梅河褐煤成型的试验研究郭崇涛阮湘泉吴幼青?天津大学化工系?煤含 水较多,易风化破裂,挥发份高,热稳定性和 机械强 度都很差。因此,褐煤成型 比无 烟煤成型 的技 术难度大。我国褐煤资源十分丰富,利 用量大价廉的褐煤粉煤生产成型燃料以代替块煤生产工业 用煤气,对国民经济具有重要意义。一、实验用原料的性质?。揭煤木实验所用煤是 吉林省梅河 矿揭 煤 粉煤,工业分析和元素分析数据列于表?和表?揭煤的工业分析与发热量表?和大卡?公斤衬男目前,我 国有些地区利用当地的块状褐煤作为常压固定床气化炉的制气 原料。在波璃工业中,梅河玻璃厂就以 当地低热值块状褐煤为气化原料,采用两台直径为?米的简易型固定床煤气 发生炉,生产 热 值为? ? ?大卡?标米“的热煤气,用来熔炼玻璃。由于块煤供应不足,常常影响生产。加之,褐煤的机械加强差,在贮存和运输过程中易破碎,形成大量粉煤,使块煤供应更加 不足。向褐煤粉中加人 粘结剂,冷压成 型,用作气化燃料以补充目前短缺的块煤,是本课题研究的主要内容。在褐煤产量极为丰富的德国多为年轻褐煤,可采用不加粘结剂的高压成型技术制造褐煤型煤。我国褐煤多为年老褐煤,不用粘结剂很难制成型煤。国内的一 些研究部门和有关工厂在无烟粉煤冷 压成 型技术的研制方面做了大量工作,取得了许多成绩。由于 褐一?多?了?一,土口,土曰?曰 曰晌曰曰 汕? 口? ?户 曰?启?曰 ? ?叫? ?占 ,?心? ? ?品的一个新用途。?、快速热解液态产品制 还 原气也有一定的经济效益。根据沈阳煤气公 司一厂 的数据做如下估算,煤气成本?元?米“煤气售价?工业? ?元?米?,民用?元?米“,取? ? 元?米“。购原料油? ? ?元?吨每吨油产气? ? ?米“煤气加工费?火? ? 一? ?二? ? ?元?吨油每吨快速热解焦油产气? ? ?米?,产值? ?元只? ? ? ? ?元。若 每吨快速热解焦油用做燃料,售价取? ? ? ?元?焦炉焦油价?,则 每吨快速热解焦油制还原气可 多收人? ?。?一?口一? ? ? ? ?元。参考资料用油、气制遗煤气乌合成气日本煤气协会编,天津市政设计院译重油造气,兰 溪化肥厂编关于煤炭快速热解焦油的研究食桨炭综合利用译从玛? ?了粉一人褐煤涂合利用的一个途径煤炭加工利用?粉煤快速簇化气化新 工艺的研究煤炭泞合利用褐谋的元素分析表?。拈土本实验选用吉林省梅河口山城镇黄土,研磨至? ?目以下。其分析结果列于表?。?腐植酸钠拈杏剂本实验中制备腐植酸类粘结剂 的原料为乌海风化煤、舒 兰褐煤、硝化舒兰褐煤、大同风化煤及霍林河褐煤。粘结剂的制 法是使原料中不溶 于水的腐植酸与碱作用?溶液?,生 成溶 于水的腐植酸钠盐。用不 同原料制备的粘结剂中腐植酸 的含量?简称含酸量、列?表?。?口九?盯,? 协尹。一? ?门?, 改沪。?卜八?曰?, 尹口一?诬?, 上?一? ?乡? ?,上?乙?一? 尸夕?任肠?注口? ?工丫十?妞? ?卜? ?助门 ?、?刀廿了月气助?汾?拈土的成份分析和 熔点 测定表?分 析 项目?烧失量刁言点分析结果?拓?,?,“?,?,?,?,? ?一?一? ? ?拈结 剂的含酸量?重 量?表?方案编号? ?一?一?原料煤乌海风、煤?舒兰褐煤石肖化舒兰、?煤?屯同风化煤?林河、 ?二、含酸量?重量”,?,?一。、?一?一本实验 所用的? ?为化学纯试剂。二、实验方法?。成型?将粉碎后的褐煤与黄泥和腐植 酸钠粘结剂按比例混合均匀后,用油压机压制成型。本实验的型煤尺寸为功? ?毫米、? ?毫米,两端 呈球面,每个湿球重? ?克。?干燥?将压制好的型煤放入带鼓 风的干燥箱中干燥,要求干燥后煤球水份降至? 以下。千燥条件有以下 两种?缓慢干燥? ? 一? ?,?小时。?快速干燥? ?,?小 时。?型煤质量检测。?冷态抗压强度。取? ?个完好的煤球,在?一? !型电子 万用材料 试验机 上进行 测定。将最大值和最小值的两个煤球除去后,余下?个球取 平均值作为最 后结果,单位为公斤?个球。?热态抗 压强度。取煤球? ?个心或大小、币量与煤球相近 的块煤?,放在方盘中用砂子 盖上,一在? ?的马弗炉中维 持温度? ?分钟,取出后在热态下测抗压强度。?落下强度。取煤球? 。个从?米高处自由落下 到? ?毫米 厚 的钢板上三次,取 出大于? ?毫米的重量百分 数为落下指标。?热稳定性 试验按有关规定方法进行?。三、实验结果 及讨论在煤球 的制备过程中,影响煤球质量 的因素和 条件很 多,如粘结剂 的 性质、添 加量、煤的粒度、成型 水 分、成型压 力等。为了获得符合气化要求 的高质量 型煤,本实验对 上述因素进行了研究。?。幸占结剂的影响选用粘结 剂 的原则是 在满 足工 艺指标的前提下做到价廉易得,尽量考虑利用当地资源。本实验 通过多方面 的方案比较,决定采用腐植酸钠一粘 土复合粘结剂。实验表明,褐煤粉添加 这种复合粘结剂压制煤球时,其冷、热抗压强度较单独 使用粘土 或腐植酸钠粘结 剂时都有明显提高,实验结果见 图?。据国内外有关文献报道,在腐植酸盐类粘结剂中发现腐植酸钠具有最佳 的 粘结 能力。同时,使用腐植,酸一价 碱金属盐 的溶液作为粘结剂时,有 助于 使粘结剂扩散到煤粒外表面,得到均匀的分布?并使煤粒表面有效 地润 湿形成全整的薄膜,因而能充份发挥其粘结能力。同时,还能使成型压力得到均匀传递,以保证煤球内部结构致 密均一,因而 具有较高的抗 压强度。一般 认为,不 同煤种 的成型 性能有很大差别。据有关文章报道,京西王平村无烟煤的成 型性 能很好。只加清水成型 后,冷态 及热态抗压 强度即能达到?公 斤?个球以 上。但对于梅河褐煤,如只加清水成 型后,则结构极为松散,一触即碎。若单独使用腐植酸钠粘结剂,则热态抗压强度不能保障,故 掺人适量 粘土复合使用,利用粘 土的塑性和 粘结性将煤粒粘结。粘 土在高温 下 的烧失量很小,能在煤粒间起, ? ?骨架”的作用,可使 型煤的热态抗压强度明 显改善。粘结剂 的性质和添 加量对型煤抗压 强度影响甚大。本实验中,对每? ?克褐煤粉煤均加 人 ? ?克粘土和 不 同数量的腐 植酸粘 结剂,结果 见表?、图?和表?。实验结果表明?使用由乌海风化煤制得的腐植 酸钠粘结剂时,对型 煤抗压强度的提高比用其他粘结剂明 显。?随着乌海煤粘结剂?添加拈结剂的性质和添 加量与型煤抗压强度的关系表?冷态杭酸源抗压强度?公斤?个球? ?克煤 中粘结剂的添加量?克?一、一?一敏一来腐空拼?爷? ? ?工? ? ?。”?一?空白为?克褐煤粉中加入?克粘土。拈结剂性 质对型煤抗压强度 的影响表?拈 结剂 种 类, ? ?口? ?娜?无水腐植酸添加量?克? ?克渴煤 粘结剂的添加量?克?冷 抗压强度公斤? 个球? ? ? ? ? !? ? ? !? ? ? !? ? ? !? ? ? #! %? &!#? !? ?& !%? 了.0 0时,型煤强度差,且不易脱模。水份低时,煤粒表面不能被充分润 湿,妨碍 了成型压 力的均匀传递,影响型煤强度。当煤中加入 2 0 % 的乌海煤粘结剂,2 0%粘 土,成型 压 力3。 。公 斤/厘 米2每个湿 球重30克时,研究了成型水份对煤球抗压强 的影响。结果见 图2。知取冷杭压张俗久51 01 5加巧3 0书4 D粘结劫加堵儿图1。不同拈结 剂 的添加 量对抗压强度的影响量 的增 加,型煤抗压 强度的提高呈曲线 变化,见 图1中曲线Bl,加入 量在 2 0克以前曲线斜率较大,以后 则趋于平缓。这是因为有足够数量 的粘结剂是粉煤成型 的必 要 条件,然而一旦在煤粒表面上 形成完整 的薄膜以后,过量的粘结剂只能增加膜的厚度,甚至 会成 为煤粒密集的空 间 障碍。实验表 明,添加量为2 0克(对10 0克煤而言)的配比(以后称B l一20 )最 为适 宜。表6中的数据表 明,当加人 的无水腐植酸量 相等时,用不 同腐植酸钠制成型煤的抗压强度有很 大差别。其中乌海风化煤粘结剂的效果最佳,也就是说,乌海煤粘结剂(Bl )在较舒兰煤粘结剂(B2 )和霍林河煤粘结剂(B S)的消耗 量少 一半的情况下,制 得的型煤的抗压 强度仍高出45一7。%。各种粘 结剂沿煤粒表面的分布程度是很不相同 的4。根 据本实验 的数据分析,乌海煤粘结剂对褐煤容易润湿并可沿煤粒表面流散形成薄膜,而大同煤粘结剂对褐煤的复盖能 力最差,并且在 与煤相互 作用时对粘土的粘结力起了 削弱 作用。有 关机理十还 不分 清楚,有待今后进一 参研究。2.成型水份和型煤杭压强度的关系。、成型水份对型 煤质量影响很大。水份高加即.冷抚伦硒亩汉吟像升J物汇泊集、污”一“”“_”。肠飞必耘图2。成 型水份和型煤抗压强度的 关系。图2表明,成型水份在2 0一2 1时,型煤强度最高。一 般在应用腐植酸盐作为粘 结剂时,无烟煤的成型水份在1 0一1 2 % 最为适宜2。这是因为随着变质程度的提高煤对 水的润湿性减弱 的缘故。因为粘土在加入前要经 过干燥和磨细,所以成型水份仅来源于褐煤和腐植酸 粘结剂。当粘 结剂加入 量一 定时,要求将原料褐煤的水份控制在一定范 围之内。一般腐植酸粘结 剂含水约 9 0 %,当型煤配比为煤:腐钠粘结剂:粘 土 为5:1:1(重量比 )时,按最适宜的成型 水份为2 0一2 1%计算,褐煤 应 预先将水份干燥至1 0一11.4%。3。褐煤 杠 度对型煤杭压强度的 影响实验所用褐煤 的筛分组成见表7。采用(B卜20 )方案,在 成型压力为35 0公斤/厘米“条件下,本实验 研究 了在 褐 煤中小于6。目的细粉含量 的变化及3一1.2毫米粗粒含量 的变化对煤球抗压强度的影响。结果见表8、9及图3、l。原料褐煤筛分组成表7州一谁度3一瘾杯谕硫卜一4 0一6 0 R一赫”损犷重量“:_r。一_,_1 1一、_3 9一!1 3一3 5一。一_揭煤 的细领拉含量 与杭压强度的 关系表86。目含量拓冷抗压强度公斤/个球31.6035.00和匆和冷抚分脸度冷杭压淮度气飞,加.。幼 必甸5公脚劝劝卯拍。O弓户 O印目占兔巧四沙,一以,、右咒图3.60目细领杠合量与抗压强度的关系图4.3一1.2毫米粗颗粒含量与抗压强度的 关 系。码煤的枉预拉合营与杭压任度的关 系表9成 望水份和 杭压强度的关系表1 03一1.2老米台括牙015.0:a.5;了.0一3038.0037.0036.2成型公斤/压米J20012501300350460冷杭匝强度公斤/个球45.75 43冷语抗压强度公斤/个球32.5一36.038.245.832粒度实验结果表明:(1)随着3一1.2毫米粗颗 粒含量 的增加,型煤抗压强度一下降。这是因为褐煤机械强度较差,粗大颗粒构 成薄弱环节。(2)为 了克 服 褐煤的上述弱 点,减小粉煤粒度就成 为 关键性措施。表8的数据表明,在粘结剂用量一定时,小于60目的细粉含量在6。%时 型煤强度 达坛高谊。若小于6,目的细颗 粒进一步增加,则煤粒外表面积急剧增大,将导致粘结剂量不 显以润 湿煤拉表面而 使抗压强度降低。所 以,过细 的粉碎也是不必要 的。4.成 型压 力对杭压强度的影响压 力 的上限受到 两个条件的 制约,一是目前生产中使用的对辊成型机的成型 压 力最高能达到5帅 公斤/厘 米2。二是和成型 水份有 关。本实验测定了成型压力对煤球抗压强度的 关系,结果见表1。采用(B l一20)方案,成型 水份为2 0一21%。表1。中数据表 明,随着成型压力 增加,型煤抗匡强度增加.但当成型压力 增加到公斤/厘米2时,由于将成型料中水份挤出,而 导致抗压 强度下降。5。干燥速 度 时杭压强度的影响成型后的煤球,需经 过充分干燥才能 具有较高的抗压强度,干燥后 型煤水份(1%,本实验选用两种条件进行干燥(前已叙 述)。实验表明慢速干燥才能保证型煤有较高抗压强度,若快速干燥会因大量水份快速逸 出,使 型煤表面造成许多裂纹而大 大 降低抗 压强度,结果见图5。6。揭煤型煤的各项指标对 褐煤使用乌海风化煤的腐植酸钠一粘土复合粘结剂,配比采用B l一2 0方案,褐煤粒度2 5毫米%一重量,型煤(B:一2。)14 5sof。21041, 3毫米工。、柑、寸:。二二,。1毫米3.钊月夕t二七、刀己石、别目二匕目尸训一l(4 0X 40毫米,一创、块至粉碎一黑鬓瞥二。一.,-一J-.一一,卫一一,一_匕_._一土_二犷:遗竺艺几一下巴?,一 1 . 8 8一四、型煤组成和煤气产率、组成与热值1、型煤工业分析2、型煤元素分析.W生A:Vr1.03 0用元素色谱分析参照褐煤的元素分析数据3。煤 气产率、组成及发热量的计算。用综合 法计算的湿煤气产率为2.06 1标米3/公斤煤 球,干煤气产率为j .8妈标米“/公 斤煤球二计算的煤气组成和 发热量 见表12。煤气组成及发热量表抢煤 气组成C OZCOC H-C么H1HZHZSN:H20鞘潺湿多5.50 2 5.012.850.281 3.0512一4 2.了 910.40Q高14了 3.60Q低1332.42干拓6.1427.913.18。一14一0.13 47.75五,用褐煤块煤和型煤制气 的比较按照表1 3煤质分析数 据,分别计算以块煤和型煤为原料时煤气的 各项指标,进行对照。揭煤煤 质分析工业 分析 (重量男)表13元 素分析 (重量 拓)编号WQ,。y一奋一门一一丁一,一W一!A一IV、 dw一 C,H0INrJ8045采样,拮种地点一梅河矿一井;昆中16.3714.1414.194T.83卡/克482573.345.1419.14,.了 ,。.6了煤气产率、组成和 热值的比较表1 4气化 用 燃 料煤球(Bl一20)显煤 气产率标米,/公斤2603干煤气产率,标米,/公斤2335eo:!5.52一 41;.474.52组H:111.8613.6813.2 3:14.271艺100”010 0“0110 000一100001 1 1391.60 0 0Q Q Q高大卡 /公斤助 2 5. 0 7 7 74852 61 1 14 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4654.26 6 6Q Q Q低大卡 /公斤 表1 4的数据表明,用B l一2 0配比制得的煤球比用同样的块煤生产出的湿煤气具有较高的发热量,煤气产率则略有降低。46六、结论1.以乌海风化煤腐植酸钠和粘土的复肥气煤无烟燃烧炉具的研制刘林书(煤科院合肥 研究所 )我国烟煤资源丰富,分布面积广,产量大,而无烟煤资源 相比之下要 少得多,且分布不够均 匀。全国 民用煤的 品种中,用无烟煤加 工成 的型煤,包括蜂窝煤 和煤球,年产不过2000余 万吨,只占民用煤总量 的 1 5 %,主要是供应大、中城市居民使用,其余基本上是按就近供 应 的原则,有什么煤种用什么,其中绝大多数是烟煤。在 民用炉灶 上散烧 烟煤的传统方式,热效率一般只有 1 5 %左右,能源浪费很大,并且废气 中含有大量可燃的碳氢化合物,微小的炭粒和灰粒,还有许多有害气体,因而成为 居民区 的主要污染源之 一。为 了减少能源浪费与 污染,我所自1981年5月份以来开 始在民用炉灶上实现 烟煤的无烟燃烧 的研究。今年9月底,单一2号肥气煤煤泥 的无烟燃烧炉具在技 术上已获突破。用2号肥气煤泥掺2 0%黄土,在蜂窝煤机上 成型的必125x6 5毫米16孔蜂窝煤,干重约85 0克,工 业分析数据 为Ag=37.26%,w=2.6 2%,v f=22.3。%,vr=36.5%。在研制的试验炉上燃烧时,见 不 到烟,上 火速度和火力强度均优于用同一规格 的煤,采用上点火或连续下加 的燃烧方式。一、烟煤无烟燃烧的技术关链大型燃煤锅炉,特别是烧煤粉的锅 炉,挥发份燃烧充分,消除黑烟早已 不成问题。但到 目前为止,小型 锅炉燃烧烟煤,特别是烧胶质层较厚 的烟煤时,如何有效地消除黑烟,仍是一个有待解决的问题。民用炉灶炉温低、炉膛小,比小锅炉的燃烧条件更差,要达 到既实用又消烟,不是一个容易解决 的问题。为此,我 们曾从理论上对煤烟的产生和消烟 的条件,进 行 过一些探讨,(详见民用煤科技8 5年1期“民用炉灶上单一烟煤无烟燃烧技术的探讨”、环境科学8 4年4期“烟煤作民用燃料可行性 的探讨”等文 )。我们认为能否实现 烟煤无烟 燃烧 的技 术合粘结剂,采用上述最佳 工艺条件,可将梅河褐煤制成强度合格 的型煤。褐煤的细破碎和煤球 的缓慢干燥是保证煤球强度的关健。2.相 同煤质的块煤和 型煤相比较,用型煤制气得到的煤气热值较高。这对工业用热煤气是有利 的。褐煤的腐钠一粘 土型煤热态抗 压强度和热稳定性 均优于块煤(此外,由于型煤孔隙率都比块煤高,一 般反应活性都很好),有利 于提高气化炉的气化强度。通过本实验研 究和计算,都说明将褐煤粉煤制成的型煤用于常压 固定床 发生炉生产工 业 用煤气在技术上是可行的。参考文献1李昌龄:新型气化燃料的研制一粉煤、煤气站油、渣利用技术.冶金能源,198 3.2.2腐植酸按煤 球试 验研究及生产测试总结.吉林石油化工,1978,2.3煤炭化验手册.4X城玖H aTB epgo r oTo n月 uoa恤4.19了 3.3 6一41.