煤泥现状

2024-05-10

煤泥现状（精选七篇）

煤泥现状篇1

调查发现, 细颗粒煤在原煤中的比例越来越多, 原因是矿井采煤逐渐趋于机械化和煤层地质条件的多变性, 而且在煤炭分选过程中, 粉碎等工艺环节进一步提高了细粒煤的比率。现场资料显示, 煤粒度3~5 mm在原煤中的含量高达20%~45%, 如果将这部分细粒煤进行合理充分地洗选, 会节省很大的资源, 同时很大程度上增加企业的利润[1,2,3,4,5]。然而目前, 采取不分级入选和不脱泥入选在我国重介质选煤工艺中还占据主导地位, 多数选煤厂的设备都趋向大型化。这种工艺流程在一定程度上使工艺流程大为简化, 但是却使全粒级煤炭的分选效率被迫降低, 加之目前几乎没有设备能使分选精度满足工艺要求[6,7,8]。

原煤细粒煤中有一些颗粒的粒级在重选和浮选之间, 一般工艺中所采取的宽粒级重选与浮选效果均不好, 此中粒级大小的煤称之为粗煤泥, 如图1所示。根据国家标准《选煤术语》 (GB/7186-2008) 的规定, 粗煤泥的粒度与煤泥相当, 一般在0.3~0.5 mm之间, 这种煤不适合使用浮选来处理[9]。

2 国内常见的粗煤泥分选工艺

一般国内的选煤工艺都使用两段 (重介质分选或粗粒跳汰、细粒浮选) 与两段半 (重介质分选或粗颗粒煤跳汰、细颗粒浮选、粗煤泥只回收) 的洗选工艺, 如图2所示。

这几种流程的相似特点是仅回收粗煤泥 (减少进入煤泥水系统的负荷和减少跑粗) , 而不将其加以洗选, 与国外粗煤泥经过多次分选、充分回收形成了鲜明对比。一般来说重选精煤灰分仅比使用分级旋流器或高频筛回收的粗煤泥灰分低2%~4%, 混进精煤将影响精煤灰分值, 若大多混进中煤, 则使精煤产量受到影响, 特别是在筛子和捞坑分级水平低、细粒煤含量大时更加明显, 严重影响企业的经济效益。由于我国粗煤泥的灰分比较低, 要生产出合格的精煤, 必须将分选密度降到很低, 大多数煤成为难选或极难选煤, 而螺旋分选机的最低分选密度为1.6 kg/L, 只能用于分选易选煤, 难以适应我国粗煤泥的特点。因此一些安装了螺旋分选机的选煤厂, 大多数处于停用状态。另外, 这些粗煤泥中矸石和煤解离得相对彻底, 产率也相对较大, 如果将其稍微加以分选, 必能提升精煤产率, 企业的经济效益也得以提高。因此, 结合我国煤质的特点, 研究在低分选密度时, 具有较高分选效率的粗煤泥分选技术和先进设备将会有广阔的前景。

3 干扰床分选机

3.1 分选原理

干扰床分选机又称液固态流态化分选机, 是一种利用水流在槽体内上升过程中出现的紊流现象、从而产生干扰沉降的洗选设备。根据颗粒的形状、粒度和密度的不同, 在水中沉降末速也产生差别而进行洗选。其突出特点是:结构相对简单、分选密度可调可控、单位处理量较大、只需小量的维护工作、运营成本明显降低, 是适合粗煤泥分选的合理的、先进的设备。

这种干扰床分选机的结构可简单分为4部分:给料部分、密度控制回路、分选床体部分、排料部分。物料颗粒在重力场中的干扰沉降理论是它的洗选原理, 工作过程可简单概括为:物料由上层的入料部分进入工作室, 在工作室内碰到速度朝上的水流, 便产生干扰床层, 颗粒受水流影响互相干扰而做沉降运动。当运动逐渐趋于稳定时, 其中密度小于干扰床层密度平均值的颗粒往上浮, 随水流进入溢流, 而一些高于干扰床层密度平均值的颗粒便穿过床层游向下部成为底流, 由矸石口往外排出。通过密度传感器可以发出信号, 来控制排矸口闸门, 从而由排料系统控制干扰床层的密度。

3.2 TBS干扰床分选机

TBS是英文Teetered Bed Separator的缩写。市场上现有的TBS不仅可作为分选设备, 而且可作为分级设备。随着科技的日益进步, TBS的分选密度逐步降低。据统计, 目前市场上的TBS分选密度最低可达1.35 kg/L, 并在低密度下其分选效率依然保持良好。TBS干扰床分选机的结构如图3所示。

柱形槽体便是其主体部分, 布水板安装在槽体的下方且有定角度, 其表面充满冲孔, 水由底部阀门给入干扰床工作室, 保持一定的水压值进入, 水流向上运动。期间经过布水板进入, 实现了水流在工作室中分布很均匀, 布水板便使其达到了很好的效果。矿浆沿切线方向给入干扰床的上部的入料井, 矿浆体积分数在40%~60%之间最佳。溢流槽位于设备的上方。TBS干扰床分选机和浮选柱外观上有些类似。

入料由入料井给入并向下运动, 在工作室内遇到向上流动的水, 矿物颗粒在水流作用下呈干扰沉降运动。颗粒的末速受到形状、粒度、密度不同而产生差异, 从而成为有效分选的依据。不同颗粒相对于水的沉降末速是分选结果的主要原因。颗粒末速大于水流流速的颗粒下降成为底流, 末速小于水流流速的颗粒随水流上升成为溢流。大量颗粒在干扰床的下部聚集, 成为自生介质层。由于上升水流的作用, 使大量颗粒在下降过程中互相影响, 期间还要经历密度梯度, 使颗粒难以向底流进入。当系统趋于相对稳定时, 密度低于床层密度平均值的颗粒将浮起成为溢流, 从溢流槽排出。而高于床层平均密度的颗粒就向下运动成为底流, 从排料口流出, 排料阀门由床层内的密度传感器发出的信号来控制, 而且相当准确。

TBS分选机的主要优点有:不用磁铁矿粉或类似的介质, 不用药剂, 运行所需费用少;无运动部件, 几乎无动力消耗 (仅控制系统用少量电能) ;用水量低。根据所处理物料的粒度和性质不同, 一般每平方米工作面积用水10~20 m3;使低密度分选应用于生产, 使精煤灰分减小;能够自动化来调节分选密度, 简单快捷;能够适应物料的多变性;结构简单, 占用空间少, 减少基建成本;运行过程现场不用专人看守, 且维护保养简单方便。

对于粒度在4~0.1mm的细粒煤, TBS分选机能有效分选, 但入料粒度上下限之比以4∶1为宜。

目前, 国内外大量现场数据与实验证实了TBS干扰床分选机对于粗煤泥的分选是一种非常经济有效的设备, 实现了人工调控其分选密度。通过大量科学实验不断降低其分数值, 最低可达1.4 g/cm3;单位处理量大, 结构简单紧凑, 使用空间少。使用TBS干扰床分选机洗选粗煤泥, 能有效优化精煤灰分, 提高精煤产率。TBS技术将优化我国以往传统的炼焦煤生产工艺, 具有深远的经济意义和社会效益。目前市场上销售的TBS干扰床分选机的规格及主要参数如表1所示。

4 结论

(1) 粗煤泥的含量一般都在20%~45%, 如果这一部分细粒煤在分选过程中不能被很好地分选加工, 会造成资源的极大浪费, 影响企业经济效益。

(2) 目前国内的常见粗煤泥分选工艺只对粗煤泥回收 (减少进入煤泥水系统的负荷和减少跑粗) , 而没有进行分选。

(3) 干扰床分选技术是适合粗煤泥洗选的先进设备, 并在多方面优于别的细粒煤洗选设备。因此, 研究符合我国煤质特点的、简单可行的干扰床分选设备, 将使我国煤炭实现全粒级洗选, 产生深远的经济意义和社会效益。

参考文献

[1]刘文礼, 陈子彤, 位革老, 等.干扰床分选机分选粗煤泥的规律研究[J].选煤技术, 2007, 26 (4) :11-13

[2]焦红光, 谌伦建, 铁占续.细粒煤重选设备的技术现状与分析[J].煤炭工程, 2006 (1) :14-16

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[5]邵燕祥.TBS/2100干扰床分选机在梁北选煤厂的应用[J].煤炭加工与综合利用, 2008 (2) :22-23

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[8]王大鹏, 陈警卫, 王全强, 等.液固流化床高效分离粗煤泥初步研究[J].煤炭技术, 2005, 24 (11) :80-81

煤泥现状篇2

鸡西是一座具有百年开采历史的煤城, 由于生产工艺落后、技术水平低下, 在为国家提供能源的同时, 煤炭副产品特别是矸石、煤泥已成为制约矿区持续发展的障碍。近十年来, 随着煤炭生产规模的不断扩大, 矸石排放量也与日俱增, 大量矸石堆积成山, 大大小小的矸石山有20余座, 占地100多亩。由于长期堆存, 风吹、日晒、雨淋, 污染大气、水源及土壤, 甚至经常发生自燃, 危害周围居民生命财产的安全;煤泥是洗选加工的副产品, 因灰分高、热值低、水分大、粘度强而长期滞销, 又不易储存, 风干后粉尘污染严重, 泛滥成灾。矸石和煤泥成了矿区主要污染物, 由于矸石占用大量耕地, 煤矿与农村纠纷不断, 制约了农村的经济发展, 也影响了煤矿的正常生产。

对此, 鸡西矿业集团积极采取系列措施, 促进煤炭资源综合利用。

1.1 将矸石作为沸腾炉燃料

城山煤矿选煤厂利用洗矸热值随粒度减小而升高的特性, 将洗矸分级, 小于13mm的洗矸再破碎至6mm以下, 作为全矿五台10吨沸腾炉的燃料, 热值可达2000-2200千卡/千克, 每年冬季回收洗矸粉末4万吨, 为全矿工业区供热取暖。

1.2 将矸石充填塌陷区

矿井新生产的矸石及选煤厂洗矸直接排入塌陷坑, 推平, 控制好标高及平整度。鸡西矿区向塌陷区排矸的运输方式是自翻火车自动卸车, 再用铲车、推土机平整。经测算, 改矸石山排矸为向塌陷区排矸, 不需要增加排矸费, 向矸石山排矸的占地费 (5元/吨) 与向塌陷区排矸的平整费基本持平。充填量占矸石生产量的8%。

1.3 将矸石作路基材料

杏花煤矿、城山煤矿的矸石硬度大、热值低、不易自燃、不易风化, 铁路运输部将这些矿的部分矸石作为路基材料, 铺就局内铁路线80多公里, 占矸石年排放量的5%。

1.4 将矸石作为陶粒、砌块、骨料的原材料

新发、正阳等煤矿生产的矸石与粘土成份相近, 质软易碎, 根据矸石的这一特点, 两矿相继办起了陶粒、砌块、骨料的加工厂, 生产量达到矸石排放量的30%。

2 存在隐患

通过采取上述措施, 矸石处理压力有所缓解, 但利用率依然很低, 只占全公司矸石排放量的50%。煤泥无处堆放的隐患依然存在, 已经威胁到各选煤厂的正常生产。因此进一步开展资源综合利用, 节约资源, 改善环境, 提高经济效益是鸡西矿业集团值得深入研究而又迫在眉睫的课题。

3 发展构想

鸡西矿业集团年开采原煤800至1000万吨, 矸石量200万吨/年, 占20-25%。全公司只有一座矸石电厂——滴道矸石电厂, 年发电60万KWh, 消耗矸石量35万吨, 本矿的矸石都消化不了, 而且该厂工艺设备已经落后。根据我国煤炭工业和电力工业的发展趋势, 结合鸡西矿区发展现状, 应考虑电厂与选煤厂同步建设, 统一规划和布局, 把煤矿自用电厂和选煤厂建在一起以利用洗矸、煤泥来发电, 搞煤电联营, 实现采掘-洗选-发电循环型经济模式。

3.1 建立电厂的优越条件

3.1.1 选煤厂建设提供先决条件

大型煤炭企业的加速发展壮大, 需要综合利用电厂的建设跟上步伐, 这样才能形成协调有序、资源节约、环境良好的局面。鸡西矿业集团正在改造东山选煤厂, 筹划改造城山选煤厂, 兴建新发选煤厂。因此应考虑同步建设电厂, 统一布局, 合理规划。

3.1.2 国家下达政策具备有利条件

国家已下达了一系列鼓励资源综合利用的政策措施, 经认定的综合利用电厂, 符合国家有关规定的, 实行应纳税额减半。

3.1.3 鸡西煤炭特性具有先天条件

鸡西矿区煤炭的特点低硫 (≤0.35%) , 低磷 (≤0.008%) , 建立电厂可减少脱硫工序。国家明文规定矸石电厂入炉燃料应用基低位发热量不大于3001千卡/千克, 鸡西矿区生产的矸石及选煤厂洗选的洗矸热值在800-2500千卡/千克之间, 符合综合利用电厂政策要求。

3.2 建立电厂的投资取向

鸡西矿区煤炭生产成本随煤层不断深入呈逐年升高趋势, 电厂的投资主要靠国家及地方政府的扶持, 实行贷款。矸石电厂发电量除煤矿自用外, 多余电量可并入鸡西发电厂电网, 由鸡西电网收购, 统一销售。

结束语

综合利用电厂的建设可促进煤炭综合利用的进步, 延长了煤炭产业链条, 对促进煤炭可持续发展起重要的推动作用。

西矿业集团双河煤矿选煤厂技术员, 一直从事选煤工作。

摘要：分析鸡西矿区矸石和煤泥的综合利用现状, 存在的隐患, 并提出可持续发展的战略构想。

热电厂煤泥系统煤泥添加工艺改进篇3

关键词：热电厂,煤泥系统,煤泥添加,工艺,改进

利用电厂锅炉焚烧污泥是符合我们国家的政策的, 符合目前国家提倡的城市污泥无害化处理的产业化政策。另外,也符合废物“减量化、稳定化、无害化、资源化”的处理原则,利用电厂锅炉焚烧污泥不仅保证了企业的经济效益,同时还保障了环境,实现社会效益与经济效益的统一。这项技术的开发,既解决了污泥的问题,同时也变废为宝,实现了废品的重复利用,大大节约了资源。完全煤泥系统中的高效传输、高效利用是关键,热电厂在解决煤泥能源使用的过程中,需要解决高效利用的问题,也需要避免出现环境污染的问题。

1煤泥添加工艺改进准备

热电厂煤泥系统使用的煤泥原料原供料方式为:选煤厂浓缩池内的煤泥浆通过底流的4台渣浆泵达到选煤厂压滤机,煤泥浆通过压滤车间的四压滤机压滤成为水分22% 左右的干煤泥,干煤泥在通过压滤机下部的皮带机转运至#488刮板机落地,干煤泥落地到#488机头煤泥池后通过#801行车搬运至热电厂刮板机东侧煤泥场地。煤泥系统需要煤泥加料时再使用装载机转载到刮板机运输至煤泥泵车间,刮板机以中部或头部卸料方式通过各泵搓和机向#0、#8、#9、#4、#5炉煤泥泵供料。煤泥搅拌需要的水再通过向刮板机、各煤泥泵搅拌仓加水的方式保证煤泥搅拌所需要的水分,确保煤泥搅拌的均匀粘稠度,达到30% 水分的可泵送状态。

为进一步实现节支降耗、降本增效,减少煤泥压滤作业量、抓斗提升量及刮板运输量,降低大屯选煤厂煤泥压滤成本和热电厂供料车间设备磨损及事故率,需改变优化大屯选煤厂尾煤泥经浓缩压滤、抓斗机提升、刮板机输送、热电厂煤泥搅拌仓加中水搅拌供料(原料含水约30%)的工艺流程。

通过供料工艺流程分析优化为大屯选煤厂浓缩机底流(浓度400g/L ~ 500g/L)直接泵送入热电厂的煤泥搅拌仓、再添加干煤泥搅拌混合作为热电厂原料。

2煤泥添加工艺改进方案

改进方案确定为大屯选煤厂浓缩池底流尾煤泥的煤泥浆用现备用的离心式渣浆泵通过管道直接打入煤泥系统的刮板机及缓冲搅拌仓,浓度不足部分,再添加经过压滤过的干煤泥搅拌,制作为目前适合泵送及锅炉燃烧的含水量30% ~ 33% 的粘稠煤泥。

具体实施中在选煤厂一备用渣浆泵出口开口接入管道,管道与选煤厂浓缩池至压滤车间管道并行,经选煤厂压滤车间进入煤泥泵房,在煤泥泵房各煤泥搅拌仓及刮板机搓和机上口留有排料口并加装阀门控制出料。实现了选煤厂浓缩池煤泥浆沉淀至底流后通过底流的排料阀进入渣浆泵,使渣浆泵泵壳内灌满煤泥浆,当原动机带动泵轴和叶轮旋转时,随叶轮作圆周运动煤泥浆也作圆周运动,另外,由于受到了离心率的作用,煤泥浆自叶轮中心向外周抛出,因此,煤泥浆会获得一定的压力。有一部分的速度能在煤泥浆流出蜗壳到排液口时会转变成静压力能,当煤泥浆自叶轮抛出的时,煤泥浆则会出现不断地被吸入的情况,并以一定的压力排出至出口管道。通过管道内形成的压力煤泥浆被压至具选煤厂浓缩池距离约100m的煤泥泵房。通过煤泥泵房各煤泥搅拌仓及刮板机上留有的排料口向刮板机及#0、#8、#9、 #4、#5炉煤泥泵搅拌仓供应煤泥浆。煤泥浆供料过程中在通过向煤泥刮板机添加干煤泥进行搅拌制作,最终使煤泥调配至含水量30% ~ 33% 的粘稠状,达到煤泥泵的可泵送状态及锅炉的燃烧要求。

3煤泥添加工艺改进后效果

改进后煤泥添加使用中无需向煤泥内加水,只配加干煤泥及煤泥浆,因煤泥浆密度与煤泥密度较为接近提高了煤泥搅拌的均匀度。降低了装载机、刮板机及搓和机运行时间。该工艺的改进,改变大屯选煤厂尾煤泥经浓缩压滤、抓斗机提升、装载机转载、刮板机输送、热电厂煤泥搅拌仓加中水搅拌供料(原料含水约30%) 的工艺流程,为大屯选煤厂浓缩机底流(浓度400g/ L ~ 500g/L)直接泵送入热电厂的煤泥搅拌仓、再添加干煤泥搅拌混合作为热电厂原料。

因煤泥浆密度与煤泥密度较为接近提高了煤泥搅拌的均匀度。按年用煤泥20万吨计算,每年可减少煤泥压滤作业量、抓斗提升量、装载机转载及刮板运输量1.6万吨,降低大屯选煤厂煤泥压滤成本和热电厂煤泥泵运输及设备磨损成本约10万元。进一步实现节支降耗、降本增效,降低大屯选煤厂煤泥压滤成本和热电厂供料车间设备磨损及事故率。

4讨论

利用煤泥燃烧发电的关键技术是将煤泥从选煤厂输送至电厂,这个过程中,需要解决煤泥的自身运输缺陷和环境污染问题,又要降低成本,有效运营。安文,王涛研究认为:煤泥管道长弯头多,管道阻力大。煤泥中杂物又进一步加大了管道阻力,使整套系统达不到设计要求。煤泥的流体特性试验表明,煤泥属非牛顿流体。认为运输方案中的选择管道线路上也要尽量避免使得弯头数过多。殷昭景,赵联成研究认为煤泥利用过程中, 把握好污泥不需要经过干化处理,而是直接与煤泥掺烧, 节省了干化设备投资,而且处理污泥费用低。经过锅炉内900℃以上的高温燃烧,污泥中含有的大量的有毒有害物质,在高位环境中,进入流化床锅炉的炉膛,被彻底分解。焚烧后,烟气中的含有的一些有害物质粉煤灰, 则会被水泥厂作为生产原料回收,进行二次利用,所含的重金属基本固化,不会流入水体,对环境造成严重的污染。烟气经过电厂的除尘及脱硫设施能实现达标排放要求。在掺烧煤泥时,需要在煤泥内加水达到30% 才能输送至炉内燃烧,加水就要多消耗煤,而加污泥即解决了煤泥加水的问题,同时污泥还具有5MJ/kg的发热量, 可充分利用其热值。

马星民等研究认为输送煤泥燃烧发电解决了选煤厂的煤泥出路问题,有效地解决煤泥长期堆存占用大量土地、污染环境的问题,将有利于电厂和选煤厂周边环境的改善,具有良好的社会效益,关键技术需要考虑:选取合适的高压可控泵送,如双缸电液比例高压柱塞式浓料泵,远距离传输;专用煤泥搓和设备煤泥预先处理, 实现基本均匀高浓度煤泥浆的原料,多功能给料器和高压换向阀、分流换向阀,解决因煤泥成功输送和内摩擦阻力大问题,还需要考虑到局部出现管道堵塞问题。管道密封减振、低摩阻复合管的采用,可把高浓度、高阻力的煤泥以无级变量的方式。这种优化程序和关键技术的要求,有利于更好地实现输送问题。

5结论

通过改进方案可以实现煤泥浆密度与煤泥密度较为接近,提高煤泥搅拌的均匀度,对于减少煤泥压滤作业量、抓斗提升量、装载机转载及刮板运输量,降低煤泥压滤成本和热电厂煤泥泵运输及设备磨损成本有重要意义。

参考文献

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[4]殷昭景,赵联成.水煤浆热电厂污泥煤泥掺烧技术的应用[J].中国煤炭,2012,38(10):113.

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煤泥现状篇4

煤泥是煤粉含水形成的半固体物, 是煤炭生产过程中的一种产品。常出自炼焦煤选煤厂的浮选尾煤、动力煤洗煤厂的洗选煤泥、煤炭水力输送后产出的煤泥等。煤泥有以下几个特点:1、粒度细、微粒含量多;2、持水性强, 水分含量高;3、一般仍有2500大卡~5500大卡的热量, 甚至超过一些低热质动力煤;4、黏性较大、灰分高。

我国是煤炭大国, 煤炭是我国使用最多、最重要的能源。每年煤炭工业排出的煤泥数量无法估量。煤泥的堆放、贮存和运输都比较困难, 遇水即流失, 风干即飞扬。结果不但浪费了宝贵的煤炭资源, 而且造成了严重的环境污染, 有时甚至制约了洗煤厂的正常生产, 成为选煤厂棘手的问题。

煤泥和煤矸石都是可以利用的低热值燃料, 如不很好地加以利用, 不仅造成资源浪费, 而且严重污染环境。煤泥、煤矸石如用于矿山井下充填、回填塌陷区等方法不能创造直接的经济效益, 甚至有可能造成新的污染。因此, 煤泥、煤矸石发电是理想的利用方法。[1]大量煤泥能通过燃烧来发电, 既节能又环保, 利国利民有着重大的意义。

2 发电厂煤泥处理技术

我们知道, 常规燃煤发电厂均是使用带式输送机将小块状煤运送入锅炉原煤仓。而带式输送机是无法将黏性大、水份高的煤泥直接进行输送的。为了使煤泥能够顺利进入锅炉燃烧, 技术方法有:一、先将煤泥进行干燥处理, 使之形成固体块状 (必要时还需通过一道破碎工序) , 然后再使用带式输送机运入原煤斗;二、用压力泵通过管道将煤泥压入锅炉燃烧。因而发电厂的煤泥处理系统分成煤泥干燥系统和煤泥管道输送系统两种形式, 以下是此两种不同形式系统的介绍:

2.1 煤泥干燥处理系统

煤泥干燥处理后进入锅炉燃烧, 此种方式是燃烧煤泥电厂最初使用的工艺。其简要流程为:湿煤泥滤饼经压滤车间出料刮板机给入密封刮板机后进滚筒干燥机, 干燥后的煤泥产品由密封刮板排料机转载后进入带式输送机转运送至锅炉煤仓。

此系统工艺流程中重要的气体流程为:冷空气经鼓风机进入热风炉, 产生的热烟气进入滚洞干燥机, 与湿煤泥滤饼完成质热交换后, 尾气经旋风除尘器、引风机、湿式除尘器、烟囱排至大气。湿式除尘器内的水及水雾层分别捕集和吸附含尘气流中的粗细颗粒后变成污水进集水池;集水池下常设两台泵, 一台打溢流供湿式除尘器循环用水, 另一台打底流至浓缩机。

2.2 煤泥管道输送系统

煤泥管道输送是近年发展起来, 先进的一种煤泥入炉输送工艺。本文分别从工艺系统流程和主要设备进行详细、重点的介绍。

1) 工艺系统:洗煤厂产生的煤泥经过压滤机压滤后用车运到电厂煤泥堆场, 然后通过装载机进入煤泥输送系统。煤泥经强力搅拌仓搅拌后经铸石刮板输送机输送至搅拌缓冲仓均浆搅拌后进入预压螺旋, 由预压螺旋以正压给料的方式喂入煤泥泵, 由煤泥泵以高压泵送方式泵送出, 经超低摩阻内涂层管输送到循环硫化床锅炉炉顶部, 通过分流器、多功能给料器和锅炉接口器直接进入锅炉内燃烧。

必要的清洗流程:当电厂锅炉长时间停机维护时, 存在管路中的煤泥极易沉淀板结。为止系统非常有必要设置清洗装置, 当系统长时间停车时, 可对系统进行有效清洗。常用系统和备用系统通过高压浓料换向阀自动完成功能切换。

2) 分系统及主要设备:

煤泥管道输送相对煤泥干燥系统更为复杂, 设备相对较多, 以下将介绍其重要的分系统及关键设备:

a、预处理分系统:由于煤泥含水量大、粘度大有可能结块以及掺杂着矸石等情况。直接泵送时煤泥难以吸入浓料泵, 因此煤泥的预处理对于确保整个泵送系统的可靠运行具有十分重要的意义。

预处理基本工艺为:煤泥棚内的煤泥由装载机进行上料进入膏浆制备机, 制备机内的煤泥加入适量的水, 经膏浆制备机均匀制浆后, 达到输送所需的30%的含水率, 此时煤泥具有较好的流动性, 既能满足刮板输送机的输送要求又可以通过渣浆分离机对矸石等杂物进行筛分。由膏浆制备机均匀制浆的煤泥进入渣浆分离机进行筛分。筛上物为矸石等杂物, 筛下物为符合煤泥输送系统要求的洁净煤泥。

b、保浆缓冲仓:保浆缓冲仓常为方形钢结构, 内设卧式搅拌螺旋和液压移动滑架, 底部设有矩形大口径出料口。 (见图1)

c、正压给料机:为变螺距双轴结构, 采用变频电动机为动力。主要作用是以正压方式向膏体泵供料, 同时输送量可实时调节, 保证与膏体泵输送量相匹配。 (见图2)

d、膏体泵:是一种先进的煤泥泵送设备, 该泵具有以下特点:出口压力大、输送距离远;换向阀结构简单, 吸、排料无阻碍;料缸直径大, 便于含水量低的煤泥吸入;采用闭式液压系统, 具有压力冲击小、管路压力损失小、高效、节能、出料稳定等优异功能。主要易损件表面经过特殊强化处理, 使用寿命长, 并可方便地进行维修和更换。 (见图3)

e、膏体输送管路:输送管道应具有摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀、耐冲击, 使用寿命长等特点。还应该良好的密封和抗振性。

f、立式给料机:是一种炉顶给料装置, 采用滑阀式结构形式, 以液压油缸为动力, 入料端与输送管相连, 出料端通过锅炉接口器与锅炉相连。同时, 立式给料机另一端连接清洗回流管, 与电厂排水系统相连。立式给料机具有二个工位:送料工位、清洗工位, 具有送料、清洗、疏通干结物料的功能。 (见图4)

3 两种工艺的比较

3.1 两种工艺的优缺点:

一、煤泥干燥处理:1) 优点:a、工艺相对简单, 程序简洁;b、设备一次性投资相对小。

2) 缺点:a、由于使用传统带式输送机等设备, 使得整个系统占用地面积大;b、系统多处于开放式, 煤泥对环境造成较大污染;c、运送距离较短, 对场地和布置形式要求高;d、设备故障率高、运行的可靠性较低。

二、煤泥管道输送处理:

1) 优点:a、结构紧凑、占地面积小, 管道布置简便灵活, 可以架空或地沟铺设、垂直上升及以各种角度转弯;b、输送过程全密封、无污染;c、输送压力高、距离远、输送高度高;d、工艺较为先进, 系统可靠性较高。

2) 缺点:a、工艺环节复杂, 环节较多;b、设备一次性投资较大。

3.2 两种系统在电厂实际运营效果比较:

一、煤泥干燥处理在早期的煤泥燃烧电厂广为使用, 运行中出现较多的问题:

首先是占地大、现场显得脏乱, 检修也较麻烦。其次需要人力多、常用电功率大, 每吨煤泥处理运营的费用较高。再次是干燥后的煤泥呈大小不一的鹅卵石状, 表面光滑, 有较强韧性、不易被破碎。如煤泥量大, 容易导致系统堵塞。

但煤泥干燥系统也并无优处:对于电厂锅炉燃烧来说, 其系统带入的水份很少, 有利燃烧。还可根据用户要求控制产品的粒度和水份, 干燥煤泥产品水份可达8%以下, 粒度可控制在8-10mm左右, 但成本会随着水份的不断降低而增加。

二、煤泥管道输送能较好地解决电厂运煤系统中故障率高、易堵塞的生产难题, 显著提高电厂的环保效益和经济效益。其不但能不间断地将煤泥输入锅炉燃烧, 而且可根据锅炉情况无级调节输送量。运行成本也相对低。但煤泥管道输送也给锅炉带入了较多的水份, 影响到了燃烧的效率。一次性投资也较高。

结语:煤泥燃烧发电是一项新兴的技术。其符合我国建节能环保型社会的基本国策, 应大力发展。尽管是"煤泥干燥处理"或是"煤泥管道输送"还都存在着缺点, 但这两种处理系统毕竟实现了煤泥输入到锅炉中燃烧进而发出绿色电能。从事此方面的研究的科技人员需多实践多交流, 尤其在"煤泥低阻力管道输送"和"除去煤泥中过多的水份"等课题上争取突破。为我们国家的节能减排做出更大的贡献。

参考文献

煤泥干燥与泵送技术篇5

1.1 煤泥干燥脱水方式

煤泥干燥脱水以及原煤融合之后, 可以将其作为锅炉燃烧原料。当前, 煤泥干燥方式主要有两种。第一种是以滚筒式热烟作为工艺代表;另一种是多层多效设备为主的干燥设备工艺。使用滚筒式工艺主要有以下几个流程:显煤泥滤饼放置在传输带中, 将其送至密封板后的输送机进行压滤。当逐渐干燥以后, 会存在一定的煤泥产品, 这些产品经过传送机的传输就可以输送到一定的场地上。这个时候产生一定的工艺气体, 该气体的主要流程是, 冷空气经过风机进入到热风炉内时, 能产生出大量的热烟气体, 烟气体逐渐进入干燥剂内实现热交换, 最后的尾气会直接排入大气内。这便可以看出, 该煤泥干燥方式会损失更多的热量, 而且占地比较大。进行烟气处理时, 比较复杂。多层多级多效干燥方法, 是基于设备蒸汽作为燃烧介质, 将这些介质分别倒入设备内, 进行加热, 再基于热传导的方式对物料进行干燥处理。一般而言, 水分含水量在25%~40%之间, 湿的煤泥经过处理之后, 需要借助散装置进行打散, 再送至进料机内。在不断搅拌中, 会传输大量的能量, 实现传热干燥目的。这些干燥后的煤泥会在滚筒的转动下, 逐渐找到料口方向, 这样成形的煤泥就可以输出来。这就是整个煤泥的干燥过程, 该工艺的水平比较低, 在实践过程中安全、节能以及环保, 可以快速实现脱水和干燥。

1.2 煤泥干燥脱水工艺特点

煤泥干燥脱水之后, 一般都是借助脱水系统降低水分, 当这些煤泥干燥之后就可以使用了, 一般而言, 最为重要的是, 可以将干燥的煤泥和原煤泥掺合在一起使用。当煤泥干燥实现脱水之后, 它的物理性质发生了巨大变化, 从而解决了煤泥在干燥过程中出现的弊端。较好地改善了煤泥储备、运输中的性能。而且这个过程不会出现环境二次污染, 极大地改善了工厂生产效益。然而, 煤泥干燥系统自身有特殊的特点, 在使用过程中, 还需要注意以下几个问题。第一, 煤泥的热值低问题。锅炉燃烧物质时, 一般对热值有新的要求。因此, 掺合的比例应该得到控制, 这样才不会影响锅炉正常运行。第二, 煤泥干燥以后, 很容易出现扬灰问题。干燥的设备一般都应该放置在中煤仓附件存放。这个时候会因为运输导致污染出现, 污染问题要得到重视。第三, 煤泥实现干燥以后, 会出现粉末, 这个时候需要做好防爆工作, 保持干燥腔内的氧气量合适, 氧气量不能过高, 低氧坏境更加合适。

2 煤泥高压泵送技术

2.1 煤泥高压泵送技术简介

煤泥高压泵送系统, 在实现工作中, 都是借助煤泥输送管进行输送, 直接将其输送到锅炉内实现燃烧。这样就可以避免二次污染问题出现。该系统使用功能齐全, 一旦启动可以实现贮存、输送、清洗等功能。满足了燃烧煤泥干燥全部环节需求。选择煤泥高压泵送系统可以提升干燥煤泥速率, 该系统的工艺流程是:第一, 需要将外部的给料设备放置入煤泥, 初次进行压滤。撮合设备会对煤泥进行碾压, 粉碎。会形成细碎的煤泥, 将这些煤泥逐渐放置在仓内, 这样就可以实现缓存放置。再将其放置于搅拌叶片中进行充分的搅拌, 再使用正压给料机直接输送到弄料泵中, 一些高压的弄料泵再将煤泥泵直接输送到煤泥管内。经过多次给料之后, 就可以将其放置在锅炉内实现燃烧。一般而言, 煤泥的清洗速度都比较快速, 将其输送到管道内, 直接输送到锅炉进行燃烧。一般而言, 在泵送系统中, 一旦接收了输送的泥煤, 泵送系统压力会逐渐变大。在放水位置, 这个时候的系统可以实现长期闲置, 煤泥会经过清洗口排出来, 有效防止煤泥在管路内干结。

2.2 煤泥高压泵送工艺缺点

煤泥高压泵送系统一般都集合了输送、搅拌、给料以及储备为一体, 在这过程中能够实现固定再次结块或者沉淀。当进行煤泥输送时, 输送量能够达到71%。而且在这个过程中, 具备较大的输送量、高压力输送以及设备使用灵活便利等特点。为了更好地实现流量节能控制, 在运行过程中, 能够降低用电厂消费, 减少设备磨损, 提升锅炉维修期间。该系统已经在我国被推广使用, 使用的范围逐渐扩大。目前该系统在不断地得到改善和改进, 逐渐向高效率、大容量方向拓展。但是该期间因为受到热量影响。需要适当选择弯管数量。在泵送高度达到或者超过200 m的时候需要在高空布置水平管道;在安装超高压管道的过程中需要采用特殊固定装置U码来固定牢固。采用这一装置的主要目的是为了避免泵送震动, 从而导致管道出现松动。此外, 还要充分考虑到输送阻力的影响。通常情况下, 当输送管直径越小的时候, 输送阻力会越大。当输送管直径过大的时候, 又会使管道抗爆能力变差, 最终会影响到煤泥性能。在实际应用过程中应该尽量选择直径是159 mm的输送管。

2.3 泵送设备

1) 耐超高压管道系统。耐超高压管道系统本身通常采用的是合金钢特制耐磨超高压管道, 这种管道是专门经过特殊淬火处理的, 寿命比普通管道更长。经过特殊工艺制成的耐超高压管道系统能够有效保证管道康宝能力和耐磨损寿命。

2) 设备配置的可靠性。在实际施工过程中经常要对设备进行专业配置, 设备配置的效果将会直接影响到施工效果。在设备配置过程中应该把可靠性原则作为首要原则。设备一旦出现故障并导致泵送中断2 h以上情况时, 输送管道内部就会出现泌水和利息的现象, 最终对工程质量造成严重影响。采用双动力结构有效提升了施工过程的可靠性, 两套独立泵和管道系统的应用是顺利施工的重要保证。

3) 超高压液压截止阀。在实际施工过程中由于各种因素的影响会导致需要对泵机进行维修或者是保养。

3 结语

随着我国经济不断发展, 我国越来越重视能源使用效率, 文章介绍了煤泥干燥技术, 实质是为了提升能源使用效率, 降低能源耗损。以上两种技术的使用和改进, 能够促进发电效率的提高。

参考文献

[1]江爱朋, 林伟伟, 丁强.基于混合建模的煤泥流化床锅炉干法脱硫操作优化[J].化工学报, 2012 (9) .

[2]黄中, 江建忠, 徐正泉, 等.循环流化床锅炉煤泥掺烧试验研究与影响因素分析[C]//.2013~2013年中国电机工程学会年会.

高灰分细粒煤泥的分选篇6

1 原生煤泥性质

2011年6月,淮南矿业集团选煤分公司采集了潘一矿有代表性的原生煤泥进行了粒度分析,结果见表1。从表中可以看出,原生煤泥灰分较高,并且随着粒度变小,灰分增高趋势明显,但增幅平缓,而几乎占1/5的小于0.03 mm粒级细泥灰分却猛增至57.45%,这表明原煤中硬度低且易碎的粘土类矿物集中分布在细泥之中。

考虑到炼焦煤分选系统投产后,入浮煤泥中小于0.03 mm粒级细泥灰分高的问题,所以在改扩建工程设计招标上就明确提出了脱泥浮选的要求。鉴于淮南煤田煤泥可浮性差,所以又确定了煤泥精选流程,即煤泥经粗选后,再对粗选精煤进行精选。

2 入浮煤泥性质

2.1 数质量波动情况

潘一选煤厂技改工程投产后,曾在浮选入料脱泥池内进行了15次工业性试验,脱泥池入料(即入浮煤泥)数质量波动情况见表2。

从表2可以看出,入浮煤泥的灰分、煤量、流量波动均很大。尤其是灰分,最高值为48.59%,最低值为36.34%,两者相差竟达12.25个百分点。在进行这15次工业性试验时,全厂原料煤处理量保持在482.3±22.7 t/h水平(95%置信范围),说明入浮煤泥数质量波动的原因主要是井下原煤煤质变化。入浮煤泥平均灰分为42.25%,这是相当高的,我国一些选煤厂的浮选尾煤灰分也仅为40%多。

2.2 粒度组成

表3列出了潘一选煤厂15次工业性测试的浮选煤泥的平均粒度组成。从表中可以看出:

(1)该厂入浮煤泥来自于精煤泥弧形筛筛下水(筛缝为0.4 mm),筛下水中大于0.25 mm粒级产率为2.62%,说明该弧形筛对浮选粒度上限的控制良好。

(2)在入浮煤泥灰分为40%左右的条件下,要分选出灰分小于11.00%的精煤,国内外可借鉴的经验较少。

(3)大于0.125 mm粒级加权平均灰分为9.52%,已符合精煤质量要求,这说明重介质旋流器的分选下限达到了0.125 mm。这部分物料的累计产率为12.29%,这也表明在灰分如此之高的煤泥中有近1/8是质量已合格的煤粒。

(4)小于0.125 mm 各粒级的灰分均高于精煤灰分指标,因此需要进行分选。小于0.03 mm粒级灰分为58.65%,明显高于其他粒级的灰分,其产率高达65.18%,是浮选的主导粒级。说明大于0.50 mm粒级的原料煤中泥质页岩等矿物质在湿法选煤过程中遇水泥化,大量富集在细泥中。

表4列出5号试验和14号试验脱泥池入料粒度组成,前者是15次试验中入料灰分最高者,后者是入料灰分最低者。为了更深入了解小于0.03 mm粒级的分布状态,采用激光粒度分析仪来分析其粒度组成(但不能测灰分)。把常规的小筛分试验结果与粒度分析测试结果对接起来列于表4,从中可看出如下问题:

(1)两者在粒度组成上的不同主要表现在小于0.03 mm粒级产率和灰分的差别,其产率相差6.37个百分点,灰分相差12.68个百分点。

(2)尽管14号试验入料灰分低,但小于0.03 mm粒级产率仍高达62.92%,若按小于0.045 mm粒级来对比,其产率为63.75%,灰分50.60%。望峰岗选煤厂的煤泥是全国典型的极难浮煤泥,而该厂小于0.045 mm粒级产率和灰分均不超过50%。由此可知,潘一选煤厂的浮选煤泥粒度极细,属细粒煤泥。

(3)从算术平均粒径看,分别为0.044 mm和0.054 mm,灰分高者泥化程度更严重一些。

(4)两者的主导粒级为0.005～0.001 mm,产率分别为27.95%和26.07%,整个入浮煤泥中小于0.005 mm粒级的产率分别为41.98%和35.74%,也可以说潘一矿入浮煤泥中小于0.005 mm粒级的微细泥至少在1/3以上。

研究者认为,在煤泥水体系中小于0.0125 mm粒级的细泥可认为是准胶粒,潘一选煤厂浮选煤泥中的准胶粒大约在54.03%～45.36%。从微细粒度分析,进一步确认了其细粒现象。

2.3 可浮性

对小于0.03 mm粒级产率为58.13%的浮选入料煤样按GB/T 4757-2001《煤粉(泥)实验室单元试验方法》进行浮选速度试验,结果见表5。从表5可知,浮选精煤产率低、灰分高,即浮选速度慢、选择性差,其原因主要是细泥恶化了分选效果。

注:入料浓度80.00 g/L,捕收剂用量0.20 kg/t,起泡剂用量0.02 kg/t。

以表5数据绘制了精煤灰分与其累计产率关系曲线(见图1)。当要求的最终浮选精煤灰分不超过11.00%时,从曲线上查得精煤产率仅为2.07%,经换算取得的精煤可燃体回收率也仅为2.80%,根据MT/T 259-1991《煤炭可浮性评定方法》确定为极难浮等级。即使按潘一选煤厂粗选精煤灰分14.78%来要求,其精煤可燃体回收率也仅为44.34%,接近极难浮等级。

3 浮选系统生产工艺流程

针对这种罕见的高灰分、细粒煤泥,在改扩建一期工程设计中就制定出科学合理的工艺流程、设备选型和技术措施,见表6。

图2所示为潘一选煤厂浮选系统工艺流程,包括了浮选入料预脱泥、煤浆预处理、煤泥粗选和精选以及浮选精煤脱水回收五个作业。入浮煤泥首先由采用水力分级原理的脱泥池脱除部分细泥,再进入FCA2500A型雾化跌落式煤浆预处理器,经风动喷射式雾化器将浮选剂雾化。在带有嵌条的上下滑板上粗、细煤粒运动速度不同,因而与雾化浮选剂接触作用的时间也就不同。高灰细泥很快就离开了预处理器,避免过多吸附浮选剂,其过快的浮选速度也受到了抑制。与此同时,补加清净循环水作为粗选的稀释水,将入浮煤浆浓度控制在约50 g/L。采用选择性良好的FJCA20-5型喷射式浮选机进行粗选,粗选泡沫也用清净的循环水稀释到60 g/L,再由FJCA20-4型喷射式浮选机精选,精选泡沫由GPJ120型加压过滤机脱水回收,其滤液返回精选作业。

4 浮选生产系统检测

4.1 浮选生产系统的工艺效果

2012年8月对该厂的浮选生产系统进行检测,所得数质量数据见图2,将这5个作业综合为一个整体来看(见图3),整个生产系统在浮选煤泥灰分为37.73%的生产条件下,生产出了产率为51.57%、灰分为10.66%的精煤以及产率为48.43%、灰分为66.41%的尾煤(脱泥池溢流,粗、精选尾煤合计)。

与入料灰分相比较,精煤降灰幅度大,达27.07个百分点,以整个浮选生产系统为整体计算降灰率:

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整体化的分选工艺指标仍可以按以下三项来考核:

(1)精煤可燃体回收率

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这表征入料中有近乎3/4的可燃体回收到精煤中。

(2)精煤非可燃体混杂率

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这表征入料中只有1/7左右的非可燃体混杂在精煤中。

(3)分选完善指标

分选完善指标=精煤可燃体回收率-精煤非可燃体混杂率=73.99%-14.57%=59.42%。

从潘一选煤厂这种高灰分、细粒煤泥中取得如此良好的分选指标确实是罕见的,当然这不只是脱泥池预先脱泥的效果,还和雾化跌落式煤浆预处理器、喷射式浮选机、低浓度浮选、粗选泡沫精选以及煤泥水深度澄清等息息相关、相辅相成。这为我国从劣质煤泥中分选出优质炼焦煤开创了新途径。

4.2 小于0.03 mm粒级细泥在浮选系统中的分选情况

把潘一选煤厂浮选生产系统分为3个作业区:脱泥区、粗选区(含煤浆预处理器和粗选浮选机)和精选区(含精选浮选机和加压过滤机)。根据浮选系统测试数据,以细泥本身为基数进行计算,各作业的脱泥分选情况见图4和表7。从图、表中的数据可以定量地看出脱泥分选情况。

(1)在脱泥区,脱除了1/7以上的细泥。

(2)粗选区是整个浮选系统的主要部分,将浮选煤泥中灰分约83.39%、产率达43.76%的煤泥脱除,其浮选完善指标高达62.42%。

(3)精选区进一步脱除混杂在泡沫中的细泥。虽然其脱泥率不高,但脱除的细泥灰分高达67.36%,该作业区的降灰率为40.20%,精煤降灰幅度高达8.51个百分点。

(4)最终精煤(滤饼)中小于0.03 mm粒级占入浮煤泥量的35.04%,灰分为12.66%。整个浮选系统的脱泥率为100%-35.04%=64.96%,所脱除的细泥灰分高达75.62%,分选完善指标为57.61%,脱泥降灰效果显著。

4.3 工业生产指标

潘一选煤厂对浮选精煤、粗选尾煤、精选尾煤进行了日常生产检查,2012年5、6、7三个月的生产指标数据统计结果见表8。

由表8可知:

(1)从投产三个月的平均值来看,无论是精煤灰分还是尾煤灰分的指标均是比较满意的。该厂虽然没有对总尾煤进行检查,若按粗选尾煤与精选尾煤10∶1的比例来推测,总尾煤灰分可达73.09%。

(2)标准差和90%置信区间的波动范围主要由两方面因素引起:一是煤泥性质变化;二是操作水平所致。由于该厂浮选司机经验不足,因此在操作水平方面还有待提高。

(3)采用该工艺能生产出质量基本稳定的浮选精煤,所以保证了销售精煤质量。

5 脱泥浮选试验

脱泥池的脱泥量大小是通过底流排放量来调节的,当底流排放量减少时,溢流量必然增加。随着池内上升水流速度加大,排泥量相应增多,入浮煤浆中,小于0.03 mm粒级产率相应减少,小于0.03 mm粒级不同产率条件下的脱泥浮选试验结果见表9。这项试验是将脱泥池、煤浆预处理器、粗选视为一个整体考核的,即把脱泥池入料看做整体入料,粗选泡沫和合并尾煤(含脱泥池溢流和粗选尾煤)作为整体产物来计算分选指标。

由表9可看出:

(1)当底流流量由525m3/h调整到400 m3/h时,脱泥池溢流量随之增加,溢流灰分由52.03%降到46.13%,但后者的粗选尾煤灰分增高了9.26个百分点,达80.47%,所以两者的合并尾煤灰分差距不大。入料中细泥产率减少后,粗选的分选效果却明显提高,精煤产率增加了4.32个百分点,与之相应的精煤可燃体回收率、分选完善指标也得到显著改善。

(2)当底流流量由400m3/h调整到350 m3/h时,粗选入料中细泥产率进一步减少,在尾煤灰分基本相同的条件下,精煤灰分降低了1.1个百分点,表征了整个工艺的选择性、分选精度有所提高。

(3)在本次底流排放量优化试验中,浮选入料中小于0.03mm粒级产率R与分选完善指标ηwf之间存在显著的负相关关系(可靠性90%),其回归方程为ηwf=96.29-0.73R(其回归线见图5),即粗选入料中细泥产率每减少1个百分点,分选完善指标就增加0.73个百分点。

6 低浓度浮选和粗选泡沫精选

针对该厂的低浓度浮选和粗选泡沫精选,曾在实验室进行了验证试验。试验煤样是脱泥池的底流,其中小于0.03 mm粒级产率为58.13%,该粒级灰分为53.11%。低浓度粗选试验结果见表10。

表10中的数据说明,随着入浮煤浆浓度的降低,粗选精煤灰分也随之降低,浮选完善指标相应增大。对于泥化程度高的煤泥,采用低浓度浮选是一项极其有效的措施。适宜的煤浆浓度与浮选入料中细泥产率有直接关系。此试验表明,煤浆浓度65 g/L的指标最佳。当浮选入料灰分增高、细泥量增多时,煤浆浓度应调低一些。

粗选精煤灰分也会影响精选作业指标,粗选精煤补加稀释水后,再进行精选(不添加浮选剂)的试验结果列于表11。精选试验结果表明,能把混入粗选精煤中的高灰分物质,从泡沫中分选出来,确实起到了降灰作用,但降灰幅度不超过5个百分点,降灰率不高于30%。此时,不能单凭浮选完善指标来判定各试验结果,而只能直观地看精选精煤的灰分值是否小于11%。由于降灰幅度是有限的,所以应该限制粗选精煤灰分不大于15.50%。

7 结语

煤泥选择性絮凝研究篇7

关键词：细粒级煤泥,分散,絮凝,研究现状

煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源, 也是重要的战略资源。我国是世界煤炭资源大国, 也是煤炭生产、消费大国。能源的消耗促进了选煤工业的快速发展。煤泥是煤炭洗选加工过程中的主要副产品, 随着我国选煤机械化程度的提高和原煤开采量的加大, 其产量也在逐年增加。很多地区的煤泥由于含水量较大, 杂质多, 发热量较低、处理成本高等原因不能得到充分利用。大量煤泥资源只能堆砌或外排, 不仅造成了资源的浪费而且造成了环境的污染。因此, 如何利用好不可再生的煤炭资源, 使煤泥资源变废为宝, 已成为煤泥综合利用迫切需要解决的问题。

1 细粒级煤泥的特征

目前我国煤泥的特点为灰分高、有用组分嵌布粒度细、煤种多、含水量大。对于极细粒级煤泥上述特点更为突出, 采用常规的浮选方法很难达到满意的指标。有用组分在选别过程中很难回收, 有用矿物流失严重。极细粒级煤泥的基本特征为: (1) 矿物颗粒的质量小。小质量的颗粒产生的动量小, 从而使矿物颗粒在流体力场中与介质的碰撞几率降低。 (2) 矿粒比表面积大。矿物颗粒比表面积大使矿物颗粒具有较大表面能, 同时矿物中存在的晶格缺陷、裂隙等因素会使矿物的选别更加困难。 (3) 矿物颗粒含泥量大。粒度越细, 含泥量越大, 灰分越大, 使得分选更容易受到细泥干扰。因此, 为了充分地利用我国煤泥资源, 应重点发展高灰、高硫及难选煤的极细粒煤分选技术。

2 细粒级颗粒分散行为的研究

2.1 常见的分散方法

为了有效地实现极细矿粒的选择性絮凝, 首先要使矿物颗粒在矿浆中达到充分分散的状态, 或者选择性分散效果, 因此要预先对矿浆进行分散处理。常见的分散方法有物理分散法和化学分散法。物理分散法主要包括超声波处理、机械搅拌、改变温度等方法, 使煤炭表面发生物理化学变化。选择性絮凝研究中应用化学分散法较多, 主要是通过加入电解质或表面改性剂, 使矿物颗粒的表面发生物理化学变化, 如改变了颗粒的润湿性, 表面动电位, 空间位阻等, 进而改变了颗粒与颗粒、颗粒与悬浮液间的相互作用[1], 从而达到分散效果。

2.2 分散效果的影响因素

影响分散效果的因素主要包括:矿浆p H值、表面活性剂的种类及用量、搅拌强度等。 (1) p H及动电位的影响。亲水性物质的分散效果受悬浮液p H影响较大, 颗粒表面动电位绝对值越大, 分散效果越好, 且团聚p H值与它们的零电点相吻合[2]。 (2) 表面活性剂的种类及用量。对于不同的分散剂, 其作用机理有区别, 同时分散效果也不同。对于同一分散剂来说, 作用效果与分散剂用量息息相关。在用量较低时, 分散系统的稳定性随药量的增加而变好, 当用量达到一定值后, 分散稳定性趋于一定而体系稳定, 当用量进一步加大时, 分散稳定性急剧降低, 悬浮液的稳定性变差。 (3) 搅拌强度。对于不同的悬浮颗粒要想达到最佳的分散效果需要的外力是不同的, 当搅拌强度较小时, 不能克服颗粒间的作用力使其不能达到较好的分散效果, 当搅拌强度较大时, 又使矿物颗粒处于过分散状态, 增加了无效的能耗, 所以适当的搅拌强度对于矿物的分散很重要。

3 絮凝行为的研究

3.1 絮凝剂的分类

絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂两大类, 其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝;有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。在选煤行业中应用较多的为有机高分子絮凝剂和无机电解质凝聚剂。 (1) 无机絮凝剂。无机絮凝剂包括铝盐铁盐等凝聚剂, 还有一些铝盐铁盐形成的无机聚合物絮凝剂。 (2) 有机絮凝剂。有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。天然高分子型絮凝剂是指天然产出的, 如淀粉、糊精等。随着工业的发展, 合成高分子絮凝剂应运而生, 常见的有磺化聚乙烯苯、聚丙烯酰胺等系列。

3.2 絮凝效果的影响因素

影响絮凝效果的因素是多方面的, 主要有絮凝剂的种类、浓度、用量、搅拌状况、p H值、温度及其变化等。 (1) 絮凝剂的用量。絮凝剂的用量与絮凝效果息息相关, 当用量较少时, 很多颗粒可能吸附不到药剂而起不到作用, 用量较大时, 颗粒间由于物理化学作用可能会产生排斥作用。同时不同矿物颗粒对絮凝剂的用量具有选择性, 即每种颗粒达到最佳絮凝条件时絮凝剂的用量不同以达到选择性絮凝效果。 (2) 絮凝剂的种类。不同种类的絮凝剂其作用机理不同, 无机絮凝剂主要靠提供大量离子压缩颗粒双电层降低动电位使胶体由相斥变为相吸, 颗粒逐渐增大进而沉降。对于有机高分子絮凝剂, 其絮凝效果主要由絮凝剂的官能团决定。 (3) 搅拌与反应时间的影响。絮凝剂加入悬浮液后应当快速均匀地扩散到水中。通常利用机械搅拌作用, 搅拌时间一定要适当, 如果搅拌时间过短, 絮凝剂不能与溶液中的固体悬浮物充分作用, 相反如果搅拌时间过长, 已经聚集形成的絮团会被破坏, 从而削弱了高分子链的架桥及吸附能力。 (4) p H值。对于每一种絮凝剂来说, 都有一个最佳的p H值范围, 超出了这一范围, 絮凝剂的絮凝效果就会明显变差。

3.3 絮凝剂的作用机理

在均匀的分散体系中加入合适的絮凝剂后, 原有的悬浮液胶体失去稳定性, 会产生很多极小颗粒, 而这些均匀分散的极小颗粒再聚集形成颗粒半径较大的絮团, 快速在液体底部沉淀, 整个过程被称为凝聚。絮凝过程中, 溶液中的絮凝剂首先会发生某些化学反应, 生成水解的产物, 然后它再与水中的颗粒产生静电中和、吸附架桥、网捕等作用, 最后聚集成粗大的絮团, 在重力的作用下, 快速沉降, 在整个絮凝过程中, 以上几种作用可能同时发生, 但在不同的试验条件下, 主导因素可能是其中的某一种作用。

4 国内外煤泥颗粒的凝聚与分散行为研究现状

选择性絮凝法的优点在于投资较少, 除杂率较高, 且适用于微细粒分选。国内外许多研究结果表明通过此法生产超纯煤、脱灰、脱硫的效果较好。

4.1 国外煤泥颗粒的凝聚与分散行为研究现状

选择性絮凝法最初是由选矿领域拓展到选煤领域。近年来国外对煤泥选择性絮凝方法进行了诸多报道。Dassen Parsons对高岭土悬浮液的絮凝沉降特性、颗粒间的相互作用及其聚合结构进行了研究。Sabah研究了粘土矿物悬浮液体系的流变性和电动电位, 对选煤厂浮选尾煤的絮凝沉降处理进行了试验研究。随着研究的深入, 学者主要开始从微观出发研究选择性絮凝, 对煤泥水中的高岭石、蒙脱石、氧化硅等矿物颗粒在溶液中的荷电特性以及溶液中离子在这些矿物颗粒表面的吸附和解吸机理方面进行了研究。

R.Q.Honaker利用扩展的DLVO理论计算煤与矿物体系之间的总能量, 计算结果表明在浮选溶液中煤与高岭石之间的能量为负值, 蒙脱石与煤之间的能量为正值。

C.W.Angle研究了无机电解质的种类、浓度大小对矿物颗粒动电位及其相互作用的影响。

Audrey Beaussart研究了羧甲基纤维素在疏水性矿物表面的吸附及其对矿物基面形貌的影响, 考察了聚合物浓度和离子浓度对吸附层的影响。

4.2 国内煤泥颗粒的凝聚与分散行为研究现状

目前国内煤泥方面的选择性絮凝研究较少, 且大多数没有进行工业应用, 只停留在试验室阶段, 主要对煤泥水处理方面絮凝法应用较多。其研究主要侧重于两方面, 一方面一些学者通过选择性絮凝或选择性絮凝浮选工艺制得了超纯煤和低灰精煤, 另一方面, 进行了煤与粘土矿物絮凝过程中的机理研究。

蔡璋, 蒋荣立对八一、大武口、大屯等矿区进行了极细粒煤泥的选择性絮凝研究, 试验中为使悬浮液充分分散加入了两种分散剂和一种絮凝剂, 经分选得到精煤灰分12%, 最低为5%, 可燃体回收率达90%以上[3], 与常规浮选比较, 当精煤灰分相当时, 采用选择性絮凝法得到的精煤产率比浮选高, 灰分低。

施秀屏, 余樟清[4]对选择性絮凝过程进行了表面化学分析, 对加入药剂后煤和高岭石对药剂的吸附量进行测稳定, 以此表征絮凝剂絮凝效果的好坏, 通过试验, 得出选择六偏磷酸钠作为分散剂时效果最好, 选择阴离子型聚丙烯酰胺作为选择性絮凝剂效果较好。

邹文杰[5]对煤和高岭石的选择性絮凝进行了试验研究, 以煤和高岭石对药剂的吸附量和形成絮团的表观粒径为评价指标, 试验表明, 不同型号的聚丙烯酰胺对煤和高岭石的吸附量是不同的, 形成的絮团大小也有所差别。

蒋善勇, 张军华[6]对细粒太西煤进行了选择性絮凝研究, 采用分散剂、絮凝剂和矿浆浓度3水平进行正交试验, 以浮选的方法来分离絮团, 以精煤灰分、产率和浮选完善率为评价指标, 最终得到最低灰分为1.29%, 产率为41.26%的精煤。

5 待解决的关键问题

(1) 选择性絮凝的关键是找到具有高效选择性絮凝药剂。 (2) 掌握不同煤种不同脉石矿物之间的影响规律。 (3) 解决固液分离问题。

参考文献