型煤設備

據1996年煤炭部型煤技術現狀調查報道，所考察的近四十家工業造氣煤廠中，沒有一個能正常生產；近十幾年來，型煤廠仍在低水平重複建設；型煤生產過程中諸多問題不能突破，嚴重製約了型煤產業化．其主要原因是成型基礎研究薄弱，正如Druhl所言，實踐一直超越理論的發展．因此，加強粉煤成型性能及成型機理等基礎研究迫在眉睫．

粉煤成型工藝分冷壓成型和熱壓成型，以冷壓成型為主；冷壓成型又分為粘結劑成型和無粘結劑成型，以有粘結劑成型為主．根據我國國情，粉煤成型多采用添加粘結劑、中低壓、免烘乾、冷壓成型工藝。

《中華人民共和國大氣污染防治法》第二章第七條規定，“國務院有關部門和地方各級人民政府應當採取措施推廣成型煤和低污染燃燒技術，逐步限制散燒煤”，國務院《關於結合技術改造防治工業污染的幾項規定》，第八條指出：“為了減少城市的大氣污染，要先把低硫、低揮發分煤炭供應民用，並儘快普及燒型煤”；國務院環委會《城市煙塵控制區管理辦法》，第四條第六款指出，“大力推廣民用型煤，積極發展工業型煤”；國務院環委會《關於防治煤煙型污染技術政策的規定》的“煤炭加工技術政策”中明確指出：“煤炭銷售前要進行篩選，粉煤要加工成型煤出售，以提高熱效率和減少二次揚塵”；1992年環發大會後，中國製定的21世紀的十大對策第四條指出，要提高能源利用效率，改善能源結構。一些大、中城市也相應制定了許多政策法規，如北京、天津、煙台等地已制定了旨在減少城市煤煙型污染的地方性政策法規。從上述情況看，國家與地方對型煤的生產與應用，都從政策上進行了積極的支持，對型煤發展具有一定的推動作用。然而也有不足之處，例如國家沒有制定不同煤種、不同用途型煤的產品標準，致使型煤生產無規可循，型煤用户對產品不知偽劣。仍然沒有一條有關推廣或改造適合型煤燃燒的燃燒器(除蜂窩煤外)的報導，結果使型煤在現有燃燒器中燃燒效果不佳，如點火難、火焰短、燒不透等。因此今後型煤發展從政策導向上要注意下面幾個方面：

一、從煤的綜合利用方面考慮，型煤生產原料應放在非煉焦煤(如無煙煤、貧煤、半焦粉等) 方面，而不應採用煉焦煤來生產型煤。二者從價格上相差較多，採用煉焦煤生產型煤，不僅煙大，而且成本高。

二、要儘快制定不同類型型煤的國家標準。例如，從能源角度出發，首先應限制型煤的揮發分含量，其大小影響到燃燒過程的點火難易、火焰長度、傳熱類型及調火方式；其次應限制型煤的固定碳含量，其大小直接影響到型煤的發熱量，即用户的利益。而從型煤用作造氣原料方面考慮，主要應限制影響造氣工藝參數的不利因素，如型煤的冷、熱強度，揮發分含量、硫含量及固定碳含量，它們直接影響到造氣過程中透氣性的好壞、氣體中有害物的多少及產氣量的大小，也就是説，直接影響到化肥廠的造氣成本。

三、要從政策上鼓勵、資金上支持型煤燃燒器的研製開發。例如，燃用型煤的鍋爐的研製與生產，100%造氣型煤的造氣示範，進而獲得型煤造氣的合理的工藝參數對造氣型煤的要求，同時制定出國家標準；要從政策上鼓勵以無煙粉煤生產造氣型煤，解決無煙粉煤大量積壓的問題。如山西省晉城市型煤出省免收20元能源基金、10元生產補貼款和5元專向維簡費，大大推動了無煙粉煤生產造氣型煤的發展，對無煙粉煤的綜合利用起到了積極的推動作用。

從型煤生產廠家來講，其生產目的是為了贏利，即型煤的出廠價必須高於型煤生產的總成本，否則將造成虧損、停產。而型煤生產成本大體由原料價格(包括煤價、粘結劑價格)、生產費用(包括工人工資、電費、水費、設備折舊費等)及管理費用組成，對於不同的生產廠家來説，生產費用和管理費用兩項基本上差別不大，因而型煤成本決定於原料價格，即煤價和粘結劑價。不同的煤種、煤質，不同的粘結劑，使型煤的成本不同，產品質量不同，造成產品的市場競爭力和經濟效益不同，因而型煤生產要因地制宜，不宜一哄而上。

從用户來講，型煤用於燃燒除了滿足環保要求外，性能上要求熱值高、易燃燒。造氣用户要求型煤固定碳含量高，產氣量大，因而原料灰分高、粘結劑增灰大，型煤固定碳含量低的型煤是沒有市場競爭力的，因而也無效益可言。

總之，型煤售價與原煤價格相比，無論就地轉化還是遠距離銷售，型煤價格是原料價格(粉煤)的2～3倍，在經濟還不發達的地方無疑增加了用户的負擔。因而，從環保角度出發，型煤應在人口密集、經濟相對發達的大、中城市推廣，並給予政策上的扶持。

粉煤無粘結劑成型機理

粉煤無粘結劑成型是指不外加粘結劑，而是依靠煤炭自身的性質和粘結性組分，在外力作用下壓制成型煤的過程．適於無粘結劑成型的煤種為年輕褐煤．

關於褐煤無粘結劑成型機理眾説不一，有各種假説，如瀝青、腐植酸、毛細孔、膠體、分子粘合等假説但都認為“自身粘結劑”的存在，是褐煤無粘結劑成型的重要基礎．

1在安裝前必須清點零件的數量。檢查與清除各個零件加工表面與螺紋在裝卸搬運中所造成的損傷，併除掉在包裝時塗在加工表面上的保護塗料以及在搬運中落上的塵土及髒物等。

2安裝時要在固定接觸表面上塗以幹油，在活動表面塗以稀油。

3型煤設備必須安裝在穩固的鋼筋混凝土基礎上，基礎的深度用户可根據當地的地質條件決定。

4為了避免破碎後的礦石堆積，基礎下部必須有足夠的空間，安裝運輸設備。

5為了基礎不受損壞，在基礎上部必須覆蓋護板，該件由用户自備。

瀝青假説．

瀝青假説是早期的假説．瀝青假説認為，煤中瀝青質是煤粒間粘結成型的主要物質．瀝青的軟化點為70℃～80℃．在加壓成型過程中，由於煤粒間相對位移，彼此相互推擠、摩擦產生的熱 量，使瀝青質軟化成為具有粘結性的塑性物質，將煤粒粘結在一起成為型煤．

腐植酸假説．

褐煤中含有遊離腐植酸，遊離腐植酸是一種膠體，具有強極性．在成型過程中，外力作用使煤粒間緊密接觸．具有強極性的腐植酸分子，使煤粒間相結合的分子間力得以加強而成型．

毛細孔假説．

毛細孔假説認為，褐煤中有大量含水的毛細孔．成型時毛細孔被壓潰，其中的水被擠出，覆蓋於煤粒表面形成水膜，進而充填煤粒間的空隙，呈現出相互作用的分子間力，加強了煤粒的接觸而成型．

膠體假説．

膠體假説認為，褐煤由固相和液相兩部分物質組成，固相物質是由許多極小的膠質腐植酸顆粒構成，其粒度為1μm一10nm．在成型過程中使膠粒密集而產生聚集力，形成具有一定強度的型煤．

分子粘合假説．

分子粘合假説由那烏莫維奇提出．認為粒子間的結合是在壓力作用下，由於粒子間接觸緊密而出現分子粘合的結果．

上述假説都只從某一個方面解釋了成型過程中的一些現象，還有待進一步探討．

其他煤種無粘結劑成型機理

無煙煤成型試驗研究結果，分析了工業型煤無粘結劑成型的濕態粘結機理與幹態粘結機理．

型煤的濕態粘結機理．

碎散性煤料在濕態下被壓制成型的主要原因，是煤粒間存在着一定的粘結性．煤在破碎加工過程中，其中一些橋鍵或晶格斷裂，形成一些不飽和鍵，使煤粒表面產生微弱的負電荷，極性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通過粘結性的水化膜連接而成型．

型煤的幹態粘結機理．

在型煤乾燥過程中，隨着型煤的水化膜逐漸變薄，液膜水的表面張力增大，煤粒受力彼此靠的更近，煤分子間的範德華力增大．直至液膜的水蒸乾，煤分子間的範德華力達到最大．此外，幹煤粒間摩擦阻力大，煤粒彼此鑲嵌產生較大的機械齧合力．因此，幹態型煤主要靠煤分子間的範德華力和煤粒間的機械齧合力使煤粒緊密粘結而成型，

筆者研究了弱粘結煤、肥煤、焦煤、無煙煤等不同煤種的無粘結劑成型．發現焦煤成型性能最好，其型煤表面緻密、光潔，抗壓強度高，防水性能好；而無煙煤成型性能最差，其型煤質量低，抗壓強度小．這是由於焦煤的顯微硬度小，無煙煤顯微硬度大．軟質煤在成型過程中易被壓碎，產生更細的煤粉填充到煤粒間隙中，達到最緊密堆積，使型煤緻密光潔，抗壓強度高.

粉煤有粘結劑成型機理

粉煤有粘結劑成型，是指粉煤與外加粘結劑充分混合均勻後，在一定的壓力下壓制成型煤的過程．有粘結劑成型的煤種為年老褐煤、煙煤、無煙煤等；粘結劑為煤焦油、焦油瀝青、石油瀝青(又稱石油殘渣)或水溶性粘結劑．成型煤料為-3mm(佔95%以上)的粉煤，具有類似砂土的碎散性．從熱力學觀點出發，粉煤成型過程是體系的熵減小的非自發過程．欲使粉煤成為具有一定強度的型煤，外力做功和粘結劑是重要的基礎條件．粘結劑的選擇關係到型煤的質量和成本，也是型煤產業化的制約因素．因此，研究粉煤成型機理，關鍵是探討煤與粘結劑間的相互作用，即作用力的類型、大小及其影響因素．搞清粉煤成型機理將為開發型煤粘結劑、實現型煤工業化，乃至粉料成型相關領域(包括冶金、化工、建材、醫藥等)提供理論依據．粉煤有粘結劑成型機理研究的文獻報道甚少，相關領域如礦粉團球、壓塊等粉料成型機理研究也不多．

煤粒與粘結劑間的浸濕和粘合直接影響型煤質量．以煤和焦油瀝青成型為例，除煤的含水量要影響煤粒與焦油瀝青的浸濕與粘合外，瀝青的粘度和組成也會影響成型過程．瀝青的粘度決定型煤的冷態抗壓強度；瀝青中含成焦組分的多少決定型煤的熱穩定性．當瀝青與低揮發分煤成型時，成焦組分在型煤結構中形成瀝青焦骨架，使型煤具有好的熱穩定性．為了使瀝青類粘結劑獲得最合適的粘度，前蘇聯學者研究了瀝青的重要性質．研究發現，瀝青粘度發生顯著變化的兩個階段，一個是從固態向塑性狀態的轉變階段；另一個是從液態向高流動狀態的轉變階段．瀝青在室温下呈固態，只有在温度高於其軟化點20℃～25℃下，才能與煤粒混合均勻並充分浸濕．前蘇聯學者採用了一種特殊的料粒拋光技術，通過顯微鏡觀察研究了煤與瀝青粘合劑的混合料．結果表明，在成型過程中瀝青粘結劑只能部分地將煤粒浸(潤)濕．進入成型機的物料內，大部分煤粒通過“粘結劑橋”連接而成型．

研究結果表明，成型前的粘結劑應呈塑性狀態並具有良好的擴展性，成型後型煤內粘結劑要儘快固化，形成能承受機械力作用的骨架結構，以使型煤具有足夠的強度．型塊強度是顆粒和固化粘結劑構成的類似混凝土結構的總體強度的體現．若成型物料的結構強度低於由粘結劑固化形成66骨架強度，則提高成型物料的粉碎細度，以增加顆粒總表面積，型塊強度取決於物料的結構強度．

褐煤成型主要工藝條件的研究結果，認為煤粒和粘結劑之間的作用過程十分複雜，包括潤濕、傳質、結合等過程．粘結劑與被粘結物之間的結合力，是機械結合力與物理化學結合力的綜合結果．對於煤這種非極性多孔物料，機械結合力起決定性作用．型煤強度是粘結劑滲入煤粒間隙中，脱水、固化產生機械鍵合的結果．粘結劑脱水、硬化、固結過程中，型煤隨水分蒸發而收縮，顆粒間距離減小，碎散阻力增大，型煤強度增加．

型煤抗壓強度定量表徵煤與粘結劑間作用力的大小，即煤與粘結劑間的潤濕程度．理論分析認為粘結劑與煤粒間產生粘結的前提條件，是粘結劑潤濕煤粒表面．其潤濕程度可用接觸角、粘結功表示．即接觸角越小，粘結功越大，潤濕程度越大．利用CD—A型協和接觸角儀、CBVD型協和表面張力儀，分別測量了在型煤與粘結劑間的接觸角及液態粘結劑的表面張力．隨着煤表面疏水基團的＜ 增加，煤與水的接觸角變大，煤被水潤濕程度變小，型煤抗壓強度小，即煤與粘結劑間的作用力小．

諶倫建，通過掃描電鏡對工業型煤微觀結構進行了研究，發現在煤粒表面及孔隙中均有粘結劑水化形成的凝膠體和各種形態的結晶體．這些凝膠體和晶體將煤粒包圍起來，並相互連接形成晶體網絡，從而將煤粒牢固粘結在一起成為型煤．型煤中凝膠體越多，棒狀、柱狀及針狀晶體越發育，分佈越均勻，則型煤強度越高．

有粘結劑礦粉低温固結機理研究

有粘結劑鐵精礦低温固結機理，認為低温固結是粘結劑與造塊物料間粘附力和內聚力共同作用的結果．粘附力是指粘結劑與造塊物料之間的作用力；內聚力是指粘結劑或造塊物料本身分子間吸引力．當有粘結劑存在時，粘結劑對顆粒表面的潤濕作用，使物料顆粒由固—固接觸變為液—固接觸．因此，低温固結實質是固—液界面現象．粘附力的大小受物料顆粒的表面形狀、粗糙度、潤濕性、粒度等因素影響．固結團塊強度既與分子間作用力(即範德華引力)、顆粒表面凹凸不平而產生的機械聯接力有關，也與靜電引力、化學鍵力有關．

從表面潤濕熱、表面電性及紅外光譜測試人手，對粘結劑與鐵礦粉表面作用機理及生球強度的機理作了大量研究．從理論上導出了生球強度界面能綜合模型；提出了含粘結劑的磁鐵礦粉生球的強度取決於顆粒間的化學作用能、粘滯作用能、毛細引力能、範德華引力能、靜電作用能和磁引力能，主要由化學作用能、粘滯作用能、毛細引力能所決定的新觀點，豐富和發展了生球強度理論．

型煤生產設備的配置，只需選擇早已定型10萬t，對於10萬t以上的大型廠，建議採用多線並聯交替維修的方式進行生產為好，因為這樣既可保障工廠生產的連續性，又可使現有機電設備滿足型煤生產線能力的要求。設備選型過程中尋找質量可靠的廠家尤為重要，例如鄭州大城重工有限公司等專業廠家。

在型煤生產過程中，設備上與粉煤物料接觸的零部件要儘量避免滑動摩擦，以此來減少設備磨損，提高設備壽命。在型煤設備的選擇上要重點考慮這一問題。對於那些絕對不可避免的滑動摩擦，其易損件必須能夠易於更換，最大限度地減少設備的停機時間。

型煤生產與應用發展還存在着較多的問題，需要正確認識，分析對待，不能理想化。型煤性能雖好，但不能與塊煤相比，二倍於原煤的價格是型煤推廣的一大障礙。沒有一種粘結劑是萬能的，能同時滿足型煤生產廠與用户雙方的要求。因此：

(1)型煤用料鼓勵採用大量積壓的無煙粉煤、貧煤、半焦粉等非煉焦煤，降低型煤生產成本。

(2)鼓勵就地成型，降低型煤生產的成本和性能要求(如耐水性)，特別是採用粘土類無機粘結劑生產型煤，更應就地成型，減少無用灰分的運輸。

(3)進一步完善型煤生產工藝，特別是生產大塊型煤成型機的研製，烘乾爐結構的改進，粘結劑的定量，攪拌捏合的均勻性的改善等。

(4)積極研製型煤燃燒器，完善型煤應用。

(5)國外的型煤灰分很低，約5%～8%，發熱量一般是30 000kJ/kg，我們應向國際要求看齊，採用具有粘結性的碳質原料做粘結組分，如焦油瀝青類、糖漿類、聚乙烯醇類、澱粉類生產型煤，改善型煤的性能，提高型煤的熱值。此外，還可對原煤通過洗選，以降低煤的灰分，提高型煤的固定碳含量。

(6)型煤產品是一種環保產品，生產廠家利潤很小，用户成本高，政府要在政策上繼續給予支持。

(7)型焦是滿足造氣要求的理想原料，以瀝青為粘結劑經冷壓成型後的型煤經進一步氧化、炭化處理生產型焦，或以無煙粉煤、半焦粉和部分粘結性煤熱壓成型後經熱處理，炭化處理生產型焦，可提高型煤質量和利用範圍，擴大煉焦原料，是型煤發展的趨勢。