型煤技术手册.doc

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Druhl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．1．1 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70℃～80℃．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．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1μm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．1．2 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. 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1／3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