型煤

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型煤(Mould coal)

目录

什么是型煤[1]

  型煤是指将原煤加入一定量的添加剂后,加工成有一定形状、尺寸和一定理化性能的燃料。例如,在工业锅炉上应用型煤替代原煤,一般可减少烟尘排放60%,节煤15%~27%;若型煤中加固硫剂,则固硫率可达40%~60%。

型煤简介[2]

  型煤是指粉煤以适当的工艺加工成的,具有一定形状、大小和特定理化性能的块状燃料或原料。煤炭成型的目的是根据型煤在不同用途中的需要,克服煤天然存在的缺陷,赋予原煤所没有的优良特性,使之符合用户的最佳需求,实现煤炭的“清洁、高效”利用。

  粉煤成型是根据用户的不同要求,将粉碎的几种煤炭进行科学的配伍,以适当的工艺方法和设备,加工成具有一定几何形状、尺寸和一定理化性能指标的块状燃料的加工过程。是将劣质、低效和非洁净的煤转化为优质、高效、洁净的燃料或工业原料。

  粉煤成型工艺并非只是简单的由粉变块的物理加工过程,而是涉及到许多理论的一门综合性学科,如物理、化学、物理化学、煤化学、煤炭学、煤炭机械加工、燃烧工程、传热学、炼焦化学等。因此工业型煤加工利用是一个系统工程

  要促进工业型煤的产业化,不仅关系到资源环保节能减排等多方面,而且仅靠技术是不可能全面推广型煤产业化的,还需要制定一些相应的政策、法规及制度来保障这项高新技术的发展,才能尽快推进工业型煤的产业化,有效的控制环境污染,节约能源,造福人类社会。

型煤成型方式[3]

  1、黏结成型

  料煤经筛分后,按规定的比例进行配煤,经粉碎、混合后再加入添加剂混合均匀,最后经机械挤压成型。机械成型施加压力一般不超过25MPa;否则,过高的成型压力一会使型煤破碎,即使保持完整,其孔隙也会缩小,导致燃烧不透,增加物理未完全燃烧热损失。

  2、热压成型

  在100~200MPa高压下,并借助一定的温度使料煤中的沥青质、腐殖酸和煤焦油等黏结物析出而成型。因此,热压成型无须黏结剂和水,属于干成型。

型煤烘干设备[4]

  目前常见的型煤烘干设备主要有以下3种。

  (1)隧道翻板式烘干窑此种设备的特点是生产能力较高,但是存在着配风难以调节、操作人员对技术的要求较高、烘干时容易引起型煤着火等问题。

  (2)隧道小车式烘干窑此种设备的产量较低、用人较少、技术比较落后。

  (3)立式烘干窑此种设备的特点是投资较少、占地面积较小、机械磨损较低、维修费用较低、热效率较高,是比较理想的型煤烘干窑。如2000一Ⅱ型工业型煤立式干燥窑在山西晋城地区使用效果较好。

影响型煤干燥的因素[4]

  影响型煤干燥的因素主要有干燥温度、干燥速度、干燥介质、设备的传热状况等。

  (1)干燥温度型煤的干燥温度一般应低于煤的燃点,而煤的燃点随煤种和煤质而变化,一般在350~580℃之间。但是,由于热能聚积,加之水分蒸发等因素,型煤在低于燃点的温度下停留一定时间后,仍然有可能发生自燃。根据实验和生产经验得出,当干燥温度超过250℃时,停留时间过长就会导致型煤自燃。此外,干燥设备内部的运动部件大多数由钢材制成,钢材在200℃左右时的强度最高。因此,型煤干燥温度通常选择在180~220℃之间。

  (2)干燥速度当热空气的温度、湿度、速度以及与型煤接触情况不变时,为了确定合适的停留时间,首先有必要确定物料的干燥速度。干燥速度是指单位时间内每单位干燥面积上被干燥物料所能气化的水分量,干燥所需的时间与干燥速度成反比。

型煤质量指标测定标准及测定方法[4]

型煤质量指标测定标准

  针对如上的型煤质量指标,分别采用如下方法或标准进行分析。

  GB/T211—1996((煤中全水分的测定方法》;

  GB/T212--2008((煤的工业分析方法》;

  GB/T213—2003《煤的发热量测定方法》;

  GB/T214—2007《煤中全硫的测定方法》;

  GB/T219—1996《煤灰熔融性的测定方法》;

  GB474—2008《煤样的制备方法》;

  GB/T476--2001((煤的元素分析方法》;

  GB/T15459—1995((煤的抗碎强度测定方法》;

  MT/T748—2007《工业型煤冷压强度测定方法》;

  MT/T749—2007《工业型煤浸水强度和浸水复干强度的测定方法》;

  MT/T750--2007《工业型煤中全硫的测定方法》;

  MT/T751—2007《工业型煤发热量的测定方法》;

  GB/T1573--2001{煤的热稳定性测定方法》;

  GB/T220--2001《煤对二氧化碳化学反应性的测定方法》。

型煤质量指标测定方法

  对型煤产品质量的实验室检测,可以采用收到基和空气干燥基,特殊情况下也可以采用干燥基、干燥无灰基和干燥无矿物质基等。

  (1)水分

  型煤的水分是指制成型煤后产品的水分含量。水分含量与型煤冷抗压强度有着直接关系。通常,型煤水分一般控制在2%以下为宜,水分含量大于5%时,其冷抗压强度将会较大幅度的下降。

  (2)灰分

  型煤的灰分是指型煤产品燃烧后残留物所占的含量。灰分不仅与原料煤的灰分含量有关,还与所使用的黏结剂类型有关。型煤的灰分与燃烧效率以及造气速率和产气量直接关联。对于同一种黏结剂来讲,它还与型煤的抗压强度、热强度、热稳定性、结渣率、反应性有密切联系。通常,随着型煤灰分增加,型煤的抗压强度、热强度、热稳定性会有所增加,反应性相应下降。一般要求型煤在保持强度和其他性能的情况下,尽可能降低灰分,以便提高利用效率。

  (3)灰熔融性

  灰熔融性是反映型煤质量的一个重要指标。灰熔融性是指型煤在燃烧或气化时,其中矿物质随着温度升高发生软化、熔融、流动时的温度特性,通常用4个特征温度表示,即DT(变形温度)、ST(软化温度)、HT(半球温度)和FT(流动温度)。如果型煤的软化温度过低,气化型煤可能会造成气炉结疤,使造气炉排灰或出渣困难,锅炉型煤则可能使炉渣熔结、通风困难,影响锅炉的正常燃烧和气化。通常,要求型煤的软化温度在1250℃以上。

  (4)热强度

  型煤的热强度是指型煤在热态下的抗压强度,热强度低的型煤可能造成气炉发生坍塌与通风性能下降。从目前造气型煤实际气化效果来看,气化型煤的热强度以大于等于300N/个为宜。

  (5)热稳定性

  热稳定性是衡量气化型煤在加热后抗碎与耐磨能力的指标,也是反映型煤质量好坏的一个重要指标,通常采用GB/T1573—2001的标准测定。热稳定性低的型煤,在造气过程中排出的碎屑会相应增多,容易造成造气工艺管路堵塞,严重时甚至会使造气炉床层阻力增大,难以正常运行。从目前造气型煤实际运行结果看,型煤的热稳定性以TS怕≥70%为宜。

  (6)反应性

  型煤的反应性是衡量型煤在气化炉或燃烧炉内同空气或水蒸气反应快慢的指标,是气化反应或者燃烧反应的一个重要指标。型煤反应性是选择合适型煤产品、合适反应装置以及适宜操作条件的关键因素。例如,如果厂家对型煤产品的反应性不够了解,那么有可能导致炉内鼓风压力、吹水蒸气的频率与型煤反应性不相适应,而最终导致试烧失败,甚至造成事故。通过对型煤产品实际运行结果考察和分析,可以利用型煤在850℃对CO。还原性的差异,来为型煤使用厂家提供其使用与操作的经验数据,增加型煤试烧和实际应用过程中的成功率。型煤的反应活性可以通过配煤、成型工艺及添加剂对反应活性的影响、调整粉煤粒度、调整成型压力、保证型煤外观形状统一等方式适当调节。

  (7)结渣率

  结渣率是衡量型煤在燃烧或者气化过程中矿物质结渣程度的一个指数,即指型煤完全燃烧以后,灰渣通过一定筛孔的筛子在规定条件下所得到的筛上物占原来灰渣的百分比。型煤产品由于成型过程中加入黏结剂的性质不同,因而结渣率变化范围很大。一般说来,当型煤的结渣率过低时,会造成型煤在造气过程中产生塌炉现象;当型煤的结渣率过高时,又会造成使用过程中排渣困难问题。这两种现象,都将直接影响型煤产品的使用效果。因此,型煤的结渣率必须适当。

  (8)转鼓强度

  转鼓强度是衡量焦炭性质的一个重要参数,包括反映焦炭抗碎能力的M40(或M25),以及反映耐磨性质的MIO。通过对比分析可以发现,型煤的转鼓强度比抗压强度和落下强度更能反映型煤产品的耐磨抗碎性能,是一项比较全面的衡量型煤产品在冷态下耐压、耐摔、耐磨性能的理想指标。

  (9)耐水强度

  一般是随机取出10个型煤浸没于25℃的净水中,2h后取出测定其冷强度,取平均值作为耐水强度,单位为N/球。此外,型煤的挥发分、发热量、硫含量等指标也是反映型煤质量的重要指标,可以参照相关国家标准进行分析测定。

发展工业型煤的意义[2]

  (1)缓解块煤供不应求的矛盾

  (2)提高煤炭利用效率、减少环境污染

  (3)改变原料煤的某些特性在成型过程中,通过加人不同的添加剂,可以使型煤增加反应活性、易燃性、提高灰熔点、获得较高的灰熔融性及热稳定性,具有固硫、降烟尘功能等,还可以使不能用于气化炉或锅炉的弱黏结性煤破粘,变成适用的造气型煤或锅炉型煤,从而扩大煤炭的利用途径。

工业型煤的基本要求[2]

  型煤在入炉前需经过一系列的运送过程才能入炉。运输路线往往较长,在运输过程中,从一个设备到另一个设备,从一个场地到另一个场地,型煤经受多次跌落,而且型煤之间也会发生相互磨损、相互挤压。当型煤存放在露天场地,经常遭风吹、雨淋、水浸、受潮。所以任何一种工业型煤均需满足下列基本要求。

  (1)要有足够的冷、热机械强度这是工业型煤必须具有的最基本要求,也是型煤是否能代替块煤或焦炭,代替动力煤使用于固定床锅炉和移动床锅炉必须满足的首要条件。

  一般鉴定型煤冷、热机械强度的方法有三种。

  ①抗压强度指型煤被压碎裂时,所能承受的最大压力,用此指标可以判别型煤内部粉煤颗粒相互结合的相对强度。在常温下测定的强度称为冷抗压度;将型煤在高温下加热一段时间后,再进行测定,即为热抗压强度。具有较高的热抗压强度,才能使型煤在燃烧过程中维持形状燃烧而不散。

  ②跌落强度如前所述,在使用型煤过程中,型煤要经多次跌落。所以也要求型煤具有一定的抗冲击能力。型煤的跌落强度是鉴定抗冲击能力的质量指标之一。煤球(5kg)从一定高度(1.3~1.5m)同时自由落下至一定厚度的(15mm)钢板上,这样反复落下三次,最后以大于13mm的粒度的质量百分率表示落下强度的指标。一般认为,这个指标大于85%为好。

  ③耐磨强度型煤的耐磨强度,对于炼铁、钙镁磷肥生产以及制合成氨原料气使用的煤球来说都很重要,它也是检测型煤内部粉煤颗粒互相结合的牢固程度的方法之一。型煤可以在冷态下进行耐磨试验,也可以在热态下进行。测定热态下的耐磨强度更能接近使用时的实际情况。显然型煤耐磨强度愈高,在炉内燃烧、气化时就愈不容易粉化和增加带出物。总之,抗压强度、跌落强度和耐磨强度是判断型煤冷、热机械强度的三项主要指标。

  (2)要有足够的热稳定性

  型煤的热稳定性与煤的热稳定性一样,是指在高温下燃烧或气化过程中对热的稳定程度。也就是型煤在高温作用下保持原来粒度的性质。热稳定性好的型煤,在燃烧或气化过程中能以其原来的粒度烧掉。显然热稳定性差的型煤,在使用过程中会使带出物增多,同时增加炉内阻力,甚至造成结渣,而且影响燃烧和气化效率。因此型煤的热稳定性也是重要的指标之一。

  (3)形状大小与用途相适应

  ①炼铁或钙磷肥高炉的容积大,料层也高,矿石的密度较大,型煤应做大些,以提高单个型煤的抗压强度。一般认为,每个型煤的质量在100~5009范围为宜。

  ②合成氨造气炉、固定炉排锅炉,一般认为40~609,小型锅炉为20~409。

  ③移动式炉排工业锅炉,为了提高型煤的燃烧面积,提高点燃和燃烧速度,一般认为8~129为宜。

  (4)型煤的形状

  ①边角不易过多,否则容易造成相互磨损。

  ②不因形状而影响料层的透气性。

  ③制球时,有利于成型,提高型煤强度。

  ④目前实际使用中,采用扁椭球型、卵型、枕型、棒型等较为普遍。最新出现的无规则型煤将更受用户欢迎,并有可能取代尺寸均一的工业型煤。

  (5)要有很强的耐潮,抗水性能型煤在空气中经久放置,不因受潮、雨淋、水浸而明显降低强度。长期室外堆放不捂垛、不发霉、不降低型煤强度。

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参考文献

  1. 国家安全生产监督管理总局宣传教育中心编写.锅炉作业人员培训教材 复训.冶金工业出版社,2006.12.
  2. 2.0 2.1 2.2 李平辉,田伟军编著.合成氨原料气生产.化学工业出版社,2009.10.
  3. 辽阳市特种设备监督检验所组编.锅炉节能减排简明教程.中国电力出版社,2011.01.
  4. 4.0 4.1 4.2 周安宁,黄定国主编.洁净煤技术.中国矿业大学出版社,2010.07.
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