[科普中国]-粉煤成型

将6mm以下的煤粉在机械外加粘结剂或快速加热到胶质状态下加压成具有一定形状、尺寸、特定物理化学性能和不同用途产品的工艺过程。粉煤成型的产品称型煤。

传统的粉煤成型是将粉煤加工成几何形状、尺寸和机械强度相近、贮存后质量保持稳定的型煤。现代粉煤成型主要是“改变”粉煤的某些物理化学性质，使之成为优质的工业原料和洁净的能源。

现代粉煤成型以煤化学和煤的机械加工工艺学为基础，以燃烧理论、煤的转化技术、传热学原理和环保工程等为指导，以工业锅炉和窑炉等相关行业的设备特性和工艺原理为依据。

发展简史型煤的发展首先是从民用开始的。18世纪，人们便以黄土等作粘结剂。用手工制成煤球或煤砖作为民用燃料。19世纪末期英、法、荷兰等国才将粉煤成型发展到机制生产的工业阶段，并研制出专门的成型设备——对辊成型机。1908年，日本发明了带孔的、能单个燃烧的蜂窝煤，并于1912年开始手工生产和大量销售。1926年，世界第一台蜂窝煤机问世。1955年，日本又研制出了上燃式蜂窝煤。为了改善其上火速度，又经过了一个相对漫长的发展时期，直到1976年才发展成了点火后几分钟即可炊事用的快速点火的上燃式蜂窝煤。1950年，灵堡的一位专家发明了以低挥发分煤为主要原料生产家用无烟燃料的热压型块的Ancit方法，1967年在亚鲁大多尔夫进行了大规模的工业生产，生产能力为10～12t/h。目前，在世界范围已形成了现代的民用型煤技术，其使用的范围和种类也在不断地发展。

工业型煤起步较晚。20世纪初，德国先开始生产褐煤砖用于锅炉燃烧，并于30年代研究成独特的褐煤成型的两段炼焦工艺。

1933年，日本引进德国型煤技术生产机车用型煤。到1971年，日本铁路机车有79%烧用型煤，成为国外工业型煤用量最多的行业。1955年，日本将蜂窝煤的燃烧方式由下面点火改成从上面点火，并研制成用半张报纸可点燃的无烟煤上点火蜂窝煤。1969年，世界高炉会议肯定了型焦生产工艺是高炉冶炼技术的重要发展方向之一。由此，世界形成了型焦研究和开发的高潮。各国纷纷成立型煤和型焦和研究机构，先后出现了20多种利用弱粘结煤或不粘结煤生产型煤和型焦工艺。

中国是最早生产和使用型煤的国家。1975年，在河南省荥阳县发掘的西汉炼铁遗址中，挖出了一批∲180×80mm的带孔的型煤，是蜂窝煤的雏形。在以前还发掘出元朝用煤、木炭和花果树枝作成的取暖型煤-香饼，以及用粘土作粘结剂的手摇煤球。这证明在两千年以前中国就开始生产和使用型煤。但在1949年以前几乎没有型煤工业。1954年，中国在北京、上海等地利用国产设备建立起一批民用煤球厂。1956年，北京开始生产手工蜂窝煤。1958年，中国制造出仿日本式的蜂窝煤机，从而形成了民用型煤工业。1978年，研制成火柴点火的上点火蜂窝煤和单个燃烧的暖盒煤球。1979年初，研制成无烟煤上点火蜂窝煤。

中国的工业型煤是从1958年研制型焦开始生产的。先后研制完成4种不同型焦生产工艺，建成30多个型焦生产厂。1964年研制成化肥造气用型煤，1965～1966年先后在河北省唐山市和广东省建成化肥型煤试验厂。1968年，在北京建成年产8万t化肥型煤和机车型煤的工业生产线及1万t的型煤生产试验线。1982年研制成功无烟清洁燃烧的锅炉型煤和工业窑炉型煤。近几年来，用物理加工方法全面改变型煤性质，以满足专门用户的要求，研制出可固硫和改善热变形特性，燃烧时定向开花的工业锅炉和工业窑炉用型煤。并正向着高效、洁净、可控等方面发展。1

成型机理煤炭成型时，粘结剂与煤粒之间的作用是一个复杂的物理化学过程。不仅与粘结剂和煤炭本身的性质、结构有关，而且和成型条件密切相关。由于煤具有以非极性表面为主，煤表面有一定粗糙度和孔隙、润湿性差且疏水性强、成型颗粒粒度小、有可塑性和弹性等主要物性，成型时可利用煤本身的粘结性或外加粘结剂，采用适宜的成型粒度、水分在一定的压力作用下，克服煤的弹性，使煤粒之间互相靠近，产生塑性变形，并被此粘结成型。

成型意义粉煤成型能把低效、非洁净原煤转化为高效、洁净能源;扩大化工原料煤来源;合理利用劣质燃料;促进相关工业技术革新，型煤炼焦是粉煤成型工业的重要发展。

成型工艺成型原料性质不同，成型时需要采用不同的成型工艺。煤炭成型按成型的工艺条件分为冷压成型、热压成型和球团法成型。如下页图所示。

冷压成型是在型煤配合料温度低于100℃的条件下成型的工艺，包括无粘结剂成型和粘结剂成型两种工艺。是粉煤成型的主要方法。型煤配合料是由粉煤、粘结剂和添加剂按比例配合成性能符合成型要求的物料。

无粘结剂成型是不用粘结剂的成型工艺，按成型压力大小可分为低压成型、中压成型和高压成型。成型压力小于50MPa的成型叫低压成型，主要用于生产无烟煤湿煤棒作合成氨原料，也用于含泥页岩的煤成型，这种成型方法未获广泛应用; 成型压力为 50～100MPa的成型叫中压成型，主要供无烟煤和泥炭配料成型，但型煤强度较低;成型压力大于100MPa的成型叫高压成型，主要用于年轻褐煤或中年褐煤的成型，是成熟的成型方法。粘结剂成型是在成型过程中外加粘结剂等添加剂的成型工艺。所使用的粘结剂包括有机物粘结剂、无机物粘结剂和复合物粘结剂。包括物理成型和化学成型两种。物理成型是粘结剂在成型过程中只起粘结作用。如沥青、造纸废液或粘土作粘结剂的成型方法。化学成型是粘结剂在成型和型煤固结过程中发生化学变化而起粘结作用，为石灰碳酸化型煤的成型方法。

热压成型是利用型煤配合料在高速加热到大量形成胶质体的温度，胶质体作粘结剂，在出现塑性变形时以胶质体作粘结剂加压成型的工艺。这种成型方法多用来生产型焦。

球团法成型是在粘结剂和水的作用下，型煤配合料无需加压力，在圆盘式或滚筒式球团成型机中滚动成型。成型产品是球团。该法用得不多。

成型参数主要有成型压力、加压条件、成型水分、型煤配合料粒度和粘结剂用量等。

成型压力成型压力越大，颗粒排列越紧密，分子内聚力越大，型煤强度越高，但压力过高，颗粒将被压碎，颗粒总表面积增加而相对接触面积减小，型煤强度反而降低。对于无粘结剂成型，煤化程度低褐煤的成型压力为100～150MPa，煤化程度高褐煤的成型压力为160～200MPa。对于粘结剂成型，烟煤和无烟煤的成型压力为5～30MPa。

加压条件包括加压方式和加压时间。加压方式有单向加压和双向加压两种。单向加压的型煤上下两面的密度不同，厚度不能太大;双向加压不受此限。在型煤弹性变形阶段使压力维持一段时间，可使弹性变形转化为塑性变形，故加压不宜过快，否则型煤可能破碎。

成型水分指型煤配合料的全部水分，包括煤料的水分、粘结剂等添加剂的水分及成型过程加入的水分。型煤配合料水分因煤种、成型压力和配合料粒度而异，一般为8%～18%。

型煤配合料粒度成型过程是物料颗粒表面相互作用的过程。最适宜的粒度是保证颗粒接触最紧密，大小相间，有利于物料密集。

粘结剂用量成型过程中所用的粘结剂一般分固态和液态两种。固态粘结剂应与煤料均匀混合，液态粘结剂不仅要在煤料颗粒表面上形成薄膜，而且还要尽可能填满颗粒间的全部空隙。粘结剂用量取决于粘结剂和成型物料本身性质，也取决于配料、搅拌方式和对型煤质量要求。通常有机粘结剂用量是7%～12%;无机粘结剂中粘土用量为8%～12%，石灰为20%左右。2

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学