1、型煤技术引 言1 粉煤无粘结剂成型机理 赵玉兰 常鸿雁 吉登高 刘翼洲0 引 言21 世纪是能源结构多元化时代，煤炭在能源消费结构中的主导地位不会改变专家估计未来二三十年煤炭需求量将会增加伴随机械化采煤产生的大量粉煤需要处理，发展型煤技术势在必行中国从 20世纪 50 年代开始研究民用型煤，其技术已达到国际水平；60 年代开始研究工业型煤，取得了一定成果，建起了一批型煤厂据 1996 年煤炭部型煤技术现状调查报道，所考察的近四十家工业造气煤厂中，没有一个能正常生产；近十几年来，型煤厂仍在低水平重复建设；型煤生产过程中诸多问题不能突破，严重制约了型煤产业化其主要原因是成型基础研究薄弱，正如 Dr
2、uhl 所言，实践一直超越理论的发展因此，加强粉煤成型性能及成型机理等基础研究迫在眉睫粉煤成型工艺分冷压成型和热压成型，以冷压成型为主；冷压成型又分为粘结剂成型和无粘结剂成型，以有粘结剂成型为主根据我国国情，粉煤成型多采用添加粘结剂、中低压、免烘干、冷压成型工艺1 粉煤无粘结剂成型机理粉煤无粘结剂成型是指不外加粘结剂，而是依靠煤炭自身的性质和粘结性组分，在外力作用下压制成型煤的过程适于无粘结剂成型的煤种为年轻褐煤11 褐煤无粘结剂成型机理关于褐煤无粘结剂成型机理众说不一，有各种假说，如沥青、腐植酸、毛细孔、胶体、分子粘合等假说但都认为“自身粘结剂”的存在，是褐煤无粘结剂成型的重要基础(1)沥青
3、假说沥青假说是早期的假说沥青假说认为，煤中沥青质是煤粒间粘结成型的主要物质沥青的软化点为 7080在加压成型过程中，由于煤粒间相对位移，彼此相互推挤、摩擦产生的热 量，使沥青质软化成为具有粘结性的塑性物质，将煤粒粘结在一起成为型煤(2)腐植酸假说褐煤中含有游离腐植酸，游离腐植酸是一种胶体，具有强极性在成型过程中，外力作用使煤粒间紧密接触具有强极性的腐植酸分子，使煤粒间相结合的分子间力得以加强而成型(3)毛细孔假说毛细孔假说认为，褐煤中有大量含水的毛细孔成型时毛细孔被压溃，其中的水被挤出，覆盖于煤粒表面形成水膜，进而充填煤粒间的空隙，呈现出相互作用的分子间力，加强了煤粒的接触而成型(4)胶体假说
4、胶体假说认为，褐煤由固相和液相两部分物质组成，固相物质是由许多极小的胶质腐植酸颗粒构成，其粒度为 1m 一 10nm在成型过程中使胶粒密集而产生聚集力，形成具有一定强度的型煤(5)分子粘合假说分子粘合假说由那乌莫维奇提出认为粒子间的结合是在压力作用下，由于粒子间接触紧密而出现分子粘合的结果上述假说都只从某一个方面解释了成型过程中的一些现象，还有待进一步探讨12 其他煤种无粘结剂成型机理文献3着重介绍了无烟煤成型试验研究结果，分析了工业型煤无粘结剂成型的湿态粘结机理与干态粘结机理(1)型煤的湿态粘结机理碎散性煤料在湿态下被压制成型的主要原因，是煤粒间存在着一定的粘结性煤在破碎加工过程中，其中一些
5、桥键或晶格断裂，形成一些不饱和键，使煤粒表面产生微弱的负电荷，极性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通过粘结性的水化膜连接而成型(2)型煤的干态粘结机理在型煤干燥过程中，随着型煤的水化膜逐渐变薄，液膜水的表面张力增大，煤粒受力彼此靠的更近，煤分子间的范德华力增大直至液膜的水蒸干，煤分子间的范德华力达到最大此外，干煤粒间摩擦阻力大，煤粒彼此镶嵌产生较大的机械啮合力因此，干态型煤主要靠煤分子间的范德华力和煤粒间的机械啮合力使煤粒紧密粘结而成型，笔者研究了弱粘结煤、肥煤、焦煤、无烟煤等不同煤种的无粘结剂成型发现焦煤成型性能最好，其型煤表面致密、光洁，抗压强度高，防水性能好；而无烟煤成型性能最差，其型
6、煤质量低，抗压强度小这是由于焦煤的显微硬度小，无烟煤显微硬度大软质煤在成型过程中易被压碎，产生更细的煤粉填充到煤粒间隙中，达到最紧密堆积，使型煤致密光洁，抗压强度高.2 粉煤有粘结剂成型机理粉煤有粘结剂成型，是指粉煤与外加粘结剂充分混合均匀后，在一定的压力下压制成型煤的过程有粘结剂成型的煤种为年老褐煤、烟煤、无烟煤等；粘结剂为煤焦油、焦油沥青、石油沥青(又称石油残渣)或水溶性粘结剂成型煤料为-3mm(占 95以上)的粉煤，具有类似砂土的碎散性从热力学观点出发，粉煤成型过程是体系的熵减小的非自发过程欲使粉煤成为具有一定强度的型煤，外力做功和粘结剂是重要的基础条件粘结剂的选择关系到型煤的质量和成本
7、，也是型煤产业化的制约因素因此，研究粉煤成型机理，关键是探讨煤与粘结剂间的相互作用，即作用力的类型、大小及其影响因素搞清粉煤成型机理将为开发型煤粘结剂、实现型煤工业化，乃至粉料成型相关领域(包括冶金、化工、建材、医药等)提供理论依据粉煤有粘结剂成型机理研究的文献报道甚少，相关领域如矿粉团球、压块等粉料成型机理研究也不多21 浸(润)湿与桥接煤粒与粘结剂间的浸湿和粘合直接影响型煤质量以煤和焦油沥青成型为例，除煤的含水量要影响煤粒与焦油沥青的浸湿与粘合外，沥青的粘度和组成也会影响成型过程沥青的粘度决定型煤的冷态抗压强度；沥青中含成焦组分的多少决定型煤的热稳定性当沥青与低挥发分煤成型时，成焦组分在型
8、煤结构中形成沥青焦骨架，使型煤具有好的热稳定性为了使沥青类粘结剂获得最合适的粘度，前苏联学者研究了沥青的重要性质研究发现，沥青粘度发生显著变化的两个阶段，一个是从固态向塑性状态的转变阶段；另一个是从液态向高流动状态的转变阶段沥青在室温下呈固态，只有在温度高于其软化点 2025下，才能与煤粒混合均匀并充分浸湿前苏联学者采用了一种特殊的料粒抛光技术，通过显微镜观察研究了煤与沥青粘合剂的混合料结果表明，在成型过程中沥青粘结剂只能部分地将煤粒浸(润)湿进入成型机的物料内，大部分煤粒通过“粘结剂桥”连接而成型文献6研究结果表明，成型前的粘结剂应呈塑性状态并具有良好的扩展性，成型后型煤内粘结剂要尽快固化，
9、形成能承受机械力作用的骨架结构，以使型煤具有足够的强度型块强度是颗粒和固化粘结剂构成的类似混凝土结构的总体强度的体现若成型物料的结构强度低于由粘结剂固化形成 66 骨架强度，则提高成型物料的粉碎细度，以增加颗粒总表面积，型块强度取决于物料的结构强度22 机械结合力与物理化学结合力文献7报道了褐煤成型主要工艺条件的研究结果，认为煤粒和粘结剂之间的作用过程十分复杂，包括润湿、传质、结合等过程粘结剂与被粘结物之间的结合力，是机械结合力与物理化学结合力的综合结果对于煤这种非极性多孔物料，机械结合力起决定性作用型煤强度是粘结剂渗入煤粒间隙中，脱水、固化产生机械键合的结果粘结剂脱水、硬化、固结过程中，型煤
10、随水分蒸发而收缩，颗粒间距离减小，碎散阻力增大，型煤强度增加23 最小接触角及最大粘结功李登新等以型煤抗压强度定量表征煤与粘结剂间作用力的大小，即煤与粘结剂间的润湿程度理论分析认为粘结剂与煤粒间产生粘结的前提条件，是粘结剂润湿煤粒表面其润湿程度可用接触角、粘结功表示即接触角越小，粘结功越大，润湿程度越大利用 CDA 型协和接触角仪、CBVD 型协和表面张力仪，分别测量了在型煤与粘结剂间的接触角及液态粘结剂的表面张力随着煤表面疏水基团的【用无烟粉煤成型的先进技术生产造气型煤】1 粉煤成型技术生产造气型煤的意义2 原料煤的选择与配煤 1 粉煤成型技术生产造气型煤的意义我国化肥工业遍布全国，据有关部
11、门统计，中、小化肥厂约有 800 多个，其中 60以上均以无烟块煤作为造气原料煤，每年需要块煤约 3000 万 t。由于采煤机械化程度的提高及煤田地质构造的影响，无烟块煤的产量很低，加之，国家关闭小煤窑。因此，无烟块煤的供需矛盾日趋紧张，难以保证化肥厂造气原料的正常供应，而大量的无烟粉煤却因利用率低，长期积压，造成了资源的浪费及环境的污染。同时，化肥厂用块煤，由于在运输过程中的破损，也积压了一些粉煤。在化肥厂的合成氨生产中，燃料费用占生产总成本的 13 以上，故利用粉煤成型技术生产造气型煤替代块煤，不仅可以缓解块煤供需矛盾，充分利用煤炭资源，同时还可降低化肥原料成本，提高企业经济效益。随着我国
12、成为 WTO 成员，竞争越来越激烈。因此，开发应用造气型煤是具有重大现实意义的。2 原料煤的选择与配煤原料煤是制造气煤的三要素之一，它的好坏直接关系到造气型煤的质量。根据造气煤的物理和化学性质，无烟煤是制造气型煤的极好原料。山西省晋城煤田的煤属于低灰、低硫、高发热量的煤种，是制造型煤的最佳原料煤，用它制出的型煤硫低、固定碳高、冷强度和热强度均高，所以造气量就大，很适合作为制造气型煤的原料。由于地质构造的不同，生成煤的情况也不同，加之机械设备和粘结剂配制对原料煤的要求，所以对原料必须进行合理的选择和科学的配煤，才能生产出高质量的造气型煤。山西晋城距原料煤基地也不算远，运输费用也不会高，并选择廉价
13、的无烟粉煤，生产出的造气型煤成本一定不会太高。若生产厂家选用的有晋城煤或阳泉煤或宁夏煤，均可以科学配比，配成制造气型煤的最佳原料煤。过去人们往往忽略了对不同原料煤的科学配比，仅用单一品种煤或单一煤矿的煤作为制造气型煤，结果生产出的产品很不理想，达不到化肥厂的技术和生产要求。如我们曾用晋城 3 个煤矿的煤加以合理配比制出较理想的造气型煤。3 种无烟原料煤的煤质化验结果见下表 1。表 1 原料煤煤质化验结果工业分析 ad% 灰熔点/名称M A V FCST、ad/% Qgr、V、ad/MJ/kg甲种煤 3.07 13.20 7.72 76.01 0.46 28.86 1430 1460 1500乙
14、种煤 2.62 19.85 6.79 70.74 0.43 26.31 1480 1500 1500丙种煤 2.38 14.37 7.03 76.22 0.42 28.89 1480 1500 1500甲、乙、丙 3 种原料煤合理配比，加粘结剂压制成型煤，其测定结果见表 2。表 2 型煤样品质量测试结果指标名称 测试指标抗压强度 N/个 820落下强度1300% 93.4热稳定性 TS-6% 77.0热强度 N/个 220浸水强度 N/个 150复干强度 N/个 7003 生产工艺及成型设备4 粘结剂技术与其相关的因素 3 生产工艺及成型设备生产工艺流程的设计和成型设备的选择也是制造气型煤三要
15、素之一。以前建型煤厂一般都是由现有的成型设备来确定生产工艺流程，这是违背建厂程序的，应该是根据生产工艺的要求来制造或选择成型设备。这样建起的生产线是过硬的，经得起连续生产的考验，并能产出合格的产品。设计型煤生产工艺是选型煤设备的前提，只有根据生产流程合理地布置生产工艺流程，而且要做到各流程的定量准确、匹配，并实行计算机控制，使各个环节畅通无误，并结合原料煤种和粘结剂特性以及生产能力要求，算出成型机的线压力强度，小时生产能力作为选择设备的数字依据(将这些数据提供给设备制造方)。造气型煤的生产工艺流程如图 1 所示。图 1 造气型煤生产工艺流程示意图综图 1 所述，主原煤和配煤按比例进入原料煤仓，
16、经磁铁选铁后进入破碎机破碎，破碎后的原料煤和加的添加剂，通过计量器进入储存仓，储存仓的煤按生产能力定量输送到混合机和定量的水溶性粘结剂混合输人搅拌机搅拌，然后进入对辊成型机成型，成型机下破碎料用提升机再提到搅拌机上搅拌。成型后的湿型煤输送到烘干炉里进行干燥，干燥后合格的产品装袋运至成品库房。4 粘结剂技术与其相关的因素型煤粘结剂是粉煤冷压、中低压成型工艺中的主要技术关键之一，它占据了型煤加工成本的主要份额，同时粘结剂的质量是型煤质量的保证。因此，粘结剂的选择与研制特别重要。4.1 型煤粘结剂种类型煤粘结剂种类很多，但从广义上讲可分为 3 类：有机类、无机类、复合类。411 有机类(a)煤沥青、
17、煤焦油和石油沥青及其残渣；(b)高分子聚合物PVA、FAA、PA、PF 等；(c)淀粉类木瓜、地瓜、土豆、玉米等淀粉和糖蜜、糖渣等，(d)植物油渣类葵花油渣、棉子油渣、麻子油渣等；(e)动物胶类利用工业加工后的动物皮革废料熬制的动物胶；(f)工业废弃物纸浆废液、含油污水、废轮胎等；(g)腐植酸盐、木质纤维素。412 无机类(a)土膨润土、高岭土、粘土、瓷土、白泥、河泥等：(b)水泥系指任何能与水化合生成石状物质的水泥，包括硅酸盐水泥、水硬石灰、火山灰水泥、天然水泥、高铝水泥、氧化镁水泥、矿渣水泥等；(c)水玻璃、生(熟)石灰、电石泥、磷酸盐、硫酸盐等；(d)有些煤矿的顶、底板泥。413 复合类
18、(a)有机物与有机物复合如煤焦油与底浆复合；(b)有机物与无机物复合如美国用膨润土和聚丙烯酸钠和焦磷酸二氢钠复合；(c)无机物与无机物复合如日本用铝水泥和 CaCO3、K 2CO3复合。由于复合型粘结剂的掺料之间可起到互补作用，发挥综合效果，能提高粘结剂的多效性所以它是今后开发新型粘结剂的一个主要方向。4.2 对型煤粘结剂的总体要求(1)型煤粘结剂来源要充足；(2)制备粘结剂的原料质量要相对稳定；(3)粘结剂的价格要相对稳定，并且越低越好；(4)粘结剂的制备工艺要简单。4.3 对型煤粘结剂的质量要求(1)用粘结剂制成的型煤要有一定的机械强度，包括初始强度和最终强度；气化型煤还必须要有一定的热隐
19、定性和热强度；(2)粘结剂要有一定的防潮、防水性能；(3)粘结剂的性能不影响型煤使用效果，如燃用型煤不影响燃烧性能，气化型煤不影响气化效果、煤气质量及炉况的可操作性等；(4)粘结剂的成灰物不宜过大；(5)有粘结剂成型的型煤要考虑后处理工艺，即粘结剂的性能须考虑型煤后处理工艺要简单易行；(6)型煤粘结剂不应产生二次污染。44 粘结剂的选择原则(1)因地制宜，就地取材或就近取材；(2)针对型煤品种、煤种及煤质选用粘结剂；(3)不同性质的粘结剂要有不同的生产工艺；(4)价格合理。45 型煤粘结剂的理论基础根据“七五”国家科技攻关环保项目 75-8501、75 一新技术082 课题的攻关技术报告，型煤
20、粘结剂研究的理论基础是：451 表面化学理论和热力学原理型煤粘结剂要对煤粒产生粘合力作用，首先必须能把煤粒进行很好地湿润，达到粘质分子和煤的真正接触，并为它们之间产生机械结合和物理化学结合创造条件，这就涉及到热力学问题和表面化学问题，热力学和表面化学原理认为：表面张力小的物质能很好地湿润表面张力大的物质。根据上述原理，我们可以在型煤粘结剂中加入适量表面活性剂以降低型煤粘结剂的表面张力，提高其对煤粒的湿润能力，以便为更好地形成机械结合和物理化学结合创造条件，对于那些疏水性粘结剂(表面张力较大)，可把煤粒干燥，使煤粒的表面张力增大，这样两者也可以很好地接触。452 传质理论煤粒为粘结剂所湿润仅为产
21、生粘合力创造了必要条件，据研究，要使煤粒与粘结剂之间产生机械和化学物理结合，必须使它们之间的距离要小到一定程度(一般在 10A 以下)，这就要靠粘结剂分子的质量传递移动、扩散和渗透。根据传质理论，温度及外界压力能促使粘结剂分子的移动、扩散和渗透，因此，我们在研究具体某一型煤粘结剂时可以适当地考虑一下温度、压力等外部条件，对辊成型就是这一原理的具体运用。453 粘结剂与被粘物的粘合理论粘结剂与被粘合物之间的结合力是机械结合和物理化学结合的综合结果，它们对总粘结强度的贡献与被粘材料表面状态有关，对煤粒这种非极性多孔材料来说，机械结合力常起决定性作用。煤与粘结剂的机械结合力，是粘结剂渗入煤粒孔隙内部
22、固化后，在孔隙中产生机械键合的结果。根据上述理论，我们认为在研究型煤粘结剂时，要更多地注意煤与粘结剂的机械结合力，而粘结剂的固化往往是产生机械结合力的必要条件，因此对型煤的固化工艺必须有足够的重视。 454 型煤的结渣性(煤化学原理)型煤的结渣性直接影响型煤气化过程的正常进行以及锅炉的正常燃烧和清渣。型煤中矿物质含量及组成，型煤的煤灰熔融温度及粘度是型煤结渣性的主要影响因素。而粘结剂的加入势必会改变上述 4 个因素，从而影响型煤的结渣性，因此对型煤的粘结剂性质必须有足够的重视。455 反应活性理论型煤的反应活性是指在一定的高温条件下，型煤与 CO2、水蒸气或 O2的相互作用的反应能力，是一项很
23、重要的燃烧和气化特征指标。型煤的反应活性直接关系到型煤在炉内的燃烧反应情况、耗煤量、耗氧量等。型煤的反应活性(a 值)强，表示型煤在燃烧或气化过程中反应速度快、效率高。型煤的反应活性与原煤的变质程度、岩相组成，型煤的物理结构、矿物质含量及化学特性有关，而粘结剂必然会影响到型煤的矿物质含量、物理结构及化学特性，从而影响型煤的反应活性。因此，在型煤粘结剂的研究中必须十分重视粘结剂对型煤反应活性的影响。46 配制粘结剂的方法配制粘结剂的具体方法步骤如下：首先，根据型煤厂家提供的煤种和型煤用户对型煤的技术指标要求，并取煤样到实验室进行科学配制，经多次反复配方和测试，得出初步的粘结剂配方。其次，将初步配
24、制的粘结剂配方拿到型煤厂家和经过加工的原煤科学匹配，混合搅拌，上对辊成型机加压成型，再用实验室有关仪器仪表加以测试，冷热强度、热稳定性、防潮防水性等指标基本达到要求。最后，把型煤产品拿到用户单位进行试烧，满足用户要求后，才算成功。此时型煤厂才可正式投入生产。型煤用户认可的型煤产品所用的粘结剂就定为该厂生产型煤的粘结剂。型煤粘结剂对型煤质量的影响可以说是很关键的因素，它对型煤的强度、防水防潮性、燃烧性能、气化效果、煤气质量、结渣性、反应活性等都有直接影响。型煤粘结剂同样对生产工艺也有一定的要求，粘结剂的制备也有一定的工艺条件。方方面面都需要以科学态度去对待，否则就不可能生产出合格的、符合用户要求
25、的型煤产品。造气型煤粘结剂是在 1989 年研制出的，名称为 PC 一 1 型造气型煤粘结剂，已通过山西省科委和山西省教委鉴定，该成果发表于国家科委出版的科学技术研究成果)1990 年第 7 期上，并用在化肥厂造气炉上渗烧，效果很好。5 烘干技术及其应用6 结论 5 烘干技术及其应用型煤的烘干也是生产型煤的重要环节，绝不能忽视，它直接关系到型煤产品的质量和数量。辊压成型后的型煤到成品有 2 种方式，即免烘干和烘干形式，前者需进行养护或凉干，这就需要时间，少者 2d，多者 3d 一 4d，且还要大的空间。由于成型后不能很快烘干，既影响型煤强度及质量，又影响产量，用这种方法年生产 5 万 t 能力
26、的最多生产 1 万 t。鉴于这种情况，大多数型煤厂采取上烘干设备，虽然一次投资较大，但产量高可达到设计能力，并提高产品质量。目前烘干技术有 3 种：第一种为隧道翻板式烘干窑炉，生产能力尚可，但由于配热风技术和工人操作技术掌握不好，容易着火。第二种为隧道小车式烘干窑炉，此种炉产量低，用人工多，较落后。第三种为立式干燥炉，其优点是投资少，占地面积小，无机械磨损和维修费用低，热效率高，是目前较理想的烘干炉。我们研制的 2000-型工业型煤立式干燥炉，用在山西晋城天义型煤厂，效果很好，并被选人山西三利集团 60 万 t 型煤厂的可研报告中。6 结论(1)利用无烟粉煤成型技术生产造气型煤，对化肥厂来说既
27、经济又适用，符合 WTO 精神；(2)利用复合粘结剂制作造气型煤，即可解决化肥多年积压的破损的粉煤，又比化肥厂过去自己制作的碳化型煤质量高，产气量大；(3)利用粉煤成型技术生产造气型煤，无论从粘结剂、成套设备工艺、烘干等技术均是成熟的，可以大大降低造气成本，提高企业经济效益；(4)我们的联合体是从建厂规划设计、设备配套到安装调试等一条龙服务。【浅谈型煤干燥及其干燥设备】1 型煤干燥设备的选型2 干燥基本理论3 型煤干燥机理4 干燥速度 在工业型煤生产过程中，以往各生产厂家大部分采用的是免烘干生产工艺，由于其受气候、场地等因素的影响，只能间断性生产。现今，在新建的型煤生产厂中，为保证其生产线能够
28、正常的工业化连续生产，大部分都在自己的生产线中增加了干燥设备，过去的一些老型煤生产厂家，为适应市场发展也补增了干燥设备。各厂所选择的干燥设备形式大部分为翻板多带式，也有选用立窑式、洞道式等。各类型干燥设备在性能上虽各有所长，但由于不同的料对干燥设备的功能要求不同即使同一类型的干燥设备，为满足不同物料的要求，其内部具体结构也不尽相同。为此，若在干燥设备的选型及设计中出现失误，必将会影响型煤生产厂的正常生产，严重时还会导致事故。目前，在各型煤生产厂所使用的干燥设备中所存在的问题主要有以下几种：一是型煤自燃，严重时烧坏设备；二是热能利用率低，燃料消耗大；三是实际干燥能力低于设备标定能力。在 以上问题
29、严重制约着型煤生产厂家的正常生产，并遭受较大的经济损失，究其原因，主要有两方面：一是对设备的选型不当，二是设备本身存在先天性不足。针对以上问题，在这里我们粗略地谈一下我们对型煤干燥机及其干燥设备选型等方面的认识与看法： 1 型煤干燥设备的选型11 干燥设备的分类干燥设备以其操作压强和操作方式可分为：(1)间歇式常压干燥器：厢式干燥器等；(2)间歇式减压干燥器：减压干燥橱、带有搅拌器的减压干燥器等；(3)连续式常压干燥器：洞道式干燥器、多带式干燥器、多带翻板式干燥器、滚筒式干燥器、气流式干燥器、喷雾式干燥器、双螺旋鹅掌带式干燥器、立式干燥器等；(4)连续式减压干燥器：减压滚筒干燥器等。12 型煤
30、干燥时对干燥设备的要求(1)操作稳定，连续运行；(2)温度调节方便：(3)干燥时间调节方便；(4)热能利用率高、燃料消耗少、动力消耗少；(5)安全可靠、维护方便。13 型煤的特性(1)块度均匀、适中；(2)堆积层透气性较好；(3)高温易燃；(4)初始强度较低。1.4 干燥器型式选择根据型煤的特性及其对于干燥设备的要求，其干燥设备以选择连续常压类的多带翻板式和双螺旋鹅掌带式为最佳。2 干燥基本理论从含有水分的固体物料中除去水分简称“去湿”，去湿的方法有以下 3 类：第一类是物理化学去湿法；第二类是机械去湿法：第三类是热能去湿法(型煤只能采用此法)。用热能使固体物料中水分气化排除的过程称为“干燥”
31、。由于干燥过程系水分从固体内部借扩散作用到达表面，并从固体表面借热能而气化，再经流动的惰性气体带走，所以干燥的整个过程是由扩散、气化、排除三个过程来完成的。干燥过程的本质为去除的水分从固相中转移到气相中，固相为被干燥的物料，气相为干燥介质。这个过程的得以进行，必须使干燥物料表面上的蒸汽压强超过干燥介质(例如空气)的蒸汽压强，只有这样才能使物料表面的水分气化，而正由于物料表面水分的不断气化，物料内部水分方可继续扩散到其表面。干燥过程的力学与其它过程类似，也分为静力学和动力学两方面。干燥静力学是说明被干燥物料和干燥介质的最初与最终状态间的关系。通过物料衡算和热量衡算，干燥静力学可以确定物料的干燥程
32、度、去除的水分量以及所需消耗的热量。干燥动力学是说明在干燥过程中物料在任一时间的温度与各种支配因素的关系，包括两方面：一方面是物料的性质和构造以及形状和大小；另一方面是干燥介质的情况；如空气的温度、湿度、流动方向和速度等。根据干燥动力学，可以确定物料中除去水分量与干燥时间的关系，并可在某种固定干燥情况下预先估计物料干燥的某种程度所需的时间。在同时明确了干燥静力学和干燥动力学以后，才可作出干燥过程的计算和干燥设备的设计。3 型煤干燥机理当型煤超过其平衡湿度而与热空气接触时，虽然在开始时水分系均匀地分布在型煤中，但由于湿型煤表面间的湿度差，于是型煤内部的水分借扩散作用向其表面移动而有表面气化。由于
33、热空气连续不断地将此气化的水分带走，从而达到使型煤干燥的目的。虽然型煤中水分的内部扩散与表面气化是在同时进行着，但在干燥过程不同期间干燥机理不一定相同，这是由于型煤的结构，性质以及温度等和周围热空气的情况的影响。因此，型煤在整个干燥过程中的机理是非常复杂的，只在很短期间其水分的内部扩散与表面气化的速率才恰巧相等，实际上，型煤在干燥过程前期，水分在其表面的气化速率是小于在其内部扩散速率的，而在干燥后则相反。由于物料干燥过程的主要控制对象是速率较慢的对象，因此，型煤干燥前期主要控制气化速率，而后期主要控制扩散速率。这在确定干燥设备的风量、风温、风速、空气流向、送风方式时要重点考虑。4 干燥速度在热
34、空气的温度、湿度、速度以及与型煤接触情况不变的恒定干燥情况下，为了确定型煤干燥所必须的时间，首先要决定物料的干燥速度，干燥速度为每单位时间在每单位干燥面积上被干燥物料所能气化的水份量。干燥所需时间与干燥速度成反比，因此干燥设备的生产能力在其它情况不变时由干燥速度来决定。影响型煤干燥速度的因素很多，其中较为重要的有：(1)型煤的性质与形状：包括粘结剂的物理结构、化学组成、型煤的形状及大小、型煤层的厚薄，以及水分的结合方式等。(2)型煤的最初与最终湿含量以及其临界湿含量：此项与干燥速度随时间而降落有关。(3)热空气的温度：热空气的温度愈高则干燥速度愈快，惟以不使型煤自燃、动力与燃料消耗恰当为原则。
35、 (4)热空气的温度和流动速度：热空气相对湿度愈低、水分气化愈快、在等速干燥阶段该因素影响最为显著。增加空气的流动速度可以增加型煤的干燥速度(在干燥设备设计时，在满足其正常运行的前提下，要尽量缩小其内部空间，以提高恒定量空气的流动速度)。(5)空气与型煤的接触情况：接触情况主要取决于热空气的流动方向。流动方向与型煤的气化表面垂直时，干燥速度最快，平行时则交叉。这是因为热空气流动方向成垂直时的边界层的厚度要比平行时为薄。(6)干燥设备的结构：上述各因素，都和干燥设备的结构有关，干燥设备的构造必须针对有关型煤干燥速度的因素而设计。影响干燥速度的各因素之间的关系，至今还不能完整地用数学函数的形式来表
36、达，因此，在设计型煤干燥设备时，只能根据型煤的特性，选用适合其特性的实验数据作为计算依据。5 型煤干燥温度6 型煤干燥设备典型问题分析7 结语 5 型煤干燥温度型煤的燃点根据其煤质情况，一般为 400500，由于热能积聚，型煤在低于此温度的环境中停留时间达一定长度后，仍可引起自燃，根据实验和生产操作经验，型煤在干燥温度超过 250时一旦停留时间过长就有引起自燃的可能，再则，干燥设备内部的运动部件均由钢材制成，钢材在 200左右时其强度最高，因此，型煤干燥温度选择 180220为最佳。6 型煤干燥设备典型问题分析 以某型煤厂所使用的一台带式翻板机中所存在的问题为例，作如下分析：61 所存在问题(
37、1)实际干燥量达不到标定能力，使生产不能正常连续进行。 (2)型煤多次自燃。62 设备结构概况及基本技术参数该机为两层翻板式，单层长度 45m，带宽 16m，层距 08m，热空气由机头下部引入，机尾上部排出，型煤由机尾上部进入上层，热空气对上层型煤以平行逆流方式流动设计干燥量为 8th，风机功率 22kW，风量 1550031000m3h，风压 2lOOPa 一 1400Pa，干燥室截面积约 6m2，室内总体积 300m3，料层厚度约 150200mm。63 实际操作效果该机在使用中的实际效果如下：(1)进风温度 320，出风温度 120，型煤干燥 2 小时后，心部存在可见湿度，平均水分含量
38、7。(2)进风温度 200，出风温度 90100。型煤干燥 2h 后，心部有 50体积的可见湿度，平均水分含量 11。(3)进风温度 200，出风温度 90100，型煤干燥 25 小时后，心部仍有杏核大可见湿，平均水分含量 9。64 问题分析从该机的结构和实际操作情况来看，该机设计上存在以下几方面失误：(1)热空气流动方向：该机热空气流动方向采用的是与型煤平行流动的方式上层逆流下层并流。在逆流干燥时，要求湿物料进入时的温度决不能低于热空气在出口时的露点，由于型煤在进入该机时的温度是常温，而该机热空气在出口时的露点又在很大程度上高于常温、因而型煤进入该机后，在相当的一段区域内，被湿热空气将其中水
39、蒸汽部分地冷凝在自身上，在这一区域内，型煤不但没有被除去水分，反而增加了水分，该机总长度虽为 90m，但真正的有效工作长度是低于这一长度。在采用平行逆，并流空气流动方向设计干燥设备时，为提高干燥设备的平均干燥推动力，应将热空气进出口选择为两端同时进人中间排出或与此相反的方式，而该机的设计确违背了这一原则。(2)风速、风量、风温。风速风量风温是型煤干燥过程的主要因素，在多带式干燥设备中，要求风速在 3ms 以上，而该机的风速却仅有 07ms14ms。使用风温为 200的多带式干燥机，干燥型煤的能力若要达到 8th，在其结构设计合理的前提下，每小时需耗风量最少也在 40000m3，而该机所使用的风
40、机其风量仅为 15500m331000m 3，与实际需要量相差较大(因进、出口温差而导致进口风量增加，而因阻力漏风等因素又会导致进口风量减少，两者在此视为相互抵消)。该机所使用风温最高已达 320这是引起型煤自燃的主要因素。6.5 结论以该机的现状综合分析计算，该机在风温为 200时型煤的实际干燥能力最多只能达到4th5th，相差几乎一半。7 结语在型煤干燥方面、干燥设备的使用和生产起步都较晚，至今对其认识可能还存在一定差距，有一些刚介人型煤事业的人，对此无法作出正确的判断。导致在实践中走了许多的弯路，甚至浪费了大量的人力、财力。免不了会出现这样那样的失误，出现了失误并不可怕，就怕没有恒心。我
41、们希望大家共同携起手来，相互交流，取长补短，共同发展，在型煤产业这块天地里，我们相信大家都会成功的。【无烟煤型煤生产工艺流程及设备配置】1 型煤生产工艺路线 由于无烟煤属高变质程度煤种，其具有的强度高、可塑性差、热态下不软化等特别性质，导致型煤生产过程中的难度也较大。该问题受到业内人士的广泛关注。有关院所对此做过专门的研究、探索。晋城市洁净煤技术研究所地处晋城无烟煤海，有着得天独厚的地理优势，在长期致力于煤炭转化产品的研究、开发、利用中，取得了一些成绩。先后研制出两种性能较优越、可操作性强的型煤粘结剂(已申请国家发明专利其中一项已通过省级科技成果鉴定)，新开发研制的 FG 系列型煤干燥机较好地
42、解决了型煤干燥过程中的几个难题，使用效果很好。许多生产厂家都片面地将型煤质量不好，归结为粘结剂问题，而忽略了设备、工艺的不足或缺陷，走了许多弯路。现就型煤生产工艺路线及设备配置方面谈一些切身经验和体会，以供参考。1 型煤生产工艺路线比较合理的工艺路线如图 1 所示。 图 1 型煤生产工艺以此工艺路线采用低压冷成型方式进行型煤生产是比较合理的。在目前的型煤生产厂家中大部分都没有烘干系统，特别是原料煤的烘干原料煤含水量的多少，直接影响型煤生产的连续性和液体粘结剂的加入量，对质量的影响自然很大。无烟粉煤加入粘结剂后的含水率在 8一 10左右时成型性能为佳，而有的进厂原料煤的含水量可高达 12以上，像
43、这样的高水分原料煤，除非加入粉状粘结剂，否则根本无法成型。所以原料煤在成型前进行干燥是必不可少的。型煤成型后的干燥装置也必不可少(不易烘干的和炉前成型除外)。如果型煤不能够在数小时内基本干燥，那么连续的大量生产就行不通。对于免烘干粘结剂来说，能够在保证型煤的冷、热强度高、灰分增加量少、具备一定的耐潮防水性，而且价格较低、原材料来源又广的快速自硬式粘结剂的生产是相当困难的，也可以说在目前条件下是根本不可能的。所以型煤成型后的烘干是非常必要的。型煤在成型过程中，必将有少量的小块及粉状物科需返回重新成型。目前，在晋城市范围内的型煤厂都是将这部分物料返回在混碾后的新料中一起重新进入成型机的。将这部分返
44、回物料返回到混碾机中再进行一下混碾是比较合适的，只有这样才能真正保证型煤的强度均衡。目前，部分对辊成型机增加了预压装置，但有些预压装置设计很不合理，对型煤的成型过程不仅起不到好的作用，反而产生不良因素。在晋城市的一些型煤厂中就有这样的情况产生。实践证明，生产无烟煤型煤过程中，增加预压装置是没有必要的，而应当增加的是松料装置。型煤在对辊成型过程中，在成型机压力恒定的情况下，其随物料压缩的变化而增减，物料的压缩比又随两辊外圆相切所形成的夹角区的截面积的大小和物料干湿程度而变化，夹角区的截面积又随筒直径的大小而变化。所以型煤的强度在压力恒定、粘结剂恒定的情况下，主要取决于辊筒的直径、物料的添充量和型
45、煤的块厚。中、小块度型煤是没有必要进行预压的。型煤的成的现有冶金机械、矿山机械、化工机械及铸造机械并进行合理的有机组合，就可达到一条完美的型煤生产线。每条线的生产能力最大不宜超过型压力以 300kgcm 250kgcm 2为佳。压力与压缩的关系如图 2 所示。 图 2 成型压力与型煤压缩程度曲线2 设备的选择与配置 2 设备的选择与配置型煤生产设备的配置，只需选择早已定型 10 万 t，对于 10 万 t 以上的大型厂，建议采用多线并联交替维修的方式进行生产为好，因为这样既可保障工厂生产的连续性，又可使现有机电设备满足型煤生产线能力的要求。在型煤生产过程中，设备上与粉煤物料接触的零部件要尽量避
46、免滑动摩擦，以此来减少设备磨损，提高设备寿命。在型煤设备的选择上要重点考虑这一问题。对于那些绝对不可避免的滑动摩擦，其易损件必须能够易于更换，最大限度地减少设备的停机时间。至于设备的选型和布局连接，笔者建议如下：(1)设备的布局及连接如图 3 所示。(2)设备的选型：型煤生产中的各种设备，其煤处理能力若能达到 l0th，每天按 20h 开机，每年按251 个工作日计，其年生产能力就可以达到 5 万 t；若按每年 300 个工作日计，其煤处理能力只需 8th。成型机由于其模板的磨损，成球块度将会逐步增大，其生产能力也随之增大。所以，成型机的前置设备必须具备不少于 20的高调量的功能。年产 5 万
47、 t 和 10 万 t 型煤的设备选择见表 1。冷却、缓解仓及成型机料仓的上下限料位也可采用气囊一微动开关控制灯光、报警器来实现料位的控制。以上设备经合理组合后所形成的生产线，只需在中央控制室集中统一控制便可进行生产，若引人微机控制系统，便可全面实现自动化生产。太阳石实业有限公司有足够的技术力量对此生产线进行组合设计和自动化控制设计。3 粘结剂太阳石实业有限公司对粘结剂的研制，主要是针对无烟煤气化型煤的。在目前的研究成果中，性能较为优良有 TGN 型和 TFA 型两种，用这两种粘结剂生产的型煤都具有很好的冷、热强度和防水性及热稳定性，其灰分增加量只有 25一 6。TGN 型煤总成本为 3040
48、 元/t，TGA 型煤的总成本更低，只需 2030元t。TFN 型粘结剂现已用于规模化生产。TFA 型粘结剂由于受设备条件的限制，现在未能直接进入生产应用。太阳石实业有限公司现在已进行设备补充，短期内将会在生产线上得以应用。这两种粘结剂的最大特点就是在保证型煤其它质量指标的前提下，着重提高了型煤的热强度。 以上是太阳石实业有限公司对型煤生产工艺、设备配置的经验看法和认识，为了使即将上马项目的企业少走弯路，顺利投产，创造效益，笔者建议做好以下几方面的前期工作：(1)首先必须明确要成型的煤种和生产何种型煤；(2)根据实际情况确定生产规模；(3)根据自己的场地、地形及周边环境，合理设计出工艺流程：(
49、4)设备选型要慎重，多实地考察、多比较，(5)设备的安装、配置要合理，尽量少走或不走弯路，注意生产过程中的自伤。只要工艺合理，设备选型配置得当，再配以相应的粘结剂，必然会生产出质量好的型煤。【关于型煤发展若干问题的探讨 】0 引言1 政策导向2 经济方面 0 引言众所周知，型煤生产及应用是我国洁净煤技术的主要组成部分之一。型煤用于燃烧，可节能降耗，减少环境污染。型煤用于造气，能解决无烟粉煤大量积压、资源浪费、块煤短缺的问题。然而型煤发展 20多年，燃用型煤除蜂窝煤达到普及应用外，其它燃用型煤均没有得到长足的发展。造气型煤除化肥厂就地成型解决无烟粉煤的利用，从而降低生产成本外，一些专业造气型煤生产厂均不能满负荷生产。纵观山西的型煤生产状况，90以上生产厂不赢利或停产。我国的经济已经进入市场经济，政策的制定及企业的经营必须按照市场经济规律来进行。分
