1.气化煤球技术的发展概况：
1.1 我国南、北两地在型煤应用特点上的差异：
目前，由于无烟块煤市场紧缺，价格过高。为了提高经济效益，减轻无烟块煤的市场压力，于是化肥行业以往长期采用山西无烟块煤为原料的厂家，已经或正在开始纷纷上马煤球生产装置，开始尝试探索以煤球为无烟块煤的替代原料。包括一些上世纪80～90年代曾经有煤球装置，但后来因为一些历史原因而拆除不用的厂家，也重新兴建煤球生产线。当今，煤球制气已经在化肥行业快速推广，并且由南向北呈快速发展之势，已经或者正在进入越来越多的厂家。
目前，我国南、北两地在煤球应用特点和应用技术水平上有较大差异：
①煤球加工技术方面；南方省份(包括东北、西北两地)因为远离山西无烟块煤产地，绝大部分氮肥生产厂家长期以来一直采用煤球为原料(从上世纪90年代末腐植酸煤棒在湖南、湖北等地推广应用并逐步向外发展)。制作煤球的原料煤是使用当地或就近生产的低质量、低价位的当地无烟粉煤，也有少部分厂家采用当地无烟块煤为原料。
由于长期摸索、总结经验和不断提高，在型煤粘合剂技术方面、加工制作方面和应用方面经验丰富、技术成熟、技术水平高。在当今北方山西无烟块煤和粉煤价格高、货源紧严，重影响生产成本的条件下而南方和东北、西北的省份原来存在的“原料缺陷”反而变化成为原料优势，这些地区生产的无烟煤虽然综合特性不如山西无烟煤，但货源足、价格低的特点已成为这些地区的原料资源优势，长期坚持应用并发展的型煤技术，也成为这些地区企业生命力的主要部分。
②造气应用方面；在长期的生产实践中摸索出了系统的、成熟的工艺条件和操作方法，型煤气化过程中在强化生产的条件下能够维持工况稳定是其应用技术上的一大优势。
③系统整体配套条件也根据型煤气化而专门配置，系统整体配套条件看似因陋就简，但其中蕴藏着较深的针对性、专用性的技术内涵。
④有丰富的褐煤资源，这是型煤加工应用方面得天独厚的优越条件。
1.2 型煤分类：
①工业型煤指锅炉用的动力型煤。
②民用型煤指炊用的燃料型煤。
③气化型煤也称“原料型煤”分二大类；煤球和煤棒。煤球以往是指；由多种类型不同粘合剂制作的用于固定床气化炉的气化煤球，以往所谓的气化型煤也主要是指煤球。当今，型煤家族成员增加；如煤球、腐植酸煤棒、型焦等也列入了气化型煤之列。
在我国气化煤球早在60年代末期就开始加工制作，并且在固定床间歇气化煤气炉上作气化原料应用，起初只是在少数中、小氮肥厂应用。在当时粘合剂只采用粘土和纸浆，后来相继开发出石灰碳化煤球等多种类不同粘合剂的型煤。
型煤分类除分为：气化型煤、工业型煤、民用型煤以外，在加工的粘结剂工艺上也有具体分类，主要是根据有无粘结剂和粘结剂的类型大致可分为：
①无粘结剂煤球；热压成的煤球等。
②有粘结剂煤球；石灰碳化煤球、粘土煤球、沥青或煤焦油为粘结剂的煤球、焦油渣与粉煤混和的煤球、粘土及纸浆废液复合粘结剂煤球、沥青和石灰复合粘结剂煤球、沥青粘土煤球、粘土及腐植酸粘结剂煤球。目前，以上粘结剂类型的煤球大多数已经淘汰，只有腐植酸煤球(或煤棒)已被越来越多的厂家采用，腐植酸粘结剂已经成为型煤粘结剂的主流。石灰碳化煤球在广西、福建、云南等地区还有部分厂家应用，其它地区应用厂家很少。
粉煤成型利用，是将粉煤的升级利用，是由燃料煤升级为原料煤的“品位升级”，推广应用煤球制气也是改变原料路线；降低生产成本和减轻或摆脱无烟块煤供求压力的大事所需。
用褐煤制作型煤粘结剂是首选的原料，然而由于我国褐煤资源分布不均衡，部分地区无褐煤资源，因此型煤粘结剂工艺采用的是利用烧碱、无烟煤粉抽取腐植酸制作腐钠粘结剂，另外靠添加粘土增加煤球强度。因此，型煤粘结剂工艺方法还难以统一标准，在一些厂家煤球加工制作方面还是存在一些难点和问题，煤球制作的强度和化学活性差异较大，型煤的应用特性和效果上也有较大差距。
当今，无褐煤资源的地区煤球腐植酸粘结剂工艺也有新改进，即在煤球中掺加一定量的烟煤，对型煤的化学活性提高有一定益处，由于烟煤在400～
③气化型煤从形状上区别：
当今气化型煤总体上分为煤球与煤棒，煤球粘结剂有多种，而煤棒粘结剂只有传统的清水煤棒和当今的腐植酸煤棒，而清水煤棒已经退出气化型煤之列。
煤球形状规格也有多种：如卵形、球形、枕形等，外形规格大小也有不同，粒度相差较大，堆积密度和孔隙率当然也不同，造型粒度一般用单球重量表示；克／单球。
2.煤球制作对原煤的要求:
2.1 原煤的性质：
原料煤的变质程度(即形成年代和煤化程度)对型煤产气量、碳转化率、气化效率影响很大，对无烟煤而言，高变质程度的原煤制作的煤球产气率高，这与其形成的孔结构有关，在生产实践中产气量与碳转化率和气化效率是成正比的。
无烟煤的灰分物质组成及含量差异较大，煤中的灰份组成主要是氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化钾(K2O)、氧化钠(NaO)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铁(FeO)、有机硫(S)。煤的灰熔点和气化后的出渣形态与灰分中氧化镁、氧化钙、氧化铁和有机硫含量有直接关系，以上元素含量越高灰熔点越低，特别是氧化铁含量高的煤所形成的疤块十分坚硬，破除十分困难。制作型煤的原煤应选择Al2O3、SiO2、K2O、NaO含量高的粉煤。
煤球的化学活性对气化条件和气化强度影响很大，化学活性强的煤，与氧反应剧烈，气化速度快，氧化层范围集中，上、下行气体温度容易降低，上火挂壁的几率很小。因此，化学活性的高、低是原煤选择的主要条件之一。
而固定碳含量高化学活性差的煤，因化学活性差氧化过程不能在短时间、短距离、小范围内完成，氧化层则不易集中火层易散，火层散则温度相对低热量不易集中，上、下行气体温度偏高。因此，该特性的原煤不太适合煤球制作。
从煤的物理特性上分析：煤有“沙石性”和“粘土性”之分；沙性煤粒表面光滑、质脆如同河沙，光泽度高，本身无粘连力，亲合力差、塑性差，由于表面孔结构密实，堆沤过程中吸水性差，加压成型后产生反弹力，煤球表面粗糙甚至出现龟裂，机械强度差。沙性煤化学活性差，成渣性差，制作煤球后应用效果难达到理想。
土性煤一般挥发份含量高于沙性煤，结构细腻，粉碎后本身具有一定粘连性，亲合力强，成型塑性强，重压后无反弹力，表面微孔结构丰富，气化过程中与气化剂接触面积大反应能力强。堆沤过程中吸水均匀，成型后煤球表面光滑机械强度高。土性煤一般都属于高粘结性煤，高温条件下煤粒表面产生产生一定粘性，能使煤球不易散裂，化学活性高、成渣性强。制作的煤球应用过程中气化强度高，气化条件易掌握，煤气的产率和质量易达到理想状态。
但有的地方煤种高温条件下粘结性过高、灰熔点低，用块煤制气时操作难度大，易结疤、悬料、挂壁。而制成煤球入炉后气化条件反而能维持正常，这是因为煤球加工配料时加入了部分高熔点的物质，如硅含量高的粘土或钙含量高的石灰等，提高了煤球的灰熔点。
2.2 褐煤的性质：
制作粘结剂用的褐煤含碳量一般在65%～70％左右，含有40％左右的原生腐植酸和0.6%～5.6％的褐煤蜡，因产地而异褐煤蜡最高含量可达10％，挥发份含量50％左右，灰熔点
褐煤密度1.1～1.4t／m3，属于腐植煤的范畴，主要是煤化程度的不同而存在性质差异。褐煤灰份属于粘土性成渣松散、化学活性强，作型煤粘合剂能提高型煤的化学活性、机械强度和热稳定性，用于煤球加工能部分替代或全部替代粘土。目前褐煤的用途：①用于发电占52％左右；②民用燃料占20％左右；③其它用于型煤粘结剂、制取活性炭、制蜡等，从上世纪90年代开始被广泛用作腐植酸型煤粘结剂。
2.3 粘土的性质：
粘土资源丰富、价格低廉，粘土本身无可燃物质，主要矿物成份是二氧化硅，灰熔点较高但因其不含可燃的活性物质所以无反应活性，大量添加粘土后虽然增加煤球的机械强度，但是相应降低了型煤的含碳量和气化反应活性。
比较有代表性的粘土的成份分析：
3.腐植酸煤球的特点：
3.1 粒度：
煤球是通过机械成型的，成型后的尺寸是完全一致的。所以说；煤球是粒度最均匀的气化原料，其均匀度远超过无烟块煤。但是其堆积密度小，孔隙率高、床层蓄热能力差。1立方煤球的孔隙率是中块煤的 1.3倍左右，是小块煤的的1.4倍左右。
通过对工艺原理的进一步深入研究发现，入炉原料粒度并不是越均匀越好，有合理的粒度级别原料能自动填充空间使床层密实度提高，床层蓄热能力提高，有利于热转化利用率提高。例如，制作出粒度不同的煤球或直径不同的煤棒，都是提高型煤气化应用水平的有效措施。
3.2 热稳定性：
煤球热稳定性比无烟块煤差，由于制作中添加了一定量的无反应活性的物质作粘结剂致使吹风效率变低，发热量也相应降低，热稳定性一般为70％左右，加工质量差的煤球热稳定性60％左右。
煤球造气本身就有床层蓄热能力差，上行气温度比采用无烟块煤偏高，而且存在工况控制难度大的特点，如果煤球再存在热稳定性太差的特点，就将使热粉化加剧，吹风带出物的量会增加，气化效率下降。因此，提高热稳定性是提高煤球加工质量的一项重要任务。
用煤球造气相比无烟块煤来讲，同样气化强度的条件下吹风效率低，用风量大，该特点是煤球的化学活性和固定碳含量所致。在实际运行中煤球气化炉与无烟块煤气化炉在同样吹风量的条件下，发气量却低20%～30％。有数据显示；无烟块煤气化炉生产一立方半水煤气需0.95～
3.3 如果用煤球替代无烟块煤，要求煤球必需具有较高的机械强度和热稳定性，以适应搬运或加煤过程中发生的挤压磨擦和跌落撞击，以及炉内剧烈的温度变化和高速的气流冲刷。因此，煤球的加工质量是决定型煤应用水平的首要环节，提高煤球的冷热强度，有利于减少入炉过程中的破损量和减少炉内热粉化，降低气化过程中带出物数量，能确保煤球在气化炉中气化条件正常。
4.腐植酸钠煤球的加工：
4.1 要求掌握好四个环节：
①科学的做好原料煤选择与配煤。
②选择先进的并且适合与所用原煤配伍的粘结剂工艺。
③科学选择加工设备并且合理配套。
④在加工过程进行严格管理搞好质量保证。
在行业中早有“要用好煤球关键是先制好煤球”之说法。
4.2 腐植酸粘合剂的制作方法：
褐煤是提取腐植酸钠的重要原料，褐煤中含有游离腐植酸，腐植酸是一种具有极强性的胶体，在成型过程中外力作用使煤粒间紧密接触。腐植酸分子使煤粒间相接合力得以加强而成型。褐煤中有大量含水的毛细孔，成型时毛细孔被压溃，其中的水被挤出，覆盖于煤粒表面形成水膜，进而填充煤粒间空隙，呈现出相互作用的结合力，加强了煤粒的接触而成型。
无褐煤资源的地区大多数厂家采用存放时间较长的经过风化的无烟煤，经破碎、打桨、滤去杂物，再配入碱液、加热、搅拌，即可制成腐植酸盐碱溶液。该溶液属于水容性有机粘合剂，被煤表面所吸附，并通过煤粒微孔透到煤粒内部。使煤的亲合力增强，烘干时腐植酸盐碱溶液因水份蒸发而逐步浓缩成胶质体，更加增强了煤粒之间的粘结力。
4.3 腐植酸煤球加工质量：
影响煤球质量的因素主要有粘结剂质量、原煤质量和加工工艺条件，包括烘干程度。特别是原料煤加工破碎的粒度对型煤质量性能的影响很大，成型用的原料煤粉粒度要≤
型煤加工配料时腐植酸钠浓度应根据原煤的水分含量而定，原煤水分含量高则腐植酸液体要浓稠一些少加一些，原煤水分含量低则液体稀一些多加一些。配料时烧碱的量一般为褐煤重量的3.5％左右，腐植酸钠粘结剂加的量一般为原煤的5％～8％为宜。
5.腐植酸煤球的气化特点分析：
5.1 煤球冷强度低的原因：
一是与原煤中的水分过高导致粘结剂无法按量加入所致，原煤水分应为5％～6％为宜，粘结剂含水量在11％～13％之间为宜。
二是粘结剂工艺不适合所用原煤或粘结剂制作不符合要求，粘度低。
三是粉煤与粘结剂混合度不够。
四是成型设备压力达不到要求，不能将煤与粘结剂的结合力加压到要求。
5.2 煤球的热稳定性：
煤球的热稳定性是指煤球在高温燃烧和气化过程中，保持原来粒度而不破损或粉化的能力。造成煤球热稳定性不好的因素有很多；
一是煤球热稳定性差与原煤中结晶水含量有较大关系。
二是与原煤的性质(如“沙性”或“土性”)有关。
三是与煤的灰分组成有关。
四是粘结剂工艺问题。
五是加工设备配套平衡方面。
六是烘干质量达不到要求，入炉水分含量高。
5.3 煤球的结成渣性：
煤球的结成渣性与原料煤的灰分组成和灰分中的易熔成分含量有关，煤球在炉内的成渣条件除了与操作条件和煤的熔点外，还与煤中的灰分含量及灰分的矿物原素组成有关。另外，加入的粘结剂在一定程度上也会改变了原煤的特性，也会影响煤球的成渣性，如添加物不正确或添加量不当使煤球产生了高熔点、低活性的特点就会影响煤球的成渣性，从而直接影响气化条件。
5.4 煤球的化学活性：
煤球的化学活性是一项重要的指标，煤球的化学活性与原煤的化学活性有关。煤球的化学活性是可以通过配煤来调节并提高的，高活性的煤与低活性的煤合理搭配，并且从添加物上合理调配就能相应提高煤球的化学活性，还可以结合原煤的粒度调整与成型压力调整来提高孔隙结构等。
6.腐植酸煤球的应用特点要求煤气炉作相应的技术改造：
6.1 煤球气化对炭层高度的要求：
煤球属粒度最均匀的气化原料，但堆积密度小、孔隙率高、透气性强，床层蓄热能力差，不利于形成高温气化条件。煤球堆积密度相当于无烟块煤的75％左右，气化强度一般在900～
6.2 从型煤操作特点方面讲：型煤气化需要提炭层高度增加蓄热能力，为了扩大气化表面积，增加发气量，降低二氧化碳含量，必需提高气化层厚度。相对的措施是必需提高气化层的温度和厚度，因此需要提高炭层高度增加床层的蓄热能力，与此同时需要增加炭层蓄热能力降低上行气温度，以适应型煤热稳定性差的特定条件。而要创造与之适应的条件，首要的是提高炭层高度，型煤气化的床层高度选择要大于块煤。所以，煤气炉的三个高径比都需要达到合理。
而在实际运行中，由于型煤堆积密度和孔隙率问题的客观存在，如果床层的高径比达不到要求，势必造成床层蓄热能力差，致使炉内火层上移快，出现上行气温度难以控制，甚至出现吹翻炭层、吹风带出物量大等问题。在床层厚度达不到要求条件下，应用厂家为了稳定炉况，被迫将风量控制的都特别小。因此，风机能力的发挥受到了限制，煤气炉气化能力也因此而降低。
目前，煤球应用实际运行中存在的矛盾是；煤球气化需要加大吹风量增加放热量，而实际体现在炉况上的情况是风量加不上，反而比块煤气化炉风量控制的还要小，因而煤气炉生产能力受到限制。此现象往往是因为型煤的气化特点固有的因素外加煤气系统配置与型煤的气化特点不相平衡所致。
提高煤气炉内的床层高度，制约的条件是煤气炉高径比和水夹套的高径比，型煤气化的煤气炉水夹套高度，应比无烟块煤气化炉按床层提高的比例而增加。煤球气化要想达到高气化强度，就必需要创造条件加大入炉空气量，从气化设备配置上讲，煤气炉的高径比、水夹套的高径比、床层高度的高径比问题，是制约入炉空气量增加的关键性问题。以上问题解决后，入炉空气量才能提高，风机配套能力就能相应加大，煤气炉的气化能力就会因此而增加。
6.3 炉箅性能必需做适应性设计改进：
煤球气化因其与块煤相比具有明显的不同特性，因此对炉箅的布风条件、排灰面积、破碴能力、选材用料、防流作用等性能特点，均有严格的技术要求。为了适应型煤的气化特点，煤气炉的平衡配套条件方面除煤气炉三个高径比和风机能力的合理匹配之外，绝不能小视炉箅性能的适应性改造。否则，将因此而影响煤球的应用效果和效益。
6.4 气化煤球的造气系统，除尘器能力必需加强，除尘效果必需保证。否则。必然造气系统堵塞，另外粉尘排放也难以控制，环保问题解决不了。
结束语：
综上分析从煤球的实际应用角度来讲；腐植酸煤球虽然存在固定碳含量相对较低的显著特性。然而，这并非是对煤球气化效果产生不利影响的绝对因素，而煤球的机械强度、热稳定性、化学活性、灰熔点才是影响气化效果的关健所在，当然这些条件达到要求后固定碳含量高一些是更好了。同时设备配套条件、工艺条件、操作方法是同等重要的。
