神木烟煤气化型煤的制备及成型机理研究

★煤炭科技●加工转化一同煤集团化工厂协办★神木烟煤气化型煤的制备及成型机理研究黄光许郝瑛轩刘全润张传祥马名杰(河南理工大学材料科学与工程学院，河南省焦作市，454000)摘要本文采用正交试验方法，确定了神木烟煤气化型煤的最佳制备工艺，利用扫描电镜(SEM) 研究了该型煤的成型机理。结果表明，该气化型煤的最佳制备工艺是神木烟煤、禹州煤、粘结剂P、粘结剂L、粘结剂F以55~60: 25~30: 8: 5: 2的质量比混合成型，生球依次在60°C、90C、120C烘干20 min,最终升温到180C烘干30 min,冷却即得型煤产品。粘结剂的固化物在型煤内部起到“桥梁”作用，把煤粒粘结成整体而成型，复合粘结剂的有机、无机组分分别与煤中的有机物和矿物质有较强的物理化学作用。关键词神木烟煤 气化型煤 正交试验 制备工艺 成型 机理中图分类号TQ536. 1文献标识码APreparation and principle of Shenmu bituminous coal gasification briquetteHuang Guangxu, Hao Yingxuan, Liu Quanrun, Zhang Chuanxiang, Ma Mingjie(School of Materials Science and Engineering of Henan PolytechnicUniversity, Jiaozuo, Henan 454000, China)Abstract In this paper, an orthogonal experiment for preparation of a gasification briquetteusing Shenmu bituminous coal was carried out, and its briquetting principle was also studied byscanning electron microscope. The results show that the optimum mass ration of stock as fol-lows: Shenmu bituminous coal: Y uZhou coal: binder P : binder L:binder F were 55~60 : 25~ 30: 8:5: 2. The nascent pellets were dried 20min at 60"C, 90C, 120C successively, and finallyheated to 180C，holding 30min. The cured material derived from binders plays a role of " bridgebond" among coal particles, and complex physical-chemical reactions were occurred between theorganic and inorganic components in the bonders and the organic matter and minerals in raw coalrespectively.Key words Shenmu bituminous coal, gasification briquette, orthogonal experiment, prepa-ration process, Briquetting principle块煤产率越来越低，粒度小于13 mm的粉煤占1概述40%~50%以上，同时在运输过程中部分块煤的粉两段式煤气发生炉是由干馏段和气化段组成的碎也增加了粉煤的比例，最终降低了企业的效益。煤气化设备，主要应用于机械、冶金、陶瓷、化工所以研究神木粉煤成型技术工艺具有重要意义，但等行业，它以粒度为20~40 mm、25~30 mm、是，由于挥发分高等自身特性的限制，神木粉煤不30~60mm的不粘煤、弱粘煤和长焰煤等为原料。易成型或成型后热态性能较差。神木烟煤具有挥发分高、热值高、机械强度大、热本文采用正交试验方法，以神木烟煤为原料，稳定性好、化学活性好及不粘结等特点，是最常见研究适中国煤化工制备工艺，并利用的两段炉用煤。随着采煤机械化程度的不断发展，SEM研YHCNMHG8运用数理统计的方法对表3的数据进行分析，2实验部分各因素对型煤性能指标的影响规律如图1所示。图2.1 实验原料1中(a)一(d)的横坐标为粘结剂P质量分数原料煤为陕西神木烟煤，配煤为禹州煤，其煤时，1、2、3分别表示6%、7%、8%;横坐标为质特性见表1。粘结剂为两种有机粘结剂F、L和粘结剂L质量分数时，1.2、3分别表示3%、一种无机粘结剂P组成的复合粘结剂。两种煤均4%、5%;横坐标为禹州煤质量分数时，1、2、3经自然风干，破碎至3 mm以下备用。分别表示25%、30%、35%。表1原料煤和配煤的煤质特性%表3型煤各性能 指标的测定结果N/个煤样MaVsAndFCsS实验组别冷压强度热强度浸水强度 跌落强度神木烟煤7.01 27.69 13.01 51. 290.6861923815998. 4禹州煤11.9312. 5773. 90. 419630356221712895. 32.2 型煤样品的制备007892.1根据以前的研究成果和研究实践，采用三因素548417613397.9三水平正交实验研究型煤的制备工艺。三个因素分0818814994. 6别是粘结剂P、L和禹州煤的用量，每个因素考虑48521815192. 5三个水平，粘结剂F用量均为2%，其余为神木烟66887477. 14031553783.9煤，正交实验设计如表2所示。型煤制备采用由粘结剂冷压成型工艺，生球烘干的制度是:依次在由图1可知，随着P用量的增加，冷压强度数60°C、90C、120C恒温20min，最终升温到值上升，热强度先略降低后显著增加，跌落强度明180C烘干30 min。显增加后略微有降低，而浸水强度先略微降低后明表2正交实验设计显下降。其中，冷压强度、热强度均在P含量为8%时达到最大值。随着L含量的增加，冷压强度序号PLF神木烟煤和热强度增大，而浸水强度和跌落强度都是先下降160后增加，且L用量为5%时各项性能指标均达到最5652大值。随着禹州煤用量的增加，冷压强度和热强度51先增加后降低，在禹州煤用量为30%时最佳，但跌落强度逐渐降低，浸水强度先降低后增加。在不58影响型煤性能指标的情况下，配煤用量应尽可能57低3553综合上述实验结果，得出以神木烟煤为原料制2534备气化型煤的工艺配方是:神木烟煤占55%、禹2.3 型煤性能指标的测定与结果分析州煤占30%、P占8%、L占5%、F占2%。但该本文研究对型煤性能指标的评价，主要考查其组合在表3中不存在，所以需要进行追加实验。追冷压强度、跌落强度、浸水强度和热强度。冷压强加实验的型煤性能指标:冷压强度为603 N/个，度、跌落强度和浸水强度的测定方法分别参照热强度为217 N/个，浸水强度为190 N/个，跌落MT/T 748-2007. MT/T 925- 2004、MT/T 749强度为95.7 N/个。追加实验型煤煤质分析: Msd一2007。热强度的测定方法是将装有10 个型煤为1.34%, V.d为18. 26%，A.d为22. 92%，FCas(上面盖满粒度小于2mm的细沙)的带盖铁盒放为57. 48%，S为0. 53%。人850C马弗炉，恒温30min(炉温回升到850C综合表3第1组和追加实验结果，得出型煤最再计时)，并逐个测定烧红煤球的强度，取其平均佳工艺中国煤化工煤、粘结剂P、粘值作为煤球的热强度指标。测定结果见表3，直观结剂LYHC NMH G5~30; 8: 5: 2的观察发现第1组实验样品的各项性能指标最优。质量比混合成型，生球依次在60C、90C、120C8中国煤炭第38卷第9期2012年9月烘20min,最终升温到180C烘干30min,冷却即性能指标均满足二段炉对气化原料的要求。得型煤产品。按照该工艺制得的气化型煤，其各项20 r600215580 t210560 t禹州煤05 tξ 5401200e 50480 |90一18518023a)(b)170160-9450-禹州煤.电990必130-披88L120-86 t11000L(c)(d)图1型煤各项性 能指标与各影响因素的关系电镜对其微观结构进行观察分析，研究型煤的成型3气化型煤成型机理分析机理，如图2。以表3第1组型煤样品为研究对象，利用扫描15kVX50050um10 30 SEI500um1130 SEI(a)图2型煤的微观结构由图2可知，气化型煤中各组分已经成为- -个体，使中国煤化工IP均具有一定的整体，粘结剂分布在煤粒之间，并且粘结剂的固化水溶性，1HCN M H粘结性，其固化物物在型煤内部起到“桥梁”作用，把煤粒粘结成整填充在煤粒之间，使型煤成型，(下转第90页)神木烟煤气化型煤的制备及成型机理研究8集控及重点岗位工贵任心明显增强，集控员、燕子山选煤厂在采取了一系列降低介耗的措施化验员业务水平进一步提高。由于奖罚制度的严格后，介质单耗人洗原煤从2011年上半年的执行，生产事故率大幅下降，员工积极性有极大的1.81 kg/t降低到下半年的1.3 kg/t, 下降了0.51转变，确保了燕子山选煤厂各项工作的顺利进行。kg/t,现在年生产能力500万t, 重介质价格按5.6 适时调整，系统运行平稳640元/t计算，每年介质节约成本为163万元。通过对介质系统的调整，生产过程中，各桶、6结语槽的液位基本保持平稳，重介选煤系统更加稳定，磁选机人料更加稳定，悬浮液流量也更加均匀稳通过各项降低介耗揩施的实施，燕子山选煤厂定，为燕子山选煤厂正常生产创造了良好的条件。的介质消耗得到了明显的控制，认真分析介质消耗通过以上措施，在2011年12月以后，我厂介高可能存在的问题，针对问题采取相应的降低介质耗就已基本达到设计要求，煤介耗小于1.3 kg/t, .消耗的措施，努力控制介质的消耗，降低生产成吨原煤介耗统计见表6。本，提高经济效益，对于把燕子山选煤厂建设成为现代化选煤厂具有重要的意义。表6吨原煤介 耗统计表人选原煤消耗介 质吨煤介耗月份作者简介:赵海洋(1969-), 男，山西怀仁人，1992 ./t/kg. t-1年7月毕业于山西矿业学院矿机系选矿工程专业，工程硕2011 年10月31. 3038320. 61.282011年11月25. 4359267. 81.32.士，高级工程师，现从事煤炭洗选管理，任大同煤矿集团2011年12月26. 5198263.11.24精煤分公司副经理。2012年1月28. 7274298. 81. 302012年2月27. 2465274. 61. 26(责任编辑王雅琴)(上接第85页) 并提高型煤的冷、热强度，但没机物和矿物质有较强的物理化学作用，提高型煤的有防水性能。粘结剂L是憎水性粘结剂，烘干受强度。热时熔融，既起到粘结作用，又具有较好的防水性参考文献:能。另外，煤是由有机物和矿物质组成的复杂混合[1]杨国荣.浅议中国神木烟煤煤质特征及工业利用方.物，同时存在极性组分和非极性组分。根据相似相向[J].煤化工，1994 (4)容原理，本文研究中的复合粘结剂的有机、无机组[2]陈贵峰， 俞珠峰等。中国煤炭加工技术发展的思分分别与煤中的有机物和矿物质有较强的物理化学[3]凌向阳，黄光许，王泽东，粘结剂各组分对型煤特考[].洁净煤技术，2001 (7)作用，使型煤的强度提高。性的影响研究[J]. 中国煤炭， 2008 (11)4结论[4]李永恒. 腐植酸粘结剂在粉煤成型中的特性[J] .氮肥技术，2006 (6)通过实验确定了神木烟煤气化型煤的最佳生产[5]徐振刚， 刘随芹。型煤技术[M].煤炭工业出版配方:配煤25%~30%，粘结剂P、F、L分别为社，20018%、2%、5%。按照该工艺制得的气化型煤，其各项性能指标均满足二段炉对气化原料要求。作者简介:黄光许(1972- ), 男，河南光山县人，硕对型煤微观结构的观察分析表明，粘结剂的固士,讲师，长期从事洁净煤技术研究和教学工作。化物在型煤内部起到“桥梁” 作用，把煤粒粘结成整体而成型，不同粘结剂组分对型煤性能有不同贡中国煤化工E任编辑 王雅琴)献。复合粘结剂的有机、无机组分分别与煤中的有TYHCNMHG9(中国煤炭第38卷第9期2012年9月.