管聰榮

（山西大同市煤礦設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)研究所,山西大同037044）

型煤生產(chǎn)是潔凈煤工程中工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、管理方便、前景廣闊的一個(gè)重要的子項(xiàng)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(yíng)、銷售有關(guān)人員普遍對(duì)此項(xiàng)工作了解不多、重視不夠，導(dǎo)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(shè)備配套、技術(shù)措施、質(zhì)量控制、原煤品種、材料選用、粘合劑配方等各個(gè)環(huán)節(jié)都做了論述，可以做為型煤生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)和煤炭職業(yè)院校教學(xué)參考。

工藝流程;型煤;粘合劑;成型;干燥

進(jìn)入新世紀(jì)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(xiàng)環(huán)保方針、政策的貫徹實(shí)施，潔凈煤工程又提到議事日程，國(guó)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(jìn)和完善，型煤生產(chǎn)線的每個(gè)環(huán)節(jié)、每道工序、每項(xiàng)具體操作，有規(guī)章可依，有標(biāo)準(zhǔn)可循，有專責(zé)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(shè)計(jì)，不僅關(guān)系到型煤生產(chǎn)的高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全、創(chuàng)收，還關(guān)系到企業(yè)管理的經(jīng)營(yíng)理念、運(yùn)作模式、質(zhì)保體系、經(jīng)濟(jì)效益等一系列重大決策。工藝設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)、全套規(guī)章制度，是型煤生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)集約化管理的綱領(lǐng)和準(zhǔn)則。型煤生產(chǎn)典型工藝流程，見圖1，下面就按照?qǐng)D中所示的內(nèi)容，進(jìn)行介紹說明。

1 原煤質(zhì)檢和化驗(yàn)

原煤品質(zhì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝及運(yùn)作流程起著決定性的作用。原煤質(zhì)量檢測(cè)是對(duì)原煤進(jìn)行外觀、雜物、容重、比重、粒度及塊煤比例等進(jìn)行目測(cè)，以便確定預(yù)加工操作方案。煤質(zhì)化驗(yàn)是在化驗(yàn)室對(duì)原煤的物理化學(xué)性能進(jìn)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(dòng)篩、跳汰篩等，把篩出的粒度大于3 mm的塊煤進(jìn)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(jī)，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(jìn)行選用：破碎特大塊煤（粒度大于100 mm），應(yīng)該選用顎式破碎機(jī)；破碎大塊煤（粒度大于50 mm）,應(yīng)該選用錘式破碎機(jī)；破碎中塊煤（粒度25～50 mm）,可以選用齒式破碎機(jī)；破碎小塊煤（粒度13～25 mm）,可以選用輥式破碎機(jī)；破碎末煤（粒度3～13 mm），可以選用輾式破碎機(jī)。

4 制定生產(chǎn)綱領(lǐng)

生產(chǎn)綱領(lǐng)是設(shè)計(jì)單位對(duì)型煤廠產(chǎn)品品種、性能規(guī)格、產(chǎn)量指標(biāo)等做出完整詳盡規(guī)劃的文獻(xiàn)。主要內(nèi)容是，確切掌握當(dāng)?shù)孛禾康奈锢砘瘜W(xué)特性、每年煤炭產(chǎn)量、銷售及外運(yùn)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(xí)慣，計(jì)劃生產(chǎn)的型煤品種及市場(chǎng)前景、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、預(yù)計(jì)投資回收期等等，務(wù)求準(zhǔn)確可靠，切實(shí)可行。

制定生產(chǎn)綱領(lǐng)時(shí)，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(jī)械化生產(chǎn)線，投資回收期預(yù)計(jì)為8～10 a，產(chǎn)量可預(yù)定為1000～2500 t/d，銷售利潤(rùn)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(duì)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(jiǎn)單，制得型煤質(zhì)量好，價(jià)格合理。添加劑既可以磨成粉狀單獨(dú)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(jī)類：煤瀝青、煤焦油和石油瀝青及其殘?jiān)＿€有高分子聚合物、淀粉、植物油渣、動(dòng)物膠、工業(yè)廢棄物、腐植酸鹽、木質(zhì)纖維素等。

2）無機(jī)類：黏土、膨潤(rùn)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?dāng)嚭?，粘結(jié)性能很好，而且耐燒，亦可做為添加劑和粘合劑。

3）復(fù)合類：有機(jī)類和無機(jī)類粘合劑，每一種都具有各自不同的特性，而且都可以互補(bǔ)。制備粘合劑時(shí)，可以把任何兩種粘合劑摻合使用，稱為復(fù)合類，如有機(jī)物與有機(jī)物復(fù)合，有機(jī)物與無機(jī)物復(fù)合，無機(jī)物與無機(jī)物復(fù)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(diǎn)

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

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

3）復(fù)合型粘合劑所摻材料之間性能互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，是粘合劑的發(fā)展方向。

5.4 粘合劑的組分、配比和預(yù)期使用效果

1）減少二氧化硫的排放—固硫

最簡(jiǎn)單的固硫技術(shù)就是在配料時(shí)，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(qiáng)度

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

3）提高型煤的熱強(qiáng)度

實(shí)踐證明，在粘合劑中加入膨潤(rùn)土、煤礦的泥質(zhì)頁巖、黏土、高嶺土等，能起到提高熱強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，型煤中總水分必須保持在3～4%，水分過高，在升溫時(shí)就會(huì)產(chǎn)生球體爆裂或破碎。

5）提高型煤的水濕強(qiáng)度

提高型煤水濕強(qiáng)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(zhǎng)，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(qiáng)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(jī)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(jié)性使顆粒與煤粉牢固地粘結(jié)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(jié)性強(qiáng)的原煤，不是任何煤種都能進(jìn)行無粘合劑成型。

無粘合劑成型，必須采用高壓輥壓成型機(jī)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(zhǎng)的施壓時(shí)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(shè)備，主要由曲柄連桿、型腔、裝料、退出等機(jī)構(gòu)組成。這種機(jī)械是把曲柄的立圓圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成沖頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沖頭停在型腔的上方時(shí)，攪拌好的原料煤被自動(dòng)裝料機(jī)裝入型腔內(nèi)，型腔裝滿后，裝料機(jī)自動(dòng)停止，沖頭開始向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)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(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)了一個(gè)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(shè)備，有一個(gè)橫向放置的圓筒形擠壓腔，擠壓腔上方開一個(gè)進(jìn)料口，口上安裝進(jìn)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(dāng)擠出器旋轉(zhuǎn)時(shí)，從進(jìn)料漏斗進(jìn)入擠壓腔內(nèi)的原料煤便被擠壓，達(dá)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(shè)計(jì)的形狀和尺寸，比如六方形、四方形、圓形、中空形、實(shí)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(gè)做圓周顛簸運(yùn)動(dòng)的大圓盤，從圓盤上部中心部位用管子和噴嘴細(xì)細(xì)地噴灑粘合劑，使原料煤在做圓周顛簸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，互相粘結(jié)成團(tuán)，并且越粘越大，達(dá)到足夠的粒度時(shí)，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(xí)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(jī)的圓盤，實(shí)際上是一個(gè)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(gè)托輥上，并在其下部中心位置焊一根立軸，與傳動(dòng)裝置相連。圓盤的進(jìn)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(duì)滾成型工藝,其設(shè)備主要結(jié)構(gòu)為技術(shù)參數(shù)完全相同的、直徑為500～1000 mm的兩個(gè)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(gè)滾筒上的凹坑相互對(duì)應(yīng)[3]。當(dāng)兩個(gè)滾筒速率相等、方向相反、做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，互相接觸并相切的兩個(gè)外圓上，正好各有一行凹坑互相對(duì)正，形成一個(gè)完整的空腔，名曰型腔。

工作時(shí)，喂料皮帶機(jī)把攪拌好的原料煤通過溜煤簸箕卸到兩個(gè)滾筒上方，并堆積一定高度，當(dāng)兩個(gè)滾筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，原料煤靠自重充滿型腔，并在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，逐漸被壓縮、成型、脫離型腔，進(jìn)入濕型煤運(yùn)輸皮帶機(jī)運(yùn)走。

7 型煤干燥工藝

7.1 曝曬干燥工藝

這是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的工藝。內(nèi)蒙的許多地區(qū)，地勢(shì)高寒，氣候干燥，春季雨天極少，連續(xù)兩個(gè)月不下雨并不稀罕，利用這個(gè)時(shí)機(jī)生產(chǎn)型煤，可說是天時(shí)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(cuò)。

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(jī)械設(shè)備，見圖3。

圖2 熱循環(huán)干燥流程

圖2中，乏風(fēng)就是從型煤干燥爐引出的回風(fēng)，因?yàn)榇蟛糠譄崮芤呀?jīng)散出，故曰乏風(fēng)。高溫?zé)犸L(fēng)指得是從鍋爐引出的1300～1500℃熾熱風(fēng)流。中溫?zé)犸L(fēng)指得是兌入冷風(fēng)后溫度為180～200℃的熱風(fēng)。

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(fēng)爐。鍋爐熱值與型煤生產(chǎn)率的關(guān)系大致為1∶2。

2）干燥爐進(jìn)風(fēng)孔和出風(fēng)孔的布置必須保證爐內(nèi)所有地方溫度一致。進(jìn)風(fēng)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(shí)間，減少型煤爆裂，型煤含水應(yīng)該控制在3～4%。

4）進(jìn)入干燥爐的熱風(fēng)溫度一般為180～200℃。

5）干燥爐總回風(fēng)的出口溫度，即乏風(fēng)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(yīng)該是微負(fù)壓，數(shù)值控制在80～90 kPa。

圖3（a）是單回程翻板鏈輸送機(jī)，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(zhǎng)3～4 m,寬0.35～0.4 m。圖3(b)是雙回程機(jī)械循環(huán)干燥系統(tǒng)，其實(shí)就是兩個(gè)單回程機(jī)械循環(huán)干燥系統(tǒng)組合在一起，把兩個(gè)機(jī)頭的傳動(dòng)鏈輪用套筒滾子鏈連接起來，用一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)傳動(dòng)鏈輪。

圖3 循環(huán)干燥系統(tǒng)所用設(shè)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(jié)構(gòu)原理，見圖4,兩個(gè)導(dǎo)輪傳動(dòng)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(yùn)行，行至下端導(dǎo)輪處，反轉(zhuǎn)過來，向上運(yùn)行，行至上端導(dǎo)輪處，型煤沿著箭頭所示的方向，從吊斗內(nèi)卸出。向下運(yùn)行的濕型煤與向上流動(dòng)的熱風(fēng)相逆而行，受熱而逐漸干燥。轉(zhuǎn)而向上運(yùn)行之后，與熱風(fēng)同行，繼續(xù)干燥，到達(dá)上部導(dǎo)輪處，型煤就完全干燥。型煤的向上和向下運(yùn)行，不用動(dòng)力，靠的是重力差，因?yàn)橄蛳逻\(yùn)行的是濕型煤，含水較多而重，向上運(yùn)行的型煤，由于失去大部水分逐漸變干而較輕，導(dǎo)輪兩側(cè)型煤的重力差促使無極鏈轉(zhuǎn)動(dòng)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(jiǎn)稱立式干燥窯。其注意事項(xiàng)如下：

1）控制型煤的含水量。重力差循環(huán)干燥系統(tǒng)的動(dòng)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(jié)構(gòu)原理

2）熱風(fēng)的入口溫度為180～200℃，出口溫度為45～55℃。

立式干燥窯爐的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，見圖5。一臺(tái)鍋爐，產(chǎn)生1500～1600℃的熱源進(jìn)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(fēng)機(jī)從立式干燥窯爐的下方吹入爐內(nèi)，熱風(fēng)通過整個(gè)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(fēng)機(jī)送來的熱風(fēng)混合，使整體溫度始終保持180～200℃，再度進(jìn)入立式干燥爐。

圖5 立式干燥窯爐熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)

8 結(jié)語

型煤是潔凈煤的重要組成部分，型煤生產(chǎn)工藝關(guān)系到型煤的特征、質(zhì)量、性能、銷售前景和經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)系到節(jié)能減排、環(huán)境治理、低碳經(jīng)濟(jì)和人民健康。積極改進(jìn)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?，是?shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境高度統(tǒng)一的關(guān)鍵。

[1]曹征彥.中國(guó)潔凈煤技術(shù)[M].北京：中國(guó)物資出版社,1988.

[2]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.

[3]黃愛民.對(duì)輥型煤機(jī)技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的分析[D].天津：天津大學(xué),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(jí)工程師，研究方向：潔凈煤工程技術(shù)。

〔責(zé)任編輯 王東〕