論型煤生產(chǎn)工藝

管聰榮

（山西大同市煤礦設計研究所,山西大同037044）

論型煤生產(chǎn)工藝

管聰榮

（山西大同市煤礦設計研究所,山西大同037044）

型煤生產(chǎn)是潔凈煤工程中工藝簡單、成本低廉、管理方便、前景廣闊的一個重要的子項目，是解決民用燃煤產(chǎn)生塵霾、污染大氣的有效措施，但煤炭生產(chǎn)、經(jīng)營、銷售有關人員普遍對此項工作了解不多、重視不夠，導致不少地區(qū)因散燒原煤污染大氣環(huán)境。文章從型煤的生產(chǎn)工藝、建廠選址、設備配套、技術措施、質(zhì)量控制、原煤品種、材料選用、粘合劑配方等各個環(huán)節(jié)都做了論述，可以做為型煤生產(chǎn)作業(yè)指導和煤炭職業(yè)院校教學參考。

工藝流程;型煤;粘合劑;成型;干燥

進入新世紀以來，隨著大氣環(huán)境綜合治理、管控霧霾、降低CO排放等各項環(huán)保方針、政策的貫徹實施，潔凈煤工程又提到議事日程，國內(nèi)所有年產(chǎn)50萬t以上的型煤企業(yè)，生產(chǎn)工藝及質(zhì)量保證體系，逐年改進和完善，型煤生產(chǎn)線的每個環(huán)節(jié)、每道工序、每項具體操作，有規(guī)章可依，有標準可循，有專責制度可遵，有工藝日志可考，企業(yè)管理走上健康發(fā)展之路[1]。

型煤生產(chǎn)工藝設計，不僅關系到型煤生產(chǎn)的高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全、創(chuàng)收，還關系到企業(yè)管理的經(jīng)營理念、運作模式、質(zhì)保體系、經(jīng)濟效益等一系列重大決策。工藝設計包括型煤生產(chǎn)的全過程、全方位、全體員工、全部操作、全部質(zhì)量標準、全套規(guī)章制度，是型煤生產(chǎn)實現(xiàn)集約化管理的綱領和準則。型煤生產(chǎn)典型工藝流程，見圖1，下面就按照圖中所示的內(nèi)容，進行介紹說明。

1 原煤質(zhì)檢和化驗

原煤品質(zhì)對整個生產(chǎn)工藝及運作流程起著決定性的作用。原煤質(zhì)量檢測是對原煤進行外觀、雜物、容重、比重、粒度及塊煤比例等進行目測，以便確定預加工操作方案。煤質(zhì)化驗是在化驗室對原煤的物理化學性能進行定性和定量分析，以便確定煤的工藝性及原料配方。

2 煤炭篩分

原煤篩分可以選用萬能吊篩、快速振動篩、跳汰篩等，把篩出的粒度大于3 mm的塊煤進行破碎，雜物用人工全部揀出。

3 塊煤破碎

塊煤破碎采用破碎機，有顎式、錘式、齒式、輥式、碾式五種，可根據(jù)要求破碎的粒度、生產(chǎn)率、入料口尺寸等進行選用：破碎特大塊煤（粒度大于100 mm），應該選用顎式破碎機；破碎大塊煤（粒度大于50 mm）,應該選用錘式破碎機；破碎中塊煤（粒度25～50 mm）,可以選用齒式破碎機；破碎小塊煤（粒度13～25 mm）,可以選用輥式破碎機；破碎末煤（粒度3～13 mm），可以選用輾式破碎機。

4 制定生產(chǎn)綱領

生產(chǎn)綱領是設計單位對型煤廠產(chǎn)品品種、性能規(guī)格、產(chǎn)量指標等做出完整詳盡規(guī)劃的文獻。主要內(nèi)容是，確切掌握當?shù)孛禾康奈锢砘瘜W特性、每年煤炭產(chǎn)量、銷售及外運情況、可供生產(chǎn)型煤的資源量、工業(yè)和居民生活的用煤習慣，計劃生產(chǎn)的型煤品種及市場前景、經(jīng)濟效益和社會效益、預計投資回收期等等，務求準確可靠，切實可行。

制定生產(chǎn)綱領時，必須具有前瞻性，留有充分的發(fā)展余地。建廠規(guī)模初期為50～100萬t/a為宜，生產(chǎn)方式為機械化生產(chǎn)線，投資回收期預計為8～10 a，產(chǎn)量可預定為1000～2500 t/d，銷售利潤50～100元/t型煤。

圖1 型煤生產(chǎn)典型工藝流程圖

5 粘合劑（添加劑）制備工藝

5.1 對粘合劑（添加劑）總的要求

因地制宜，就地就近取材，來源廣，成本低，工藝簡單，制得型煤質(zhì)量好，價格合理。添加劑既可以磨成粉狀單獨加到原料煤中，也可以和粘合劑混在一起攪拌均勻，加入原料煤中，所以一提到粘合劑就已經(jīng)包括了添加劑。

5.2 粘合劑的種類

1）有機類：煤瀝青、煤焦油和石油瀝青及其殘渣。還有高分子聚合物、淀粉、植物油渣、動物膠、工業(yè)廢棄物、腐植酸鹽、木質(zhì)纖維素等。

2）無機類：黏土、膨潤土、高嶺土、水泥、水玻璃、生(熟)石灰、電石泥、磷酸鹽、硫酸鹽等。有些煤礦的頂板和底板是泥質(zhì)頁巖，磨成粉后，加水攪和，粘結性能很好，而且耐燒，亦可做為添加劑和粘合劑。

3）復合類：有機類和無機類粘合劑，每一種都具有各自不同的特性，而且都可以互補。制備粘合劑時，可以把任何兩種粘合劑摻合使用，稱為復合類，如有機物與有機物復合，有機物與無機物復合，無機物與無機物復合，都可以取得很好的使用效果。

5.3 各類粘合劑的性能和特點

1）有機粘合劑粘結性能好，型煤機械強度高，但型煤熱態(tài)強度和熱穩(wěn)定性較差，有些粘合劑的防水性較差[2]。

2）無機粘合劑的來源廣、成本低，型煤熱強度和熱穩(wěn)定性好，但增加型煤的灰分，降低發(fā)熱量。

3）復合型粘合劑所摻材料之間性能互補，揚長避短，是粘合劑的發(fā)展方向。

5.4 粘合劑的組分、配比和預期使用效果

1）減少二氧化硫的排放—固硫

最簡單的固硫技術就是在配料時，把生石灰（氧化鈣），加入原料煤中做為固硫劑。

可用作固硫劑的鈣基物質(zhì)有多種，石灰石、白云石、生石灰、消石灰、電石渣、白泥等均可。

2）提高型煤的冷強度

提高冷強度的辦法是在生產(chǎn)型煤時，加入有機粘合劑，例如石油瀝青、高分子聚合物、植物油渣、動物膠等。

3）提高型煤的熱強度

實踐證明，在粘合劑中加入膨潤土、煤礦的泥質(zhì)頁巖、黏土、高嶺土等，能起到提高熱強度的作用。

4）提高型煤熱穩(wěn)定性

要控制型煤中的水分，尤其是注意原煤的內(nèi)在水分。標準規(guī)定，型煤中總水分必須保持在3～4%，水分過高，在升溫時就會產(chǎn)生球體爆裂或破碎。

5）提高型煤的水濕強度

提高型煤水濕強度的措施，是在粘合劑中添加防水物質(zhì)，例如水玻璃、水泥、高嶺土等。

6）提高型煤熱值

型煤熱值來源于生產(chǎn)型煤所用原煤的炭化年齡及固定炭含量。無煙煤的炭化年齡最長，固定炭含量最高，是提高型煤熱值的首選配料。

7）起火快、節(jié)煤、降低碳排放

如果在粘合劑中加入適量的硝酸鉀、氯酸鉀等物質(zhì)，提高型煤燃燒強度，迅速提高爐膛溫度（100～200℃），節(jié)約型煤（15%），降低碳排放（20～40%）。

6 型煤成型工藝

6.1 無粘合劑成型

無粘合劑成型的原理，是將破碎成規(guī)定大小顆粒的煤與煤粉的混合物，在成形機封閉的極高的二維壓力下，把所有空氣壓擠出去，顆粒與煤粉充分彌合，利用煤的粘結性使顆粒與煤粉牢固地粘結在一起，這就是型煤。由此可以看出，無粘合劑成型工藝，一定要選用粘結性強的原煤，不是任何煤種都能進行無粘合劑成型。

無粘合劑成型，必須采用高壓輥壓成型機及與之配套的成型工藝。這種工藝要求在高壓下使原料承受較長的施壓時間，或者是施行二維壓力，多重壓制。

6.2 沖壓成型工藝

型煤沖壓成型工藝所使用的設備，主要由曲柄連桿、型腔、裝料、退出等機構組成。這種機械是把曲柄的立圓圓周運動轉換成沖頭的上下往復運動。當沖頭停在型腔的上方時，攪拌好的原料煤被自動裝料機裝入型腔內(nèi)，型腔裝滿后，裝料機自動停止，沖頭開始向下運動，對原料煤施加壓力，完成壓制型煤作業(yè)，并被推桿推離型腔；隨后沖頭向上做回程運動，并停在型腔上方等待裝料。這樣，圓滿地完成了沖壓行程和回空行程，實現(xiàn)了一個循環(huán)作業(yè)。沖壓成型的型煤有圓形蜂窩煤、方形蜂窩煤、枕形型煤、兩聯(lián)體型煤、三聯(lián)體型煤等。

6.3 擠壓成型工藝

型煤擠壓成型工藝所用設備，有一個橫向放置的圓筒形擠壓腔，擠壓腔上方開一個進料口，口上安裝進料漏斗。腔內(nèi)順著中心線方向安裝一根帶有單頭螺旋葉片的擠出器，當擠出器旋轉時，從進料漏斗進入擠壓腔內(nèi)的原料煤便被擠壓，達到一定壓力后，從擠壓腔的出口擠出，這就是型煤。由于在擠壓腔出口處安裝了模具，擠出的型煤具有設計的形狀和尺寸，比如六方形、四方形、圓形、中空形、實心形等。

6.4 圓盤造粒工藝

型煤的圓盤成型工藝，是把原料煤放入一個做圓周顛簸運動的大圓盤，從圓盤上部中心部位用管子和噴嘴細細地噴灑粘合劑，使原料煤在做圓周顛簸運動的同時，互相粘結成團，并且越粘越大，達到足夠的粒度時，便借著圓盤的傾斜角度流向圓盤的邊緣，從出口流出圓盤，這就是顆粒型煤或球形型煤。習慣上把粒度小于等于25 mm的叫顆粒型煤，大于25 mm的叫球形型煤。圓盤造粒機的圓盤，實際上是一個錐度為1∶0.02的圓形大錐體，圓周上焊一圈立緣，以便擋住物料不使外溢。圓盤支撐在五個托輥上，并在其下部中心位置焊一根立軸，與傳動裝置相連。圓盤的進出料口也固定在支架上。圓盤造粒工藝必須使用液體粘合劑，而且配方很講究，稠、稀、粘合力、噴灑方法、噴量控制等，都需要特別注意。

6.5 輥壓成型工藝

輥壓成型又稱對滾成型工藝,其設備主要結構為技術參數(shù)完全相同的、直徑為500～1000 mm的兩個滾筒，在滾筒外徑表面上，滿布著規(guī)定形狀、大小、深度的凹坑，而且兩個滾筒上的凹坑相互對應[3]。當兩個滾筒速率相等、方向相反、做相對轉動時，互相接觸并相切的兩個外圓上，正好各有一行凹坑互相對正，形成一個完整的空腔，名曰型腔。

工作時，喂料皮帶機把攪拌好的原料煤通過溜煤簸箕卸到兩個滾筒上方，并堆積一定高度，當兩個滾筒相對轉動時，原料煤靠自重充滿型腔，并在滾筒轉動過程中，逐漸被壓縮、成型、脫離型腔，進入濕型煤運輸皮帶機運走。

7 型煤干燥工藝

7.1 曝曬干燥工藝

這是最簡單、最經(jīng)濟的工藝。內(nèi)蒙的許多地區(qū)，地勢高寒，氣候干燥，春季雨天極少，連續(xù)兩個月不下雨并不稀罕，利用這個時機生產(chǎn)型煤，可說是天時地利。以包頭為中心的數(shù)百里之內(nèi)，這樣生產(chǎn)型煤的廠子很多，而且干燥效果也不錯。

7.2 熱循環(huán)干燥工藝

熱循環(huán)干燥流程,見圖2。所使用的機械設備，見圖3。

圖2 熱循環(huán)干燥流程

圖2中，乏風就是從型煤干燥爐引出的回風，因為大部分熱能已經(jīng)散出，故曰乏風。高溫熱風指得是從鍋爐引出的1300～1500℃熾熱風流。中溫熱風指得是兌入冷風后溫度為180～200℃的熱風。

1）熱循環(huán)干燥工藝的熱源來自鍋爐，一般使用窯爐或干式熱風爐。鍋爐熱值與型煤生產(chǎn)率的關系大致為1∶2。

2）干燥爐進風孔和出風孔的布置必須保證爐內(nèi)所有地方溫度一致。進風孔之間的距離，最好與干燥爐的寬度相等。

3）為縮短型煤干燥時間，減少型煤爆裂，型煤含水應該控制在3～4%。

4）進入干燥爐的熱風溫度一般為180～200℃。

5）干燥爐總回風的出口溫度，即乏風溫度控制在50～55℃。

6）為了減少干燥爐的熱能損失，不影響周圍的大氣質(zhì)量，干燥爐內(nèi)的氣體壓力應該是微負壓，數(shù)值控制在80～90 kPa。

圖3（a）是單回程翻板鏈輸送機，圓環(huán)鏈上固定著翻板，翻板上平鋪著待干燥的型煤，一般翻板長3～4 m,寬0.35～0.4 m。圖3(b)是雙回程機械循環(huán)干燥系統(tǒng)，其實就是兩個單回程機械循環(huán)干燥系統(tǒng)組合在一起，把兩個機頭的傳動鏈輪用套筒滾子鏈連接起來，用一套傳動機構同時帶動兩個傳動鏈輪。

圖3 循環(huán)干燥系統(tǒng)所用設備

7.3 重力差循環(huán)干燥系統(tǒng)

重力循環(huán)干燥系統(tǒng)結構原理，見圖4,兩個導輪傳動一條無極鏈，鏈上懸掛著盛滿型煤的吊斗。從圖中箭頭所示方向，將濕的型煤裝入吊斗，向下運行，行至下端導輪處，反轉過來，向上運行，行至上端導輪處，型煤沿著箭頭所示的方向，從吊斗內(nèi)卸出。向下運行的濕型煤與向上流動的熱風相逆而行，受熱而逐漸干燥。轉而向上運行之后，與熱風同行，繼續(xù)干燥，到達上部導輪處，型煤就完全干燥。型煤的向上和向下運行，不用動力，靠的是重力差，因為向下運行的是濕型煤，含水較多而重，向上運行的型煤，由于失去大部水分逐漸變干而較輕，導輪兩側型煤的重力差促使無極鏈轉動起來。

重力差循環(huán)干燥系統(tǒng)，都是安裝在立式干燥爐內(nèi)，簡稱立式干燥窯。其注意事項如下：

1）控制型煤的含水量。重力差循環(huán)干燥系統(tǒng)的動力來源，就是濕型煤和干型煤重量的差。

圖4 重力循環(huán)干燥系統(tǒng)結構原理

2）熱風的入口溫度為180～200℃，出口溫度為45～55℃。

立式干燥窯爐的熱風循環(huán)系統(tǒng)，見圖5。一臺鍋爐，產(chǎn)生1500～1600℃的熱源進入溫度調(diào)節(jié)器，兌入冷空氣之后，將空氣溫度調(diào)整到180～200℃，用鼓風機從立式干燥窯爐的下方吹入爐內(nèi)，熱風通過整個立式窯爐之后，溫度下降到45～55℃，通過管道送入溫度調(diào)節(jié)器，與熱風機送來的熱風混合，使整體溫度始終保持180～200℃，再度進入立式干燥爐。

圖5 立式干燥窯爐熱風循環(huán)系統(tǒng)

8 結語

型煤是潔凈煤的重要組成部分，型煤生產(chǎn)工藝關系到型煤的特征、質(zhì)量、性能、銷售前景和經(jīng)濟效益，關系到節(jié)能減排、環(huán)境治理、低碳經(jīng)濟和人民健康。積極改進型煤生產(chǎn)管理，提高型煤工藝水平，是發(fā)展?jié)崈裘汗こ痰暮诵模菍崿F(xiàn)國民經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境高度統(tǒng)一的關鍵。

[1]曹征彥.中國潔凈煤技術[M].北京：中國物資出版社,1988.

[2]張林生.型煤粘結劑研究現(xiàn)狀[J].廣州化工,2012,40(11)：62-64,71.

[3]黃愛民.對輥型煤機技術參數(shù)和結構的分析[D].天津：天津大學,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

管聰榮(1966-)，女，山西大同人，高級工程師，研究方向：潔凈煤工程技術。

〔責任編輯 王東〕