新疆皮里青粉煤高压成型的试验

严瑞山 张静

摘要：随着我国煤炭特别是低阶煤的大量开采，低阶粉煤干燥成型日益引起各方面的关注。本文简要介绍了新疆皮里青粉煤的高压成型试验过程，测试的数据：冷压强度≥70公斤/球，850℃加热30分钟后热压强度≥30公斤/球，1.5米高度跌落3次，6毫米筛上料≥85%，实现了以高压型煤为重要技术手段，将皮里青低阶粉煤制备成冷强度、热强度、跌落强度都达到高挥发分煤造气炉和褐煤造气炉指标的人造块煤;本试验不但提供了皮里青粉煤高压成型的工艺方法，还为低阶粉煤的利用提供了新的途径。

关键词：低阶粉煤;无粘结剂;高压成型;

中图分类号：TB44 文献标识码：B

一、前言

中国七大煤田之一的伊犁煤田，预测资源量3009亿吨，现已探明煤炭资源量近300亿吨，皮里青矿区位于之中，位于伊宁盆地北部伊宁县喀拉亚尕奇乡一带，皮里青河在煤矿区中部流过，行政区划属新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县管辖[1]。

新疆伊宁县皮里青沟勘查区的煤属低变质程度不粘煤、长焰煤，煤层均是优良的动力用煤，亦可做为气化用煤[2]。勘查区出露地层为下侏罗统八道湾组（J1b）、三工河组（J1s），中侏罗统西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t），上侏罗统齐古组（J3q）及新生界第四系（Q）的地层。其中下侏罗统八道湾组（J1b）为本区主要含煤地层，主要可采煤层为A、B组煤[3]。

由于煤质的低变质程度，原煤开采经过筛分后，<6mm碎煤很多，碎煤与块煤的比例基本在4：6—3：7之间，多家煤制气企业只能用≥6毫米的块煤，<6毫米的碎煤则无法入炉制气，造成皮里青煤炭资源的浪费。

为了利用这些低阶粉煤，制成符合高挥发分煤造气炉和褐煤造气炉指标的人造块煤，多家企业采用添加有机粘结剂、无机粘结剂、复合型粘结剂进行湿法低中压压块成型的尝试，虽然可以压块成型，但是冷强度、热强度均不能达到进入造气炉的指标。本文通过试验和研究，提出了以高压型煤为重要技术手段，将皮里青低阶粉煤制备成冷强度、热强度、跌落强度都达到符合高挥发分煤造气炉和褐煤造气炉指标的人造块煤。

二、皮里青粉煤高压成型压块试验

2.1 皮里青粉煤原料情况

皮里青原煤属于低灰分、中挥发分、低硫、低磷煤炭，可以根据它的低灰、低硫、低磷的特点，除了用于动力和气化用煤外，还可以用于配焦炼煤和热解提取煤气制作兰炭。表一是皮里青原煤的工业分析数据，这些数据突出了低阶煤含水高、低灰、低硫、低磷的特点。

2.2皮里青粉煤高压成型

根据表一皮里青原煤水分含量29.23%的情况，首先确定了干燥降低水分、辊磨统一粉煤粒度、无粘结剂高压成型的工艺。采取了多向分流干燥方式，把29.23%的水分降低到13.5%，然后通过辊磨将粒度调整为≤2mm，直接送入>200kN/cm线压力的高压压球机成型，成型率达到100%，皮里青粉煤在高强的压力下被压制成密实度超过1. 50 g /cm3，表面光亮的球团[4]。图一为皮里青粉煤高压成型的球团压块。

2.3测试数据

2.3.1 冷压强度测试

压块进行冷压强度测试，是检验粉煤成型压块能否满足进入高挥发分煤造气炉或褐煤造气炉之前的输送，如果冷压强度低，容易破碎，则无法进造气炉使用。皮里青粉煤通过无粘结剂高压成型压块后，取5粒样品压块测试：冷压强度最低1036.9N/球，最高1904.1N/球，平均1544N/球。表二为皮里青粉煤通过无粘结剂高压成型压块后进行的冷压强度测试，测试仪器为WDS-5KN数显式压力试验机，最大量程5000N。

2.3.2 热压强度测试

对压块进行热强度测试，是检验粉煤成型压块进入高挥发分煤造气炉或褐煤造气炉，在高温下是否爆裂，是否破碎为粉料，如果高温爆裂、破碎为粉料，将会影响造气炉正常生产，严重的甚至会造成造气炉停炉事故，所以热压强度的测试是至关重要的。具体测试：将高压成型后的球团压块置于马弗炉，将马弗炉加热到900℃后将装有高压成型的球团压块器皿放入，在850℃的温度中加热30分钟，然后趁热进行热压强度测试，实际测试热压强度最低35.9kg/球，最高112.15kg/球，平均热强度73.37kg/球。

2.3.3跌落强度测试

对压块进行跌落强度，是检验粉煤成型压块能否满足进入高挥发分煤造气炉和褐煤造气炉之前转运输送、进入料仓的跌落，如果跌落压强度低，很破碎，则无法通过转运输送进入料仓，也就无法进造气炉使用。具体测试将高压成型后的45×25×17尺寸的球团压块，置于跌落试验仪，高度定为1.5米，连续跌落3次，最后经过6毫米筛上料的比例为86%。

三、皮里青原煤扫描电镜

3.1原煤的扫描电镜图片

从A原煤200目扫描电镜图片可以清晰的看到原煤细小粒径的组织中存在管道结构，类似于树木中的毛细管的分布，验证了这些煤炭是由植物转化而成的。低阶煤内部由于这些管道结构，使得它的含水量高、氢氧元素数值高、容易扬尘、自燃和组织松散，常规低阶煤干燥后，水分当时是降低了，但是放置不久，水分很容易复吸，主要原因也在于它的管道结构。

3.2 原煤高压后的扫描电镜图片

把皮里青粉煤高压成型的压块，重新打碎，磨成200目，通过扫描电镜观看，原来的管道结构被高強压力彻底破坏掉了，下图左侧图像已经看不到管道痕迹了，下图右侧图像还可以看到管道被破坏的痕迹。由于原有的管道结构被破坏，这样再也无法依靠原有的管道结构保持高的水分了，通过高压成型压块加密之后，改变了原煤的组织松散，不仅防止了扬尘和自燃以及水分复吸，而且还可以替代块煤进入造气炉。下图是B高压成型后成打碎磨成200目的扫描电镜图片。

四、结论与期望

4.1 结论

对皮里青粉煤进行的高压成型压块试验，实际测试的数据：冷压强度≥70公斤/球，850℃加热30分钟后热压强度≥30公斤/球，1.5米高度跌落3次，6毫米筛上料≥60%，这些数据证明皮里青粉煤高压成型压块试验是成功的，工艺是合理的;皮里青的粉煤通过高压成型可以作为民用型煤用于民用燃烧，还可以作为工业型煤用于高挥发分煤造气炉或褐煤造气炉进行煤制气。本试验以高压成型为手段，测试的数据和试验的工艺过程为高效利用低阶粉煤，为皮里青煤的粉煤利用，提供了新的工艺技术和解决途径。

4.2 期望

低阶粉煤高压成型的机理需要深入研究，低阶煤内部的管道结构同样也需要深入研究，这方面还需要理论体系的完善;低阶粉煤无粘结剂高压成型的试验，还需要更广泛的开展，以便于更好的完善成型工艺，有针对性的实现我国众多低阶粉煤的高压成型。

参考文献

[1]王月江.新疆伊宁县皮里青河西煤矿开采地质环境研究.[J]科技信息，2011，10

[2]陈玲.王学坚.新疆伊宁县皮里青沟勘查区煤层煤质特征分析.[J]河南建材，2011，03

[3]邱林源.新疆皮里青矿区含煤性及煤质特征分析.[J]企业技术开发，2016，17

[4]严瑞山.大型压球机用于褐煤干燥后的高压成型[J]洁净煤技术，2013，02

作者简介：

严瑞山（1952.11-），男，汉族，本科，董事长，低阶煤综合利用、冶金冷固球团、电石渣循环利用、粉煤灰提取铝硅合金及综合利用、低阶煤制作高反应高强度焦炭、大型球团生产线相关机械的研制。

张静（1972.3-），男，汉族，学历：本科，黑龙江省安达市，技术部副部长，煤炭气化、褐煤提质、油砂油页岩开发利用。