粉煤

粒度小于6mm的煤

粉煤是指粒度小于6mm的煤。粉煤粒度是粉煤燃烧的一个重要物理参数，粒度大小显著地影响其燃烧火焰的温度、燃烬度和NO二的排放量。随着综采水平的提高和下组煤开采比例的增多,粉煤含量不断增加,加之长途运输,到达用户手中的原煤有相当一部分是粉煤,从而导致块煤供不应求和大量粉煤积压的矛盾日益加剧，为了改变这种状况,大力发展粉煤成型工业是解决这一矛盾的重要途径。粉煤气化是煤经过不完全燃烧转化为合成气、燃料气的技术，是清洁使用粉煤的重要途径之一。详细介绍粉煤的制备、粉煤成型技术以及粉煤气化技术。

简介

将煤磨成细粉进行燃烧是煤燃料利用的一种重要方法，但目前粉煤燃烧还存在不少问题，如炉膛积灰影响产品质量，影响传热效率;在排放的废气中烟尘含量高，NOx, CO , SO2等有害气体排放量大，这不仅造成环境的严重污染，还直接危害人们的身体健康.综上所述，开展对粉煤火焰特性的研究对国民经济的发展和人类社会的进步具有重大的现实意义.

粉煤制备介绍

原煤堆棚中的原煤经皮带机进原煤仓，经仓下的电子皮带秤定量计量后，送至球磨机。原煤经过球磨机的烘干兼粉磨，得到合格的粉煤。用于烘干原煤水分的热源来自一台天然气热风炉，热气温度为1200℃，利用系统排风机的尾气进入热风炉烟气管道进行稀释，使入磨的热风达到生产控制的温度约为200～300℃。经粉磨后的粉煤随磨出口气体进入动态选粉机，将不合格的粗粉分离并经粗粉螺旋输送机送回磨头重磨。合格的细粉经旋风分离器收尘后，与布袋收尘器收集下来的粉煤，由细粉螺旋输送机送往粉煤仓。废气经煤磨袋收尘器进行除尘净化后，排放浓度<30mg/Nm3，洁净的排气由煤磨排风机部分排入至热风炉入口循环利用，其余排空。

粉煤制备主要设备

球磨机

球磨机结构主要有球磨机电动机、驱动部分、筒体、减速机、小传动齿轮等部分组成。球磨机进出料中空轴、主轴承、主轴承高低压稀油站、进出料装置、隔仓板、衬板、磨门、烘干仓、扬料板、主电机(含底座、地脚螺栓)、主减速机（含底座、地脚螺栓）、联轴器、就地电控柜、地脚螺栓等主要部件。

球磨机的工作原理：球磨机由电动机驱动旋转，烟煤先进入球磨机烘干仓和热风炉提供的热气进行干燥在通过隔仓板进入研磨仓，由于离心力的作用将钢球带到一定高度，钢球的重力大于离心力离开筒体下落打击和研磨，从而达到粉碎目的。

热风炉

热风炉由炉体、鼓风机、内环流补风阀、龙门阀、出烟管、防爆阀、燃烧器、燃烧控制系统等部分组成。

炉体部分主要由外壳、内衬、螺旋叶片等制作成二个腔室，内腔为燃烧炉膛；外腔设置螺旋叶片形成螺旋通道作预热空气风道，在烟气出口端设置切向预热空气风道进风口，进风口连接鼓风机，预热空气风道出风口外装有燃烧器。

动态选粉机

结构：转子和固定它们的主轴组成的回转部分、可调导风叶、收集粗粉的下部灰斗、帘式锁风阀、驱动主轴旋转的传动装置。油泵

工作原理：从磨机来的高浓度含尘空气由下部风管进入选粉机，经内锥体整流后沿外锥体与内锥体之间的环形通道减速上升，其中的粗粉经重力沉降后沿外锥体边壁滑入粗粉收料筒实现重力分选，重力分选后的空气在导风叶的导流和转子的旋转作用下，在导风叶和转子之间形成稳定的水平涡流选粉区。粉磨后的物料从选粉机进料口喂入，其分选原理与O-SEPA选粉机相同。只是分选后细小轻微的颗粒随气流被吸入内部流经配风室分四路进入旋风收尘器，大部分成品细粉被分离出来，收尘后的空气从旋风收尘器上的排风管排出，进入下一级收尘收备。粗重颗粒则下落经内锥体汇集到粗粉收料筒，返回磨机再磨。

螺旋泵

螺旋泵主要由螺旋轴、进料箱、套筒、混合箱、卸料箱、轴承座、止回阀、底座等组成。

工作原理：需要输送的粉煤进入螺旋泵进料箱后，螺旋轴将粉煤通过套筒推送到混合箱中。在套筒中粉煤被压缩形成物料密封层，压缩空气通过喷嘴进入混合箱，使物料充分流态化，然后输送至与混合箱端部相连的输送管道中，并沿管道输送到卸料点。

布袋收尘器

结构，该收集器上箱体共分为6个小仓，每个仓室滤袋布置成4排，每排配有一根喷吹管和24条布袋，收集器大致分为上、中、下三部分，烟气入口位于中箱体下部，烟气出口位于上箱体，粉尘出口设在下箱体(灰斗)底部。

膨胀节

膨胀节习惯上也叫伸缩节,或波纹管补偿器，是用以利用波纹管补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横向，和角向位移的的吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等。

气动阀

利用压缩空气推动执行器内多组组合气动活塞运动，传力给横梁和内曲线轨道的特性，带动空芯主轴作旋转运动，压缩空气气盘输至各缸，改变进出气位置以改变主轴旋转方向，根据负载(阀门)所需旋转扭矩的要求，可调整气缸组合数目，带动负载(阀门)工作。

粉煤成型的意义

近年来,随着工业化用煤的日益增长,对块煤的需求不断增加。但是随着综采水平的提高和下组煤开采比例的增多,粉煤含量不断增加,加之长途运输,到达用户手中的原煤有相当一部分是粉煤,从而导致块煤供不应求和大量粉煤积压的矛盾日益加剧。为了改变这种状况,大力发展粉煤成型工业是解决这一矛盾的重要途径,它不仅可以极大地提高粉煤利用率,还可以提高经济附加值,其节能率也十分明显。

发展粉煤成型技术也是减少环境污染的重要途径。煤中含有一些有害元素,在其直接燃烧过程中会对大气环境造成严重的污染。据环保部门统计,1999年我国烟尘排放量为1614万t,其中70%来自燃煤,SO2排放量为1780万t,其中90%来自燃煤。

燃煤带来的大气污染,酸雨蔓延,气候反常,生态破坏等,不仅危害我国人民的健康,制约社会经济的发展,还会危及其它地区。据我国数年来推广型煤的经验表明,燃用型煤较燃用散煤可提高锅炉燃烧效率和煤的利用10%～20%,使烟尘排放量减少80%～91.2%,加固硫剂的型煤可使SO2排放量减少20%～36.3%.2

粉煤成型的粘结剂选取原则

粉煤成型时所选取的粘结剂,应从粘结剂原料来源、经济成本、粘结剂制备工艺以及型煤产品所达到的质量要求,包括型煤的用途,环保要求等方面进行综合考虑。

近年来,我国在型煤粘结剂的研究方面取得了不少进展和成果,总体看来,由于煤本身的复杂性以及经济效益和型煤的用途要求的不同,不可能有一种通用的粘结剂。从众多的研究结果看,可以用作制取型煤粘结剂的原料是很丰富的,从目前已应用的或正在进行研究的粘结剂的品种来看,可以用作型煤粘结剂的物料很多。目前国外对粘结剂的研究重点是直接从煤中提取粘结剂和复合粘结剂,而国内开发的重点是利用价廉易得的工农业废弃物制备复合粘结剂。可以说制取型煤的关键是由选取的粘结剂的种类、性质所决定。

选取粉煤成型粘结剂,应综合利用各种物料的特性,发挥各自的长处,使其物尽其用。开发多种物料配制的复合粘结剂,应使其制取工艺简便、成本低廉、无污染,以保证不同型煤用户得到质量合格的型煤。

无烟粉煤的成型

相对于其它煤种而言,我国无烟煤储量较少,约占我国煤炭资源储量的17.0%,而且分布仅限于少数省份,主要集中分布在山西(约46%)和贵州(约30%),各地所产无烟煤煤质差异较大,唯有山西省晋城地区和阳泉地区所产无烟煤煤质最好,是我国两大无烟煤供应基地,所产无烟煤几乎销往全国各地,倍受用户欢迎。

无烟块煤不足,无烟粉煤积压

山西晋城地区和阳泉地区所产无烟煤属高热值优质无烟煤,它具有热稳定性好、抗碎强度大和低灰分、低硫分、低挥发分以及固定碳含量高、灰熔点高等优点,广泛用于化肥工业,以及冶金、建材、机械、玻璃、陶瓷、纺织等行业中的合成气和工业燃料的生产中。晋城、阳泉两地区年产无烟煤约计5000万t以上,由于机械化开采,块煤率最高不足40%.两地区每年大约产3000万t粉煤,这些无烟粉煤除铁路、公路外运销售外,两地每年约积压400万t～500万t,积压的粉煤,长年堆积于坑口,侵占农田,日晒雨淋,煤质变坏,加之水冲,造成环境污染,积压了资金,又浪费了能源。

无烟粉煤的加工利用方向

优质无烟粉煤的积压是最大的煤炭资源浪费,把它们加工成气化型煤,供合成气和燃料气生产使用,以解决无烟块煤供应的不足是最好的途径。

开发以无烟粉煤为主要成分的民用型煤和手烧炉型煤,供沿海省市使用;开发出口型煤供北欧、西欧各国烧壁炉使用,其效益十分可观;大力发展无烟粉煤为主要成份加炼焦煤的型焦生产,既无环境污染,投资小,成本又低。

中国现有1000家以上中、小化肥厂,多采用固定床间歇式气化法制半水煤气加工合成氨,无烟块煤是小化肥厂生产的优质原料。我国无烟块煤年需求量约4000万t,而产量却不足2000万t,一方面是严重的短缺,但是另一方面,每年有上亿吨的

无烟粉煤产生,市场需求不旺,大量积压,既浪费资源,沉淀了资金,又严重污染了环境,为弥补市场短缺,只能依靠无烟粉煤成型来满足市场的需求。山西晋城无烟煤是优质化肥用煤,晋城无烟块煤和无烟粉煤产地价差约60元/t,但在河北、山东、安徽、湖北等地差价高达200元/t,这为型煤厂的建设提供了绝好的市场和获得收益的可能。气化型煤无论其发展规模、经济效益和社会效益在国内工业型煤领域中均居领先地位,加之中小化肥厂的利润较高,为气化型煤技术更新提供了良好的条件,我们应抓住机遇,通过气化型煤的开发推广,从而带动其它型煤技术的发展。

粉煤气化机理

粉煤加压气化炉是气流床反应器，也称之为自热式反应器，在加压无催化剂条件下，煤和氧气发生部分氧化反应，生成以CO和H2为有效组分的粗合成气，部分氧化反应一词是相对完全氧化而言的。整个部分氧化反应是一个复杂的多种化学反应过程。此反应的机理目前尚不能完全作以分析。我们只可以大致把它分为三步进行。

第一步：裂解及挥发分燃烧。当粉煤和氧气喷入气化炉内后，迅速被加热到高温，粉煤发生干馏及热裂解，释放出焦油、酚、甲醇、树脂、甲烷等挥发分，水分变成水蒸气，粉煤变成煤焦。由于这一区域氧气浓度高，在高温下挥发分完全燃烧，同时放出大量热量。因此，煤气中不含有焦油、酚、高级烃等可凝聚物。

第二步：燃烧及气化。在这一步，煤焦一方面与剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO2和CO等气体，放出热量。另一方面，煤焦和水蒸气和CO2发生气化反应，生成H2和CO。在气相中，H2和CO又与残余的氧气发生燃烧反应，放出更多的热量。

第三步：气化。此时，反应物中几乎不含有O2。主要是煤焦、甲烷等和水蒸气、CO2发生气化反应，生成H2和CO。

其总反应可写为：

CnHm+(n/2)O2→nCO+(m/2)H2+Q气化炉中发生的主要反应可分为：

①非均相水煤气反应C+2H2O→2H2+CO2-Q

②变换反应CO+H2O→CO2+H2+Q

③甲烷化反应CO+3H2→H2O+CO2+Q

④加氢反应C+2H2→CH4+Q

⑤部分氧化反应C+1/2O2→CO+Q

⑥氧化反应C+O2→CO2+Q

⑦CO2还原反应C+CO2→2CO–Q

⑧热裂解反应CnHm→(n/4)CH4+[(4m-n)/4]C-Q

气化炉内的反应相当复杂，既有气相反应，又有气-固双相反应，对于复杂物系的平衡，我们引入独立反应数的概念，只要讨论独立反应即可。因为其他反应可通过独立反应的组合而替代。

所谓独立反应数，就是构成物系的物质数与构成物质的元素种数之差。假定煤气化反应在气化炉出口组成达到平衡，气体中含有CO2、CO、H2、O2、H2S、CH4、COS和C等八中物质，而这些物质是由C、H、O和S等四种元素构成，因此，气化反应只有四个独立反应，也就是说，在上述的反应中，我们只要讨论其中任意四个反应就够了。

另外，对于煤气化来说，S含量很低，基本上是一确定值（对于生成H2S、COS的比值），这样独立反应数就只有三个了。由于碳转化率在98%以上，于是独立反应数就只有两个了。所以，对于煤气化反应，只着重讨论变换反应和甲烷化反应两个反应。

煤气化反应的化学平衡：

①变换反应的化学平衡

CO+H2O→CO2+H2+9838Kcal/Kmol平衡常数计算式如下：

KP=PCO2*PH2/PCO*PH2O式中：KP为该反应平衡常数。PCO2、PH2、PCO、PH2O分别表示CO2、H2、CO、H2O的平衡分压。LgKP=2182/T–0.0936LgT+0.000632T–1.0806×10-7T2-2.2967

式中：T为平衡温度。从平衡上讲，变换反应为放热反应，降低温度对平衡有利。但在高温条件下，CO变换反应接近平衡。

②甲烷化反应的化学平衡

CO+3H2→CH4+H2O+49.271Kcal/Kmol平衡常数计算式如下：

KP=PCH4*PH2O/PCO*P3H2式中：KP为该反应平衡常数。PCH4、PH2O、PCO、PH2分别表示CH4、H2O、CO、H2的平衡浓度。LgKp=9859.6/T-8.3636LgT+2.08×10-3T-1.8716×10-7T2+11.888式中：T为平衡温度。

该反应为放热反应。提高温度，甲烷浓度降低，反应有利于向生成CO和H2的方向进行。但增加压力，甲烷浓度也相应增加。因为，甲烷化反应是体积缩小的反应。

煤气化总的反应是体积增大的反应，从化学平衡来讲，提高压力对平衡不利，但压力的提高增加了反应物的浓度，对提高反应速度是有利的。

展望