粉煤冷压成型粘结剂的研究进展

吴 冉

（云南省化工研究院，云南昆明 650228）

·专论综述·

粉煤冷压成型粘结剂的研究进展

吴 冉

（云南省化工研究院，云南昆明 650228）

型煤粘结剂是粉煤成型的关键技术之一。综述了各种型煤粘结剂的成型特点及研究现状。

粉煤；型煤粘结剂；成型工艺；复合粘结剂

我国煤资源丰富，产量大。据查明，我国煤储量超过1万亿t，主要分布于内蒙古、山西、新疆、陕西4个地区［1］。

近年来，由于煤炭开采机械化程度的提高，以及在运输和装卸过程中的破碎，产生了大量的粉煤，所占比例高达60%～70%［2］。而粉煤直接燃烧效率低，容易产生粉尘污染且运输困难。

型煤能克服粉煤应用存在的问题，还能减少粉煤燃烧对环境产生的二次污染［3］。据文献报道，工业锅炉燃用型煤，热效率可以提高10%～17%，烟尘排放量降低70%以上，含硫气体减排50%～60%［4］。

国内外基于粉煤成型工艺的研究比较多［5－8］。到目前为止，我国应用于工业化生产的型煤主要针对无烟煤、烟煤等硬质煤，以有粘结剂的冷压成型工艺居多，工艺较成熟。而针对于褐煤有粘结剂的成型工艺并不成熟，仅限于小试研究阶段，部分进入中试［9－10］。型煤粘结剂是粉煤成型的关键技术之一，它决定了型煤的冷、热态强度、热稳定性、防潮性等质量指标以及加工成本。

1 型煤粘结剂的选择与分类

1.1 选择

粉煤在有粘结剂的冷压成型过程中，粘结剂的选择是其成型技术的重要组成部分。选择适用于不同煤种的最优粘结剂需要考虑以下几点［11－12］：①与粉煤结合粘结性好；②无机物含量低，减少灰分掺入；③原料来源广，价廉易得，无二次污染；④粘结剂的制备工艺简单，操作方便；⑤型煤产品具有良好的跌落强度、热稳定性和防潮性能等质量指标。

1.2 分类

根据粘结剂材料的物理化学性能和来源，型煤粘结剂有多种分类方法。一般按其化学状态可分为无机、有机、复合3大类粘结剂［12－13］。常见的型煤粘结剂如表1所示。

表1 常见的型煤粘结剂Table1 The common briquette binder

2 粉煤有粘结剂的成型工艺

粉煤成型工艺流程因粘结剂的种类不同而各有所异，但该类成型过程都包括3个共同的工序［12］：成型原料制备、成型和型煤固化。粉煤有粘结剂的成型工艺见图1。

成型原料的制备主要包含原料煤（烟煤、无烟煤等）的干燥、破碎、配料及与粘结剂混合，制备过程中部分粘结剂还需要加工后才能使用。成型后的新鲜煤球或煤块强度不高，还需根据使用的粘结剂而采取不同的固结方法，一般采取烘干的方式。

图1 粉煤有粘结剂的成型工艺框图Figure 1 The briquette process diagram of pulverized coal with binder

3 粉煤成型粘结剂的发展现状

国内外关于粉煤有粘结剂成型的文献报道较多，不同种类的粘结剂在粉煤成型过程中，各有其特点。

3.1 无机粘结剂

无机粘结剂在型煤生产过程中，具有来源广、价格低、耐高温等优点，生产的型煤热稳定性好，且部分还具有固硫作用，但会增加型煤的灰分。在工业化型煤生产过程中，无机粘结剂的单独使用较少，而在民用的蜂窝型煤燃料中应用较多。

实际应用中，无机粘结剂一般作为添加剂与其他有机类粘结剂混合使用，添加量较少，主要目的是增加型煤的热强度。前苏联在粉煤与粘结剂混合成型时，添加0．5%～0．7%的Ca（OH）2，处理后的煤球机械强度提高1．3～1．5倍，且具有良好的热稳定性；欧洲专利还介绍采用石灰作为固硫剂添加，制成的生型煤强度好［12］。在国内，刘大超等［14］还采用粘土或高岭土与煤泥混合，粘结剂加入量10%，在20 MPa的压力下压制成蜂窝型煤，经检测后型煤灰分增加5%左右，成品型煤抗压强度效果较好；董会新［15］采用7%的粘土和煤泥作锅炉型煤的粘结剂，生产的型煤燃烧后，单位时间产气量明显高于块煤或原煤的燃烧，且炉渣和飞灰的含碳量也得到降低。

目前，国内一些氮肥厂采用添加一定量的含钙物质作为型煤添加剂，一方面增加型煤热强度，另一方面还能降低型煤燃烧渣的灰熔点，解决气化炉、锅炉等装置的排渣困难。

3.2 有机粘结剂

在粉煤成型过程中，粘结剂中的有机成分与煤粉有很强的亲和力，甚至能渗透至煤的微孔结构中，故型煤干燥固化后的机械强度较高，且有机物自身还能燃烧，不产生灰分。但在高温下有机物易燃烧分解，导致型煤热稳定性差。实际生产中，采用经过改性的有机粘结剂或与其他粘结剂混合使用能使上述问题得以改善。

由于有机粘结剂本身既能起助燃作用，又不会产生灰分，因此在实验室研究和实际生产中应用比较多。美国A．F．Baker等［16］的发明专利以沥青乳液、淀粉等作为粉煤的粘结剂，添加量在3%～10%之间，经造粒机成球状型煤，该生煤球在149～315℃的热空气下干燥至15%～20%的水分，成品煤球承压载荷在85～169N之间。美国W．W．Wen等的［17］发明专利以腐植酸作为粘结剂，与粉煤混合成型后，经烘干得到具有防水性的型煤燃料。土耳其O．Kural等［7］使用经改性的APP乳化液作为粘结剂与＜6mm的粉煤混合成型，获得具有较高发热量的民用型煤。

在国内，陈泽贤［18］在煤棒中掺入高分子黑色胶质体粘结剂，与黄泥煤棒相比，粘结效果好，且有利于煤棒烧透，降低了炭损失，提高了制气效率。傅玉华等［19］将淀粉和添加剂按一定比例制成粘结剂，以平顶山粉煤为原料，混合压制成直径2．2 cm、长12 cm的棒状型煤，经检测单棒竖直耐压7 MPa，合格率95%，而且还具有良好的热强度和防潮性。

3.3 复合粘结剂

复合粘结剂是将两种或两种以上的有机、无机粘结剂组合而成。不同的粘结剂间可取长补短，相互补充，从而提高型煤的综合质量。

郑雪琴等［20］采用某纸厂制浆废液作为粘结剂，里面含有木质素，经过改性或与其他粘结剂复合后，具有较强的粘合作用。实验分别将其与聚乙烯醇、羧甲基纤维素、糖蜜和硅藻土复配使用，与粒径＜3 mm的煤粉制成型煤，得到型煤产品的跌落强度和热稳定性均大于90%。其中以硅藻土作为复配剂效果最好，且具有较高的防水性。

赵巍［21］等以腐植酸钠为主要粘结剂，与蒙脱石或高岭土组成复合粘结剂，通过粘结剂配比对型煤质量影响的研究表明：腐植酸钠对型煤冷强度影响显著，蒙脱石和高岭土可提高型煤的热稳定性。

李春桃等［22］以改性生物质和MgO、MgCl2等无机固化剂组成复合型粘结剂，使得型煤的抗压强度、跌落强度和固硫率均得以提高，且燃烧特性较好。

王晓利等［23］以水泥和聚乙烯醇按一定比例组成有机－无机复合粘结剂，不仅粘结性强，而且粘结剂材料具有来源广、用量少、成本低等优点；在常温下生产的型煤强度高，防水性好，还能固硫减少原煤燃烧产生的二次污染。

从文献内容可看出，近年来粉煤成型粘结剂的研究开发主要以复合型为主，且复合粘结剂生产的型煤综合质量较好。因此，受粉煤本身性质的影响及型煤工业化应用的质量要求，复合型粘结剂的粉煤成型技术将成为煤高效、清洁利用的发展趋势。

4 结语

由于不同区域的煤具有不同的特性，粉煤成型需要的粘结剂也不同。采用单一有机或无机粘结剂的型煤综合质量不好，而采用复合型粘结剂既可以克服单一粘结剂的缺陷，又可以解决不同煤种的成型困难。在工业化生产中，型煤灰分的控制要求较高，而无机粘结剂均含有灰分；因此，从理论与实际结合出发，开发新型的复合粘结剂应以有机为主，添加少量的无机物作为复配剂。

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Research Progress on Cold－Press Briquette Binder of Pulverized Coal

WU Ran

（Yunnan Research Institute of Chemical Industry，Kunming 650228，China）

The briquette binder was one of the key technology of pulverized coal briquetting．This paper summarized the molding characteristics and research status of various briquette binders．

pulverized coal；briquette binder；briquetting technology；composite binder

TQ43

A

1004-275X（2014）02-0035-04

12．3969／j．issn．1004-275X．2014．02．011

收稿：2013-11-29

吴冉（1986-），男，云南昭通人，助理工程师，主要从事化工研究。