CN105861090B - 一种煤粉成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉成型装置，包括对辊成型机、给料设备和抽真空设备；本发明还公开了一种煤粉成型方法。本发明通过抽真空设备对煤粉中的气体进行抽吸以便脱气，提高煤粉的预压效果以及后续的成型强度。

Description

一种煤粉成型装置及成型方法

技术领域

本发明属于煤粉加工成型领域，特别涉及一种煤粉成型装置及成型方法。

背景技术

中国的能源结构是多煤少油少气，据统计，截至2007年底，中国常规一次能源探明和剩余可采资源量(包括煤、石油、天然气和水能)中，煤炭占73.2％，石油占1.3％，天然气占1.3％，水能占24.2％。2007年中国煤炭产量达25.36亿t，消费总量达25.8亿t，在一次能源的比重分别为76.4％和69.5％，煤炭的产量与消费占绝对主力。中国的能源消费现状决定了中国当前能源政策调整的重点在于对煤炭的清洁化、高效化使用。作为洁净煤生产技术的一种，型煤生产具有操作简单、技术成熟、成本低廉、节能增效明显、废气排放量减少等优点，值得我们大力发展。

煤粉成型技术已经广泛的用于原煤的深加工领域，例如，在活性炭生产中，以煤为原料制备煤基活性炭的方法已被广泛应用，为了使得到的活性炭在使用时具有较高强度，通常需要在煤进行炭化活化前进行成型处理，因此，煤炭高强度成型也是制备高强度活性炭的基础。

常用的煤粉成型装置有对辊成型机，煤粉在对辊成型机的两个压辊之间受压成型。

对于粘结性较差的原料煤，在成型中仍需要添加各种粘结剂以辅助煤粉成型，不仅增加成本，而且容易导致成型过程中煤料成型后部分仍粘附在对辊上。目前，无粘结剂的煤粉(特别是无粘结性煤制成的煤粉)成型研究也越来越成为人们研究的热点，这虽然可以有效避免原料煤在对辊上的粘附，然而为了制备得到强度等更佳的成型煤，同时也必然需要对成型设备提出更高的要求

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤粉成型装置及成型方法，以制备强度更佳的成型煤。

为实现上述目的一个方面，本发明提供的煤粉成型装置采用以下技术方案：

一种煤粉成型装置，包括对辊成型机和给料设备，所述给料设备设置于所述对辊成型机的压辊上方，用于向所述对辊成型机输送待成型的煤粉；其中，所述煤粉成型设备还包括抽真空设备；所述给料设备包括仓体、设置于所述仓体下端的出口部以及设置于所述仓体和出口部内的给料螺旋，

所述仓体包括外壳以及内衬于所述外壳内的锥形滤板，所述滤板的上、下两端分别与所述外壳密封连接，从而在所述滤板与外壳之间形成虑腔，所述抽真空设备连接至所述虑腔，用于脱出所述煤粉中的气体；

所述给料螺旋包括转轴和沿所述转轴的长度方向盘绕在所述转轴上的螺旋叶片，所述螺旋叶片的外沿靠近所述滤板和出口部的内壁设置。

在本发明中，通过虑腔以及抽真空设备对煤粉中的气体进行抽吸以便脱气，优选地，所述滤板的过滤精度为5～15μm，进一步优选为8～12μm，例如10μm。所述滤板可以采用金属丝网烧结板，烧结板可透气，但煤粉无法通过。另外，为保证脱气效果，本领域技术理解，所述仓体在运行时需要处于一定程度的密封状态，例如保持一定密封程度的进料和出料，其中本发明的出料方式天然具有一定的密封效果，可以满足要求；对于进料，可以在所述仓体的进料口上设置双螺杆给料机和/或星型阀，从而以一定密封程度将煤粉连续稳定输送入仓体内。

在本发明中，所述锥形滤板内衬于仓体内，可以是内衬于整个仓体侧壁，或者仅仓体下部的侧壁，即仓体的上部可以设有或不设有滤板。

在本发明中，通过螺旋叶片的转动使仓体内的物料自出口部排出，所述螺旋叶片的外沿靠近所述滤板和出口部的内壁设置，例如其间距不大于10mm，或不大于5mm，又或不大于2mm，比如0.5mm、1mm或1.5mm。

根据本发明的煤粉成型装置，优选地，所述给料螺旋还包括刮板条，所述刮板条固定在所述螺旋叶片的外沿上，并与所述滤板表面贴合，从而可以随所述螺旋叶片的转动而刮掉附着于滤板表面的煤粉，减少堵塞，提高脱气效果，并进而提高最终成型强度；优选地，所述刮板条与所述转轴位于同一平面上。

根据本发明的煤粉成型装置，优选地，所述给料设备还包括布料槽，所述布料槽安装至所述出口部下端，用于使所述出口部排出的物料在所述压辊上沿其轴向均匀分布，例如，所述布料槽的下端可以设置为长方形或其他类似性质，以便提高煤粉的整体成型强度；进一步优选地，所述转轴的下端呈锥形，并且穿过所述出口部延伸至所述布料槽内。

根据本发明的煤粉成型装置，优选地，所述滤板与其中心轴的夹角为12°～30°，进一步优选15°～30°，例如20°或25°；所述转轴的直径与所述出口部的内径之比为1:2～1:4，比如1:3。采用上述角度不仅有利于防止煤粉在螺旋叶片的作用下过快压缩，同时与较粗的转轴配合，有利于提高单位煤粉的脱气面，最终保证煤粉在下行过程中的顺利脱气，提高煤粉的预压效果以及后续的成型强度；更优选地，所述螺旋叶片的螺距为所述转轴直径的1～2倍；另外，所述螺旋叶片的螺距还可以由上至下逐步减小，以调节煤粉的预压缩比。

根据本发明的煤粉成型装置，优选地，位于所述滤板内的螺旋叶片设有至少3个螺旋，优选3～6个螺旋，例如4个或5个；位于所述出口部内的螺旋叶片至少设有0.5个螺旋，优选0.5～2.5个螺旋，例如1个或2个。前述的0.5个螺旋是指螺旋叶片在转轴上盘绕180°。

为实现上述目的的另一个方面，本发明还提供了一种利用上述煤粉成型装置进行煤粉成型的方法，其中，所述煤粉的温度为50℃～100℃、水分含量为2wt％～8wt％；所述粉煤的平均粒径不小于20μm，并且粒径不大于80μm的粉煤含量不小于90wt％；粒径为40μm～80μm的煤粉含量不小于10wt％。

在本发明的方法中，所述原料煤的适应性广泛，可以是无粘结性煤、弱粘结性煤、中等偏弱粘结性煤、中等偏强粘结性煤或强粘结性煤中的一种或多种的混合物。所述无粘结性煤、弱粘结性煤、中等偏弱粘结性煤、中等偏强粘结性煤或强粘结性煤为本领域所熟知，即，按粘结指数G分类，0～5为无粘结性煤，5～20为弱粘结性煤，20～50为中等偏弱粘结性煤，50～65为中等偏强粘结性煤，大于65为强粘结性煤。

本领域技术人员理解，原料煤的粘结指数越高，越有利于成型制备强度较高的型煤，而原料煤的粘结指数越低，则成型制备强度较高的型煤的难度越大。本发明的成型过程通过对煤粉进行脱气及其它相应调整，使得不论是粘结指数较高的原料煤还是粘结指数较低的原料煤均可以成功制备出高强度型煤，因此特别适用于以无粘结性煤或以无粘结性煤为主的原料煤的成型(脱气效果更佳)，例如，所述原料煤全部为无粘结性煤，或者所述原料煤中无粘结性煤的含量大于50wt％，比如为60wt％、70wt％、80wt％或90wt％，其余部分可以是弱粘结性煤等，优选地，所述无粘结性煤的粘结指数为≤2，例如为0、1或2。在本发明中，所述原料煤的粘结指数优选不大于30，进一步优选不大于20，更优选不大于10，例如不大于5，即无粘结性煤。

在本发明的方法中，利用滤板对煤粉进行脱气，本领域技术人员可以理解，需要对煤粉粒径进行合理控制，以阻碍脱气，同时研究发现，在成型过程中实现不同粒径煤粉的合理级配，同样有利于成型。优选地，粒径不大于80μm的煤粉含量不小于95wt％；粒径不大于40μm的煤粉含量不小于70wt％；进一步优选地，所述煤粉的平均粒径为20μm～40μm，例如30μm；更优选地，所述煤粉的粒径不大于200μm，例如不大于150μm，或者不大于100μm。本领域技术人员理解，可以通过选用相应的标准筛对粉碎后的原料煤进行筛分，从而得到具有上述粒度分布的煤粉。当然，本领域人员理解，本发明的原料煤在使用前最好经过脱除矸石和/或降低灰分等处理，例如使灰分含量不大于6wt％，例如3wt％。

在本发明的方法中，对仓体内的物料进行脱气处理，以减少煤粉颗粒间及表面吸附的空气，从而有利于提高成型强度。所述仓体内的压力为负压，其负压为0～3kPa(本领域技术人员理解，由于是负压，其中0这一端点值不可包含在内)，例如0.6kPa、1kPa或2kPa进一步优选地调节所述给料仓的负压为2.5kPa～3kPa。当负压过大时，可以进行反吹，以防煤粉进一步聚集堵塞，例如真空泵采用DCS控制，当负压超过4或6Kpa时，反吹1秒钟。

在本发明的方法中，优选地，对所述煤粉的温度和水分进行调整，以使所述仓体内物料的温度为70℃～85℃、水分含量为3wt％～6wt％。其中，合理的水分含量可在后续的压制成型过程中起到物料粘结剂的作用，但过高的水分会影响煤粉颗粒之间的结合，并会导致后续脱气处理困难；另外，上述温度范围有利于煤粉颗粒的软化，进而有利于成型，但温度过高会导致煤粉中的水分析出。因此，上述的脱气处理以及温度和水分的调节这三者之间息息相关，又分别对煤粉的成型产生重要影响，经过大量研究发现，当所述仓体内的物料的温度和水分含量保持在上述范围内时，有利于煤粉的粘结成型。本领域技术人员理解，对温度和水分进行调节的过程即可以在所述仓体中进行，也可以在其他处理过程和/或煤粉输送过程中进行，例如在原料煤粉碎时调节水含量以使所述仓体内物料的水分含量符合要求，在煤粉输送过程中对煤粉进行加热以使所述仓体内物料的温度符合要求，为本领域熟知，这里不再赘述。

根据本发明的方法，优选还包括：将部分型煤破碎至粒径为不大于3mm，优选0.5～2.5mm，例如1mm或2mm的煤颗粒，并将占所述仓体内的煤总质量10wt％～40wt％，优选25wt％～35wt％的煤颗粒送入所述仓体的步骤。研究意外发现，上述煤颗粒在和煤粉混合后成型时，在压制过程中可以成为型煤骨架的核心，从而有效提高型煤的强度。

与现有技术相比，本发明通过虑腔以及抽真空设备对煤粉中的气体进行抽吸以便脱气，提高给料螺旋对煤粉的预压效果以及后续的成型强度。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的示意图；

图2为本发明的另一种实施方式的示意图；

图3为图2中布料槽的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的煤粉成型装置进行详细说明，但本发明并不仅限于此。

如图1所示，在一种实施方式中，本发明的煤粉成型装置包括对辊成型机1、给料设备和抽真空设备3。其中，所述给料设备设置于所述对辊成型机1的压辊11上方，用于向所述对辊成型机1输送待成型的煤粉，以便成型。所述对辊成型机1可以本领域常用的煤炭对辊成型机，例如BEPEX公司生产的MS150型对辊成型机，为本领域所熟知，这里不再赘述。所述抽真空设备3同样可以本领域常用的真空机，为本领域所熟知，这里不再赘述。

所述给料设备包括仓体21、设置于所述仓体21下端的出口部22，以及设置于所述仓体21和出口部22内的给料螺旋。所述仓体21包括外壳25以及内衬于所述外壳25内的锥形滤板26，所述滤板26的上、下两端分别与所述外壳25密封连接，从而在所述滤板与外壳之间形成虑腔，所述抽真空设备3连接至所述虑腔，用于脱出所述煤粉中的气体。优选地，所述滤板26的过滤精度为5～15μm，进一步优选为8～12μm，例如10μm。所述滤板26为金属丝网烧结板，烧结板可透气，但煤粉无法通过。

所述给料螺旋包括转轴23、刮板条28，以及沿所述转轴23的长度方向盘绕在所述转轴23上的螺旋叶片24。所述螺旋叶片24的外沿靠近所述滤板26和出口部22的内壁设置，其中，位于所述滤板26内的螺旋叶片24设有4个螺旋，位于所述出口部内的螺旋叶片设有1个螺旋。优选地，所述滤板26与其中心轴的夹角(即滤板与转轴所夹锐角)为12°～30°，进一步优选15°～30°，例如20°或25°；所述转轴23的直径与所述出口部22的内径之比为1:2～1:4，比如1:3，以更好地保证煤粉在下行过程中的顺利脱气，提高煤粉的预压效果以及后续的成型强度；更优选地，所述螺旋叶片24的螺距为所述转轴23直径的1～2倍；另外，所述螺旋叶片24的螺距还可以由上至下逐步减小，以调节煤粉的预压缩比。

所述刮板条28呈长条形，与所述转轴23位于同一平面上，并固定在所述螺旋叶片24的外沿上，与所述滤板26表面贴合，从而可以随所述螺旋叶片24的转动而刮掉附着于滤板26表面的煤粉，减少堵塞，提高脱气效果。当然，本领域技术人员可以理解，在其他实施例中，所述刮板条28可以不与所述转轴23位于同一平面内。

如图2所示，在一个优选实施方式中，所述给料设备还包括布料槽29，所述布料槽29安装至所述出口部22下端，其中，如图3所示，所述布料槽29上端为与所述出口部22的下端相匹配的圆形开口4，所述布料槽29的下端为近似长方形的开口5，从而可使所述出口部22排出的物料在所述压辊11上沿其轴向均匀分布。当然，本领域技术人员可以理解，所述布料槽29的下端还可以是其它有利于物料分布的类似形状。另外，所述转轴23的下端呈锥形，并且穿过所述出口部22延伸至所述布料槽29内。

本发明的煤粉成型设备运行时，待成型的煤粉通过仓体21进料口上的星型阀27连续、稳定进料。在仓体21内，给料螺旋在外部电机(图中未示出)的带动下转动，使煤粉在穿过锥形滤板26向下输送的过程中，逐步被压缩，同时，通过虑腔以及抽真空设备3对煤粉中的气体进行抽吸以便脱气，从而更有利于压缩。穿过锥形滤板26的煤粉继续向下进入圆柱形的出口部22内，使其中预压缩的煤粉的形状得以保持一定时间，在稳定煤粉的预压缩效果后，继续在螺旋叶片24的作用下向下进入布料槽29，同时转轴23的锥形末端的作用下沿压辊11的轴向更好的分布，最后经对辊成型机1挤压成型。

以下进一步结合实施例对本发明进行说明。

其中，相关参数的表征方法说明如下：

平均粒度-GB/T 19077.1-2008粒度分析激光衍射法

强度-根据GB/T7702.3-2008进行测定。

其中，所用原料煤性质如下：

新疆哈密煤，来自新疆保利煤矿，其指标为：水分5.17wt％，空气干燥基灰分为1.31wt％，干燥无灰基挥发分35.54wt％，粘结指数2，属于无粘结性煤；

黑山矿区长烟煤，来自新疆托克逊黑山煤矿，其指标为：水分3.43wt％，空气干燥基灰分3.52wt％，干燥无灰基挥发分37.16wt％，粘结指数0，属于无粘结性煤。

以下实施例/对比例中，所述成型设备为对辊压块成型机，生产厂家：BEPEX公司；型号：MS150。

实施例1

(1)、将新疆哈密煤与黑山矿区长烟煤按质量比1:1混合均匀，并粉碎至平均粒径为25μm的煤粉，分别利用180目筛和360目筛进行筛分，其中，粒径大于80μm的煤粉含量为4.2wt％；粒径大于40μm的煤粉含量为16wt％；

(2)、将(1)得到的煤粉经星型阀送入如图2所示的给料设备内，对仓体内的物料进行脱气处理，使仓体内的负压保持在2.5kPa～3kPa；

(3)、使所述仓体内物料的温度保持在80℃～85℃、水分含量约为3wt％；

(4)、将所述仓体内的物料通过螺旋强制给料机送入成型设备在进行成型，成型时对辊间线压力约为11～12t/cm，以得到成型压块料(型煤)。

检测成型压块料强度，强度分布为88～94。按照质量进行平均后平均强度为92。

实施例2

(1)、将实施例1得到的煤粉经星型阀送入如图2所示的给料设备内，并且将实施例1制得的型煤破碎至粒径为1mm～3mm的煤颗粒，并将占所述给料仓内的粉煤质量35wt％煤颗粒送入所述给料仓。对仓体内的物料进行脱气处理，使仓体内的负压保持在2.5kPa～3kPa；

(2)、使所述仓体内物料的温度保持在80℃～85℃、水分含量调节约为3wt％；

(3)、将所述仓体内的物料通过螺旋强制给料机送入成型设备在进行成型，成型时对辊间线压力约为11～12t/cm，以得到成型压块料。

检测型煤成型压块料，强度分布为89～95。按照质量进行平均后平均强度为93.5。

对比例1

与上述实施例1的区别在于，仓体内无滤板。

检测型煤强度，强度分布为83～94。按照质量进行平均后平均强度为89。

Claims (12)

1.一种利用煤粉成型装置进行煤粉成型的方法，其中，所述煤粉成型装置，包括对辊成型机和给料设备，所述给料设备设置于所述对辊成型机的压辊上方，用于向所述对辊成型机输送待成型的煤粉；其特征在于，所述煤粉成型装置还包括抽真空设备；所述给料设备包括仓体、设置于所述仓体下端的出口部以及设置于所述仓体和出口部内的给料螺旋，

所述仓体包括外壳以及内衬于所述外壳内的锥形滤板，所述滤板的上、下两端分别与所述外壳密封连接，从而在所述滤板与外壳之间形成滤腔，所述抽真空设备连接至所述滤腔，用于脱出所述煤粉中的气体；

所述给料螺旋包括转轴和沿所述转轴的长度方向盘绕在所述转轴上的螺旋叶片，所述螺旋叶片的外沿靠近所述滤板和出口部的内壁设置；

所述煤粉的温度为50℃～100℃、水分含量为2wt％～8wt％；所述煤粉的平均粒径不小于20μm，并且粒径不大于80μm的煤粉含量不小于90wt％；粒径为40μm～80μm的煤粉含量不小于10wt％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将得到部分成型煤破碎至粒径为不大于3mm的煤颗粒，并将占所述仓体内煤质量10wt％～40wt％的煤颗粒送入所述仓体内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将得到部分成型煤破碎至粒径为0.5～2.5mm的煤颗粒。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述给料螺旋还包括刮板条，所述刮板条固定在所述螺旋叶片的外沿上，并与所述滤板表面贴合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述刮板条与所述转轴位于同一平面上。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述给料设备还包括布料槽，所述布料槽安装至所述出口部下端，用于使所述出口部排出的物料在所述压辊上沿其轴向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转轴的下端呈锥形，并且穿过所述出口部延伸至所述布料槽内。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述滤板与其中心轴的夹角为12°～30°，所述转轴的直径与所述出口部的内径之比为1:2～1:4。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述螺旋叶片的螺距为所述转轴直径的1～2倍。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述螺旋叶片的螺距由上至下逐步减小。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，位于所述滤板内的螺旋叶片设有4～8个螺旋，位于所述出口部内的螺旋叶片设有0.5～1个螺旋。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤板的过滤精度为5～15μm。