CN1119401C - 不粘性原料煤的型煤制造方法 - Google Patents
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Abstract
涉及不粘性原料煤的型煤的成型方法。其组份为不粘性粉状原料煤，强粘性煤粉以及酸化淀粉液、水泥、粘土中的一或二种，其中淀粉液与水泥不得配伍；配比为原料煤100%，煤粉3%～15%，粒度＜40目，淀粉液低于1%，水泥低于5%，粘土低于10%；工艺步骤为各组份加水混合后加压成型、固结。适于燃料型煤和气化型煤的制造，以煤粘煤，粘结剂加入量少，以强粘性煤粉为主，既保证型煤的低中高温性能，灰份增加率又低，低成本。
Description
(1)技术领域
本发明涉及一种煤的成型方法，尤其是不粘性原料煤的型煤的成型方法。
(2)背景技术
不粘性固体燃料的特征是缺乏结焦性，包括：1、国标《GB212-92》“煤的工业分析方法”中焦渣特征分类序号为“(1)粉状”、“(2)粘着”“(3)弱粘结”的煤种，如无烟煤、贫煤、多数的长焰煤、褐煤等等；2、焦炭粉、石油焦粉、木炭粉等。用以制造型煤、型焦、型炭(以下统称型煤)的原料粒度一般为≤3mm，以下统称为不粘性原料煤。
型煤是洁净煤产品的基本形式之一，是改变层燃炉原煤散烧所形成的严重污染和能源浪费的最简易的技术途径。型煤制造的技术关键包括粘结剂组份及型煤固结，它决定了型煤的性能及商品化应用的经济可行性。不粘性原料煤由于缺乏结焦性，因此在燃烧或气化时不能形成耐中、高温的焦网骨架，致使型煤在中、高温状态下强度下降，甚至再度粉化。解决不粘性原料煤型煤的中、高温性能的途径是加入某些无机型粘结剂，如粘土、石灰等，但又造成型煤灰份增加，发热值下降。虽然已公开的型煤制造方法有几百种，但我国约4亿吨工业燃料型煤市场至今基本是一片空白，其根本原因是现有技术方案均未能突破工业化生产成本瓶颈。而在气化型煤方面，一系列的新技术方案多因未能解决型煤在中、高温状态下带出物过多的技术难关而难以工业化应用。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种粘结剂加入量少，可保证型煤的低、中、高温性能，灰份增加率低，适于燃料型煤和气化型煤的不粘性原料煤的型煤的制造方法。
本发明的基本特征是以煤粘煤，即采用一种以强粘性煤粉为基本组份的复合式粘结剂(以下简称为CCT粘结剂)，根据不粘性原料煤的性质及其型煤的用途，调节CCT粘结剂组份，并采用与之相适应的型煤固结方式制造不粘性原料煤的型煤。
本发明所说的型煤的组份为(1)不粘性粉状原料煤，(2)强粘性煤粉以及(3)酸化淀粉液、水泥、粘土中的一至二种。其中水泥与酸化淀粉液不得同时使用。其配比为以不粘性粉状原料煤的重量为100％作计算基准，强粘性煤粉为3％～15％，酸化淀粉液低于1％(淀粉干料量，下同)，水泥低于5％，粘土低于10％。其工艺步骤为将上述配比的各组份加适量水混合成型、固结。不粘性原料煤的粒度≤3mm，煤粉的粒度＜40目，最好＜200目。
在上述工艺中，强粘性煤粉是不可缺少的基本组份，用于保证型煤的中、高温强度。其他组份则根据原料煤性质及型煤要求作出选择。酸化淀粉液用于获得高冷态强度，水泥用于获得抗水性及低、中温强度，粘土用于提高型煤灰熔点及增强中、高温强度。在工业化应用中，需另行加入固硫剂、燃烧强化剂等，这不影响CCT粘结剂的性能。
强粘性煤粉是指符合国标《GB212-92》“煤的工业分析方法”中焦渣特征分类序号为：“(4)不熔融粘结”、“(5)不膨胀熔融粘结”、“(6)弱膨胀熔融粘结”、“(7)膨胀熔融粘结”、“(8)强膨胀熔融粘结”、等煤种制成的粉料，粒度为40目以细，最好为200目以细。强粘性煤粉的特征是具备强结焦性，并具有很大的比表面积，使型煤在中温状态下即开始形成焦网骨架，并随温度上升而强化，焦网骨架可耐2000℃的高温。由于型煤燃烧或气化是一种气、固异相反应，发生于固相表面或其浅层，故型煤焦渣核中的焦网骨架仍然存在。对于使用膨胀性强粘性煤粉，微粉状态可以利用型煤原料颗粒之间的间隙以消除煤粉在受热结焦时膨胀所产生的破坏性内应力，防止型煤爆裂。
本发明适用于燃料型煤和气化型煤的制造，由于采用以煤粘煤的技术方案，粘结剂加入量少，尤其是粘结剂以强粘性煤粉为主，既保证了型煤的低、中、高温性能，且无毒，灰份增加率又很低，一般低于5％，同时，其固结技术简单易行，因此可实现低成本的工业化应用。
众所周知，工业化应用需根据原料煤性质、型煤用途及其生产经营特点，选择适宜的CCT粘结剂组份，并采用与之适应的固结工艺。原料煤种类多，性质殊异。即使是同一煤种，亦可能因矿区、煤层不同而变化。煤质特性影响型煤制造及其性能的主要因素有：煤的成份及其比例；灰份成份及灰熔点；煤的粒度组成及冷压成型性等。
工业型煤按用途分为燃料型煤和气化型煤两大类，它们的质量要求，生产经营性质及加工成本的市场制约力都有显著的区别。
工业燃料型煤应用于层燃式工业炉窑，主要是工业锅炉。炉窑种类繁多，对燃料的基本组份有不同要求，一般是通过动力配煤来解决的。工业燃料型煤则是在动力配煤的基础上加工制造的。与气化型煤比较，工业燃料型煤对入炉水份无严格要求；灰熔点较低，一般软化温度ST≥1250℃即为优级品，而气化型煤ST＞1350℃才为优级品；工业燃料型煤用户面广量多，又十分分散，绝大多数没有烟气脱硫设施，气化型煤则用户集中、多自产自用、棚里作业、有脱硫设施；工业燃料型煤最佳平均粒度为10～15mm，最小粒度应大于3mm，气化型煤则一般呈均匀球体，气化型煤与块煤、焦炭及目前大量使用的石灰碳化煤球比较，加工成本有较大的回旋余地，而工业燃料煤价低、市场供过于求，加工成本的市场制约力极大。所以，工业燃料型煤必须集中化加工，社会化服务，产品应具备固硫、抗水、破而不散的性能，并能突破几十年来工业燃料型煤工业化生产的成本瓶颈，才能完成其商品化生产经营目标。气化型煤多自产自用，对抗水性无必然要求，但需具备极好的中、高温性能，包括灰熔点、耐磨性及热稳定性。所以，工业燃料型煤应选择免烘干、抗水、自然养护固结的“强粘性煤粉——水泥——粘土”组份的CCT粘结剂；气化型煤多选择“强粘性煤粉——酸化淀粉液——粘土”组份的CCT粘结剂。
本发明的酸化淀粉液在常温下有似水的流动性，与煤粉有极好的亲合性，能形成很薄的粘结剂膜，从而降低了淀粉耗，其淀粉耗仅为0.2％～1.0％，减少50％～80％，从而使淀粉粘结剂得以应用到工业型煤上。
水泥是一种水凝性的钙盐胶结材料，如硅酸钙系列水泥、铝酸钙系列水泥，在一定的温度条件下，水泥中的CaO会分离出来，其含量一般占水泥的50％以上。众所周知，CaO是最常用的型煤固硫剂，单独使用多为CaCO3或Ca(OH)2，同时又是碳的燃烧、气化活化剂。因此，水泥具备粘结、冷凝、速固、固硫、抗水、活化等诸多作用。对于低硫煤种(1.0％以下)，当水泥加入量达到2％～4％时，已可满足型煤的固硫要求。但对于酸性灰份的煤种，CaO的加入，会导致灰熔点下降而影响型煤性能，为此，需要加入粘土加以调节。
粘土包括：软质、硬质、半硬质粘土，铝矾土和膨润土等，主要用于增加原料煤的冷压成型性能，提高低、中、高温强度及灰熔点。它的品种选择和加入量需依煤质和型煤用途而定。粘土应加工成＜200目，以提高其效能。
(4)具体实施方式
以下给出一些实施例。表1给出一些原料煤的例子。
表1原料煤
表2给出一些不粘性原料煤的型煤制造方法的实例。
| 品种 | 代号 | 工业分析(干基)％ | 焦渣特征号 | ST℃ | St·d％ | 加压成型性能 | ||
| Ad | Vd | FCd | ||||||
| 福建龙岩II类无烟煤 | 龙II | 15 | 3.5 | 81.5 | (1) | 1220 | ＜1 | 好 |
| 郑州III类无烟煤 | 郑III | 18 | 9.5 | 72.5 | (2) | 1430 | ＜1 | 好 |
| 晋城III类无烟煤 | 晋III | 13.6 | 10.5 | 75.9 | (1) | 1450 | ＜1 | 较差 |
| 神府不粘煤 | 神 | 10 | 35 | 55 | (1) | 1130 | ＜1 | 极差 |
表2不粘原料煤型煤制造应用例举
| 型煤编号 | 品种 | 适用 | 原料煤100％ | 粘结剂％ | 灰份增加率％ | 固结工艺 | 抗水性 | 抗压强度kg/粒 | ST℃ | |||||||
| 煤粉 | 酸化淀粉液 | 水泥 | 粘土 | 冷态 | 500～600℃×20min | 950℃×10min | 1200℃×10min | |||||||||
| 细度(目) | 用量 | |||||||||||||||
| 1 | 燃料 | 无烟煤锅炉 | 龙II | 160 | 5 | 0 | 1.5 | 2 | 3.2 | 养护 | 永久 | 110 | 150 | 1300 | ||
| 2 | 燃料 | 烟煤陶窑 | 龙II | 50 | 15 | 0 | 2 | 2 | 3.7 | 养护 | 永久 | 130 | 150 | 1310 | ||
| 3 | 气化 | 合成氨原料气 | 龙II | 200 | 5 | 0.5 | 0 | 4 | 3.4 | 烘干 | 无 | 150 | 140 | 150 | 180 | 1400 |
| 4 | 燃料 | 烟炼锅炉 | 郑III+神各半 | 160 | 3 | 0 | 3 | 0 | 3 | 养护 | 永久 | 114 | 160 | 1350 | ||
| 5 | 燃料 | 烟煤锅炉 | 神 | 160 | 3 | 0 | 2 | 6 | 7 | 养护 | 永久 | 120 | 150 | 160 | 180 | 1350 |
| 6 | 气化 | 民用煤气 | 神 | 160 | 5 | 1.0 | 0 | 10 | 6.8 | 烘干 | 无 | 150 | 150 | 160 | 180 | 1400 |
| 7 | 气化 | 合成氨原料气 | 郑III | 200 | 5 | 0.3 | 0 | 0 | 0 | 烘干 | 无 | 120 | 150 | 160 | 180 | 1430 |
| 8 | 燃料 | 无烟煤锅炉 | 郑III | 160 | 3 | 0 | 4 | 0 | 4 | 养护 | 永久 | 130 | 180 | 1300 | ||
| 9 | 气化 | 合成氨原料气 | 晋III | 200 | 5 | 0.3 | 0 | 4 | 3.5 | 烘干 | 无 | 130 | 140 | 150 | 180 | 1450 |
| 10 | 气化 | 合成氨原料气 | 晋III | 200 | 5 | 0 | 0 | 7 | 6 | 烘干 | 无 | 80 | 110 | 150 | 180 | 1430 |
| 说明 | 1、实验室压制型煤呈圆柱体φ27mm×20mm，抗压强度为柱面压力。2、固结工艺：养护——指遮阴条件下堆放约24小时：烘干——指在(120～150)℃条件下，干燥至水份3％～5％。3、煤粉——强粘性煤粉，焦渣特征序号(4)。 | |||||||||||||||
由表2实验结果可以看到：
1、多数品种型煤灰份增加率均不大于4％，神府不粘煤由于成型性差、灰熔点很低，粘土加入量较大，使灰份增加率达7％，但神府煤本身灰份极低，因而制成型煤仍属优级品。
2、经测算，吨型煤粘结剂费用为：燃料型煤8～12元，气化型煤约20元。
3、燃料型煤由于免烘干，而使其综合加工成本在20元/吨。众多研究单位工业试烧表明，使用工业燃料型煤代替散煤，炉窑节煤率达10％～25％。
4、当采用中、高硫煤时，除可增加水泥用量外，尚应加入固硫剂及固硫促进剂，不影响本发明的CCT剂的使用。
以下给出酸化淀粉液的制造方法。
将淀粉、各种谷物粉、薯干粉或鲜薯糊(以下均称为淀粉)和稀酸液混合后，在(110～140)℃条件下糊精化约60min而制成的一种在常温有极好流动性糊精水溶液和纤维、蛋白质等组成的混合液，并加入微量硼砂作高联剂以促进固化。工业应用可采用常压法和加压法两种。常压法工艺：1000g淀粉(干料量)和约以100ml水与(2～4)ml硝酸及(3～6)ml盐酸制成的稀酸液混合，在140℃以下干燥及糊精化，其中，在(110～140)℃阶段应保持约60min。制得干粉料根据型煤工艺需要，加入适量热水及相当于淀粉量2％～5％的硼砂制成所需浓度的酸化淀粉液。加压工艺法：按上述淀粉及酸量比例，加入(3～5)倍水，制成乳状液，在压力釜中于(110～140)℃条件下搅拌加热约60min，再加入相应量的硼砂，即可直接制成酸化淀粉液。
Claims (1)
1、不粘性原料煤的型煤制造方法，其特征在于
1)所说的型煤的组份为(1)不粘性粉状原料煤，(2)强粘性煤粉以及(3)酸化淀粉液、水泥、粘土中的一或两种，其中水泥与酸化淀粉液不得同时使用；
2)所说的型煤的组份配比为以不粘性粉状原料煤的重量为100％作计算基准，不粘性原料煤的粒度≤3mm，强粘性煤粉为3％～15％，其粒度＜40目，酸化淀粉液低于1％，水泥低于5％，粘土低于10％；
3)其工艺步骤为将各组份加适量水混合后加压成型、固结。
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