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(jié)劑的研究進(jìn)展

吳 冉

（云南省化工研究院，云南昆明 650228）

型煤粘結(jié)劑是粉煤成型的關(guān)鍵技術(shù)之一。綜述了各種型煤粘結(jié)劑的成型特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀。

粉煤；型煤粘結(jié)劑；成型工藝；復(fù)合粘結(jié)劑

我國(guó)煤資源豐富，產(chǎn)量大。據(jù)查明，我國(guó)煤儲(chǔ)量超過(guò)1萬(wàn)億t，主要分布于內(nèi)蒙古、山西、新疆、陜西4個(gè)地區(qū)［1］。

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

型煤能克服粉煤應(yīng)用存在的問(wèn)題，還能減少粉煤燃燒對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的二次污染［3］。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，工業(yè)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(guó)內(nèi)外基于粉煤成型工藝的研究比較多［5－8］。到目前為止，我國(guó)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的型煤主要針對(duì)無(wú)煙煤、煙煤等硬質(zhì)煤，以有粘結(jié)劑的冷壓成型工藝居多，工藝較成熟。而針對(duì)于褐煤有粘結(jié)劑的成型工藝并不成熟，僅限于小試研究階段，部分進(jìn)入中試［9－10］。型煤粘結(jié)劑是粉煤成型的關(guān)鍵技術(shù)之一，它決定了型煤的冷、熱態(tài)強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、防潮性等質(zhì)量指標(biāo)以及加工成本。

1 型煤粘結(jié)劑的選擇與分類(lèi)

1.1 選擇

粉煤在有粘結(jié)劑的冷壓成型過(guò)程中，粘結(jié)劑的選擇是其成型技術(shù)的重要組成部分。選擇適用于不同煤種的最優(yōu)粘結(jié)劑需要考慮以下幾點(diǎn)［11－12］：①與粉煤結(jié)合粘結(jié)性好；②無(wú)機(jī)物含量低，減少灰分摻入；③原料來(lái)源廣，價(jià)廉易得，無(wú)二次污染；④粘結(jié)劑的制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便；⑤型煤產(chǎn)品具有良好的跌落強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和防潮性能等質(zhì)量指標(biāo)。

1.2 分類(lèi)

根據(jù)粘結(jié)劑材料的物理化學(xué)性能和來(lái)源，型煤粘結(jié)劑有多種分類(lèi)方法。一般按其化學(xué)狀態(tài)可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)、復(fù)合3大類(lèi)粘結(jié)劑［12－13］。常見(jiàn)的型煤粘結(jié)劑如表1所示。

表1 常見(jiàn)的型煤粘結(jié)劑Table1 The common briquette binder

2 粉煤有粘結(jié)劑的成型工藝

粉煤成型工藝流程因粘結(jié)劑的種類(lèi)不同而各有所異，但該類(lèi)成型過(guò)程都包括3個(gè)共同的工序［12］：成型原料制備、成型和型煤固化。粉煤有粘結(jié)劑的成型工藝見(jiàn)圖1。

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

圖1 粉煤有粘結(jié)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(jié)劑的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外關(guān)于粉煤有粘結(jié)劑成型的文獻(xiàn)報(bào)道較多，不同種類(lèi)的粘結(jié)劑在粉煤成型過(guò)程中，各有其特點(diǎn)。

3.1 無(wú)機(jī)粘結(jié)劑

無(wú)機(jī)粘結(jié)劑在型煤生產(chǎn)過(guò)程中，具有來(lái)源廣、價(jià)格低、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)的型煤熱穩(wěn)定性好，且部分還具有固硫作用，但會(huì)增加型煤的灰分。在工業(yè)化型煤生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的單獨(dú)使用較少，而在民用的蜂窩型煤燃料中應(yīng)用較多。

實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑一般作為添加劑與其他有機(jī)類(lèi)粘結(jié)劑混合使用，添加量較少，主要目的是增加型煤的熱強(qiáng)度。前蘇聯(lián)在粉煤與粘結(jié)劑混合成型時(shí)，添加0．5%～0．7%的Ca（OH）2，處理后的煤球機(jī)械強(qiáng)度提高1．3～1．5倍，且具有良好的熱穩(wěn)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(qiáng)度好［12］。在國(guó)內(nèi)，劉大超等［14］還采用粘土或高嶺土與煤泥混合，粘結(jié)劑加入量10%，在20 MPa的壓力下壓制成蜂窩型煤，經(jīng)檢測(cè)后型煤灰分增加5%左右，成品型煤抗壓強(qiáng)度效果較好；董會(huì)新［15］采用7%的粘土和煤泥作鍋爐型煤的粘結(jié)劑，生產(chǎn)的型煤燃燒后，單位時(shí)間產(chǎn)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(guó)內(nèi)一些氮肥廠采用添加一定量的含鈣物質(zhì)作為型煤添加劑，一方面增加型煤熱強(qiáng)度，另一方面還能降低型煤燃燒渣的灰熔點(diǎn)，解決氣化爐、鍋爐等裝置的排渣困難。

3.2 有機(jī)粘結(jié)劑

在粉煤成型過(guò)程中，粘結(jié)劑中的有機(jī)成分與煤粉有很強(qiáng)的親和力，甚至能滲透至煤的微孔結(jié)構(gòu)中，故型煤干燥固化后的機(jī)械強(qiáng)度較高，且有機(jī)物自身還能燃燒，不產(chǎn)生灰分。但在高溫下有機(jī)物易燃燒分解，導(dǎo)致型煤熱穩(wěn)定性差。實(shí)際生產(chǎn)中，采用經(jīng)過(guò)改性的有機(jī)粘結(jié)劑或與其他粘結(jié)劑混合使用能使上述問(wèn)題得以改善。

由于有機(jī)粘結(jié)劑本身既能起助燃作用，又不會(huì)產(chǎn)生灰分，因此在實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用比較多。美國(guó)A．F．Baker等［16］的發(fā)明專利以瀝青乳液、淀粉等作為粉煤的粘結(jié)劑，添加量在3%～10%之間，經(jīng)造粒機(jī)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(guó)W．W．Wen等的［17］發(fā)明專利以腐植酸作為粘結(jié)劑，與粉煤混合成型后，經(jīng)烘干得到具有防水性的型煤燃料。土耳其O．Kural等［7］使用經(jīng)改性的APP乳化液作為粘結(jié)劑與＜6mm的粉煤混合成型，獲得具有較高發(fā)熱量的民用型煤。

在國(guó)內(nèi)，陳澤賢［18］在煤棒中摻入高分子黑色膠質(zhì)體粘結(jié)劑，與黃泥煤棒相比，粘結(jié)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(jié)劑，以平頂山粉煤為原料，混合壓制成直徑2．2 cm、長(zhǎng)12 cm的棒狀型煤，經(jīng)檢測(cè)單棒豎直耐壓7 MPa，合格率95%，而且還具有良好的熱強(qiáng)度和防潮性。

3.3 復(fù)合粘結(jié)劑

復(fù)合粘結(jié)劑是將兩種或兩種以上的有機(jī)、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑組合而成。不同的粘結(jié)劑間可取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互補(bǔ)充，從而提高型煤的綜合質(zhì)量。

鄭雪琴等［20］采用某紙廠制漿廢液作為粘結(jié)劑，里面含有木質(zhì)素，經(jīng)過(guò)改性或與其他粘結(jié)劑復(fù)合后，具有較強(qiáng)的粘合作用。實(shí)驗(yàn)分別將其與聚乙烯醇、羧甲基纖維素、糖蜜和硅藻土復(fù)配使用，與粒徑＜3 mm的煤粉制成型煤，得到型煤產(chǎn)品的跌落強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性均大于90%。其中以硅藻土作為復(fù)配劑效果最好，且具有較高的防水性。

趙?。?1］等以腐植酸鈉為主要粘結(jié)劑，與蒙脫石或高嶺土組成復(fù)合粘結(jié)劑，通過(guò)粘結(jié)劑配比對(duì)型煤質(zhì)量影響的研究表明：腐植酸鈉對(duì)型煤冷強(qiáng)度影響顯著，蒙脫石和高嶺土可提高型煤的熱穩(wěn)定性。

李春桃等［22］以改性生物質(zhì)和MgO、MgCl2等無(wú)機(jī)固化劑組成復(fù)合型粘結(jié)劑，使得型煤的抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)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(jī)－無(wú)機(jī)復(fù)合粘結(jié)劑，不僅粘結(jié)性強(qiáng)，而且粘結(jié)劑材料具有來(lái)源廣、用量少、成本低等優(yōu)點(diǎn)；在常溫下生產(chǎn)的型煤強(qiáng)度高，防水性好，還能固硫減少原煤燃燒產(chǎn)生的二次污染。

從文獻(xiàn)內(nèi)容可看出，近年來(lái)粉煤成型粘結(jié)劑的研究開(kāi)發(fā)主要以復(fù)合型為主，且復(fù)合粘結(jié)劑生產(chǎn)的型煤綜合質(zhì)量較好。因此，受粉煤本身性質(zhì)的影響及型煤工業(yè)化應(yīng)用的質(zhì)量要求，復(fù)合型粘結(jié)劑的粉煤成型技術(shù)將成為煤高效、清潔利用的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于不同區(qū)域的煤具有不同的特性，粉煤成型需要的粘結(jié)劑也不同。采用單一有機(jī)或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的型煤綜合質(zhì)量不好，而采用復(fù)合型粘結(jié)劑既可以克服單一粘結(jié)劑的缺陷，又可以解決不同煤種的成型困難。在工業(yè)化生產(chǎn)中，型煤灰分的控制要求較高，而無(wú)機(jī)粘結(jié)劑均含有灰分；因此，從理論與實(shí)際結(jié)合出發(fā)，開(kāi)發(fā)新型的復(fù)合粘結(jié)劑應(yīng)以有機(jī)為主，添加少量的無(wú)機(jī)物作為復(fù)配劑。

［1］尹麗文．我國(guó)已查明煤資源分布特點(diǎn)與開(kāi)發(fā)利用建議［J］．國(guó)土資源情報(bào)，2013（4）：18，38-39．

［2］于涌年．型煤生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，1992，20（9）：28-33．

［3］Tosun Y I．Clean fuel-magnesia bonded coal briquetting ［J］．Fuel Processing Technology，2007，88：977-981．

［4］閻杏疃，田曉艷．中國(guó)型煤技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展動(dòng)向［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，1995，23（9）：41-44．

［5］王巖，裴賢豐，張飏，等．褐煤成型技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］．潔凈煤技術(shù)，2013，19（1）：57-60．

［6］戚天明，郝兵，崔朗朗．褐煤無(wú)粘結(jié)劑對(duì)輥成型技術(shù)［J］．礦山機(jī)械，2013，41（6）：1-5．

［7］Kural O，Savasci O T，Eskikaya S．App，a new binder for briguetting lignites［J］．Fuel，1989，68：404-407．

［8］Yaman S，sahan M，Haykiri-Acma H，et al．Fuel briquettes from biomass-lignite blends［J］．Fuel Processing Technology，2001，72：1-8．

［9］李登新，孟繁玲，林永富．褐煤有粘結(jié)劑冷壓成型研究［J］．煤，1998，7（6）：24-25，49．

［10］張愛(ài)蕓，任祥軍，吳承山．東北－內(nèi)蒙褐煤型煤的試制［J］．煤炭技術(shù)，2001，20（3）：46-47．

［11］孫孝仁．型煤粘結(jié)劑及其發(fā)展趨向［J］．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，1999，（1）：11-13．

［12］徐振剛，劉隨芹．型煤技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2001．

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

［14］劉大超，張覃，葉飛．煤泥制備蜂窩型煤的試驗(yàn)研究［J］．中國(guó)煤炭，2010，36（7）：95-97．

［15］董會(huì)新．鍋爐型煤粘結(jié)劑的選擇及試驗(yàn)［J］．煤炭加工與綜合利用，2007（1）：43-45．

［16］Baker A F，Blaustein E W，Deurbrouck A W．Lignite pellets and methods of agglomerating or pelletizing：US，4302209［P］．1981-11-24．

［17］Wen W W，Murrysville P．Fuel agglomerates and method of agglomeration：US，4615712［P］．1986-10-07．

［18］陳澤賢．高分子粘結(jié)劑煤棒試驗(yàn)小結(jié)［J］．化工設(shè)計(jì)通訊，1987，13（4）：61-63，78．

［19］傅玉華，邱家塵，吳家聲，等．淀粉型煤的研究［J］．煤化工，1995（2）：27-30．

［20］鄭雪琴，黃建輝，劉明華，等．改性黑液制備型煤粘結(jié)劑及其性能研究［J］．造紙科學(xué)與技術(shù)，2005，24（1）：45-47．

［21］趙巍，李遠(yuǎn)才，萬(wàn)鵬，等．基于腐植酸鈉的型煤復(fù)合粘結(jié)劑的研究［J］．中國(guó)煤炭，2011，37（12）：77-81．

［22］李春桃，徐兵，梁玉祥．復(fù)合型煤粘結(jié)劑的成型及固硫效果研究［J］．潔凈煤技術(shù)，2010，16（2）：72-75．

［23］王曉利，王曉翠，張冬梅．一種新型復(fù)合型煤粘結(jié)劑的研究［J］．中國(guó)礦業(yè)，2004，13（10）：82-83．

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。