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型煤生产工艺

型煤生产工艺、设备及操作参数

 （2010-09-0315:

14:

36）

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杂谈

1型煤生产工艺、设备及操作参数

引言

    中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，一次能源消费结构中，煤炭占76．1％，煤炭用于燃料的部分占总产量的90％以上，其中发电占28．6％，工业锅炉、窑炉占40％，民用燃料占18．9％。

这种以煤为主的能源结构，在今后相当长的时间内仍不会改变。

    由于直接燃煤每年排放到大气中的烟尘及二氧化硫量分别为l314万t及l622万t。

因此，我国大气污染主要是燃煤引起的煤烟型污染。

1995年中国环境状况公报指出，据87个城市对大气中总悬浮微粒的监测，45个城市年日均值超过国家二级标准，占监测城市数的51．7％。

据88个城市对二氧化硫的监测，超过年日均值国家二级标准的城市48个，占监测城市数的54．4％。

当前，污染物排放总量不断增加，污染范围继续扩大，环境恶化趋势仍在加剧，一些地方环境污染和生态破坏已经成为制约经济发展、影响社会稳定和威胁人民健康的重要因素。

    在中国，控制煤烟型污染，改善大气环境质量，最现实可行的办法是发展洁净煤技术。

型煤技术则是投资少、见效快、符合中国国情的洁净煤技术之一。

1995年8月29日公布的《中华人民共和国大气污染防治法》明文规定，“要推广型煤的生产和使用”，“对市区内的民用炉灶，限期实现燃用固硫型煤或其他清洁燃料，逐步替代直接燃用原煤。

”因此，型煤的开发及生产技术日益得到加强及推广。

实践证明，燃用锅炉型煤可提高锅炉热效率，节煤率约20％，烟尘排放量可减少90％以上，固硫率约50％，及苯并（a）芘减少约50％以上，使环境质量有明显的改善。

    随着采煤机械化程度的不断提高，粉煤占原煤总产量的比例已高达60％以上。

中国目前的小化肥厂及供燃料气的煤气发生炉均需要块煤作燃料，故块煤的供需矛盾日益加剧。

为了充分利用粉煤资源，气化型煤的开发与生产受到了用户的普遍欢迎。

实践证明，气化型煤可获得与块煤相当的产气量及气体组成，且操作稳定，技术可行，可代替块煤用于煤气发生炉中。

    粉煤成型技术中粘结剂是关键技术，国内外曾开发了许多不同类型的粘结剂，我们开发的以工业废料及辅料为主要原料的粘结剂技术，已获得发明专利权和中国科学院科技发明三等奖，该技术已在生产应用中获得良好效果。

    近年来我们在承担国家“七五”、“九五”关于型煤重点科技开发项目中取得一定的成果，先后开发了工业气化型煤和锅炉型煤以及民用固硫、防水洁净锅炉型煤、蜂窝煤和易燃烧烤火锅型煤，从工业性生产及燃烧试验结果看，符合国家环保指标及应用要求，被列为国家重点推广项目。

1 型煤生产工艺、设备及操作参数

1．1生产工艺流程

1．2主要设备

    主要设备有：

锤式粉碎机、双轴搅拌机、皮带输送机、对辊成型机、烘干设备及粘结剂制造设备等。

1．3操作参数

    粘结剂是粉煤成型的关键技术，而操作参数的选择同样也很重要，经各工艺参数的成型对比试验，型煤生产主要操作参数为表1所示。

表1型煤生产主要操作参数

原煤水分M%

煤粒度

WT%

成型总水分M%

混捏时间mim

成型压力MPa

烘干温度

及时间

型煤水分M%

<3mm

>0.833mm

C

H

<5

100

40~60

12~14

5

30

60~80

120~140

1~2

1~2

<2

2气化型煤的生产

（1）

2 气化型煤的生产

2．1测试结果

    气化型煤以无烟粉煤为原料，加入热稳剂及FS粘结剂混合均匀后，经对辊成型机成型后烘干，即为型煤成品。

我们以阳泉1#阳泉2#粉煤为原料煤在工业生产线上进行了批量生产。

原料煤煤质及型煤质量测试结果见表2、表3及表4。

表2原料粉煤煤质分析结果

粉煤名称

工业分析ab,%

St,ad%

M

A

V

FC

阳泉1#

1.91

15.50

8.01

74..58

0.96

阳泉2#

1.90

23.93

9.83

64.28

1.25

粉煤名称

Qgr,v,ad

MJ/kg

灰熔点℃

DT

ST

FT

阳泉1#

——

1460

1480

1500

阳泉2#

26.0

>1500

>1500

>1500

表3气化型煤煤质分析结果

粉煤名称

工业分析ab,%

St,ad%

M

A

V

FC

阳泉1#

1.27

18.67

10.56

69.50

0.97

阳泉2#

1.05

27.98

10.59

61.17

1.02

粉煤名称

Qgr,v,ad

MJ/kg

灰熔点℃

DT

ST

FT

阳泉1#

——

1400

1440

1480

阳泉2#

24.0

>1430

>1500

>1500

2气化型煤的生产

（2）

表4气化型煤质量测试结果

样品名称

抗压强度P

N/个

热稳定性TS+6

%

落下强度DS

%

阳泉1#

676

76.2

97.6

阳泉2#

899

65.3

95.6

2．2燃烧结果与讨论

    阳泉1#气化型煤在3M一21型及TG一3MI型两种煤气发生炉中进行了燃烧试验。

阳泉2#气化型煤在Φ2．4m的半水煤气发生炉中进行了造气试验。

试验结果见表5、表6。

从表5及表6的结果可看出，燃用气化型煤时的产气量、煤气热值及气体组分与燃用相应的块煤基本相同。

运行中炉况正常，未出现吹翻、风洞、偏流现象。

炉渣可燃物分析结果表明，烧型煤时残碳含量较低，即碳转化率较高，对产气量有利。

    目前，块煤与粉煤的差价一般在80～100元以上，扣除每吨加工费用计55元，每吨气化型煤可获利税25～45元．按年生产3万吨型煤计，年利税可达75万～135万元，约一年时间即可收回建厂投资，是一项投资少、见效快的适用技术。

    另外，我们也对我省的资源进行了考查，并有针对性地进行了应用性试验，对粉焦、半焦、煤泥等资源都作了成型试验，有的还作了工业性燃烧试验。

表6直径为2.4m炉造气结果

原料名称

炉号

制气循环时间，S

气体组分，%

炉渣可燃物%

吹风

上吹

下吹

二上吹

吹净

CO2

O2

CO

H2

N2

阳泉块煤

1

41

37

55

10

7

6.0

0.4

35.6

35.0

23.0

23.30

7.4

0.4

32.6

41.8

17.8

（平均）

5.8

0.4

32.6

38.0

23.2

6.4

0.4

33.6

38.2

21.3

阳泉型煤

5

44

38

51

10

7

7.4

0.4

27.6

45.2

20.0

15.32

42

40

51

10

7

9.6

0.4

29.2

42.8

18.0

（平均）

6.8

0.4

28.0

40.0

24.8

7.9

0.4

28.3

42.7

20.9

2气化型煤的生产（3）

工业型煤技术的开发

表5直径为3mm炉内的造气结果

测试项目

3M-21型炉TG-3MI型炉

阳泉块煤

阳泉型煤

阳泉型煤

炉底压力Pa

3800~4200

3000~4400

6000

炉底风量Nm3/h

2400~2800

2600~3200

2500~3300

炉出压力Pa

1600~1850

1200~1450

1500~2500

炉出温度℃

620~720

620~680

400~500

饱和温度℃

28~45

26~38

60~70

煤气产量.Nm3/h

4213~4253

4192~4359

5114~5111

煤气组成%

--

CO

25~29

22~27

22~27

CO2

4~6

4~6

6~9

O2

0.4~0.8

0.4~0.8

0.2~0.6

N2

45~52

49~58

48~51

H2

15~17

11~14

13~17

CH4

1.6~2.4

1.2~2.4

2~3.5

低位热值MJ/Nm3

4.9~6.1

5.0~5.4

5.4~6.0

*产量由炉底风量N2%计算面得。

3固硫、防水锅炉型煤

3 固硫、防水锅炉型煤

3．1原料煤及固硫、防水型煤质量

    在普通锅炉型煤开发的基础上，为了降低S02对大气的污染，开发了固硫、防水锅炉型煤，原料煤采用了高硫烟煤，其煤质分析结果列于表7。

在<3mm的粉煤中分别加入了钙系固硫剂、助燃催化剂、防水剂及FS粘结剂，按前述的生产工艺生产出固硫、防水锅炉型煤产品，其煤质分析结果及质量测试结果列于表7、表8。

3．2锅炉型煤的质量测定

    委托山西省产品质量监督检验所对锅炉型煤的质量进行了检验，其测定结果与我们测定的结果汇总列于表9。

表7原料煤质分析

名称

工业分析ar,%

元素分析ar,%

M

A

V

FC

C

H

O

N

St

烟煤

2.10

17.77

12.84

67.29

69.81

3.34

3.18

0.99

2.81

名称

发热量,MJ.kg-1

灰熔点，℃

Qnet,ar

DT

ST

FT

烟煤

27.50

1460

<1500

<1500

表8锅炉型煤的煤质化验结果

名称

工业分析ar,%

元素分析ar,%

M

A

V

FC

C

H

O

N

St

烟煤

1.30

30.99

12.10

55.61

57.76

2.99

3.84

0.88

2.24

名称

发热量,MJ.kg-1

灰熔点，℃

Qnet,ar

DT

ST

FT

烟煤

23.26

1220

1280

1290

4锅炉型煤的燃烧试验

（1）

4 锅炉型煤的燃烧试验

4．1燃烧试验及热工，环保测试

    在工业生产线上批量加工了固硫、防水锅炉型煤约150多t，在DZL4—1.25一A型4t／h链条锅炉中进行了型煤与原煤的对比燃烧试验。

燃烧试验连续进行了半个月。

试验期间，由山西省节能监测中心分别对型煤和原煤散烧进行了热工测试，环保项目的测试由中国核工业总公司理化工程研究院承担。

热工测试结果汇总于表10，锅炉燃烧环保项目的测试结果列于表11。

4．2分析与讨论

（1）节煤。

从热工测试结果中可以看出，燃用原煤时，锅炉的热效率低于型煤。

其主要原因，一是燃用原煤时的固体不完全燃烧损失率（q4）较型煤高了约15％；二是由于粉煤成型后的锅炉型煤具有一定粒度，不易从炉蓖上掉落，燃烧时基本无漏煤损失，也不易被烟气流带出，很少飞扬损失；三是新型锅炉型煤的优选配方中，加入了助燃催化剂后，降低了型煤的着火点及燃尽温度，使型煤在燃烧时迎火焰面开裂呈花卉状，有利于氧气和燃烧产物的相互扩散换质，促使型煤燃烧更完全，灰渣含碳量降至8％～9％，提高了碳的利用率；四是在燃用型煤时根据其块度均匀、大小适中、通风条件好，但着火较散煤慢的特点，采用了“高煤层、低风速、慢推进”的操作方法，使型煤预热较充分，过剩空气系数小，有利于型煤的引烧，也降低了排烟热损失。

上述措施均对提高热效率产生了良好的效果，因而获得了较高的节煤率。

（2）环境效益。

层燃锅炉一般燃用宽筛分的原煤，小于3mm的末煤较多，在锅炉火床上各区密实程度将不相同，容易产生通风阻力不均的情况，在通风阻力较小处则会产生风洞，不仅影响床层稳定燃烧，而且因风速较大，吹走大量末煤及细灰，造成高的烟尘排放浓度而污染环境。

由于型煤粒径相同，火床上阻力均匀，不会形成风洞，型煤的含末率很小，且燃尽后灰渣也不完全散碎成粉末，所以烟气中的含尘量较燃用原煤时降低80％以上。

固硫、防水锅炉型煤在加工时加入了固硫剂、助燃催化剂，改善了煤的燃烧特性及固硫效果，因而在燃用锅炉型煤时，烟气中烟尘含量及SO2排放浓度大幅度降低，改善了大气环境质量，具有显著的环境效益。

表10热工测试结果

项目

型煤，负荷

平均值

84%

52%

——

热发量t.h-1

3.35

2.07

2.71

耗煤量kg.h-1

394

263

328.5

单位煤耗kg.h-1

117.3

126.9

122.1

单耗折标煤kg.h-1

93.2

100.9

97.1

蒸汽压力MPa

0.55

0.55

0.55

过剩空气系数a

1.61

2.43

2.02

炉膛温度℃

1208

1136

1172

炉渣含碳量%

8.02

9.30

8.66

热效率%

正平衡

82.69

77.14

79.92

反平衡

84.12

79.14

81.63

4锅炉型煤的燃烧试验

（2）

项目

型煤，负荷

平均值

型煤比原煤平均差值

72%

50%

——

热发量t.h-1

2.89

2.01

2.45

+0.26

耗煤量kg.h-1

406

305

355.5

-27.0

单位煤耗kg.h-1

140.3

151.3

145.8

-23.7

单耗折标煤kg.h-1

131.8

142.1

137.0

-39.9

蒸汽压力MPa

0.50

0.50

0.50

+0.05

过剩空气系数a

2.54

2.77

2.66

-0.64

炉膛温度℃

1140

1033

1086

-86

炉渣含碳量%

38.70

39.12

38.91

-30.25

热效率%

正平衡

60.32

57.68

59.00

+20.92

反平衡

63.47

61.82

62.65

+18.98

表11锅炉燃烧环保测试结果

名称

SO2含量

TP*

mg/kg煤

mg/kg标煤

mg/kg煤

mg/kg标煤

原煤

4.66X104

4.59X104

4.50X104

4.41X104

锅炉型煤

1.99X104

2.63X104

6.22X103

8.21X103

名称

苯并芘B（a）p

林格曼黑度

mg/kg煤

mg/kg标煤

——

原煤

5.26X10-

5.18X10-3

>1

锅炉型煤

2.44X10-3

3.22X10-3

<1