專利名稱：高效率低污染燃料煤及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤的高效率低污染利用，包括工業(yè)燃料煤細粒煤、工業(yè)型煤及其制造方法和裝置。
本發(fā)明是一種適用于層式燃燒爐窯和沸騰燃燒爐的新型燃料煤及其制造方法。如未經(jīng)說明，本發(fā)明專利申請文件所稱的燃燒爐和燃料煤均指上述爐窯及其用煤。
煤占我國一次能源約70％，年消費11億噸以上，其中工業(yè)鍋爐用煤約占1/3。全國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐近50萬臺，絕大部分為層燃鍋爐和沸騰燃燒爐，如果包括層燃式動力鍋爐、煤氣發(fā)生爐，篦式工業(yè)爐窯，年耗煤在4億噸以上，另加民用蜂窩煤，則本發(fā)明函蓋的燃料煤總計約7億噸。
我國燃料煤利用率很低，煙塵污染嚴重。權威部門指出“我國工業(yè)鍋爐熱效率比發(fā)達國家約低20％”，“工業(yè)鍋爐煙塵污染嚴重，爐渣含碳量超過國家標準要求8％以上”，“工業(yè)鍋爐鑒定熱效率達80％，但實際運行熱效率不高”，“多年來國家花費大量人力、物力，進行這方面的研究……成效不能令人滿意”，等等(參考資料檢索目錄1)。我國工業(yè)鍋爐的設計和制造方針是“以多品種適應多煤種”，力量集中在燃燒技術和燃燒設備的改進上，事倍功半。而煤碳行業(yè)在長期計劃經(jīng)濟和賣方市場條件下，燃料煤供應是“挖啥賣啥”，迄今未行變革。致使我國工業(yè)鍋爐熱效率至今還停留在60～65％低水平，其中，無煙煤爐和小型爐熱效率甚至低于60％。如以75％為合理熱效率，則單工業(yè)鍋爐一項，每年浪費煤碳就達7000萬噸，價值近200億元。
以燃料煤消費7億噸，平均含硫量1％計，每年排放SO2酸氣達1400萬噸，成為我國最大的空氣污染源。我國燃燒爐數(shù)量極大，分布廣而散，煙氣脫硫技術雖已成熟，但投資大，運行費用高，除煤氣發(fā)生爐附設煙氣脫硫裝置外，絕大多數(shù)的爐窯根本沒有能力使用該技術，民用煤脫硫更是一片空白。致使酸雨公害日趨嚴重。國家近已決定開征SO2排放費和關停高硫煤礦，可見燃料煤酸氣污染為害之烈。
<一>煤碳品種及現(xiàn)有燃料煤性狀1、煤碳粒度品種原煤經(jīng)篩分加工，按粒度(即篩孔尺寸)范圍分為三大類，共12個品種，設粒徑為dmm。其中塊煤類7個品種，d＞13mm；粒煤類1個品種，d＝6～13mm；粉混煤類4個品種，d＝0～Xmm，即1)粉煤d＝0～6mm2)末煤d＝0～13mm3)混末煤d＝0～25mm4)混煤d＝0～50或0～100mm大多數(shù)中、小型煤礦只進行簡單選塊，均以混煤統(tǒng)售。
2、煤碳煤質品種按煤的可燃基揮發(fā)份Vr(％)和膠質層厚度Y(mm)分為三個系列十大類，即無煙煤；煙煤(含八大類)和褐煤。
煙煤、褐煤的Vr高，燃燒性能好。Y值代表煤的焦結性，當Y值太高時，將影響其燃燒性能。無煙煤(Vr≤10％，Y＝0)是不易燃燒煤種。
3、現(xiàn)有燃料煤性狀及燃燒爐最佳工況的燃料要求1)層燃鍋爐(其中70％為鏈條爐)現(xiàn)燃用d＝0～40mm的混煤，要求其中d＝0～6mm的粉屑比例小于55％。最佳工況要求d＝8±2～20±5mm，(無煙煤取小值)，則可基本消除飛灰、漏煤和渣包碳現(xiàn)象，并保證煤層有良好的透氣性和足夠的燃燒反應比表面積，使機械不完全燃燒損失q4下降7％，節(jié)煤10％以上。
2)沸騰燃燒爐現(xiàn)燃用d＝0～8±2mm，原煤需經(jīng)篩分破碎加工才能滿足要求，一般均由用戶自行加工。沸騰爐可穩(wěn)定燃用任何劣質煤，對于可穩(wěn)定在流化床的顆粒，燃燒效率可達98％以上，沸騰爐的q4熱損失幾乎集中在飛灰損失上。所以，最佳粒度范圍是d＝1～8±2mm。選擇dmin≈1mm，則可消除全部的原發(fā)性飛灰和大部分燒縮性飛灰，使飛灰量減少80％以上，節(jié)煤20％以上。
3)煤氣發(fā)生爐現(xiàn)燃用塊煤、塊焦或機制型煤(主要是石灰碳化煤球)。
4)其他篦式工業(yè)爐現(xiàn)燃用混煤或塊煤。
5)家用爐以粉煤、末煤摻加20％以上粘土制成蜂窩煤。固體垃圾量很大。
(煤的分類及燃料煤性狀參考參考資料檢索目錄2，P3、12；目錄3，P13；目錄4，P13、203)粉混煤是主要的燃料煤，其粒度范圍d＝0～Xmm，即煤中含有粉屑，對不同燃燒爐，粉屑的粒度范圍是不同的，即粉屑的最大粒徑是不同的。例如，對于沸騰爐，粉屑粒度為d＝0～(0.5～1.0)mm；對于層燃鍋爐，則粉屑粒度為d＝0～6mm。我國原煤的粉屑含量比例很大，一般d＝0～0.5mm的份額比例為20～35％；d＝0～6mm的份額比例為50～60％。對于沸騰爐用煤，經(jīng)破碎加工后粉屑含量更大。
<二>燃料煤粉屑含量大是燃燒爐熱效率低，煙塵量大的主要原因。
1、對層燃爐粉屑使煤層透氣性差而且不均勻，工況惡化，甚至煤層“穿孔”引發(fā)局部結渣和加大空氣過剩系數(shù)。從而增加排煙熱損失q2；加大化學不完全燃燒損失q3；d＝0～6mm的粉屑是飛灰、漏煤的源頭，使機械不完全燃燒損失q4增大。
2、對沸騰爐d＝0～0.5mm的粉屑不能穩(wěn)定在流化床中燃燒，全部成為飛灰。d＝0.5～1.0mm的粉屑因燒縮而成為次生性飛灰，另尚有熱爆性次生飛灰。次生飛灰約占總灰量的10％(參考資料檢索目錄4，P203)，其中燒縮性飛灰可燃物含量低，對熱效率影響較小?？梢?，煤粉屑是沸騰爐飛灰的主要源頭。為解決飛灰熱損失問題，我國經(jīng)三十多年努力，雖形成一套技術措施，亦有成效，但在普遍推廣中，效果不佳。而且，這些技術措施無不使爐體龐大化，結構復雜化，增加了建設投資和爐體散熱損失q5。
<三>揮發(fā)份太低，焦結性太強，固定碳活性差的煤種用于層燃爐，燃燒效率都很低?，F(xiàn)有技術的對付措施只是爐前摻混煙煤或澆水以求改善。
<四>燃料煤在裝、運、卸、儲作業(yè)的損耗約為2～3％，粉塵污染擴散到煤利用的全過程。
<五>燃料煤脫硫預處理的現(xiàn)有技術以燃料煤脫硫預處理解決沸騰爐煙氣脫硫的應用技術已在國外推廣，其技術方案要點是(1)以富含CaO的礦石(如石灰石、白云石)作脫硫劑，加工成粒徑d＝0～3mm的粉粒，與煤一起入爐；(2)設置回收系統(tǒng)，捕集未充分利用的礦石粉，循環(huán)回收利用。一般要求Ca/S當量比不小于2。由于礦石比重大，所以脫硫劑在燃料中的體積份額比例一般低于2％，使該技術不能適用于層燃爐。該技術可使沸騰爐煙氣脫硫率達95％以上，我國亦有研究試驗成果，但未推廣(參考資料檢索目錄5，P6～7、11～13、39～41)。
層燃爐用粉混煤脫硫預處理技術至今尚是一項空白。
<六>煤氣發(fā)生爐用型煤的技術現(xiàn)狀主要品種有石灰碳化煤球、紙漿黑液煤球、水泥煤球、粘土煤棒、清水煤棒等。只有石灰碳化煤球獲得普遍推廣，但它也存在重大缺陷，主要有1、石灰用量很大，一般摻加比例高于20％，劣質煤甚至超過30％，致使煤球固定碳含量大幅度下降，影響設備制氣能力，增加了成本。其原因是石灰對煤的灰熔點影響極大，并且呈“馬鞍形”曲線，當石灰加入量滿足煤球強度要求時，灰熔點卻處于谷底區(qū)，必須繼續(xù)增加石灰用量，才可逐步提高灰熔點。(參考資料檢索目錄6，P128～132)而灰熔點對制氣工藝是至關重要的技術指標。
2、灰熔點較低，一般軟化溫度T2＝1250～1300℃，為制氣工藝要求的低限，限制了爐溫，降低設備的熱效率。
3、制造工藝流程長，比較復雜。以石灰為粘結劑，成型后需通入CO2將Ca(OH)2還原為CaCO3，因而加工能耗大，成本高。而且不適于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的旨在從煤和煤碳企業(yè)兩個源頭上消除現(xiàn)有燃料煤的缺陷。實現(xiàn)燃料煤的高效率燃燒，降低SO2酸氣污染和煙塵污染；實現(xiàn)煤的合理利用，降低煤在裝、運、卸、儲的作業(yè)損耗和減少粉塵污染面。即達到煤利用全過程的高效率、低污染。
為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案說明如下。
<一>技術方案概述根據(jù)煤質特性，高效率燃燒工藝要求和市場燃料煤品種需求，依照“優(yōu)質優(yōu)用、低質適用、難燃改性”的合理用煤原則，原煤經(jīng)篩分、破碎、粉屑成型和混合，得到粒度范圍為d＝0～X1mm的煤粉屑和粒度范圍為d＝X1～X2的粒煤，其中適用于沸騰爐用的稱為細粒煤，適用于層燃爐用的稱為粗粒煤。
在煤粉屑成型時進行脫硫預處理和必要的改性處理。即在煤粉屑中加入一定比例的脫硫劑、粘結劑、調(diào)性劑、減水劑、速疑劑、活化劑、抗凍劑、防爆劑等摻加劑和摻燒煤，經(jīng)分段多級按序的連續(xù)攪拌混和后，擠壓成型，得到的產(chǎn)品稱為型煤。其中適用于層燃鍋爐和沸騰爐的稱為普通型煤；適用于煤氣發(fā)生爐等需要高強度優(yōu)質塊狀燃料爐窯的稱為氣化型煤；只進行預脫硫處理，經(jīng)攪拌成團粒狀的半成品稱為民用料煤。
不同規(guī)格或粒度配級的普通型煤分別與粗、細粒煤混合后得到的產(chǎn)品稱為型混煤。用于層燃爐的型混煤中，型煤份額比例應大于20％；用于沸騰爐的型混煤中，型煤比例應大于5％，以保證脫硫效率。當使用細粒煤為沸騰爐燃料時，則應按脫硫要求摻加富含CaO的礦石作脫硫劑。
細粒煤、型煤、型混煤和民用料煤便是本發(fā)明所稱的高效率低污染燃料煤。它的主要特征是無粉屑、預脫硫、粒度范圍和配級合理，改善燃燒性能。
使用消石灰粉——Ca(OH)2作脫硫劑，并兼作型煤粘結劑是本發(fā)明的重要技術特征型煤制造技術是本發(fā)明的關鍵。
<二>Ca(OH)2脫硫機理、優(yōu)點及計算。
1、機理煤中硫份有三種狀態(tài)揮發(fā)硫、可燃硫(多為硫化鐵)和固定硫，固定硫以硫酸鹽存在，燃燒后殘存于爐渣。硫是一種極活潑的元素，常溫下可升華，熔點低于120℃，燃點低于262℃，化學活性強于C、CO和烷烴類氣體(煤的揮發(fā)份)。煤受熱時，揮發(fā)硫柝出氧化，生成SO2及微量SO3，溫度提高后，可燃硫分解柝出氧化。Ca(OH)2是一種堿性物，在常溫下即可與SO2酸氣發(fā)生中和反應。溫度升高，反應加快，到580℃，Ca(OH)2分解為CaO和H2O，CaO繼續(xù)發(fā)生脫硫反應。反應式為；；；生成的亞硫酸鈣CaSO3在高溫條件下進一步被氧化為CaSO4，硫酸鈣是一種穩(wěn)定的無害鹽類，；固附在爐渣中，硫酸鈣有很好的凝結性能，利于爐渣綜合利用。
2、優(yōu)點與使用石灰石——CaCO3作脫硫劑相比較，本發(fā)明有如下優(yōu)越性。
1)脫硫反應比表面積大，提高了反應速度和脫硫劑利用率。
脫硫反應是一種氣——固異相反應，發(fā)生在固體表面上，故反應速度與固體總表面積成正相關。對一定量的固體，其總表面積與比表面積(M2/Kg)成正相關，比表面積與固體顆粒平均直徑平方成反比。Ca(OH)2呈自然分散微粉狀，粒徑為微米級，而CaCO3系礦石粉粒，平均粒徑為毫米級，故兩者比表面積之差在千倍以上。同時，Ca(OH)2微粉均勻地分布在型煤中，對于層燃爐用型混煤中的型煤比例高達20％以上，故脫硫反應機率大大增加。
2)脫硫反應溫度范圍大，活性強，反應附產(chǎn)物水蒸汽可改善燃燒工況。
如上述，Ca(OH)2是堿性物，在常溫下即可與酸氣發(fā)生反應。相比之下，CaCO3是中性鹽，在825℃分解為CaO和CO2，CaO才強烈發(fā)揮脫硫作用。Ca(OH)2低溫脫硫特性對于層燃爐意義重大，一般層燃鍋爐，如鏈條爐等，煤層都有一個預熱點火區(qū)，溫度低，但揮發(fā)性硫份卻在此集中析出，Ca(OH)2可以保證同步脫硫。另一方面Ca(OH)2反應附產(chǎn)物是水蒸汽，水蒸汽對碳的還原反應活性是CO2的三倍，又是CO、烷烴類氣體的氧化反應催化劑，可以改善燃燒工況，降低化學不完全燃燒損失并加速碳的燃燒。(下文另專述)3)Ca(OH)2是一種優(yōu)秀的粘結劑，并具有滑潤，增塑的作用，利于成型工藝。
3、Ca(OH)2摻加量的計算分子量S——32；Ca——40設以煤粉屑量為100％；Ca/S的當量比為r；煤含硫量為S％；消石灰含鈣量為Ca％；型煤在型混煤中比例為Y％。則
說明1)當量比r的確定普通型煤r＝1.2～1.5；民用料煤r＝1.5～2(高含硫選高值)氣化型煤r＝0.5～0.8選r較小值是因為煤氣發(fā)生爐的主反應是氣化反應，生成的硫化物H2S，不能以CaO脫除。同時，CaO會降低灰熔點，有不利影響。
2)當煤中含有CaO時，可將視為固有脫硫劑，計算時可予相應扣減。
<三>型煤制造技術要領1、型煤技術要求1)冷態(tài)機械強度滿足裝、運、卸、儲作業(yè)要求，以破碎率k表示，即一定量的型煤自2m高自由跌落在硬質面上，產(chǎn)生破碎性粉屑的比例。對普通型煤粉屑d＝0～0.5mm；對氣化型煤粉屑d＝0～10mm。要求普通型煤k＜5％；氣化型煤k＜10％，單球抗壓強度＞5MPa。
2)抗水性水浸不散爛。
3)滿足燃料煤的預脫硫要求。
4)熱穩(wěn)定性a、灰熔點T2氣化型煤T2＞1350℃；普通型煤T2降低率小于10％。
b、熱強度在1000℃條件下；普通型煤不粉化，可燒結；氣化型煤單球強度＞1MPa。
5)具備冷凝性和速凝性室溫下凝結，在3～5分鐘內(nèi)完成初、終凝。
6)摻加劑無毒、易得，燃燒時不發(fā)生附加污染。
2、摻加劑配方設計配方表列如表1。
摻加劑技術是根據(jù)煤的燃燒學特性，型煤技術要求和不同燃燒爐工藝條件，在水泥混凝土外加劑成熟工藝(參考資料檢索目錄7)和不定型耐火材料新技術(參考資料檢索目錄8，第3、4、7、8、11章)的基礎上，綜合發(fā)展而成的。
1)消石灰粉摻加量計算如上文所述，石灰應特別注意充分消化，以防止生石灰成份混入型煤引發(fā)爆裂。
2)水泥高性能的冷凝式粘結劑，保證型煤有良好的抗水性和冷態(tài)強度。高鋁水泥(即礬土水泥)還是優(yōu)秀耐火材料，可提高煤的灰熔點，但價格高，只用于氣化型煤。
3)軟質生粘土粉粘結劑和煤質調(diào)性劑。
對于型煤制造技術，軟質粘土的化學成份、細度、可塑性、燒結性和耐火度有重要意義。一般說來，普通型煤可選用普通粘土，對于沸騰爐用煤則應選擇燒結性好，燒結溫度低的普通粘土，以提高型煤的熱穩(wěn)定性和熱耐磨耐沖刷性，以適應爐料顆粒強烈運動的特殊工況；對灰熔點偏低的層燃爐用煤，則應選擇耐火溫度較高的粘土。
氣化型煤必須使用耐火級軟粘土，要求Al2O3＞28％，F(xiàn)e2O3＜2％，耐火溫度大于1700℃，細度d＜5μm占50％以上。
4)水用量及水蒸汽在煤燃燒中的意義。
燃燒學研究表明(參考資料檢索目錄9，P7～14、123～159)，適量水蒸汽存在對改善燃燒爐工況有重大意義(1)水蒸汽是CO和烷烴類氣體的燃燒催化劑。煙氣中水蒸汽含量與CO氧化速度成正比。當煙氣中的“水碳比”(碳系可燃氣體的總碳)達到一定值時，才可以保證可燃性氣體不會發(fā)生歧化降解反應，防止“析碳”，即冒黑煙現(xiàn)象，降低化學不完全燃燒損失。煙煤爐常采取蒸汽二次風或爐前煤澆水，即源于此；(2)碳的燃燼從某種意義講，是依靠還原反應完成的，爐內(nèi)的還原反應物主要有CO2和H2O，但水的分子量小，故其反應活性強，是CO2的3倍。由于原煤表1型煤摻加劑配方表
中的水份大部份是外在水份，在預熱干燥階段便迅速散發(fā)，而型煤中含有水泥結晶水、吸附水和Ca(OH)2的化學潛水，其解吸析出或分解散發(fā)溫度在200～600℃，幾乎與揮發(fā)份析出同步，可有效抑制揮發(fā)份的過度集中析出，部分水蒸汽還可通過灼熱碳區(qū)而加速碳的還原反應。因而，在保證成型工藝條件下，有目的地提高型煤含水量是最為經(jīng)濟的技術措施。
5)水泥減水劑對水泥、粘土、煤粉屑都有分散、潤滑、潤濕、增塑的作用，是保證攪拌、混合、成型工藝的最重要助劑。同時，它還有提高水泥強度(20～50％)或減少水泥用量、減少加水重的作用。減水劑品種很多，分為普通型和高效型，已有國家標準，應按產(chǎn)品說明書選用，計算用重時，應以水泥和粘土的數(shù)量為基準。
6)水泥速凝劑可保證型煤在3～5分鐘內(nèi)實現(xiàn)初凝、終凝，是本發(fā)明適用于集中化加工，規(guī)模化經(jīng)營的必要條件。
7)關于煤的燃燒活性和碳的燃燒活化劑煤的可燃基包括揮發(fā)份Vr和國定碳Cr。Vr值越高，煤的燃燒活性越好，燃用Vr＜5％的低揮發(fā)份無煙煤層燃鍋爐，熱效率極低，必須進行摻燒處理，使型煤Vr≥10％。一般選用Vr＞35％的高揮發(fā)份煙煤為摻燒煤。
固定碳以結晶形式存在，燃燒活性很弱，在揮發(fā)份很低時，著火難、燃燒慢。當煤灰份含有K、Na、Ca、Fe、Mn、Ni等元素的氧化物或鹽類時，這些物質在高溫條件下，會扭曲固定碳的晶格，提高C的氧化、還原活性，加速C的燃燒，其中尤以K、Na化合物功效最強。因而，選擇工業(yè)NaCl作為無煙煤活化劑(只用于層燃爐型煤)。(參考資料檢索目錄9，P137～138)8)抗凍劑只用于冰凍氣溫條件；防爆劑的使用是為了提高氣化型煤質量；水泥隔離劑使用于普通型煤成型后，防止沾粘用。
9)必須注意摻加劑對灰熔點的影響煤的灰熔點因煤而異，變化幅度很大，其軟化溫度T2，低的僅1000℃，高的在1500℃以上。一般說來，K、Na、Ca、Fe等元素會降低灰熔點，而Al2O3和SiO2含量提高，會提高灰熔點?；胰埸c指標對氣化型煤是至關重要的，摻加劑中有些是Na、Ca劑，應盡可能避免使用，并選用高鋁粘土，通過實驗，使氣化型煤T2＞1450℃，將使煤氣發(fā)生爐的熱效率和生產(chǎn)率獲得重大突破。
10)某些摻加劑之間有相互抑制的作用，例如鈣離子會抑制鈉離子型減水劑的功效，因而摻加劑工藝含有摻加程序設計，必須分段多級摻混攪拌。
11)某些摻加劑是一劑多功能的(如表1所示)，具有互相替代作用，例如當石灰用量較大時，可減少粘土用量。
12)煤粉屑本身的可塑性對成型工藝有較大影響，從而影響了粘結劑的配比。因而，摻加劑配方設計是在煤質分析、摻加劑選擇和實驗選優(yōu)的條件下確定的。
3、型煤制造工藝設計要點工藝流程簡圖，如附
圖1(以無煙煤為例)。
說明1)加料工序a、加料設備均應是可計量的，連續(xù)可調(diào)的。
b、水溶性摻加劑應配制為水溶劑，80％以上用水量應用于配制減水劑。溶劑噴頭采用膜式或霧式的。
c、加料次序應按摻加劑配方設計程序安排。
2)混合攪拌工序摻加劑用量小，有的僅萬分之幾，實現(xiàn)物料充分、均勻、連續(xù)混合是保證型煤質量的關鍵。因而采用預混、稀釋、分段、多級等多種措施。一般主流程應有一級干混、二、三級濕混，各級攪拌機械應保證物料攪拌行程時間不少于2分鐘。
3)成型工序采用擠壓成型工藝。
a、型煤粒度設計設型煤斷面尺寸為a×bmm，長度為1mm。
則層燃爐用煤a＝8～10；b＝15～20；1＝30～40；無煙煤取下限。
沸騰爐用煤a＝b；1＝5～8。a值至少應有3種規(guī)格，對應開孔率為φ。即a1＝2，φ1≈50％；a2＝2.5，φ2≈30％；a3＝3，φ3≈20％。以保證燃料粒度有合理的配級。
氣化型煤已有定型煤球機，球當量直徑約為25mm。
b、速凝工藝應保證物料擠壓成型后初凝，型煤入倉前終凝，即型煤在輸送帶上完成初、終凝，型煤輸送帶線速度應連續(xù)可調(diào)。
c、成型機速度應連續(xù)可調(diào)，保證系統(tǒng)物料平衡。
d、防沾粘措施普通型煤需在成型機出料口噴施水泥隔離劑。
e、型混煤生產(chǎn)粒煤按比例連續(xù)加到型煤輸送帶上，一起入倉。
f、型煤養(yǎng)護室溫24小時，氣化型煤另加烘干工序。
4、主設備選擇和特殊技術要求1)攪拌機連續(xù)加料式，本流程圖選用雙軸攪拌機。與物料接觸的機件表面應防腐耐磨，機身應開設可安全快速啟閉的取樣口、卸料口。
2)成型機普通型煤采用螺旋擠出機或輥式壓粒機，氣化型煤采用輥式壓球機(已有定型產(chǎn)品)。其耐磨防腐及開設料口的要求和攪拌機要求相同。
螺旋擠出機是現(xiàn)有粘土螺旋擠出制磚機的修改型，設計修改要點是a、機殼各段應以法蘭聯(lián)接。
b、擠出線速度控制在8～15cm/S，擠出口設有同步切分器。
c、擠出口開孔以帶有銳角狀的縱、橫切刀，互相嵌裝成柵格狀擠出頭，以法蘭聯(lián)接在擠出段出口處，以便隨時更換。通過不同的柵格尺寸獲得所需型煤規(guī)格。
與已有的潔凈燃料煤技術相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點。
<一>“煤改”可行性1、技術可行性技術方案涵蓋面達我國煤產(chǎn)量的60％，可適應煤質和產(chǎn)品需求的任何變化、簡單易行，利于集中化加工、社會化服務和煤的合理利用；設備大多為定型或通用產(chǎn)品；工藝可靠；摻加劑易得、無毒，不發(fā)生附加污染。
2、經(jīng)濟可行性“煤改”兼有節(jié)能和環(huán)保雙重意義，而且技改資金投入少，估計百萬噸/年級加工系統(tǒng)投資為10元/噸，十萬噸/年級為20元/噸。而且加工成本低，型混煤約10元/噸，氣化型煤約30元/噸，民用料煤約5元/噸。(參見本文七、應用例舉)故產(chǎn)品具有強大競爭力。
<二>用煤企業(yè)及社會經(jīng)濟效益大。
煤經(jīng)除粉造粒、改性并實現(xiàn)最佳粒度范圍及配級，可普遍提高燃燒效率10～20％，集中化加工可減少作業(yè)損耗2％，并保證煤的合理利用，故綜合節(jié)煤率將在20％以上。單以工業(yè)鍋爐計，年節(jié)煤約7000萬噸，值近200億元，其中1/3可返還給用煤企業(yè)。同時，節(jié)煤及減污無需用戶自行投資；運營費用減少；除塵器降低負荷，省水節(jié)電；產(chǎn)品呈“砂礫狀”，透水性好，不怕風雨，可露天堆放。可以說，對用戶有百利而無一害，對社會經(jīng)濟效益極大。
<三>解決我國工業(yè)爐窯及民用爐灶污染問題的根本途徑。
1、如前文所述，煙氣脫硫技術對中、小型爐窯和民用爐灶在經(jīng)濟上是絕對不可行的。因而燃料煤脫硫預處理便成為唯一途徑。而且，本發(fā)明的集中脫硫預處理對用戶幾乎是免費的。
2、脫硫附產(chǎn)物CaSO4是無害鹽類，并可提高爐渣的綜合利用價值。同時，克服當前大量采用濕式除塵器，將SO2轉化為酸液而污染水源、土壤的嚴重缺陷。
3、優(yōu)化家庭、城鎮(zhèn)衛(wèi)生環(huán)境，減少固體垃圾量。
<四>技術后延性對燃料煤的改造將推動一代新型爐的誕生，實現(xiàn)我國燃煤工業(yè)鍋爐的升級換代，并為沸騰燃燒技術(低溫燒透、適應任何煤種，脫硫技術簡單、低NOx排放)向大型動力爐發(fā)展提供條件。
<五>有利于從經(jīng)濟上扼制當前我國煤礦業(yè)存在的個體戶私挖亂采和私營“雞窩礦”。原因在于規(guī)模過小的煤加工系統(tǒng)在投資上是不經(jīng)濟的，而當前煤碳已形成買方市場，原煤統(tǒng)售將逐漸失去競爭力。
以下實施例將對本發(fā)明作進一步說明煤種繁雜、需求殊異多變，本發(fā)明的應用原則是因地制宜、統(tǒng)籌規(guī)劃。現(xiàn)以一個百萬噸級的無煙煤礦“煤改”規(guī)劃為例說明。
<一>規(guī)模100萬噸/年，II類無煙煤，地處江南不凍區(qū)，目前以原煤統(tǒng)售。
<二>市場產(chǎn)品需求1、層燃鍋爐用煤40萬噸以上；2、沸騰燃燒鍋爐用煤30萬噸以上；3、小氮肥廠原料及瓷窯用煤15萬噸；4、民用煤15萬噸以上。
<三>原料分析1、原料煤分析包括工業(yè)分析、元素分析、灰份成份分析及灰熔點測定，塊煤熱穩(wěn)定性試驗，煤粉屑可塑性測定和原煤篩分試驗。設其主要結果如下1)原煤工作基固定碳Cy＝70％；含硫量S％＝0.4％可燃基揮發(fā)份Vr＝2％；粉屑灰熔點T2＝1350℃2)塊煤熱爆性低，可滿足要求，故應選取塊煤。
3)原煤篩分試驗及分析列如下表
4)摻燒煤分析設Vr＝35％(d＝0～6mm)S％＝2％5)消石灰粉分析設Ca(OH)2含量為95％，則鈣含量為51.4％6)粘土分析化學成份、可塑性、燒結溫度、耐火度、細度。(四)原料煤分配及產(chǎn)品設計原則優(yōu)質優(yōu)用，低質適用，改性利用，減少破碎加工量。1、塊煤5萬噸，用于瓷窯(d＞30mm，Cy＝78％)2、氣化型煤原料10萬噸(d＝0～1，Cy＝73％)3、層燃鍋爐用料40萬噸，其中1)型煤原料計20萬噸，占型混煤比例為50％。
粉屑15萬噸(d＝0～1，Cy＝73％，Vr＝2％，S％＝0.4％)摻燒煤5萬噸(d＝0～6，Vr＝35％，S％＝2％)計算得型煤Vr＝10.6％2)粗粒煤20萬噸(d＝6～15mm，Cy＝68％，S％=0.4％)則型混煤平均含硫量S％＝0.6％4、沸騰爐用料35萬噸，其中1)型煤用料3萬噸(d＝0～1 Cy＝65％)，占型混煤8.6％。2)細粒煤32萬噸(d＝1～6mm，平均Cy＝66.7％)其中a、純篩分煤20萬噸(Cy＝70％)b、破碎篩分料12萬噸(Cy＝61.3％)5、民用料煤15萬噸(d＝0～1，Cy＝73％)<五>摻加劑配方設計及費用測算例如表2，說明如下。1、脫硫劑用量按上文所述計算。2、水摻加量以適于成型工藝為標準，注意事項上文已述。
表2型煤摻加劑配方及費用測算表
<p>3、沸騰爐用型混煤的型煤比例低，故其石灰用量大，已可滿足粘結強度要求，粘土用量取小值，以滿足燒結要求。
4、摻加劑參照現(xiàn)行價，水泥可采用無包裝形式，以降低成本。
5、經(jīng)濟性分析1)層燃爐用型混煤費用為6.3元/噸，灰份增加率約為3％，可燃基含量下降率很低，對運輸成本影響很小。
2)沸騰爐用型混煤費用僅2.5元/噸，灰份基本未增加。
3)氣化型煤原煤含碳量Cy＝73％，灰份增加率為6.8％，則煤球Cy＝68％。該原料如制石灰碳化煤球，石灰用量為20％，煤球Cy＝58％，如均折算為標準煤Cy＝84％，則費用分別為氣化型煤31.34元/噸，碳化煤球為57.93元/噸。
4)民用料煤加工按需加入石灰及約3％生粘土粉和減水劑，一級攪拌為團粉狀，作為城鎮(zhèn)蜂窩煤廠的原料。脫硫費約6元/噸。但垃圾量可減少約50％。
6、摻加劑配方設計需經(jīng)實驗篩選擇優(yōu)。
<六>煤加工系統(tǒng)工藝流程簡述。
煤加工系統(tǒng)由篩分破碎選塊、中間煤倉(場)和型混煤制造三個部份組成。工藝流程示意圖如附圖2。
1、篩分破碎選塊設備負荷選配，按200噸/時，三班制作業(yè)，人工選塊。
2、中間煤倉(場)過渡性儲倉，儲量為1～2天產(chǎn)量。粉屑倉應為棚倉，煤粉入倉時同步噴水以滲濕并除塵。其余儲倉為混凝土坪。
3、型混煤制造包括4個子系統(tǒng)，即型混煤2個，氣化型煤1個，民用料煤1個。
1)型煤主設備生產(chǎn)能力核算(三班制，300天/年)普通型煤23萬噸/年→32T/H→16T/臺·H氣化型煤10萬噸/年→14T/臺·H選擇雙軸攪拌機負荷能力25T/H(非標，共10臺)螺旋擠出成型機負荷能力25T/H(非標，共2臺)輥式煤球機負荷能力20T/H(定型，1臺)2)螺旋擠出機的擠出頭設計如上文所述，普通型混煤生產(chǎn)線可以為不同品種產(chǎn)品所用。
4、成品倉、氣化型煤烘干、生產(chǎn)監(jiān)控、系統(tǒng)除塵等，略。<七>主設備目錄及“煤改”投資概算如下表，不包括土地使用費。系統(tǒng) 名稱 規(guī)格 數(shù)量單價 金額裝機(萬元/臺) (萬元) (KW)1、篩分破碎 上煤機械 履帶推土機3 4.5 14給煤機 振動給料機1 5 55三層篩 振動式200T/H 1 1010 5破碎機 顎式400×300 1 5 530破碎機 輥式4PG 1 1515 30雙層篩 振動式20T/H 1 3 31皮帶運輸機 10 50 30其他18小計120 1002、中間倉出料、上料機 裝載機ZL-50 4 32128其他12小計1403、型混煤系統(tǒng)給料機 圓盤式、各種規(guī)格 20 30 40主攪拌機 雙軸式10 10100 170預混機 雙軸式3 5 15 5成型機 螺旋擠出式2 1020 44成型機 輥式壓球機1 1515 30皮帶機等40 10小計220 300設備費合計 480萬元 裝機容量400KW建筑工程費 200萬元水、電、生控、除塵等100萬元安裝工程費 120萬元其他100萬元投資總額約1000萬元生產(chǎn)能力100～150萬噸/年。故“煤改”投資約為10元/噸。附號說明如下1圓盤喂料機9三層篩 17粉煤棚2皮帶輸送機10選塊煤18細粒煤場3雙軸攪拌機11破碎機19塊煤場4雙軸攪拌機12雙層篩20、21普通型煤加工線5雙軸攪拌機13破碎機22氣化型煤加工線6螺旋擠出機14粗粒煤23民用料煤加工線7皮帶輸送機15煙煤棚8地坑式煤斗16粉煤棚
權利要求
1.一種適用于燃用現(xiàn)有粒度范圍為0～Xmm粉混煤的層式燃燒爐和沸騰燃燒爐的無粉屑、預脫硫燃料煤，它是根據(jù)煤質特性、高效率燃燒工藝要求和市場燃料煤品種需求，依照“優(yōu)質優(yōu)用、低質適用、難燃改性”的用煤原則，通過篩分、破碎、粉屑成型和混合，并在粉屑成型時進行脫硫處理和必要的改性處理，將粉混煤或原煤改造成為粒度范圍為X1～X2mm的細粒煤、型煤和型混煤等品種的高效率低污染燃料煤，其特征是第一，不含粉屑，具備滿足燃燒爐最佳工況要求的粒度范圍即消除了造成飛灰損失和漏煤損失的粒徑d＜X1mm的煤粉屑；消除了導致灰渣包碳損失的粒徑d＞X2mm的大塊煤；第二，型煤同時具備脫硫劑的作用，燃燒時發(fā)生脫硫反應，生成穩(wěn)定無害的硫酸鹽固附在灰渣中；第三，具備良好的抗水性、透水性和足夠的冷、熱態(tài)強度；第四，不易燃燒的煤種獲得改善。從而實現(xiàn)燃料煤的高效率燃燒，降低SO2酸氣污染和煙塵污染；實現(xiàn)煤的合理利用，降低煤在裝、運、卸、儲的作業(yè)損耗，減少煤粉塵的污染面，達到煤利用全過程的高效率、低污染的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的無粉屑、預脫硫和改性燃料煤，其特征是適用于沸騰燃燒爐的細粒煤摻混一定比例的礦石(如石灰石、白云石)脫硫劑，制成的產(chǎn)品。
3.一種煤粉屑制造預脫硫型煤的方法，它是根據(jù)煤質特性、型煤品質技術要求和規(guī)模化加工技術經(jīng)濟性，在煤粉屑中加入一定比例的脫硫劑；粘結劑；分散、增強、增塑、滑潤、潤濕劑；速凝劑；抗凍劑；防爆劑和碳的燃燒活化劑等摻加劑和摻燒煤，經(jīng)過按序加料，充分連續(xù)攪拌混合后，擠壓成型。摻加劑配方是型煤制造的核心技術，其特征是第一，使用消石灰粉——Ca(OH)2作脫硫劑，并兼有粘結、增塑、滑潤和提高碳燃燒活性的功能；第二，使用微量水泥作冷凝式粘結劑，使型煤在溫條件下凝結，并獲得抗水性和冷態(tài)強度；使用水泥減水劑，利用其對水泥、粘土、煤微粉的分散、增塑、滑潤、潤濕功能，改善成型工藝條件，并提高水泥強度，減少水泥用量和加水量；使用水泥速凝劑，保證型煤在5分鐘以內(nèi)完成終凝，保證型煤制造及型混煤加工同步進行，以適應大規(guī)模生產(chǎn)連續(xù)作業(yè)的技術經(jīng)濟性；使用抗凍劑，以適應冰凍氣候；第三，使用軟質生粘土作粘結劑和煤質調(diào)性劑。利用軟質粘土的燒結性，增強型煤的熱穩(wěn)定性和熱耐沖刷性；利用高鋁低鐵耐火軟質粘土的高耐火度，提高型煤灰熔點；第四，使用鉀、鈉的氧化物或鹽類作為用于層燃爐無煙煤的燃燒活化劑，從而保證型煤品質及制造技術可以適應不同煤質和燃燒爐工藝要求，并滿足集中化加工、規(guī)?；a(chǎn)、低成本運營的技術經(jīng)濟性。
4.根據(jù)權利要求3的“摻加劑配方”，其特征是一種適用于煤氣發(fā)生爐等的高灰熔點，高熱穩(wěn)定性、高強度、低灰份的氣化型煤摻加劑配方是高鋁水泥(即礬土水泥)；高耐火度軟質生粘土；高效型水泥減水劑；水泥速凝劑，有機短纖維防爆劑和低限用量的消石灰粉脫硫劑。
5.根據(jù)權利要求3的“摻加劑配方”，其特征是一種適用于民用蜂窩煤的半成品料煤，簡稱民用料煤的摻加劑配方是消石灰粉脫硫劑，普通軟質生粘土粉和減水劑。
全文摘要
涉及一種煤的高效率低污染利用。原煤經(jīng)篩分、破碎、粉屑成型和混合,得到粒度范圍d< x
文檔編號C10L5/00GK1250079SQ98121510
公開日2000年4月12日 申請日期1998年10月7日 優(yōu)先權日1998年10月7日
發(fā)明者王茂春 申請人:王茂春