fù)劑的用量據(jù)各種資料表明,先配制成5%～10%的淀粉渣液,再加入少量的NaOH、腐植酸鹽和膨潤(rùn)土組成固體粘結(jié)劑。2.3成型壓力對(duì)生球強(qiáng)度的影響型球的抗壓強(qiáng)度除與粘結(jié)劑的特性和用量有關(guān)外,選擇合適的成型機(jī)也很重要。成型壓力的大小,受壓時(shí)間和長(zhǎng)短,加壓速度的快慢直接影響物料受壓時(shí)間的塑性、脆性和彈性變形的比例。一般情況下,成型壓力越高,塑性變形比例越大,生球強(qiáng)度也越高。但當(dāng)成型壓力加壓速度變快時(shí),脆性變形和彈性變形比例增大,生球強(qiáng)度降低。故采用較高壓力時(shí),應(yīng)延長(zhǎng)壓力作用時(shí)間,使大部分彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形,從而提高生球的初強(qiáng)度。在之后的生產(chǎn)中我們采用了大輥徑,低轉(zhuǎn)速成型機(jī),效果很好。2.4塊的煉焦粒度球型的形狀一般有方枕形和橢球形兩種,從成型球窩脫膜性來(lái)看,橢球形狀比方枕形易脫模,同時(shí)橢球型球熱裂變性好,便于完全燃燒。但橢球形表面積比較小,不利于加快氣化速度。我廠人工爐現(xiàn)用塊焦粒度大于36mm,但當(dāng)燃燒塊度較大時(shí),使參加氣化反應(yīng)的比表面積減少,影響氣化時(shí)焦粉分布及氣化速度。同時(shí)由于塊度過(guò)大時(shí),水分和揮發(fā)分不易揮發(fā)完全,延長(zhǎng)氣化時(shí)間,殘?zhí)剂吭龃?。結(jié)合型球中試經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題,在之后的生產(chǎn)中我們選用的型球?yàn)闄E球形,尺寸為42×38×22(長(zhǎng)軸×短軸×高),以提高焦球固定碳利用率。2.5結(jié)劑中起粘結(jié)作用生球的初強(qiáng)度比較低(約10N/個(gè)),而且水分很大(約16%左右)。粘結(jié)劑中起粘結(jié)作用的主要是淀粉渣和腐植酸鹽。當(dāng)烘干溫度過(guò)高時(shí),淀粉就會(huì)分解,以至破壞。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí),腐植酸鹽未能充分縮凝或聚化,粘結(jié)性就不好,影響型球的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。故在之后的生產(chǎn)中以150℃左右烘干為最佳。3生產(chǎn)過(guò)程和主要組成3.1生產(chǎn)工藝(見(jiàn)圖2)3.2主要設(shè)備(表2)3.3嚴(yán)格控制粉碎細(xì)度3.3.1破碎機(jī)是型煤焦生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。錘式破碎機(jī)具有打擊、反擊和研磨三種功能。錘頭為環(huán)錘式,進(jìn)料粒度50mm,出料粒度3mm。因?yàn)槊航故且环N不均質(zhì)體,其巖相組成、物理、化學(xué)性質(zhì)都差異懸殊,為了保證煤焦料的均勻性,煤焦料粒度應(yīng)細(xì)一些。型球(焦)的強(qiáng)度是顆粒和粘結(jié)劑固化構(gòu)成的類似“混凝土”結(jié)構(gòu)的最佳強(qiáng)度的體現(xiàn),型球強(qiáng)度主要是顆粒間由粘結(jié)劑固化形成的背架強(qiáng)度。因此,提高成型物料的粉碎細(xì)度具有重要意義,主要是為了保證型球的強(qiáng)度。但過(guò)細(xì)的物料粒度,就增加了粘結(jié)劑的用量,消耗較多的動(dòng)力,造成一定煤塵污染。3.3.2攪拌工藝是為了使煤料與粘結(jié)劑充分接觸,使粘結(jié)劑在煤料表面形成一層薄膜。另外,由于焦粉料有一定的吸附性,若充分?jǐn)嚢韬罂墒拐辰Y(jié)劑滲透到物料的孔隙中去,從而增強(qiáng)型球的強(qiáng)度。為此,就必須延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。在臥式攪拌機(jī)軸上安裝正反螺旋葉片,使物料在攪拌過(guò)程中反復(fù)運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)。為了在成型過(guò)程中具有連續(xù)性,采用了具有貯料和混捏效果的立式攪拌機(jī),調(diào)節(jié)物料的盈虧。3.3.3對(duì)輥式成型機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。在壓球過(guò)程中,壓力較小時(shí),則生球易碎,不易運(yùn)輸,初強(qiáng)度不行。如果采用過(guò)高的壓力,生球雖然初強(qiáng)度增強(qiáng)了,但過(guò)密實(shí)的焦球其內(nèi)部顆粒之間孔隙率下降,造成氣化速度降低,反應(yīng)活性下降,延長(zhǎng)氣化時(shí)間和殘?zhí)剂吭黾?在之后的生產(chǎn)中我們采用250kg/cm2。3.3.4烘干窯是目前生成型球(煤)最關(guān)鍵的設(shè)備。常用烘干窯有隧道小車窯,鏈條烘干窯和雙層翻板烘干窯。但前兩種窯人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,能耗高,不能滿足型煤生產(chǎn)的能力要求。故我廠選用雙層翻板烘干窯,該設(shè)備與成型機(jī)生產(chǎn)配套,達(dá)到連續(xù)生產(chǎn),連續(xù)烘干,機(jī)械化強(qiáng)度高。該窯有效烘干時(shí)間為2h,烘干溫度可調(diào),進(jìn)口溫度180℃,出口溫度50℃,窯長(zhǎng)40m,寬1.6m,年處理能力1.5萬(wàn)t/a。4由含有30ml粉末的粉末試燃燒和結(jié)論組成4.1煤氣廠人工氣、天然氣生產(chǎn)場(chǎng)所的燃料質(zhì)量指數(shù)見(jiàn)表34.2標(biāo)徑表44.3通過(guò)對(duì)熱量、氣體組成、熱量和灰渣殘?zhí)剂康姆治龊陀懻?.3.1通過(guò)總結(jié)直隸爐的每日操作記錄表5，討論了光度高度計(jì)算和測(cè)量討論:對(duì)比兩者數(shù)據(jù)可以看出,燒塊焦和燒型球的效果是相同的。4.3.2屋頂和表6顯示了屋頂和表6之間的平均比較討論:對(duì)比兩者數(shù)據(jù),塊焦與型球產(chǎn)生的煤氣組成與熱值相近,效果是相同的。4.3.3固定碳用量最佳參數(shù)確定討論:從灰渣殘?zhí)康姆治鼋Y(jié)果看,兩者都較高,這與取樣方法、爐子結(jié)構(gòu)和工藝操作均有關(guān)系,為了進(jìn)一步提高固定碳利用率,應(yīng)確定最佳參數(shù)、降低成型壓力、增加氣化速度、選擇合適幾何形狀、減小型球尺寸。4.4試驗(yàn)結(jié)果和討論燒塊焦和粉焦型球時(shí),人工爐的供蒸氣和供風(fēng)條件基本相同,運(yùn)行狀況正常。從爐底掏出的粉焦型球未粉碎或崩塌,80%仍保持加入時(shí)的形狀,證明熱穩(wěn)定性良好。試燒型球兩天后,爐底清灰時(shí)發(fā)現(xiàn)有疏松的渣塊形成,與燒塊焦相比延長(zhǎng)了清灰時(shí)間,增加了清灰難度(注:塊焦也有結(jié)渣出現(xiàn),渣塊較硬)。表8分別是塊焦、試驗(yàn)粉焦、型球、爐渣及熱穩(wěn)劑的灰熔點(diǎn),從表8中測(cè)定結(jié)果可以看出,塊焦的T2高出粉焦290℃,高出型球255℃,所以當(dāng)人工爐爐溫超過(guò)1145℃,粉焦型球就會(huì)出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象,而在此爐溫下,尚未達(dá)到塊焦T2的溫度,故燒塊焦時(shí)不會(huì)結(jié)渣。從表8的測(cè)定結(jié)果還可以看出,加入的熱穩(wěn)定劑及加工成型的粉焦型球的灰熔點(diǎn)均高于粉焦,說(shuō)明粘結(jié)劑及成型工藝沒(méi)有降低粉焦的灰熔點(diǎn)。燒粉焦型球時(shí)出現(xiàn)結(jié)渣,主要是粉焦本身灰熔點(diǎn)低造成的。另外,在試燒型球過(guò)程中,加入了一些碎末焦粉也是結(jié)渣的原因。如果在生產(chǎn)型球時(shí)采用一批灰熔點(diǎn)較高的粉焦原料,并且在人工爐投料前加一道篩網(wǎng)篩去碎末,則結(jié)渣現(xiàn)象可望減少或避免。從另外角度講,適當(dāng)結(jié)成較疏松渣,對(duì)保護(hù)柵板及減少灰渣殘?zhí)剂慷际怯泻锰幍摹?回收灰渣煤型球替代塊焦的可行性經(jīng)煤氣廠與中科院山西煤化所參加研制與工業(yè)試燒的同志共同討論,一致認(rèn)為:5.1粉焦型球配方工藝是科學(xué)的,技術(shù)上是可行的,工藝流程是合理先進(jìn)的,經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。5.2制成的粉焦型球冷強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性良好,能滿足工藝質(zhì)量要求,保證人工爐煤氣發(fā)生爐正常運(yùn)行,在人工爐中用型球代替塊焦在技術(shù)上是可行的。5.3影響灰渣殘?zhí)剂枯^高的因素較多,進(jìn)一步改善工藝操作條件及適當(dāng)改變型球的冷強(qiáng)度、尺寸及幾何形狀,將會(huì)進(jìn)一步提高固定碳的利用率,降低灰渣殘?zhí)剂俊?/p>