CN1250079A - 高效率低污染燃料煤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

涉及一种煤的高效率低污染利用。原煤经筛分、破碎、粉屑成型和混合,得到粒度范围d< x₁的煤粉屑和d=x₁—x₂的细粒煤;另在成型时进行固硫预处理和改性处理,在煤粉屑中加入脱硫剂、粘结剂、调性剂、减水剂、速凝剂、活化剂、抗冻剂、防爆剂等掺加剂和掺烧煤,经分段多级按次序搅拌混和挤压成型,得到型煤以及型混煤。无粉屑、固硫改性的细粒煤、型煤和型混煤为高效率低污染燃料煤,适于层燃炉和沸腾炉。达到节能、高效、低污染的目的。

Description

高效率低污染燃料煤及其制造方法

本发明涉及一种煤的高效率低污染利用，包括工业燃料煤：细粒煤、工业型煤及其制造方法和装置。

本发明是一种适用于层式燃烧炉窑和沸腾燃烧炉的新型燃料煤及其制造方法。如未经说明，本发明专利申请文件所称的燃烧炉和燃料煤均指上述炉窑及其用煤。

煤占我国一次能源约70％，年消费11亿吨以上，其中工业锅炉用煤约占1/3。全国现有工业锅炉近50万台，绝大部分为层燃锅炉和沸腾燃烧炉，如果包括层燃式动力锅炉、煤气发生炉，篦式工业炉窑，年耗煤在4亿吨以上，另加民用蜂窝煤，则本发明函盖的燃料煤总计约7亿吨。

我国燃料煤利用率很低，烟尘污染严重。权威部门指出：“我国工业锅炉热效率比发达国家约低20％”，“工业锅炉烟尘污染严重，炉渣含碳量超过国家标准要求8％以上”，“工业锅炉鉴定热效率达80％，但实际运行热效率不高”，“多年来国家花费大量人力、物力，进行这方面的研究……成效不能令人满意”，等等(参考资料检索目录1)。我国工业锅炉的设计和制造方针是：“以多品种适应多煤种”，力量集中在燃烧技术和燃烧设备的改进上，事倍功半。而煤碳行业在长期计划经济和卖方市场条件下，燃料煤供应是“挖啥卖啥”，迄今未行变革。致使我国工业锅炉热效率至今还停留在60～65％低水平，其中，无烟煤炉和小型炉热效率甚至低于60％。如以75％为合理热效率，则单工业锅炉一项，每年浪费煤碳就达7000万吨，价值近200亿元。

以燃料煤消费7亿吨，平均含硫量1％计，每年排放SO₂酸气达1400万吨，成为我国最大的空气污染源。我国燃烧炉数量极大，分布广而散，烟气脱硫技术虽已成熟，但投资大，运行费用高，除煤气发生炉附设烟气脱硫装置外，绝大多数的炉窑根本没有能力使用该技术，民用煤脱硫更是一片空白。致使酸雨公害日趋严重。国家近已决定开征SO₂排放费和关停高硫煤矿，可见燃料煤酸气污染为害之烈。

<一>煤碳品种及现有燃料煤性状

1、煤碳粒度品种：原煤经筛分加工，按粒度(即筛孔尺寸)范围分为三大类，共12个品种，设粒径为d^mm。其中块煤类7个品种，d＞13^mm；粒煤类1个品种，d＝6～13^mm；粉混煤类4个品种，d＝0～X^mm，即：

1)粉煤：d＝0～6^mm       2)末煤：d＝0～13^mm

3)混末煤：d＝0～25^mm    4)混煤：d＝0～50或0～100^mm

大多数中、小型煤矿只进行简单选块，均以混煤统售。

2、煤碳煤质品种：按煤的可燃基挥发份V^r(％)和胶质层厚度Y(mm)分为三个系列十大类，即：无烟煤；烟煤(含八大类)和褐煤。

烟煤、褐煤的V^r高，燃烧性能好。Y值代表煤的焦结性，当Y值太高时，将影响其燃烧性能。无烟煤(V^r≤10％，Y＝0)是不易燃烧煤种。

3、现有燃料煤性状及燃烧炉最佳工况的燃料要求

1)层燃锅炉(其中70％为链条炉)：现燃用d＝0～40^mm的混煤，要求其中d＝0～6^mm的粉屑比例小于55％。最佳工况要求：d＝8±2～20±5^mm，(无烟煤取小值)，则可基本消除飞灰、漏煤和渣包碳现象，并保证煤层有良好的透气性和足够的燃烧反应比表面积，使机械不完全燃烧损失q₄下降7％，节煤10％以上。

2)沸腾燃烧炉：现燃用d＝0～8±2^mm，原煤需经筛分破碎加工才能满足要求，一般均由用户自行加工。沸腾炉可稳定燃用任何劣质煤，对于可稳定在流化床的颗粒，燃烧效率可达98％以上，沸腾炉的q₄热损失几乎集中在飞灰损失上。所以，最佳粒度范围是：d＝1～8±2^mm。选择d_min≈1^mm，则可消除全部的原发性飞灰和大部分烧缩性飞灰，使飞灰量减少80％以上，节煤20％以上。

3)煤气发生炉：现燃用块煤、块焦或机制型煤(主要是石灰碳化煤球)。

4)其他篦式工业炉：现燃用混煤或块煤。

5)家用炉：以粉煤、末煤掺加20％以上粘土制成蜂窝煤。固体垃圾量很大。

(煤的分类及燃料煤性状参考：参考资料检索目录2，P3、12；目录3，P13；目录4，P13、203)

粉混煤是主要的燃料煤，其粒度范围d＝0～X^mm，即煤中含有粉屑，对不同燃烧炉，粉屑的粒度范围是不同的，即粉屑的最大粒径是不同的。例如，对于沸腾炉，粉屑粒度为d＝0～(0.5～1.0)^mm；对于层燃锅炉，则粉屑粒度为d＝0～6^mm。我国原煤的粉屑含量比例很大，一般：d＝0～0.5^mm的份额比例为20～35％；d＝0～6^mm的份额比例为50～60％。对于沸腾炉用煤，经破碎加工后粉屑含量更大。

<二>燃料煤粉屑含量大是燃烧炉热效率低，烟尘量大的主要原因。

1、对层燃炉：粉屑使煤层透气性差而且不均匀，工况恶化，甚至煤层“穿孔”引发局部结渣和加大空气过剩系数。从而增加排烟热损失q₂；加大化学不完全燃烧损失q₃；d＝0～6^mm的粉屑是飞灰、漏煤的源头，使机械不完全燃烧损失q₄增大。

2、对沸腾炉：d＝0～0.5^mm的粉屑不能稳定在流化床中燃烧，全部成为飞灰。d＝0.5～1.0^mm的粉屑因烧缩而成为次生性飞灰，另尚有热爆性次生飞灰。次生飞灰约占总灰量的10％(参考资料检索目录4，P203)，其中烧缩性飞灰可燃物含量低，对热效率影响较小。可见，煤粉屑是沸腾炉飞灰的主要源头。为解决飞灰热损失问题，我国经三十多年努力，虽形成一套技术措施，亦有成效，但在普遍推广中，效果不佳。而且，这些技术措施无不使炉体庞大化，结构复杂化，增加了建设投资和炉体散热损失q₅。

<三>挥发份太低，焦结性太强，固定碳活性差的煤种用于层燃炉，燃烧效率都很低。现有技术的对付措施只是炉前掺混烟煤或浇水以求改善。

<四>燃料煤在装、运、卸、储作业的损耗约为2～3％，粉尘污染扩散到煤利用的全过程。

<五>燃料煤脱硫预处理的现有技术

以燃料煤脱硫预处理解决沸腾炉烟气脱硫的应用技术已在国外推广，其技术方案要点是：(1)以富含CaO的矿石(如石灰石、白云石)作脱硫剂，加工成粒径d＝0～3^mm的粉粒，与煤一起入炉；(2)设置回收***，捕集未充分利用的矿石粉，循环回收利用。一般要求Ca/S当量比不小于2。由于矿石比重大，所以脱硫剂在燃料中的体积份额比例一般低于2％，使该技术不能适用于层燃炉。该技术可使沸腾炉烟气脱硫率达95％以上，我国亦有研究试验成果，但未推广(参考资料检索目录5，P6～7、11～13、39～41)。

层燃炉用粉混煤脱硫预处理技术至今尚是一项空白。

<六>煤气发生炉用型煤的技术现状

主要品种有：石灰碳化煤球、纸浆黑液煤球、水泥煤球、粘土煤棒、清水煤棒等。只有石灰碳化煤球获得普遍推广，但它也存在重大缺陷，主要有：

1、石灰用量很大，一般掺加比例高于20％，劣质煤甚至超过30％，致使煤球固定碳含量大幅度下降，影响设备制气能力，增加了成本。其原因是石灰对煤的灰熔点影响极大，并且呈“马鞍形”曲线，当石灰加入量满足煤球强度要求时，灰熔点却处于谷底区，必须继续增加石灰用量，才可逐步提高灰熔点。(参考资料检索目录6，P128～132)而灰熔点对制气工艺是至关重要的技术指标。

2、灰熔点较低，一般软化温度T₂＝1250～1300℃，为制气工艺要求的低限，限制了炉温，降低设备的热效率。

3、制造工艺流程长，比较复杂。以石灰为粘结剂，成型后需通入CO₂将Ca(OH)₂还原为CaCO₃，因而加工能耗大，成本高。而且不适于连续化大规模生产。

本发明的目的旨在：

从煤和煤碳企业两个源头上消除现有燃料煤的缺陷。实现燃料煤的高效率燃烧，降低SO₂酸气污染和烟尘污染；实现煤的合理利用，降低煤在装、运、卸、储的作业损耗和减少粉尘污染面。即达到煤利用全过程的高效率、低污染。

为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案说明如下。

<一>技术方案概述

根据煤质特性，高效率燃烧工艺要求和市场燃料煤品种需求，依照“优质优用、低质适用、难燃改性”的合理用煤原则，原煤经筛分、破碎、粉屑成型和混合，得到粒度范围为d＝0～X₁ ^mm的煤粉屑和粒度范围为d＝X₁～X₂的粒煤，其中适用于沸腾炉用的称为细粒煤，适用于层燃炉用的称为粗粒煤。

在煤粉屑成型时进行脱硫预处理和必要的改性处理。即在煤粉屑中加入一定比例的脱硫剂、粘结剂、调性剂、减水剂、速疑剂、活化剂、抗冻剂、防爆剂等掺加剂和掺烧煤，经分段多级按序的连续搅拌混和后，挤压成型，得到的产品称为型煤。其中适用于层燃锅炉和沸腾炉的称为普通型煤；适用于煤气发生炉等需要高强度优质块状燃料炉窑的称为气化型煤；只进行预脱硫处理，经搅拌成团粒状的半成品称为民用料煤。

不同规格或粒度配级的普通型煤分别与粗、细粒煤混合后得到的产品称为型混煤。用于层燃炉的型混煤中，型煤份额比例应大于20％；用于沸腾炉的型混煤中，型煤比例应大于5％，以保证脱硫效率。当使用细粒煤为沸腾炉燃料时，则应按脱硫要求掺加富含CaO的矿石作脱硫剂。

细粒煤、型煤、型混煤和民用料煤便是本发明所称的高效率低污染燃料煤。它的主要特征是：无粉屑、预脱硫、粒度范围和配级合理，改善燃烧性能。

使用消石灰粉——Ca(OH)₂作脱硫剂，并兼作型煤粘结剂是本发明的重要技术特征：型煤制造技术是本发明的关键。

<二>Ca(OH)₂脱硫机理、优点及计算。

1、机理：

煤中硫份有三种状态：挥发硫、可燃硫(多为硫化铁)和固定硫，固定硫以硫酸盐存在，燃烧后残存于炉渣。硫是一种极活泼的元素，常温下可升华，熔点低于120℃，燃点低于262℃，化学活性强于C、CO和烷烃类气体(煤的挥发份)。煤受热时，挥发硫柝出氧化，生成SO₂及微量SO₃，温度提高后，可燃硫分解柝出氧化。Ca(OH)₂是一种碱性物，在常温下即可与SO₂酸气发生中和反应。温度升高，反应加快，到580℃，Ca(OH)₂分解为CaO和H₂O，CaO继续发生脱硫反应。反应式为：

； ； ；

生成的亚硫酸钙CaSO₃在高温条件下进一步被氧化为CaSO₄，硫酸钙是一种稳定的无害盐类，；固附在炉渣中，硫酸钙有很好的凝结性能，利于炉渣综合利用。

2、优点：与使用石灰石——CaCO₃作脱硫剂相比较，本发明有如下优越性。

1)脱硫反应比表面积大，提高了反应速度和脱硫剂利用率。

脱硫反应是一种气——固异相反应，发生在固体表面上，故反应速度与固体总表面积成正相关。对一定量的固体，其总表面积与比表面积(M²/Kg)成正相关，比表面积与固体颗粒平均直径平方成反比。Ca(OH)₂呈自然分散微粉状，粒径为微米级，而CaCO₃系矿石粉粒，平均粒径为毫米级，故两者比表面积之差在千倍以上。同时，Ca(OH)₂微粉均匀地分布在型煤中，对于层燃炉用型混煤中的型煤比例高达20％以上，故脱硫反应机率大大增加。

2)脱硫反应温度范围大，活性强，反应附产物水蒸汽可改善燃烧工况。

如上述，Ca(OH)₂是碱性物，在常温下即可与酸气发生反应。相比之下，CaCO₃是中性盐，在825℃分解为CaO和CO₂，CaO才强烈发挥脱硫作用。Ca(OH)₂低温脱硫特性对于层燃炉意义重大，一般层燃锅炉，如链条炉等，煤层都有一个预热点火区，温度低，但挥发性硫份却在此集中析出，Ca(OH)₂可以保证同步脱硫。另一方面Ca(OH)₂反应附产物是水蒸汽，水蒸汽对碳的还原反应活性是CO₂的三倍，又是CO、烷烃类气体的氧化反应催化剂，可以改善燃烧工况，降低化学不完全燃烧损失并加速碳的燃烧。(下文另专述)

3)Ca(OH)₂是一种优秀的粘结剂，并具有滑润，增塑的作用，利于成型工艺。

3、Ca(OH)₂掺加量的计算：分子量：S——32；Ca——40

设：以煤粉屑量为100％；Ca/S的当量比为r；

煤含硫量为S％；消石灰含钙量为Ca％；型煤在型混煤中比例为Y％。则：

说明：1)当量比r的确定：普通型煤：r＝1.2～1.5；民用料煤：r＝1.5～2(高含硫选高值)气化型煤：r＝0.5～0.8选r较小值是因为煤气发生炉的主反应是气化反应，生成的硫化物H₂S，不能以CaO脱除。同时，CaO会降低灰熔点，有不利影响。

2)当煤中含有CaO时，可将视为固有脱硫剂，计算时可予相应扣减。

<三>型煤制造技术要领

1、型煤技术要求

1)冷态机械强度：满足装、运、卸、储作业要求，以破碎率k表示，即一定量的型煤自2m高自由跌落在硬质面上，产生破碎性粉屑的比例。对普通型煤：粉屑d＝0～0.5^mm；对气化型煤：粉屑d＝0～10^mm。要求：普通型煤：k＜5％；气化型煤：k＜10％，单球抗压强度＞5MPa。

2)抗水性：水浸不散烂。

3)满足燃料煤的预脱硫要求。

4)热稳定性：

a、灰熔点T₂：气化型煤T₂＞1350℃；普通型煤T₂降低率小于10％。

b、热强度：在1000℃条件下；普通型煤不粉化，可烧结；气化型煤：单球强度＞1MPa。

5)具备冷凝性和速凝性：室温下凝结，在3～5分钟内完成初、终凝。

6)掺加剂无毒、易得，燃烧时不发生附加污染。

2、掺加剂配方设计：配方表列如表1。

掺加剂技术是根据煤的燃烧学特性，型煤技术要求和不同燃烧炉工艺条件，在水泥混凝土外加剂成熟工艺(参考资料检索目录7)和不定型耐火材料新技术(参考资料检索目录8，第3、4、7、8、11章)的基础上，综合发展而成的。

1)消石灰粉：掺加量计算如上文所述，石灰应特别注意充分消化，以防止生石灰成份混入型煤引发爆裂。

2)水泥：高性能的冷凝式粘结剂，保证型煤有良好的抗水性和冷态强度。高铝水泥(即矾土水泥)还是优秀耐火材料，可提高煤的灰熔点，但价格高，只用于气化型煤。

3)软质生粘土粉：粘结剂和煤质调性剂。

对于型煤制造技术，软质粘土的化学成份、细度、可塑性、烧结性和耐火度有重要意义。一般说来，普通型煤可选用普通粘土，对于沸腾炉用煤则应选择烧结性好，烧结温度低的普通粘土，以提高型煤的热稳定性和热耐磨耐冲刷性，以适应炉料颗粒强烈运动的特殊工况；对灰熔点偏低的层燃炉用煤，则应选择耐火温度较高的粘土。

气化型煤必须使用耐火级软粘土，要求：Al₂O₃＞28％，Fe₂O₃＜2％，耐火温度大于1700℃，细度：d＜5μm占50％以上。

4)水用量及水蒸汽在煤燃烧中的意义。

燃烧学研究表明(参考资料检索目录9，P7～14、123～159)，适量水蒸汽存在对改善燃烧炉工况有重大意义：(1)水蒸汽是CO和烷烃类气体的燃烧催化剂。烟气中水蒸汽含量与CO氧化速度成正比。当烟气中的“水碳比”(碳系可燃气体的总碳)达到一定值时，才可以保证可燃性气体不会发生歧化降解反应，防止“析碳”，即冒黑烟现象，降低化学不完全燃烧损失。烟煤炉常采取蒸汽二次风或炉前煤浇水，即源于此；(2)碳的燃烬从某种意义讲，是依靠还原反应完成的，炉内的还原反应物主要有CO₂和H₂O，但水的分子量小，故其反应活性强，是CO₂的3倍。由于原煤

                         表1型煤掺加剂配方表

品  种	作  用	普通型煤		气化型煤		注
							要  求	用  量	要  求	用  量
		消石灰粉	脱硫、粘结、增塑、润滑、活化、促凝	充分消化、松散细度：100目	计算						同左	计算
水泥	粘结、冷凝、抗水					425#及以上普通型	占煤粉1～2％	525#高铝水泥	占煤粉1～2％
		软质生粘土粉	粘结、增塑、润滑、烧结、调节T、降低焦结	普通或耐火级细度：100目，干散	占煤粉3～6％						高铝低铁耐火级，细度：100目，干散	占煤粉3～5％
水	结合剂、改善工况					PH＞4天然净水或工业用水	满足成型工艺	同左	同左
		水泥减水剂	分散、润滑、润湿、增塑、减水、提高强度	普通型	占水泥+粘土0.4～1.0％						高效型	同左	参照产品说明书
水泥速凝剂	速凝、提高早期强度					初凝：2～3min终凝：4～5min	占水泥2～4％	同左	同左	参照产品说明书
		抗冻剂	抗冻结	选用定型产品	按说明书						同左	同左
工业NaCl	碳活化剂、抗冻、促凝					只用于VT极低的层燃炉用无烟煤	占煤粉0.1～0.3％
		防爆剂	防止高温爆裂								聚苯乙烯短纤维纸浆纤维	占水泥1～2％	愈细愈佳
水泥分离剂	防止型煤凝结前沾粘					选用定型产品	微量喷加

中的水份大部份是外在水份，在预热干燥阶段便迅速散发，而型煤中含有水泥结晶水、吸附水和Ca(OH)₂的化学潜水，其解吸析出或分解散发温度在200～600℃，几乎与挥发份析出同步，可有效抑制挥发份的过度集中析出，部分水蒸汽还可通过灼热碳区而加速碳的还原反应。因而，在保证成型工艺条件下，有目的地提高型煤含水量是最为经济的技术措施。

5)水泥减水剂：对水泥、粘土、煤粉屑都有分散、润滑、润湿、增塑的作用，是保证搅拌、混合、成型工艺的最重要助剂。同时，它还有提高水泥强度(20～50％)或减少水泥用量、减少加水重的作用。减水剂品种很多，分为普通型和高效型，已有国家标准，应按产品说明书选用，计算用重时，应以水泥和粘土的数量为基准。

6)水泥速凝剂：可保证型煤在3～5分钟内实现初凝、终凝，是本发明适用于集中化加工，规模化经营的必要条件。

7)关于煤的燃烧活性和碳的燃烧活化剂：煤的可燃基包括挥发份V^r和国定碳C^r。V^r值越高，煤的燃烧活性越好，燃用V^r＜5％的低挥发份无烟煤层燃锅炉，热效率极低，必须进行掺烧处理，使型煤V^r≥10％。一般选用V^r＞35％的高挥发份烟煤为掺烧煤。

固定碳以结晶形式存在，燃烧活性很弱，在挥发份很低时，着火难、燃烧慢。当煤灰份含有K、Na、Ca、Fe、Mn、Ni等元素的氧化物或盐类时，这些物质在高温条件下，会扭曲固定碳的晶格，提高C的氧化、还原活性，加速C的燃烧，其中尤以K、Na化合物功效最强。因而，选择工业NaCl作为无烟煤活化剂(只用于层燃炉型煤)。(参考资料检索目录9，P137～138)

8)抗冻剂只用于冰冻气温条件；防爆剂的使用是为了提高气化型煤质量；水泥隔离剂使用于普通型煤成型后，防止沾粘用。

9)必须注意掺加剂对灰熔点的影响：煤的灰熔点因煤而异，变化幅度很大，其软化温度T₂，低的仅1000℃，高的在1500℃以上。一般说来，K、Na、Ca、Fe等元素会降低灰熔点，而Al₂O₃和SiO₂含量提高，会提高灰熔点。灰熔点指标对气化型煤是至关重要的，掺加剂中有些是Na、Ca剂，应尽可能避免使用，并选用高铝粘土，通过实验，使气化型煤T₂＞1450℃，将使煤气发生炉的热效率和生产率获得重大突破。

10)某些掺加剂之间有相互抑制的作用，例如：钙离子会抑制钠离子型减水剂的功效，因而掺加剂工艺含有掺加程序设计，必须分段多级掺混搅拌。

11)某些掺加剂是一剂多功能的(如表1所示)，具有互相替代作用，例如：当石灰用量较大时，可减少粘土用量。

12)煤粉屑本身的可塑性对成型工艺有较大影响，从而影响了粘结剂的配比。因而，掺加剂配方设计是在煤质分析、掺加剂选择和实验选优的条件下确定的。

3、型煤制造工艺设计要点：

工艺流程简图，如附图1(以无烟煤为例)。

说明：

1)加料工序：

a、加料设备均应是可计量的，连续可调的。

b、水溶性掺加剂应配制为水溶剂，80％以上用水量应用于配制减水剂。溶剂喷头采用膜式或雾式的。

c、加料次序应按掺加剂配方设计程序安排。

2)混合搅拌工序：掺加剂用量小，有的仅万分之几，实现物料充分、均匀、连续混合是保证型煤质量的关键。因而采用预混、稀释、分段、多级等多种措施。一般主流程应有：一级干混、二、三级湿混，各级搅拌机械应保证物料搅拌行程时间不少于2分钟。

3)成型工序：采用挤压成型工艺。

a、型煤粒度设计：设型煤断面尺寸为a×b^mm，长度为1^mm。

则：层燃炉用煤：a＝8～10；b＝15～20；1＝30～40；无烟煤取下限。

    沸腾炉用煤：a＝b；1＝5～8。a值至少应有3种规格，对应开孔率为φ。即：a₁＝2，φ₁≈50％；a₂＝2.5，φ₂≈30％；a₃＝3，φ₃≈20％。以保证燃料粒度有合理的配级。

气化型煤：已有定型煤球机，球当量直径约为25^mm。

b、速凝工艺：应保证物料挤压成型后初凝，型煤入仓前终凝，即型煤在输送带上完成初、终凝，型煤输送带线速度应连续可调。

c、成型机速度应连续可调，保证***物料平衡。

d、防沾粘措施：普通型煤需在成型机出料口喷施水泥隔离剂。

e、型混煤生产：粒煤按比例连续加到型煤输送带上，一起入仓。

f、型煤养护：室温24小时，气化型煤另加烘干工序。

4、主设备选择和特殊技术要求：

1)搅拌机：连续加料式，本流程图选用双轴搅拌机。与物料接触的机件表面应防腐耐磨，机身应开设可安全快速启闭的取样口、卸料口。

2)成型机：普通型煤采用螺旋挤出机或辊式压粒机，气化型煤采用辊式压球机(已有定型产品)。其耐磨防腐及开设料口的要求和搅拌机要求相同。

螺旋挤出机是现有粘土螺旋挤出制砖机的修改型，设计修改要点是：

a、机壳各段应以法兰联接。

b、挤出线速度控制在8～15cm/S，挤出口设有同步切分器。

c、挤出口开孔：以带有锐角状的纵、横切刀，互相嵌装成栅格状挤出头，以法兰联接在挤出段出口处，以便随时更换。通过不同的栅格尺寸获得所需型煤规格。

与已有的洁净燃料煤技术相比，本发明具有如下的优点。

<一>“煤改”可行性

1、技术可行性：技术方案涵盖面达我国煤产量的60％，可适应煤质和产品需求的任何变化、简单易行，利于集中化加工、社会化服务和煤的合理利用；设备大多为定型或通用产品；工艺可靠；掺加剂易得、无毒，不发生附加污染。

2、经济可行性：“煤改”兼有节能和环保双重意义，而且技改资金投入少，估计百万吨/年级加工***投资为10元/吨，十万吨/年级为20元/吨。而且加工成本低，型混煤约10元/吨，气化型煤约30元/吨，民用料煤约5元/吨。(参见本文七、应用例举)故产品具有强大竞争力。

<二>用煤企业及社会经济效益大。

煤经除粉造粒、改性并实现最佳粒度范围及配级，可普遍提高燃烧效率10～20％，集中化加工可减少作业损耗2％，并保证煤的合理利用，故综合节煤率将在20％以上。单以工业锅炉计，年节煤约7000万吨，值近200亿元，其中1/3可返还给用煤企业。同时，节煤及减污无需用户自行投资；运营费用减少；除尘器降低负荷，省水节电；产品呈“砂砾状”，透水性好，不怕风雨，可露天堆放。可以说，对用户有百利而无一害，对社会经济效益极大。

<三>解决我国工业炉窑及民用炉灶污染问题的根本途径。

1、如前文所述，烟气脱硫技术对中、小型炉窑和民用炉灶在经济上是绝对不可行的。因而燃料煤脱硫预处理便成为唯一途径。而且，本发明的集中脱硫预处理对用户几乎是免费的。

2、脱硫附产物CaSO₄是无害盐类，并可提高炉渣的综合利用价值。同时，克服当前大量采用湿式除尘器，将SO₂转化为酸液而污染水源、土壤的严重缺陷。

3、优化家庭、城镇卫生环境，减少固体垃圾量。

<四>技术后延性：对燃料煤的改造将推动一代新型炉的诞生，实现我国燃煤工业锅炉的升级换代，并为沸腾燃烧技术(低温烧透、适应任何煤种，脱硫技术简单、低NOx排放)向大型动力炉发展提供条件。

<五>有利于从经济上扼制当前我国煤矿业存在的个体户私挖乱采和私营“鸡窝矿”。原因在于：规模过小的煤加工***在投资上是不经济的，而当前煤碳已形成买方市场，原煤统售将逐渐失去竞争力。

以下实施例将对本发明作进一步说明

煤种繁杂、需求殊异多变，本发明的应用原则是：因地制宜、统筹规划。现以一个百万吨级的无烟煤矿“煤改”规划为例说明。

<一>规模：100万吨/年，II类无烟煤，地处江南不冻区，目前以原煤统售。

<二>市场产品需求：

1、层燃锅炉用煤：40万吨以上；

2、沸腾燃烧锅炉用煤：30万吨以上；

3、小氮肥厂原料及瓷窑用煤：15万吨；

4、民用煤：15万吨以上。

<三>原料分析

1、原料煤分析：包括工业分析、元素分析、灰份成份分析及灰熔点测定，块煤热稳定性试验，煤粉屑可塑性测定和原煤筛分试验。设其主要结果如下：

1)原煤工作基固定碳C^y＝70％；含硫量S％＝0.4％

可燃基挥发份V^r＝2％；粉屑灰熔点T₂＝1350℃

2)块煤热爆性低，可满足要求，故应选取块煤。

3)原煤筛分试验及分析：列如下表：

粒径dmm	0～1	1～6	6～15	d＞15
									d＞30块煤	杂混块			合计
				破碎前	破碎后
							0～1	1～6
					组份比例％	40				20	20	5		15	3	12	100％
固定碳Cy％	73	70	68	78			62	65	61.3				平均70％

4)掺烧煤分析：设V^r＝35％(d＝0～6^mm)：S％＝2％5)消石灰粉分析：设Ca(OH)₂含量为95％，则钙含量为51.4％6)粘土分析：化学成份、可塑性、烧结温度、耐火度、细度。(四)原料煤分配及产品设计原则：优质优用，低质适用，改性利用，减少破碎加工量。1、块煤：5万吨，用于瓷窑(d＞30^mm，C^y＝78％)2、气化型煤原料：10万吨(d＝0～1，C^y＝73％)3、层燃锅炉用料：40万吨，其中：1)型煤原料：计20万吨，占型混煤比例为50％。

粉屑：15万吨(d＝0～1，C^y＝73％，V^r＝2％，S％＝0.4％)

掺烧煤：5万吨(d＝0～6，V^r＝35％，S％＝2％)

计算得型煤V^r＝10.6％2)粗粒煤：20万吨(d＝6～15mm，Cy＝68％，S％=0.4％)

则：型混煤平均含硫量S％＝0.6％4、沸腾炉用料：35万吨，其中：1)型煤用料：3万吨(d＝0～1 C^y＝65％)，占型混煤8.6％。2)细粒煤：32万吨(d＝1～6^mm，平均C^y＝66.7％)其中：a、纯筛分煤：20万吨(C^y＝70％)b、破碎筛分料：12万吨(C^y＝61.3％)5、民用料煤：15万吨(d＝0～1，C^y＝73％)<五>掺加剂配方设计及费用测算：例如表2，说明如下。1、脱硫剂用量按上文所述计算。2、水掺加量以适于成型工艺为标准，注意事项上文已述。

                 表2型煤掺加剂配方及费用测算表

品名	层燃炉用型煤						沸腾炉用型煤					气化型煤
																	规格或要求		用量％	用量Kg/T煤	单价元/Kg	金额元/T煤	规格或要求	用量％	用量Kg/T煤	单价元/Kg	金额元/T煤	规格或要求	用量％	用量Kg/T煤	单价元/Kg	金额元/T煤
	消石灰	纯  度95％		占煤3.5	35	0.20	7.00	纯度95％	占煤13.6％	136	0.2	27.20	纯  度95％	占煤0.8	8	0.20																	1.60
水泥																	普425#		占煤1.0	10	0.30	3.00	普425#	占煤1.5	15	0.30	4.50	高  铝525	占煤2	20	0.60	12.00
	粘土	黄泥		占煤2.0	20	0.05	1.00	黄泥	占煤2.5	25	0.05	0.75	耐火级	占煤4	40	0.20																	8.00
减水剂																	普通型		占水泥+土1.2	0.4	2.5	1.00	普通型	占水泥+土1.0	0.40	2.5	1.00	高效型	占水泥+土1.0	0.5	3.0	1.50
	速凝剂	红星1#		占煤2	0.2	2.5	0.50	红星1#	占水泥2	0.3	2.5	0.75	红星1#	占水泥2	0.4	2.5																	1.00
活化剂																	工  业NaCl		占煤0.2	2	0.20	0.40
	防爆剂												聚苯短纤	占水泥1.0	0.2	15																	3.0
隔离剂																	自选					0.50					1.00
	合计(元/吨煤)			13.40				34.45					27.10
型煤灰份增加率                                      6.1％																		14.6％					6.4％
							吨型煤费用                                     12.58元/吨							29.42元/吨														25.37元/吨
吨型混煤		灰份增加率3.05％，总费用6.30元/吨																	灰份增加率1.3％，总费用；2.50元/吨
							注		民用料煤：石灰加入量1.5％，黄泥加入3～5％，分散剂(减水剂)加入为粘土2％，计算得料煤掺加剂费用： 6.0元/吨。

3、沸腾炉用型混煤的型煤比例低，故其石灰用量大，已可满足粘结强度要求，粘土用量取小值，以满足烧结要求。

4、掺加剂参照现行价，水泥可采用无包装形式，以降低成本。

5、经济性分析：

1)层燃炉用型混煤费用为6.3元/吨，灰份增加率约为3％，可燃基含量下降率很低，对运输成本影响很小。

2)沸腾炉用型混煤费用仅2.5元/吨，灰份基本未增加。

3)气化型煤：原煤含碳量C^y＝73％，灰份增加率为6.8％，则煤球C^y＝68％。该原料如制石灰碳化煤球，石灰用量为20％，煤球C^y＝58％，如均折算为标准煤C^y＝84％，则费用分别为：气化型煤31.34元/吨，碳化煤球为57.93元/吨。

4)民用料煤加工：按需加入石灰及约3％生粘土粉和减水剂，一级搅拌为团粉状，作为城镇蜂窝煤厂的原料。脱硫费约6元/吨。但垃圾量可减少约50％。

6、掺加剂配方设计需经实验筛选择优。

<六>煤加工***工艺流程简述。

煤加工***由筛分破碎选块、中间煤仓(场)和型混煤制造三个部份组成。工艺流程示意图如附图2。

1、筛分破碎选块：设备负荷选配，按200吨/时，三班制作业，人工选块。

2、中间煤仓(场)：过渡性储仓，储量为1～2天产量。粉屑仓应为棚仓，煤粉入仓时同步喷水以渗湿并除尘。其余储仓为混凝土坪。

3、型混煤制造：包括4个子***，即型混煤2个，气化型煤1个，民用料煤1个。

1)型煤主设备生产能力核算(三班制，300天/年)

普通型煤：23万吨/年→32T/H→16T/台·H

气化型煤：10万吨/年→14T/台·H

选择：双轴搅拌机负荷能力：25T/H(非标，共10台)

      螺旋挤出成型机负荷能力：25T/H(非标，共2台)

      辊式煤球机负荷能力：20T/H(定型，1台)

2)螺旋挤出机的挤出头设计如上文所述，普通型混煤生产线可以为不同品种产品所用。

4、成品仓、气化型煤烘干、生产监控、***除尘等，略。<七>主设备目录及“煤改”投资概算：如下表，不包括土地使用费。***         名称         规格             数量    单价     金额    装机

                                            (万元/台)  (万元)   (KW)1、筛分破碎  上煤机械     履带推土机        3      4.5       14

         给煤机       振动给料机        1      5         5        5

         三层筛       振动式200T/H      1      10        10       5

         破碎机       颚式400×300      1      5         5        30

         破碎机       辊式4PG           1      15        15       30

         双层筛       振动式20T/H       1      3         3        1

         皮带运输机                     10               50       30

         其他                                            18

         小计                                            120      1002、中间仓    出料、上料机 装载机ZL-50       4      32        128

         其他                                            12

         小计                                            1403、型混煤***给料机       圆盘式、各种规格  20               30       40

         主搅拌机     双轴式            10     10        100      170

         预混机       双轴式            3      5         15       5

         成型机       螺旋挤出式        2      10        20       44

         成型机       辊式压球机        1      15        15       30

         皮带机等                                        40       10

         小计                                            220      300    设备费合计              480万元          装机容量：400KW建筑工程费              200万元水、电、生控、除尘等    100万元安装工程费              120万元其他                    100万元投资总额：约1000万元生产能力：100～150万吨/年。故“煤改”投资约为：10元/吨。附图图号说明如下：1圆盘喂料机    9三层筛     17粉煤棚2皮带输送机    10选块煤    18细粒煤场3双轴搅拌机    11破碎机    19块煤场4双轴搅拌机    12双层筛    20、21普通型煤加工线5双轴搅拌机    13破碎机    22气化型煤加工线6螺旋挤出机    14粗粒煤    23民用料煤加工线7皮带输送机    15烟煤棚8地坑式煤斗    16粉煤棚

Claims (5)

1.一种适用于燃用现有粒度范围为0～Xmm粉混煤的层式燃烧炉和沸腾燃烧炉的无粉屑、预脱硫燃料煤，它是根据煤质特性、高效率燃烧工艺要求和市场燃料煤品种需求，依照“优质优用、低质适用、难燃改性”的用煤原则，通过筛分、破碎、粉屑成型和混合，并在粉屑成型时进行脱硫处理和必要的改性处理，将粉混煤或原煤改造成为粒度范围为X₁～X₂mm的细粒煤、型煤和型混煤等品种的高效率低污染燃料煤，其特征是：

第一，不含粉屑，具备满足燃烧炉最佳工况要求的粒度范围：即消除了造成飞灰损失和漏煤损失的粒径d＜X₁mm的煤粉屑；消除了导致灰渣包碳损失的粒径d＞X₂mm的大块煤；

第二，型煤同时具备脱硫剂的作用，燃烧时发生脱硫反应，生成稳定无害的硫酸盐固附在灰渣中；

第三，具备良好的抗水性、透水性和足够的冷、热态强度；

第四，不易燃烧的煤种获得改善。

从而实现燃料煤的高效率燃烧，降低SO₂酸气污染和烟尘污染；实现煤的合理利用，降低煤在装、运、卸、储的作业损耗，减少煤粉尘的污染面，达到煤利用全过程的高效率、低污染的目的。

2.根据权利要求1所述的无粉屑、预脱硫和改性燃料煤，其特征是适用于沸腾燃烧炉的细粒煤掺混一定比例的矿石(如石灰石、白云石)脱硫剂，制成的产品。

3.一种煤粉屑制造预脱硫型煤的方法，它是根据煤质特性、型煤品质技术要求和规模化加工技术经济性，在煤粉屑中加入一定比例的脱硫剂；粘结剂；分散、增强、增塑、滑润、润湿剂；速凝剂；抗冻剂；防爆剂和碳的燃烧活化剂等掺加剂和掺烧煤，经过按序加料，充分连续搅拌混合后，挤压成型。掺加剂配方是型煤制造的核心技术，其特征是：

第一，使用消石灰粉——Ca(OH)₂作脱硫剂，并兼有粘结、增塑、滑润和提高碳燃烧活性的功能；

第二，使用微量水泥作冷凝式粘结剂，使型煤在温条件下凝结，并获得抗水性和冷态强度；使用水泥减水剂，利用其对水泥、粘土、煤微粉的分散、增塑、滑润、润湿功能，改善成型工艺条件，并提高水泥强度，减少水泥用量和加水量；使用水泥速凝剂，保证型煤在5分钟以内完成终凝，保证型煤制造及型混煤加工同步进行，以适应大规模生产连续作业的技术经济性；使用抗冻剂，以适应冰冻气候；

第三，使用软质生粘土作粘结剂和煤质调性剂。利用软质粘土的烧结性，增强型煤的热稳定性和热耐冲刷性；利用高铝低铁耐火软质粘土的高耐火度，提高型煤灰熔点；

第四，使用钾、钠的氧化物或盐类作为用于层燃炉无烟煤的燃烧活化剂，

从而保证型煤品质及制造技术可以适应不同煤质和燃烧炉工艺要求，并满足集中化加工、规模化生产、低成本运营的技术经济性。

4.根据权利要求3的“掺加剂配方”，其特征是：一种适用于煤气发生炉等的高灰熔点，高热稳定性、高强度、低灰份的气化型煤掺加剂配方是：高铝水泥(即矾土水泥)；高耐火度软质生粘土；高效型水泥减水剂；水泥速凝剂，有机短纤维防爆剂和低限用量的消石灰粉脱硫剂。

5.根据权利要求3的“掺加剂配方”，其特征是：一种适用于民用蜂窝煤的半成品料煤，简称民用料煤的掺加剂配方是：消石灰粉脱硫剂，普通软质生粘土粉和减水剂。