论型煤生产工艺

管聪荣

（山西大同市煤矿设计研究所,山西大同037044）

论型煤生产工艺

管聪荣

（山西大同市煤矿设计研究所,山西大同037044）

型煤生产是洁净煤工程中工艺简单、成本低廉、管理方便、前景广阔的一个重要的子项目，是解决民用燃煤产生尘霾、污染大气的有效措施，但煤炭生产、经营、销售有关人员普遍对此项工作了解不多、重视不够，导致不少地区因散烧原煤污染大气环境。文章从型煤的生产工艺、建厂选址、设备配套、技术措施、质量控制、原煤品种、材料选用、粘合剂配方等各个环节都做了论述，可以做为型煤生产作业指导和煤炭职业院校教学参考。

工艺流程;型煤;粘合剂;成型;干燥

进入新世纪以来，随着大气环境综合治理、管控雾霾、降低CO排放等各项环保方针、政策的贯彻实施，洁净煤工程又提到议事日程，国内所有年产50万t以上的型煤企业，生产工艺及质量保证体系，逐年改进和完善，型煤生产线的每个环节、每道工序、每项具体操作，有规章可依，有标准可循，有专责制度可遵，有工艺日志可考，企业管理走上健康发展之路[1]。

型煤生产工艺设计，不仅关系到型煤生产的高效、优质、低耗、安全、创收，还关系到企业管理的经营理念、运作模式、质保体系、经济效益等一系列重大决策。工艺设计包括型煤生产的全过程、全方位、全体员工、全部操作、全部质量标准、全套规章制度，是型煤生产实现集约化管理的纲领和准则。型煤生产典型工艺流程，见图1，下面就按照图中所示的内容，进行介绍说明。

1 原煤质检和化验

原煤品质对整个生产工艺及运作流程起着决定性的作用。原煤质量检测是对原煤进行外观、杂物、容重、比重、粒度及块煤比例等进行目测，以便确定预加工操作方案。煤质化验是在化验室对原煤的物理化学性能进行定性和定量分析，以便确定煤的工艺性及原料配方。

2 煤炭筛分

原煤筛分可以选用万能吊筛、快速振动筛、跳汰筛等，把筛出的粒度大于3 mm的块煤进行破碎，杂物用人工全部拣出。

3 块煤破碎

块煤破碎采用破碎机，有颚式、锤式、齿式、辊式、碾式五种，可根据要求破碎的粒度、生产率、入料口尺寸等进行选用：破碎特大块煤（粒度大于100 mm），应该选用颚式破碎机；破碎大块煤（粒度大于50 mm）,应该选用锤式破碎机；破碎中块煤（粒度25～50 mm）,可以选用齿式破碎机；破碎小块煤（粒度13～25 mm）,可以选用辊式破碎机；破碎末煤（粒度3～13 mm），可以选用辗式破碎机。

4 制定生产纲领

生产纲领是设计单位对型煤厂产品品种、性能规格、产量指标等做出完整详尽规划的文献。主要内容是，确切掌握当地煤炭的物理化学特性、每年煤炭产量、销售及外运情况、可供生产型煤的资源量、工业和居民生活的用煤习惯，计划生产的型煤品种及市场前景、经济效益和社会效益、预计投资回收期等等，务求准确可靠，切实可行。

制定生产纲领时，必须具有前瞻性，留有充分的发展余地。建厂规模初期为50～100万t/a为宜，生产方式为机械化生产线，投资回收期预计为8～10 a，产量可预定为1000～2500 t/d，销售利润50～100元/t型煤。

图1 型煤生产典型工艺流程图

5 粘合剂（添加剂）制备工艺

5.1 对粘合剂（添加剂）总的要求

因地制宜，就地就近取材，来源广，成本低，工艺简单，制得型煤质量好，价格合理。添加剂既可以磨成粉状单独加到原料煤中，也可以和粘合剂混在一起搅拌均匀，加入原料煤中，所以一提到粘合剂就已经包括了添加剂。

5.2 粘合剂的种类

1）有机类：煤沥青、煤焦油和石油沥青及其残渣。还有高分子聚合物、淀粉、植物油渣、动物胶、工业废弃物、腐植酸盐、木质纤维素等。

2）无机类：黏土、膨润土、高岭土、水泥、水玻璃、生(熟)石灰、电石泥、磷酸盐、硫酸盐等。有些煤矿的顶板和底板是泥质页岩，磨成粉后，加水搅和，粘结性能很好，而且耐烧，亦可做为添加剂和粘合剂。

3）复合类：有机类和无机类粘合剂，每一种都具有各自不同的特性，而且都可以互补。制备粘合剂时，可以把任何两种粘合剂掺合使用，称为复合类，如有机物与有机物复合，有机物与无机物复合，无机物与无机物复合，都可以取得很好的使用效果。

5.3 各类粘合剂的性能和特点

1）有机粘合剂粘结性能好，型煤机械强度高，但型煤热态强度和热稳定性较差，有些粘合剂的防水性较差[2]。

2）无机粘合剂的来源广、成本低，型煤热强度和热稳定性好，但增加型煤的灰分，降低发热量。

3）复合型粘合剂所掺材料之间性能互补，扬长避短，是粘合剂的发展方向。

5.4 粘合剂的组分、配比和预期使用效果

1）减少二氧化硫的排放—固硫

最简单的固硫技术就是在配料时，把生石灰（氧化钙），加入原料煤中做为固硫剂。

可用作固硫剂的钙基物质有多种，石灰石、白云石、生石灰、消石灰、电石渣、白泥等均可。

2）提高型煤的冷强度

提高冷强度的办法是在生产型煤时，加入有机粘合剂，例如石油沥青、高分子聚合物、植物油渣、动物胶等。

3）提高型煤的热强度

实践证明，在粘合剂中加入膨润土、煤矿的泥质页岩、黏土、高岭土等，能起到提高热强度的作用。

4）提高型煤热稳定性

要控制型煤中的水分，尤其是注意原煤的内在水分。标准规定，型煤中总水分必须保持在3～4%，水分过高，在升温时就会产生球体爆裂或破碎。

5）提高型煤的水湿强度

提高型煤水湿强度的措施，是在粘合剂中添加防水物质，例如水玻璃、水泥、高岭土等。

6）提高型煤热值

型煤热值来源于生产型煤所用原煤的炭化年龄及固定炭含量。无烟煤的炭化年龄最长，固定炭含量最高，是提高型煤热值的首选配料。

7）起火快、节煤、降低碳排放

如果在粘合剂中加入适量的硝酸钾、氯酸钾等物质，提高型煤燃烧强度，迅速提高炉膛温度（100～200℃），节约型煤（15%），降低碳排放（20～40%）。

6 型煤成型工艺

6.1 无粘合剂成型

无粘合剂成型的原理，是将破碎成规定大小颗粒的煤与煤粉的混合物，在成形机封闭的极高的二维压力下，把所有空气压挤出去，颗粒与煤粉充分弥合，利用煤的粘结性使颗粒与煤粉牢固地粘结在一起，这就是型煤。由此可以看出，无粘合剂成型工艺，一定要选用粘结性强的原煤，不是任何煤种都能进行无粘合剂成型。

无粘合剂成型，必须采用高压辊压成型机及与之配套的成型工艺。这种工艺要求在高压下使原料承受较长的施压时间，或者是施行二维压力，多重压制。

6.2 冲压成型工艺

型煤冲压成型工艺所使用的设备，主要由曲柄连杆、型腔、装料、退出等机构组成。这种机械是把曲柄的立圆圆周运动转换成冲头的上下往复运动。当冲头停在型腔的上方时，搅拌好的原料煤被自动装料机装入型腔内，型腔装满后，装料机自动停止，冲头开始向下运动，对原料煤施加压力，完成压制型煤作业，并被推杆推离型腔；随后冲头向上做回程运动，并停在型腔上方等待装料。这样，圆满地完成了冲压行程和回空行程，实现了一个循环作业。冲压成型的型煤有圆形蜂窝煤、方形蜂窝煤、枕形型煤、两联体型煤、三联体型煤等。

6.3 挤压成型工艺

型煤挤压成型工艺所用设备，有一个横向放置的圆筒形挤压腔，挤压腔上方开一个进料口，口上安装进料漏斗。腔内顺着中心线方向安装一根带有单头螺旋叶片的挤出器，当挤出器旋转时，从进料漏斗进入挤压腔内的原料煤便被挤压，达到一定压力后，从挤压腔的出口挤出，这就是型煤。由于在挤压腔出口处安装了模具，挤出的型煤具有设计的形状和尺寸，比如六方形、四方形、圆形、中空形、实心形等。

6.4 圆盘造粒工艺

型煤的圆盘成型工艺，是把原料煤放入一个做圆周颠簸运动的大圆盘，从圆盘上部中心部位用管子和喷嘴细细地喷洒粘合剂，使原料煤在做圆周颠簸运动的同时，互相粘结成团，并且越粘越大，达到足够的粒度时，便借着圆盘的倾斜角度流向圆盘的边缘，从出口流出圆盘，这就是颗粒型煤或球形型煤。习惯上把粒度小于等于25 mm的叫颗粒型煤，大于25 mm的叫球形型煤。圆盘造粒机的圆盘，实际上是一个锥度为1∶0.02的圆形大锥体，圆周上焊一圈立缘，以便挡住物料不使外溢。圆盘支撑在五个托辊上，并在其下部中心位置焊一根立轴，与传动装置相连。圆盘的进出料口也固定在支架上。圆盘造粒工艺必须使用液体粘合剂，而且配方很讲究，稠、稀、粘合力、喷洒方法、喷量控制等，都需要特别注意。

6.5 辊压成型工艺

辊压成型又称对滚成型工艺,其设备主要结构为技术参数完全相同的、直径为500～1000 mm的两个滚筒，在滚筒外径表面上，满布着规定形状、大小、深度的凹坑，而且两个滚筒上的凹坑相互对应[3]。当两个滚筒速率相等、方向相反、做相对转动时，互相接触并相切的两个外圆上，正好各有一行凹坑互相对正，形成一个完整的空腔，名曰型腔。

工作时，喂料皮带机把搅拌好的原料煤通过溜煤簸箕卸到两个滚筒上方，并堆积一定高度，当两个滚筒相对转动时，原料煤靠自重充满型腔，并在滚筒转动过程中，逐渐被压缩、成型、脱离型腔，进入湿型煤运输皮带机运走。

7 型煤干燥工艺

7.1 曝晒干燥工艺

这是最简单、最经济的工艺。内蒙的许多地区，地势高寒，气候干燥，春季雨天极少，连续两个月不下雨并不稀罕，利用这个时机生产型煤，可说是天时地利。以包头为中心的数百里之内，这样生产型煤的厂子很多，而且干燥效果也不错。

7.2 热循环干燥工艺

热循环干燥流程,见图2。所使用的机械设备，见图3。

图2 热循环干燥流程

图2中，乏风就是从型煤干燥炉引出的回风，因为大部分热能已经散出，故曰乏风。高温热风指得是从锅炉引出的1300～1500℃炽热风流。中温热风指得是兑入冷风后温度为180～200℃的热风。

1）热循环干燥工艺的热源来自锅炉，一般使用窑炉或干式热风炉。锅炉热值与型煤生产率的关系大致为1∶2。

2）干燥炉进风孔和出风孔的布置必须保证炉内所有地方温度一致。进风孔之间的距离，最好与干燥炉的宽度相等。

3）为缩短型煤干燥时间，减少型煤爆裂，型煤含水应该控制在3～4%。

4）进入干燥炉的热风温度一般为180～200℃。

5）干燥炉总回风的出口温度，即乏风温度控制在50～55℃。

6）为了减少干燥炉的热能损失，不影响周围的大气质量，干燥炉内的气体压力应该是微负压，数值控制在80～90 kPa。

图3（a）是单回程翻板链输送机，圆环链上固定着翻板，翻板上平铺着待干燥的型煤，一般翻板长3～4 m,宽0.35～0.4 m。图3(b)是双回程机械循环干燥系统，其实就是两个单回程机械循环干燥系统组合在一起，把两个机头的传动链轮用套筒滚子链连接起来，用一套传动机构同时带动两个传动链轮。

图3 循环干燥系统所用设备

7.3 重力差循环干燥系统

重力循环干燥系统结构原理，见图4,两个导轮传动一条无极链，链上悬挂着盛满型煤的吊斗。从图中箭头所示方向，将湿的型煤装入吊斗，向下运行，行至下端导轮处，反转过来，向上运行，行至上端导轮处，型煤沿着箭头所示的方向，从吊斗内卸出。向下运行的湿型煤与向上流动的热风相逆而行，受热而逐渐干燥。转而向上运行之后，与热风同行，继续干燥，到达上部导轮处，型煤就完全干燥。型煤的向上和向下运行，不用动力，靠的是重力差，因为向下运行的是湿型煤，含水较多而重，向上运行的型煤，由于失去大部水分逐渐变干而较轻，导轮两侧型煤的重力差促使无极链转动起来。

重力差循环干燥系统，都是安装在立式干燥炉内，简称立式干燥窑。其注意事项如下：

1）控制型煤的含水量。重力差循环干燥系统的动力来源，就是湿型煤和干型煤重量的差。

图4 重力循环干燥系统结构原理

2）热风的入口温度为180～200℃，出口温度为45～55℃。

立式干燥窑炉的热风循环系统，见图5。一台锅炉，产生1500～1600℃的热源进入温度调节器，兑入冷空气之后，将空气温度调整到180～200℃，用鼓风机从立式干燥窑炉的下方吹入炉内，热风通过整个立式窑炉之后，温度下降到45～55℃，通过管道送入温度调节器，与热风机送来的热风混合，使整体温度始终保持180～200℃，再度进入立式干燥炉。

图5 立式干燥窑炉热风循环系统

8 结语

型煤是洁净煤的重要组成部分，型煤生产工艺关系到型煤的特征、质量、性能、销售前景和经济效益，关系到节能减排、环境治理、低碳经济和人民健康。积极改进型煤生产管理，提高型煤工艺水平，是发展洁净煤工程的核心，是实现国民经济发展与资源环境高度统一的关键。

[1]曹征彦.中国洁净煤技术[M].北京：中国物资出版社,1988.

[2]张林生.型煤粘结剂研究现状[J].广州化工,2012,40(11)：62-64,71.

[3]黄爱民.对辊型煤机技术参数和结构的分析[D].天津：天津大学,2002.

On the Production Process of Briquette

GUAN Cong-rong
(Datong Coal Mine Design Institute,Datong Shanxi,037004)

The production of briquette is an important sub-item in clean coal engineering with simple process,low cost,easy management and a bright future.It is an effective measure to solve the problem of dust haze,air pollution.However,the staff of production,management and marketing do not know much about this work,and pay little attention to it,which leads to air pollution caused by burning coal.This paper,elaborated production process,the selection of plant,equipments,technological measures,quality control,types of coal,selection of materials,adhesive formulation and so forth,which could be reference for the guildance of briquette production and the teaching of vocational colleges of coal.

process;briquette;adhesive;molding;desiccation

TU528

A

1674-0874(2015)04-0065-05

2014-06-12

管聪荣(1966-)，女，山西大同人，高级工程师，研究方向：洁净煤工程技术。

〔责任编辑 王东〕