粉煤冷壓成型粘結劑的研究進展

吳 冉

（云南省化工研究院，云南昆明 650228）

·專論綜述·

粉煤冷壓成型粘結劑的研究進展

吳 冉

（云南省化工研究院，云南昆明 650228）

型煤粘結劑是粉煤成型的關鍵技術之一。綜述了各種型煤粘結劑的成型特點及研究現狀。

粉煤；型煤粘結劑；成型工藝；復合粘結劑

我國煤資源豐富，產量大。據查明，我國煤儲量超過1萬億t，主要分布于內蒙古、山西、新疆、陜西4個地區［1］。

近年來，由于煤炭開采機械化程度的提高，以及在運輸和裝卸過程中的破碎，產生了大量的粉煤，所占比例高達60%～70%［2］。而粉煤直接燃燒效率低，容易產生粉塵污染且運輸困難。

型煤能克服粉煤應用存在的問題，還能減少粉煤燃燒對環境產生的二次污染［3］。據文獻報道，工業鍋爐燃用型煤，熱效率可以提高10%～17%，煙塵排放量降低70%以上，含硫氣體減排50%～60%［4］。

國內外基于粉煤成型工藝的研究比較多［5－8］。到目前為止，我國應用于工業化生產的型煤主要針對無煙煤、煙煤等硬質煤，以有粘結劑的冷壓成型工藝居多，工藝較成熟。而針對于褐煤有粘結劑的成型工藝并不成熟，僅限于小試研究階段，部分進入中試［9－10］。型煤粘結劑是粉煤成型的關鍵技術之一，它決定了型煤的冷、熱態強度、熱穩定性、防潮性等質量指標以及加工成本。

1 型煤粘結劑的選擇與分類

1.1 選擇

粉煤在有粘結劑的冷壓成型過程中，粘結劑的選擇是其成型技術的重要組成部分。選擇適用于不同煤種的最優粘結劑需要考慮以下幾點［11－12］：①與粉煤結合粘結性好；②無機物含量低，減少灰分摻入；③原料來源廣，價廉易得，無二次污染；④粘結劑的制備工藝簡單，操作方便；⑤型煤產品具有良好的跌落強度、熱穩定性和防潮性能等質量指標。

1.2 分類

根據粘結劑材料的物理化學性能和來源，型煤粘結劑有多種分類方法。一般按其化學狀態可分為無機、有機、復合3大類粘結劑［12－13］。常見的型煤粘結劑如表1所示。

表1 常見的型煤粘結劑Table1 The common briquette binder

2 粉煤有粘結劑的成型工藝

粉煤成型工藝流程因粘結劑的種類不同而各有所異，但該類成型過程都包括3個共同的工序［12］：成型原料制備、成型和型煤固化。粉煤有粘結劑的成型工藝見圖1。

成型原料的制備主要包含原料煤（煙煤、無煙煤等）的干燥、破碎、配料及與粘結劑混合，制備過程中部分粘結劑還需要加工后才能使用。成型后的新鮮煤球或煤塊強度不高，還需根據使用的粘結劑而采取不同的固結方法，一般采取烘干的方式。

圖1 粉煤有粘結劑的成型工藝框圖Figure 1 The briquette process diagram of pulverized coal with binder

3 粉煤成型粘結劑的發展現狀

國內外關于粉煤有粘結劑成型的文獻報道較多，不同種類的粘結劑在粉煤成型過程中，各有其特點。

3.1 無機粘結劑

無機粘結劑在型煤生產過程中，具有來源廣、價格低、耐高溫等優點，生產的型煤熱穩定性好，且部分還具有固硫作用，但會增加型煤的灰分。在工業化型煤生產過程中，無機粘結劑的單獨使用較少，而在民用的蜂窩型煤燃料中應用較多。

實際應用中，無機粘結劑一般作為添加劑與其他有機類粘結劑混合使用，添加量較少，主要目的是增加型煤的熱強度。前蘇聯在粉煤與粘結劑混合成型時，添加0．5%～0．7%的Ca（OH）2，處理后的煤球機械強度提高1．3～1．5倍，且具有良好的熱穩定性；歐洲專利還介紹采用石灰作為固硫劑添加，制成的生型煤強度好［12］。在國內，劉大超等［14］還采用粘土或高嶺土與煤泥混合，粘結劑加入量10%，在20 MPa的壓力下壓制成蜂窩型煤，經檢測后型煤灰分增加5%左右，成品型煤抗壓強度效果較好；董會新［15］采用7%的粘土和煤泥作鍋爐型煤的粘結劑，生產的型煤燃燒后，單位時間產氣量明顯高于塊煤或原煤的燃燒，且爐渣和飛灰的含碳量也得到降低。

目前，國內一些氮肥廠采用添加一定量的含鈣物質作為型煤添加劑，一方面增加型煤熱強度，另一方面還能降低型煤燃燒渣的灰熔點，解決氣化爐、鍋爐等裝置的排渣困難。

3.2 有機粘結劑

在粉煤成型過程中，粘結劑中的有機成分與煤粉有很強的親和力，甚至能滲透至煤的微孔結構中，故型煤干燥固化后的機械強度較高，且有機物自身還能燃燒，不產生灰分。但在高溫下有機物易燃燒分解，導致型煤熱穩定性差。實際生產中，采用經過改性的有機粘結劑或與其他粘結劑混合使用能使上述問題得以改善。

由于有機粘結劑本身既能起助燃作用，又不會產生灰分，因此在實驗室研究和實際生產中應用比較多。美國A．F．Baker等［16］的發明專利以瀝青乳液、淀粉等作為粉煤的粘結劑，添加量在3%～10%之間，經造粒機成球狀型煤，該生煤球在149～315℃的熱空氣下干燥至15%～20%的水分，成品煤球承壓載荷在85～169N之間。美國W．W．Wen等的［17］發明專利以腐植酸作為粘結劑，與粉煤混合成型后，經烘干得到具有防水性的型煤燃料。土耳其O．Kural等［7］使用經改性的APP乳化液作為粘結劑與＜6mm的粉煤混合成型，獲得具有較高發熱量的民用型煤。

在國內，陳澤賢［18］在煤棒中摻入高分子黑色膠質體粘結劑，與黃泥煤棒相比，粘結效果好，且有利于煤棒燒透，降低了炭損失，提高了制氣效率。傅玉華等［19］將淀粉和添加劑按一定比例制成粘結劑，以平頂山粉煤為原料，混合壓制成直徑2．2 cm、長12 cm的棒狀型煤，經檢測單棒豎直耐壓7 MPa，合格率95%，而且還具有良好的熱強度和防潮性。

3.3 復合粘結劑

復合粘結劑是將兩種或兩種以上的有機、無機粘結劑組合而成。不同的粘結劑間可取長補短，相互補充，從而提高型煤的綜合質量。

鄭雪琴等［20］采用某紙廠制漿廢液作為粘結劑，里面含有木質素，經過改性或與其他粘結劑復合后，具有較強的粘合作用。實驗分別將其與聚乙烯醇、羧甲基纖維素、糖蜜和硅藻土復配使用，與粒徑＜3 mm的煤粉制成型煤，得到型煤產品的跌落強度和熱穩定性均大于90%。其中以硅藻土作為復配劑效果最好，且具有較高的防水性。

趙巍［21］等以腐植酸鈉為主要粘結劑，與蒙脫石或高嶺土組成復合粘結劑，通過粘結劑配比對型煤質量影響的研究表明：腐植酸鈉對型煤冷強度影響顯著，蒙脫石和高嶺土可提高型煤的熱穩定性。

李春桃等［22］以改性生物質和MgO、MgCl2等無機固化劑組成復合型粘結劑，使得型煤的抗壓強度、跌落強度和固硫率均得以提高，且燃燒特性較好。

王曉利等［23］以水泥和聚乙烯醇按一定比例組成有機－無機復合粘結劑，不僅粘結性強，而且粘結劑材料具有來源廣、用量少、成本低等優點；在常溫下生產的型煤強度高，防水性好，還能固硫減少原煤燃燒產生的二次污染。

從文獻內容可看出，近年來粉煤成型粘結劑的研究開發主要以復合型為主，且復合粘結劑生產的型煤綜合質量較好。因此，受粉煤本身性質的影響及型煤工業化應用的質量要求，復合型粘結劑的粉煤成型技術將成為煤高效、清潔利用的發展趨勢。

4 結語

由于不同區域的煤具有不同的特性，粉煤成型需要的粘結劑也不同。采用單一有機或無機粘結劑的型煤綜合質量不好，而采用復合型粘結劑既可以克服單一粘結劑的缺陷，又可以解決不同煤種的成型困難。在工業化生產中，型煤灰分的控制要求較高，而無機粘結劑均含有灰分；因此，從理論與實際結合出發，開發新型的復合粘結劑應以有機為主，添加少量的無機物作為復配劑。

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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

吳冉（1986-），男，云南昭通人，助理工程師，主要從事化工研究。