潞安粉煤成型技术的研究

第1期煤质技术2006年1月粉煤成型术的研究李师仑,王京萍,杨秀琴,陈亚飞,韩锦德',李迎峰2,字黎亮1,煤炭科学研究总院北京煤化工分院,北京100013;}2.潞安矿业(集团)有限贲任公司技术中心,山西长治046204)摘要:结合潞安粉煤的特点,研究成功一种新的复合粘结剂,制出了抗压强度髙、热稳定性好防水性强的造气型煤。型煤制备工艺简化,不需要烘干工序。已取得了工业性成型试验成功,为扩大潞安粉煤的有效利用提供了一条技术遼径。关键词:造气型煤;复合粘结剂;锅炉型煤中图分类号:TD536.1文献标识码:B文章编号:1007-7677(2006)01-0041-04Research on briquetting technology of luan fine coalLI Shi-lun, WANG Jing-ping, YANG Xiu-qin, CHEN Ya-fei'HAN Jin-de, LI Ying-feng, YU Li-liang2(1. Beijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute. Beijing 100013, China;2. The Technical Center of Luan Coal Mining Group Corporation Ltd., Changzhi 046204, China)Abstract: According to the characteristics of Luan fine coal, a new compound binder was developed in this study. It has beentested successfully to use Luan fine coal with this binder to produce briquettes for gasification with high mechanical strength, highhermal stability and high waterproof property. The briquetting technology was simplified because of no needing of thermal dryprocess. Luan briquettes were successfully produced in an industrial test. This success provides a technical approach for expandingefficiencial utilization of luan fine coalKey words: coal briquette for gasification; compound binder; coal briqutte for boiler型煤是洁净煤技术中的重要组成部分,但工业究,在此基础上,又完成了潞安型煤的生产和气化型煤发展较慢,我国生产工业燃料气和民用煤气的工业性试验及发展潞安型煤的技术经济分析。本文煤气发生炉,几乎全部沿用块煤。将矿区附近的廉着重对潞安粉煤成型技术的研究试验作一概述。价粉煤发展造气型煤,代替块煤,不仅可扩大粉煤的有效利用,而且可以降低造气成本,提高企业经1潞安粉煤成型煤技术的实验室研究济效益。我国工业锅炉年耗煤4亿t左右,仍以燃1.1试验用煤用散煤为主,造成严重的大气污染和能源上的浪潞安现有5个生产矿井,其中石圪节矿、五阳费,为此,也必须加快发展锅炉用型煤。矿和漳村矿产煤为瘦煤,其主要的合理用途应是作潞安矿区生产的贫瘦煤比较适合作煤气发生炉炼焦配煤。而另外的两个矿即王庄矿、常村矿的产气化原料和锅炉燃料,潞安煤低灰、低硫、高发热煤为贫瘦煤,由于其粘结性弱,可用来研制锅炉型量、高灰熔融性是发展工业型煤的优势。201年煤和生产燃料气的造气型煤,因此采集了这两矿的潞安矿业集团有限公司决定进行潞安型煤技术经济煤样供作试验,表1列出了煤质化验数据研究,接受该公司的委托,煤科总院煤化工分院会1.2试验用粘结剂同潞安矿业集团公司技术中心成立了课题组,开展通过多次成型试验,研制成一种新的复合粘结了本项目的研究试验工作,先后完成了型煤市场的剂,该粘结剂由无机物R及有机物O组成。调查、粘结剂的研制及型煤配方的优化等实验室研1.3试验工艺条件表1试验用煤分析数据灰分挥发分固定炭CR发热量粘结性灰熔融性/℃Md/%Aad/%Va/%FCad/%1~8S.4/%Qa,d/MJ·kg-1指数庄粉煤0.5951380>1450常村粉煤0.5112.831.3913801450煤质技术2006年1月将原料煤与粘结剂R按比例掺混均匀后(图表2型煤技术参数标准1),再添加溶于水的有机粘结剂O,经搅拌均匀后锅炉、窑炉型煤技术造气型煤技术在压力机上单球成型,单球重量50g。试验成型压参数标准参数标准力为50~60kN,压出的煤球呈扁圆形,经自然干抗压强度/kg·个球-1落下强度(>13mm)/%燥3~4天后,进行型煤冷、热强度等各种性能的水浸强度/kg·个球1复干强度/kg·个球测定。热强度/kg·个球-1热稳定性/90005百机枯结水溶液煤灰熔融性温度ST/℃1250>1250计量原料煤,《3mm-计量研究项目对型煤质量提出的计划目标:无机粘结剂一计量搅压力成机(1)造气型煤。冷强度大于60kg/球,热强圍煤产品-自然千燠度大于40kg/球,热稳定性大于80%,型煤浸水图1成型试验工艺流程示意24h不碎不散,浸水强度大于30kg/球。1.4对型煤的质量要求(2)锅炉型煤。冷强度大于34kg/球,型煤该型煤计划在矿区附近生产,然后销往近、中浸水24h不碎不散,浸水强度大于15kg/球。距离的城市,供作生产燃料气的造气原料、锅炉燃1.5潞安粉煤制备型煤的试验结果料。因此本型煤必须具备高强度和防水性。由于造用新开发的R,O复合粘结剂,对王庄、常村气型煤在气化炉内堆积的料层高,停留时间长,反粉煤进行了成型试验和技术方案优选。研制出性能应温度高,型煤承受料层的压力大,并长期受到高较佳的造气型煤,其试验结果见表3,型煤的煤质温、高速气流冲刷,因此要求造气型煤要有高的热分析数据列入表4。强度和热稳定性,防止发生溃散现象表3、表4的数据表明:方案1,2制出的型煤冷我国尚未制定型煤质量的统一国家标准,只有强度大于80kg/球,热强度在72kg/球以上,落下少数地方标准,2001年山西省能源研究会煤转化强度及热稳定性都达到99%以上,方案1型煤的煤委员会吸收专家意见制定并公布了一个型煤技术参灰熔融性温度达1380℃,以上指标超过了该项目的数标准(表2)计划目标达到了优质造气型煤的质量指标表3制备燃料气造气型煤的试验结果原料配比方案冷强度粘结剂落下强度/%热强度热稳定性/%浸水强度编号王庄煤/kg·球-1(>13mm)13mm)/kg·球-10.15>10099.20.1081.5表4型煤的煤质分析数据方案水分挥发分固定炭粘结性编号M/%AM/%Va/%FCw/%1~8S,d/%指数1.6024.5914.1559.664525123013801390139023.7表5列出了用王庄煤、常村煤制备锅炉型煤的添加量降为0.1%,型煤冷强度为64kg/球,热强试验结果。从中看出,方案3,4与表3中方案1,度、热稳定性仍较髙,该型煤既可作锅炉型煤也可2采用同样的复合粘结剂,只是添加量有所降低。作造气型煤。方案4以常村煤为原料,型煤的冷强方案3以王庄粉煤为原料,R添加量降为5%,O度60kg/球,符合锅炉型煤的质量条件。表5制备锅炉型煤的试验结果原料配比/%粘结剂冷强度落下强度/%热强度热稳定性/%浸水强度编号王庄煤常村煤(>13mkg·球-1(>13mm94.90.1094.9第1期煤质技术2006年1月新开发的复合粘结剂不仅粘结力强,而且防水表8两种干燥方式对比性能优越,湿球的抗压强度(浸水强度)达44方案原料配比/%干后自然于燥,冷强度/kg·球84kg/球,为型煤的露天存贮和长途运输创造了有冷强度自干自千自干自干编号千庄煤RO/kg·球1天2天3天4天利条件19370.15665760>100>100有机物O作为粘结剂的一种组分,增粘作用29550.104539566464明显,方案1中O添加量比方案2中O只高出0.05个百分点,冷强度增加20kg/球以上,方案5配方方案2采用烘干方法制出的型煤冷强度为对比试验用)只加7%的R,未加O,型煤的冷kg/球,自千3天,冷强度达64kg/球强度只有30kg/球。3)型煤在民用煤球炉上试烧。型煤用于煤气型煤的灰分与原料煤相比增加不多,方案1、炉气化,因炉温很高,要求型煤必须具备较高的热方案2制备的造气型煤灰分增加量为7%左右,方稳定性,但是我国现有的测定型煤热性能的项目案3,4制备的锅炉型煤灰分增加量不超过5%。如热强度、热稳定性都是在850℃下测定的,难于型煤的反应性好,从表6列出的测定结果看,反映型煤进入煤气炉1000~1300℃高温带的实际王庄型煤(其配比见方案1)的反应性明显地高于热性能。为了弥补这个不足,采用民用煤球炉对型原煤,在1100℃温度下,型煤的CO2转化率达煤进行了试烧,煤球炉的燃烧高温区可在1000℃61.8%而原煤的转化率只有232%。由此分析,无以上机粘结剂R中的某些组分对气化反应有催化作用型煤试烧共进行两次,第一次在煤球炉底用细表6不同温度下反应性测定结果%吹风管加入空气鼓风,以增加煤球的燃烧强度及温温度/℃度;第二次不加鼓风,完全靠自然通风。8008509009501000105011每次试烧燃用型煤1.5kg,共30余个煤球,王庄型煤3.45.612.816.732.145.461.8先用小木块引火,作底层,再加入要烧的全部煤王庄原煤1.33.86.59.111.315.023.2球,然后精心地观察型煤由底层向上层延续燃烧的1.6其他相关试验工作各种状况,特别是型煤燃烧过程中的型体变化情为选择较佳的型煤配方及制备工艺,进行了况,并有时用一条直径约6mm的细铁混插入炉内些对比试验工作。敲击型煤单体,查看型煤耐热、抗击性能(1)变动粘结剂试验。在选定粘结剂过程中,燃烧试验表明:不论是自然通风或是强力通风还研究试验其他复合粘结剂的成型性能(见表7),方式,型煤在炉中都能正常燃烧,不碎、不散,保但其冷强度较低,被淘汰。持球体完整,直至燃尽;型煤易引燃,着火快,火7其他粘结剂的试验结果焰高,飞灰析出量很少。在型煤开始着火后不久,原料配比/%煤球表面产生几条裂纹,但仍保持一个坚固的整粘结剂王庄煤/kg·球-}/kg·球1体,形成所谓的“开花煤球”,在用细铁棍的一般91R77性敲击下也不破碎。上述现象表明,该型煤处在20.21000℃~1200℃的炉温下,仍具有较好的热稳定20.1549(2)改进干燥工艺条件试验。传统的型煤生产2型煤生产工业性试验工艺都有烘干设备,本项目结合本复合粘结剂的特点进行以自然干燥代替烘干的研究试验,以王庄粉成型工业性试验在山西中新型煤有限公司屯留煤为原料,压出的生球分二批,一批在烘箱中100型煤厂进行,该厂距王庄煤矿只有3km,于2000~110℃条件下烘干,测定其冷强度,另一批自然年建成,生产规模为10万t/a。型煤气化工业性试干燥1~4天,并且在不同时间段测定其冷强度验将在王庄煤矿煤气站进行,该次成型试验是以生试验结果见表8。产造气型煤为目标由表8看出,配方方案1采用加热烘干方法制2.1成型工业性试验用煤的准备出的型煤冷强度为66kg/球,采用自然干燥3天制试验用煤是王庄煤矿新生产出来的混煤,其煤出的型煤冷强度超过100kg/球,说明本复合粘结质分析结果列于表9剂更适合于自然干燥的方式。22粘结剂的准备43第1期煤质技术2006年1月表9成型用煤分析数据煤样挥发分固定炭发热量粘结指数名称And/%v. /% FC.d/%S1,n/%Qm,M/M·kg-王庄混煤17.5512.9368.8229.27复合粘结剂中的R与O都是在附近的城市购合料的水分为14%~15%。压出的煤球输经固定进,供应条件方便筛,筛上的型煤装入贮料车,筛下的散煤返回对辊2.3成型工业流程成型机成型。装入贮料车的型煤在车上停留1~2成型工业性试验在屯留型煤厂成套生产装置上天后,再堆放在场地,继续自然干燥1~2天,即进行,其工艺流程见图2。粒度<13mm的王庄原具有较高的抗压强度,可供外输使用煤送至鼠笼式粉碎机,破碎至3mm以下,再经皮2.4成型工业性试验的过程及型煤质量带输送至料仓,由料仓按预定的重量进入行星强制成型工业试验历时一周,以现有的型煤生产线搅拌机,在粉煤被搅拌的过程中,R呈粉状先掺入共加工型煤65t,粘结剂的掺入比例R为7%,O煤料中,稍后,加入溶有O的水溶液。为0.15%。型煤压出之后,成球率较高,堆放计量}提升输送机粉碎机粉碎至(3天后,冷强度升至30kg/球左右,再堆放2~3天匚轴搅拌机-式输送机-拌机-国仓-[带式输送机后,分批运往王庄煤矿煤气厂储存。型煤在装卸、运输过程中,能保持球体完整,破碎率很低。对辊成型机型煤产品经过自然干燥的型煤,进行了分析与质量测图2型煤生产工艺流程示意定,见表10、表11型煤混合料经强制搅拌机及三轴搅拌机搅拌掺表10型煤的分析数据混均匀后,输入对辊成型机压制成型煤,其形状为灰分挥发分固定炭CRC发热量Qa,全硫中间凸出的扁球体,直径为50mm,中心高度为A/%V/%FC/%1~8/MJ·kg-1S.M/%25mm。成型压力为350kg/cm2,成型前型煤混2.2623.7914.4959.46425.560.47表11型煤质量测试结果原料配比/%粘结剂冷强度落下强度/%热强度稳定性/%浸水强度王庄粉煤(>13mm)/kg·球“1>13mm)99.2从表11看出,型煤的机械强度髙,冷强度大高,热稳定性好,防水性强,与原料煤相比,型煤于100kg/球,热稳定性在99%以上。型煤的防水的灰分增加量为7%左右,本型煤具有适应露天存性强,浸入水中24h后,湿球的抗压强度为53贮及长途运输的有利条件。kg/球(2)型煤制备工艺简单,采用自然干燥方式,该次成型工业性试验表明,以王庄粉煤为原免去了烘干工序,降低了生产成本和建厂投资。料,采用R,O复合粘结剂,可以制出性能优越的参考文献:型煤。其质量指标不仅超过本项目预定的目标,而且全部达到2001年山西省能源研究会煤转化委员[1]李师仑,韩锦德,徐桂芹,工业型煤的发展现状及研究动向[冂],煤炭加工与综合利用,2000(2)会公布的型煤技术参数标准。6~10[2]曹征彦.中国洁净煤技术[M].北京:中国物质出版社,1998:71~72.(1)以潞安粉煤为原料,采用新研制的R,O作者简介;李师仑(1929-),男,山东人,高级工程师复合粘结剂,在实验室制出了性能较好的造气型(教授级),长期从事煤炭气化、粉煤成型技术及煤炭合理利用途径的研究,发表论著40余篇煤、锅炉型煤,还在型煤工业生产线上完成了生产造气型煤的工业性试验,制出的型煤冷、热强度(收稿日期:2005-12-12)44