成型剂应用

粉煤成型工艺分冷压成型和热压成型，以冷压成型为主;冷压成型又分为粘结剂成型和无粘结剂成型，以有粘结剂成型为主.根据我国国情，粉煤成型多采用添加粘结剂、中低压成型工艺。型煤的生产方法可分为粘结剂成型和无粘结剂成型两大类。粘结剂成型是研究时间最长、应用最广的成型方法。这种方法主要用于无烟煤、烟煤和年老褐煤焦粉、兰炭的成型。目前，绝大多数型煤厂都采用粘结剂成型的方法生产型煤。

粘结剂成型实际上是将粘结剂与煤炭颗粒均匀搅拌，然后利用型模加压成型，再经过适当的后处理，最后获得符合要求的型煤。筛分的目的在于选取块煤另作他用。筛分的尺寸随各厂工艺的不同而不同。有些厂将块煤选出后，将小于20毫米的煤用破碎机破碎至0~3毫米或0~6毫米直接用于生产型煤。有些厂将大于3毫米或6毫米的块煤选出后，省略破碎工序，直接将小于3毫米或6毫米的粉煤用于型煤生产。

型煤生产通常采用干燥工序，干燥的目的是将混合后的原煤水分保持在一定的水平。根据使用的粘结剂的不同，对混合后的原煤水分的要求也不同。例如，用沥青作粘结剂，原煤水分应保持在2%~4%;用纸浆废液或腐殖酸盐溶液作粘结剂，原煤水分应控制在10%~12%。

破碎的目的是将原煤破碎到所需的粒度。为了避免铁器损坏破碎机，一般在破碎机前安装电磁除铁器。

搅拌工序的目的在于将原煤和粘结剂均匀混合，使粘结剂均匀地分布在煤炭颗粒的表面。采用沥青作粘合剂时，还需通入蒸汽进行加热。成型工序是型煤成型的关键。型煤成型机主要有对辊式成型机、冲压式成型机和环式成型机等。蜂窝式成型机主要用于生产民用型煤。目前，在工业型煤中应用最广的是对辊式成型机。

刚刚成型的型煤强度很低，需要经过后处理才能达到一定的强度。后处理工序也叫养护或干燥工序。后处理工序的目的在于使粘结剂在适当的温度下产生物理化学反应，从而使型煤具有一定的强度。欧洲一些国家的型煤厂还在后处理工序中给型煤涂敷一层保护膜，从而使型煤具有防潮和耐磨的特性。

型煤粘结剂是决定型煤品种及其质量的关键辅助原料，也是目前，世界上已开发了数百种不同的粘结剂。从发展趋势看，在研究粘结剂时，主要将重点放在来源充足、当地易得、廉价、无污染、成本低和防水等方面。

型煤粘结剂大致可分为:有机粘结剂、无机粘结剂、工业废料和复合粘结剂。有机粘结剂可分为亲水型和疏水型两种。亲水型有机粘结剂主要有淀粉、腐殖酸盐和生物质等。疏水型有机粘结剂主要有煤焦油沥青、石油沥青和高分子聚合物等，而高分子聚合物主要包括聚乙烯(醇)、聚苯乙烯、合成树脂和树脂乳胶等。

有机粘结剂的粘结性能好，固化后可使型煤具有较高的机械强度。在高温时，有机质易于分解，因此用有机粘结剂生产的型煤，其热机械强度和热稳定性都不太理想。

无机粘结剂主要有石灰、水泥、粘土、石膏和硅酸钠等。无机粘结剂的共同特点是具有较强的粘结能力，固化后能起"骨架"的作用，使型煤具有较高的机械强度。由于大多数无机粘结剂在较高的温度下不易分解，因而用无机粘结剂生产的型煤的热机械强度和热稳定性都比较理想。无机粘结剂的主要缺点是防水性差并增加了型煤的灰分。

工业废料主要指纸浆废液、酿酒废液、制革废液和制糖废液等。这些废液主要属于有机粘结剂。利用工业废料作为粘结剂既可使废物得到充分的利用，又可大大减少废料对环境的污染。这是值得大力提倡的好事。

用不同的煤加相应的粘结剂可生产出不同的型煤，但必须同时具备以下基本要求:

一是生产出的型煤要求具备一定的机械强度(包括初始和冷强度)，二是具有一定的防潮、防水性;三是不影响燃烧性能，造气型煤不影响造气效果，有一定的热稳定性。

开封市洁净煤化工研究所开发研究的工业复合型煤粘结剂专利技术，采用高分子化合物、生物催化剂、氧化剂等材料组成利用，使型煤具有较高的机械强度和热稳定性。为了赋予粘结剂或型煤特殊的性能，人们常常在粘结剂中添加少量添加剂。这些添加剂主要包括固硫剂、防水剂、速凝剂和助燃剂等。

有部分企业用焦油、沥青做粘结剂，效果特别好，属于热压成型工艺，工艺较复杂，需要原料加热、热压成型、炭化等工艺。

目前我国一次能源消费中煤炭约占75%，在今后相当长的一段时间内煤炭仍是我国的主要能源,国家已把煤的高效、洁净利用技术列入21世纪的发展计划，因此发展先进的煤气化技术是当前的重要课题。

近年来，为了减少环境污染，提高煤炭的利用率，增加装置的生产能力，降低氧耗和煤耗，拓宽原料煤种的使用范围，充分利用煤炭资源，先后成功地开发出了新一代先进的煤气化工艺技术，有代表性的主要为鲁奇公司的碎煤移动床熔渣气化(BGL) 工艺，水煤浆进料的Texaco气化工艺，干法粉煤进料的SCGP(Shell)气化工艺和Prenflo、GSP工艺。上述几种煤气化工艺中，干法粉煤进料的加压气化工艺因其技术经济性具有明显的优势和较强的竞争力，预计它是今后煤气化工艺技术的发展方向。

无粘结剂成型:是指在不加粘结剂的前提下用高压直接成型。即原料煤经过筛分后，送入干燥机进行干燥，干燥后的粉煤冷却到40℃~45℃后，再由成型机压制成型。这种成型方法广泛用于褐煤的加工，尽管没有外来的粘结剂，但它仍利用了煤炭本身含有的粘结性成分。

热压成型:用加热的方法使中年褐煤产生一定的塑性，然后加压成型。德国和匈牙利等国利用年青褐煤生产型煤已进入商品化生产阶段。

粘结剂成型:目前我国氮肥厂大部分用腐植酸作粘结剂、部分型煤厂用石灰水泥做粘结剂加工型煤，用作替代块煤作造气炉的造气原料。但从多年经验来看，腐植酸钠作粘结剂只能用于无烟煤，对烟煤(特别是内蒙、新疆等地区的长焰煤)、焦粉、褐煤没有作用。通过对比应用情况看，内蒙、新疆等地区的长焰煤及不易成型的焦粉、褐煤使用开封煤化所的专利产品GY系列效果最佳，添加量只有3%左右，型煤湿球2米高下落不碎干团压力达70-120kg，热稳定性达85%。

部分厂家生产清水煤棒，采用螺旋式成型机成型，直接用作替代块煤作造气炉的造气原料，有部分加风化煤加工成型煤。

型煤生产涉及筛分、干燥、搅拌、成型、后处理、包装和粘结剂制造等众多的设备，其中最受人们关注的是型煤粘结剂和成型设备。型煤粘结剂是生产中的关键，可改善无烟煤硬度大、弹性大和塑性小的缺点，使型煤冷、热强度达到应用要求;

成型设备是型煤生产中的关键设备，它的选择应以原煤的特性、型煤的用途及成型时的压力等因素为基础。目前工业上应用最广的是对辊式成型机，另外，还有冲压式成型机等。在我国，蜂窝式成型机也广泛应用于民用型煤的生产。

3.1 对辊式成型机

对辊式成型机主要由两个大小相同的压辊和加料箱组成。

在压辊的表面分布着许多型模，每个型模相当于半个型煤的形状。有的加料箱中还装有螺旋送料器，以便及时送料并对原煤进行预压。

在对辊式成型机中，原煤受压的时间短，成型压力不大，因而型煤的弹性变形较小。目前，这种机型主要用于生产使用粘结剂的型煤。

3.2 环式成型机

环式成型机有固定外环和旋转外环两种形式，对固定外环成型机来说，型煤是被旋转压辊从固定外环的底部挤出的，型煤被挤出后由切刀切断。而旋转外环成型机的成型是由旋转外环和压辊共同旋转来完成的。

3.3 冲压式成型机

冲压式成型机有多种不同的型式，目前应用最广的是液压冲压缸和曲柄连杆冲压缸成型机。冲压式成型机的生产过程如下:给料机构将一定数量的原料煤送入成型机内;冲杆前移，原料煤被逐步压实，成为型煤;在冲杆前移的同时，已成型的型煤被向前推动一定的距离，而最前端的型煤被推出了型模;冲杆回程，返回到起始位置。

冲压式成型机的优点是成型压力大，型煤在成型过程中多次受压而易产生塑性变形。其缺点是耗能大、单产低。

3.4 螺旋式成型机

螺旋式成型机的工作原理是，原料煤由供料口加入，螺旋叶片向前推进原料煤，同时对原料煤施加混合和加压的作用。原料煤被挤压通过一段导管，在出口处一段段地断裂最终形成表面光滑的煤棒。

总之，随着研究工作的不断深入和科学技术的不断发展，上述各种生产线的自动化程度在不断地提高，设备的性能也在不断地完善。

成型煤加水、加粘结剂控制，是提高成型煤的质量，减少粉煤返回量，提高配煤质量的又一重要控制系统。

经验表明，加水对型煤合格率的提高有明显影响。适量的加水可使成品率提高到80%，但过量的加水，成品率反而下降。同样随着粘结剂添加量的增加，煤球的强度增大，但添加量超过一定限度后，强度的增加不明显。

成型煤加水加粘结剂的控制系统见右侧加水、加粘结剂控制系统图。

其中1-仪表盘;2-称量机盘;3-回粉槽;4-原料槽;5-混煤机;6-选择开关;7-程序控制器;8-来自电气;9-送到电气;10-水;11-粘结剂;12-蒸汽;Y1，Y2--演算器输出;SP-设定值;PV-信号输入;S-程控信号;WM-原料称量值;WR-回粉称量值;WM1-原煤总称量值;WB-粘结剂设定值;WW-加水量设定值;Φ1-原料煤的含水率;Φ2-回粉含水率;Φ-混煤机后的含水率;γ-粘结剂的添加率;M1-MUL-60m1的输出;M2-MUL-60m2的输出 。

我国过去对成型煤的粘结剂很少进行系统与深入的研究。特别是对民用煤的粘结剂，有些人简单地认为是泥巴、石灰之类的东西，而没有予以重视。实际上，粘结剂是民用煤、成型燃料、炭素与石墨制品等许多领域中的一个重要间题。对民用成型煤来说，粘结剂的质与量不仅决定了成型煤的机械强度，而且对燃烧性能、发热量、抗湿性、燃烧后灰渣的强度、燃烧所造成的环境污染等均有密切的关系 。

粘结剂的作用一方面是产生了煤粒间的内聚力，另一方面，粘结剂一般都具有较大的塑性，当它们均匀分布在煤粒表面形成粘结剂膜后，使整个混合物具有可塑性，降低了煤料的弹性和改善了成型性。因此，煤料加入粘结剂后可大幅度的降低成型压力。粘结剂在成型过程中起着十分重要的作用，它是煤粒之间相互粘结在一起的、不可缺少的"桥梁" 。

从理论上看，适量的粘结剂可扩散到煤粒表面，形成胶体薄膜。因而可消除煤粒之间由于粘结剂不足而存在的"点焊"或"点粘结"现象，这时成型煤的机械强度最高。当煤粒表面完整的薄膜形成以后，过量的粘结剂可以形象地认为只增加煤粒外围胶体薄膜的厚度，这不但无助于粘结性的提高，甚至成为煤粒密集的空间障碍。也就是说，粘结剂用量过多、煤粒之间的粘结剂膜过厚，成型煤的机械强度反而下降了 。