煤质对电厂原煤制备系统的影响因素分析.pdf

第3 z 卷第6 期 2 0 0 3 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V o I ．3 2N o ．6 N o v ．2 0 0 3 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 3 0 6 0 6 5 90 5 煤质对电厂原煤制备系统的影响因素分析 解京选 中国矿业大学化工学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要针对电厂原煤准备系统存在的粘结堵塞问题，进行了原料煤的粒度组成、水分、矿物质成 分以及堵塞临界角的试验，研究分析了这些因素对电厂原煤准备系统的影响，提出了燃煤电厂生 产过程中需要注意的几个问题．研究表明，当原煤中粘土矿物含量，尤其是高岭石含量较高时，粒 度级配和水分对系统堵塞、粘结的影响不可忽视． 关键词原煤准备系统；粒度；水分；矿物质；堵塞临界角 中图分类号T K2 2 7 ．1文献标识码A 根据国家的能源政策，煤炭在今后很长一段时 间内，仍然是我国的主要能源之一，并长期作为火 力电厂的主要燃料．燃煤电厂在投产试车或更换原 料煤供应基地时，因燃煤性质变化而影响电厂正常 生产的情况经常发生．因此，研究原料煤性质对电 厂生产的影响很有必要．某电厂在投产调试期间， 其原煤输送系统和磨煤机人料口堵塞十分严重，筛 缝为5 0m E 的滚轴筛和直径9 0 0m r n 的磨煤机人 料口溜槽运行6 ～7m i n 就会全部堵死，不得不停 车进行人工清理．原料煤皮带及托辊上也常常沾满 煤泥．由于该厂设计时对原料煤性质及其对生产运 行的影响了解不足，生产中又缺少必要的处理措 施，致使该电厂的调试时问延长半年之久．表1 为 该厂所用原料煤的工业分析结果．与国家电厂用煤 标准相比较可以看出，该原料煤的工业分析数据基 本符合发电用煤的要求．为什么还会出现上述问题 呢 针对这一问题，作者研究分析了该厂原料煤的 粒度组成、水分、矿物质成分等因素对系统堵塞的 影响，得到了一些有用的结论． 表1 原料煤的工业分析 T a b l e1T h ep r o x i m a t ea n a l y s i so fc o a l H ＆ ∞／“ ％，“／Q ‰。／ 醵f F M t M 日d A 。dV d dF C d M J 。k g - 1 M J ‘k g - 1 l47 615 5 2 9 0 43 6 6 14 4 ．0 02 3 ．4 92 0 ．9 7 2 。78l _ 3 12 5 ．7 73 7 ．0 84 5 4 4Z 46 82 2 1 6 3 0 48 11 4 2 7 ．9 03 78 5 4 41 0 2 37 22 1 8 1 1 试验方法与步骤 1 ．1 煤样采集与筛分试验 为了分析对比不同粒度的原煤对电厂设计、调 试运行及生产的影响，对来自同一煤炭基地但性质 不同的原料煤进行采样分析．煤样编号及来源1 4 煤样为储煤场存留的、造成生产线严重堵塞的煤； 2 4 煤样为在生产线上使用的、造成轻微堵塞的煤； 3 4 煤样为原料煤基地火车上的采样．分别对3 种 煤样进行大筛分试验和小筛分试验，试验执行标准 为G B ／T 4 7 71 9 9 8 和M T ／T 5 8 一1 9 9 3 r ““． 1 ．2 煤中矿物质成分测定， 煤中所含矿物质的分析在x 一射线衍射仪上进 行．根据光学的衍射理论，一束单色x 一射线平行光 照射在不同矿物结晶面上，会产生不同强度的衍射 峰．本试验根据国际数据中心标准和国家标准 G B 5 2 2 58 6 口] ，利用已知的各种矿物标准衍射图谱 进行对比，对物料进行矿物质成分分析[ ⋯．然后，分 别对4 个小样进行了矿物质定量分析，分析方法是 根据G B 5 2 2 5 8 6 中规定的K 值法 1 准备好送检煤样、高岭石纯样品和参比物 ⅡA 1 2 0 3 } 2 将高岭石纯样品与参比物研磨至 0 ．0 4 3m m ，按1 1 质量比 充分混合均匀，用x 一 射线衍射仪进行特征峰面积测试，计算出K 值饭 收藕日期；2 0 0 30 4 2 2 作者简介解京选 1 9 5 4 一 ，男，山东省青岛市人，中国矿业大学副教授，工学硕士，从事矿物加工方面的研究 万方数据 中国矿业丈学学报第3 2 卷 一纯样品最强峰面积／参比物最强峰面积 ； 3 将送检煤样与参比物按一定比例掺混均匀 Ⅳ。一参比物质量／煤样质量 ，用x 射线衍射仪 进行特征峰面积测试，测出煤样中高岭石最强峰面 积L 和参比物最强峰面积J 。； 4 高岭石与煤样的质量分数w 。用下式计算 I 。II 。一K w 、 W ，． 1 ．3 物料堵塞临界试验 原料煤输送系统堵塞最为严重的是磨煤机入 料溜槽，其结构和堵塞情况见图1 ．为模拟现场实 际制作的试验工具见图2 ．试验工具是将给料机到 磨煤机之问的溜槽按比例缩小至1 ／3 ，考虑到试验 的方便，其高度只有1 ．5m ．试验工具的底部为角 度可调的活动钢板，钢板的一端用铰链连接在试验 用溜槽的短边壁上，另一端可自由转动．在试验工 具的两长边壁的下端，沿9 0 。圆心角的弧上，均匀 钻孔2 0 个，每2 个孔问距为4 ．7 3 7 。．用一铁棒穿 过两边壁的孔，让钢板的活动端搭在铁棒上．调节 铁棒穿过不同的孔的位置，可以改变钢板的倾角． 图l 球磨机人料溜槽结构及堵塞情况示意图 F i g ．1 C h u t es t r u c t u r eo fm i l la n di t sb l o c k e ds i t u a t i o n 铁棍 活动钢扳 图2 临界角测定工具结构图 F i g ．2 D e v i c ed e t e r m i n i n gt h ec r i t i c a la n g l e 临界角的测定过程先将试验工具上的活动钢 板调整到一定角度，然后将配制好的煤样4 0k g 在 5 ～6S 内给入溜槽 模拟实际生产时的给料速度 2 0 ～2 6t ／h ．若物料在钢板上有堆积，则将钢板角 度调大一个孔距．如此反复，直至物料能全部顺利 滑下钢板．此时钢板与水平面的夹角即为堵塞临界 角，试验用煤为14 煤样，首先测出其自然状态下的 全水分，并测定临界角，然后按不同比例调整煤样 水分 5 ．5 ％～8 ．5 ％ ，测定不同水分时的临界角． 为进涉研究粒度组成对临界角的影响，在14 煤 样中按1 0 ％的比例掺人小于3 m r i l 级煤，得到配煤 样，并重复前述试验步骤． 2 结果与讨论 2 ．1 粒度组成分析 筛分试验结果见表2 ，3 ，分析表中数据可知 1 1 ”煤样粒度组成偏细，小于1 3F i l m 物料产 率为8 2 ．0 1 ％，起主导作用，其中小于6F i l m 级为 6 7 ．0 6 ％；而2 4 煤样中，小于1 3m m 物料为 6 9 ．2 7 ％，其中小于6m m 为6 0 ．3 3 ％；14 煤样中， 小于0 ．0 7 4m m 级物料为3 5 ．6 6 ％，2 “煤样中，小 于0 ．0 7 4m m 级物料为3 1 ．0 9 ％．颗粒越细，煤的流 动性越差．此外。14 煤样的全水分和内在水分均高 于2 。煤样，说明在相同条件下，粒度组成细的煤样 其水分含量较高．水分会使煤的颗粒之间粘滞力增 大，流动性变差． 表2 煤样大筛分试验结果 T a b l e2S i z ec o n s t i t t l t i o no fc o a l s a m p l e sa f t e rb e i n gs e p a r a t e d 表3 煤样小筛分试验结果 T a b l e3S i e v ea n a l y s j sd a t ao fs a m p l e s 万方数据 第6 期 解京选煤质对电厂原煤制备系统的影响因素分析 2 小于】3m m 级物料对溜槽角度比较敏感， 在设计时，应充分了解原料煤中小于1 3m l E l 级物 料的含量和级配，并设计相应的溜槽角度．当物料 中w M 大于7 ．0 ％时，小于1 3m l T l 物料通过的 溜槽角度应在5 5 ～6 0 。，当w M ， 小于7 ．o ％时，溜 槽角度应在5 0 ～5 5 。． 3 使用14 煤样时，原煤输送系统堵塞严重， 与上述粒度偏细、水分偏高有直接关系．从筛分曲 线可以看出 图3 ，14 煤样的筛下物累积产率上升 最快，说明其平均粒度偏细；另外两个煤样在3F i l m 以下时，筛下物累积产率上升速度与14 煤样基本 相似．但3 ～2 5m m 级区间，曲线上升速度缓于1 。 煤样，说明该粒级的产率小于14 煤样．由3 种煤样 的筛F 物累积筛分曲线对比，并结台实际生产情 况，可以对原煤的粒度组成提出要求，对所论煤质 而言，若工艺系统设计已经定型，则要求原料煤中 小于6m i n 级含量应小于5 5 ％，小于1 3N l I n 级含 量应小于7 5 ％，这样才能维持系统正常运转． 1 0 0 8 0 誉6 0 4 0 0 1 02 03 04 0 5 0 6 0 图33 种煤样的粒度特性曲线 F i g ．3 C h a r a c t e r i s t i cs i z ec u r v eo fs a m p l e s 2 ．2 矿物成分分析 煤中矿物质定性分析的X 一射线衍射图谱见图 4 ．从图中可以看到许多峰值，它们代表了不同矿物 成分的衍射峰．矿物质中主要成分为高岭石和石 英，其中高岭石遇水粘附性增大，是原料煤中产生 粘附的主要原因． K 高峰石 多 Q 石英 少 c 方解石 少O f。Q L 菱铁矿 少 H 黄铁矿 少 O I 其它粘上 0 2 其它矿物 少 M 媒I 多 冀心撑№燃 3 5 1 052 02 53 03 54 04 55 05 56 0 2 0 ／ 。 图41 4 煤样小于0 ．0 7 4m m 级X 一衍射图谱 F i g4X r a yd i f f r a c t i o na t l a so f 一0 ．0 7 4m m s i z e f r a c t i o ni nN o ．1s a m p l e 高岭石的化学式为A 1 。O 。Z S i 0 2 2 H z O ，以 质量分数表示S i O 。4 6 ．5 4 ％，A I O 。3 9 。5 0 ％，H 2 0 1 3 ．9 6 ％，n S i 0 2 ／n A L 。O 。 比值为2 ．含有杂质的 高龄土其杂质的种类和数量不尽相同．高岭石族矿 物属1 1 型层状硅酸盐，其结构单元层是由硅氧 四面体层片和铝氧八面体层片通过共同的氧原子 结合而成．由许多相同的结构单元层状重叠而成的 高岭石，其相邻的结构单元层通过铝氧八面体的 o H 与相邻硅氧四面体的氧以氢键相维系，故 结构单元层之间结合力较弱，易沿层面方向裂解成 为小的薄片．因此，高岭石受扰动后，易碎成为比表 面积较大的碎片，这些碎片吸水膨胀后具有较高的 粘性，致使物料流动性变差n ”】． 表4 为定量分析的4 种煤样中高岭石的百分 含量．可以看出，该原煤的高岭石含量比较高，相同 粒级中，14 煤样中的高岭石的含量高于2 4 煤样中 高岭石的含量2 个百分点．而同是1 。煤样，小于 0 ．5F i l m 粒级和大于0 ．5Y I I I T I 粒级煤样中高岭石的 含量也有一一定差别，说明高岭石有向细粒级中积聚 的倾向． 表4 煤中高岭石的舍量 T a b l e4C o n t e n to fk a o l i n i t ei nc o a ls a m p l e s 通过试验可以得出以下几点结论 1 从x 一衍射图谱看，高岭石的峰值最高，且 有多处峰，说明14 原煤所含矿物质中，高岭石含量 最大； 2 定量分析说明，高岭石含量约占煤样的 2 0 ．0 ％以上； 3 在同一煤样不同粒级中，高岭石的含量随 粒度变细而升高； 4 在皮带和滚轴筛上的粘附物均为细粒物 料，说明粘附物为高岭石的选择性积聚； 5 粘土矿物质含量高，是引起原煤堵塞的主 要原因之一； 6 图4 中可以看出，除高岭石以外的其他粘 土的矮峰，经定量分析为蒙脱石或伊蒙混合层，其 含量约为2 ．0 ％左右． 2 ．3 堵塞牺界角分析 堵塞临界角是指物料在运动状态下不发生堵 塞的最小角度．它与入料的水分、粒度组成、矿物质 成分等都有直接关系，是诸因素的综合作用结果， 某一项条件的改变，都会导致临界角的改变． 咖咖籼伽㈣姗枷湖獬㈣。 万方数据 中国矿业大学学报 第3 2 卷 对14 煤样和配制煤样在不同水分时测定的临 界角见表5 ．考虑到试验过程和实际生产尚有一定 差距，例如，给料高度小于按比例缩小时应有的高 度，即实际中给料机到溜槽底部高度为8 ．8m ，按 比例缩小至1 ／3 ，应为2 ．9 3m ，而为了方便试验，试 验工具的溜槽高度只有1 ．5m ；实际溜槽的断面形 状为半圆形，而试验用溜槽断面为矩形；此外，原料 煤的堆积高度以及溜槽容积的大小等，都与试验条 件有较大差别．这些差异会使实际临界角与试验情 况不同．因此，需要对试验临界角进行修正．根据经 验．修正值确定为4 ．7 。 约为一个孔距 ， 表5 临界角试验数据及修正值 T a b l e5T e s td a t aa n dt h e i rc o r r e c t i o n so fc r i t i c a la n g l e 图5 a 为1 4 煤样和配制煤样水分与堵塞临界 角的关系曲线．由图5 可以看出，两种煤样的水分 增加时，堵塞临界角都随之增大；同时发现，在1 4 煤样中增加小于3 r a m 粒级 加入量1 0 ％ 形成配 制煤样后，在水分相同的情况下，配制煤样的临界 角大于14 煤样，说明粒度变细后，在一定水分范围 内，保证溜槽不发生堵塞的临界角更大。因此，当溜 槽角度一定时，应当控制物料的水分和粒度组成． 在实际生产中，如果溜槽的实际角度小于或接近物 料的l 临界角，就有可能发生堵塞．由图还可以看出， 当水分大于8 ％时，粒度差别的影响变小。实际上， 水分大于8 ％以后，煤的流动性相对变好． 5 4 5 2 4 8 4 4 4 0 3 6 59 9 67 2 73 58 I O “M t ，0 ／o 图5 煤样水分与堵塞临界角的关系 F i g5 I n f l u e n c eo fs a m p l em o i s t u r eo n c r i t i c a lb l o c k i n ga n g l e 针对本试验所用的原料煤，当粒度组成变化不 大，全水分在7 ．0 ％左右时，最大临界角约为4 7 ～ 4 8 。，因此，溜槽角度在5 5 。可以保证正常生产；全水 分8 ．o ％左右时，最大临界角约为5 0 ～5 4 。，实际溜 槽角度应在6 0 。甚至更大，才能保证生产正常． 3 结论与建议 3 ．1 关于水分 根据发电煤粉锅炉用煤质量标准 G B 7 5 6 2 8 7 ，对试验煤样进行总体评价，认为所用原料煤总 体符合国家规定的电厂用煤标准．但由于全国各地 的煤质变化较大，加之各电厂生产系统特点不同， 原料煤的某些特性需要具体分析研究．如粒度组成 较细、高岭石含量较高等．按照目前生产系统内的 设备和溜槽角度，原料煤全水分一般应小于7 ．o ％， 才能保证生产系统正常运行．我国南方雨水充沛地 区，连续降雨时间长，相对湿度大，原煤水分不易蒸 发，故应对调入原料煤的水分提出严格要求，并考 虑加盖原料煤存储的防雨棚，或季节性使用原料煤 干燥系统 如在原料煤输送途中加过热空气等 ，以 确保原料煤输送系统连续正常运转． 3 ．2 关于粒度组成 现场煤样的粒度组成有较大差别．根据原料煤 中高岭石矿物含量较高的问题，结合实际生产情 况，可以对电厂原煤的粒度组成提出要求原料煤 中小于6m l T l 级含量应小于5 5 ％，小于1 3m m 级 含量应小于6 0 ％．当原料煤的粒度组成和水分达 不到上述要求时，应考虑与其他矿井的煤配合使 用． 小于1 3n l m 级物料对溜槽倾角比较敏感，在 设计时，应充分了解原料煤中小于1 3m m 级物料 的含量，设计相应的溜槽角度．一般设计要求，当物 料水分小于7 ．0 ％时，小于1 3m m 物料通过的溜槽 角度应在5 0 ～5 5 。；水分大于7 ．0 ％时，溜槽角度应 在5 5 ～6 0 。． 3 ．3 关于粘土矿物 定量分析表明，实验原料煤中高岭石和蒙脱石 含量较高．这些矿物成分对原料煤输送系统的堵塞 有至关重要的影响．可以认为，如果高岭石含量大 于1 5 ％，蒙脱石含量大于1 ％，它们对物料粘结堵 塞的作用就不可忽视． 参考文献 [ 1 ] 煤炭科学研究总院北京煤化所，煤炭化验手册[ M ] ． 北京煤炭工业出版社，1 9 8 1 ． [ 2 ]中华人民共和国统配煤矿总公司．选煤厂技术检查规 范[ M ] ．北京煤炭工业出版社，1 9 9 0 ． [ 3 ] 全国煤炭标准化技术委员会．煤炭标准及说明汇编 [ M ] ．北京中国标准出版社。1 9 9 7 ． 万方数据 第6 期解京选煤质对电厂原煤制备系统的影响因素分析6 6 3 E 4 ] 朱德庆，邱冠周，陈跃明，等．热电厂燃煤输送过程中 的粘结特性研究E J 3 ．煤炭科学技术，19 9 9 ，2 7 8 3 0 3 2 [ 5 ] 李寻。刘顺．选煤厂设计[ M ] ．北京煤炭工业出 版社．1 9 9 5 [ 6 ] [ 7 ] 布令得利 英 ．粘土矿物的晶体构造与伦琴射线鉴定 法[ M ] ．北京科学出版社，1 9 5 9 ． 彭琪瑞．中国粘土矿物研究[ M j ．北京科学出版社， 1 9 6 3 ． A n a l y s i so fE f f e c tF a c t o r so fR a wC o a lC h a r a c t e r i s t i c s o nC o a lP r e p a r i n gS y s t e mi nP o w e rP l a n t X I EJ i n g x u a n s c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t A i m i n ga tt h ep r o b l e mo fb l o c k i n ga n db i n d i n gi nr a wc o a lp r e p a r i n gs y s t e mo fp o w e rp l a n t ，t h e s i z ed i s t r i b u t i o n ．m o i s t u r ec o n t e n ta n dm i n e r a lc o m p o n e n t so fc o a ls a m p l e sw e r ed e t e r m i n e d ，a n dt h ec r i t i c a l a n g l ea tw h i c hc o a lp a r t i c l e sb e g i nt om o v e a tas l o p ew a st e s t e d ．T h ee f f e c to fa b o v ef a c t o r so nc o a lp r e p a r i n g s y s t e mw a sr e s e a r c h e d ．T h er e s u l ti n d i c a t e st h a ti fah i g hc o n t e n to fc l a ym i n e r a l se x i s t si nc o a l ，t h es i z e g r a d u a t i o nc o m p o s i t i o na n dm o i s t u r ec o n t e n to fc o a ] w i l la f f e c ts i g n i f i c a n t l yt h er a wc o a lc o n v e ya n df e e d s y s t e ma n dc auset h eb l o c k i n ga n db l i n d i n g ． K e yw o r d s r a wc o a lp r e p a r i n gs y s t e m ；s i z e ；m o i s t u r e ；m i n e r a l ；c r i t i c a lb l o c k i n ga n g l e 责任编辑李成俊 上接第6 5 8 页 R e s e a r c ho nP r i n c i p l eo fP r e p a r a t i o no fU l t r a C l e a nC o a l w i t hS e l e c t i v eO i lA g g l o m e r a t i o n Y A N GQ i a o w e n ，W UL i j u n ．Z H IX i a n h u a ，W A N GZ un a S c h o do fC h e m i c a la n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，C U M T ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c tT h ep r i n c i p l eo fs e l e c t i v eo i Ia g g l o m e r a t i o nw a ss t u d i e dd u r i n gp r e p a r i n gu l t r a c l e a nc o a l ．B y c h a n g i n gt h eo i la m o u n ta n dt h es t i r r i n gt i m e ，t h ef l o c c u l a t ep a t t e r n sw e r eo b s e r v e d ．T h ee x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h em o r et h eo i la m o u n ta n dt h el o n g e rt h es t i r r i n gt i m e ，t h eb i g g e rt h ep a r t i c l es i z eo fc o a lf l o c c u l a t ea n d t h el o w e rt h ea s ho fc l e a nc o a l ．A l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go fp Hv a l u e ，t h ea b s o l u t ev a l u eo f p o t e n t i a l b e c a m eg r e a t e r ，t h ed i s p e r s i v es y s t e mw a sm o r es t a b l e ．W h e nt h ed i s p e r s e rw a sa d d e d ，t h ea b s o l u t ev a l u eo f Ep o t e n t i a lb e c a m eg r e a t e r ，t h es u i t a b l ea m o u n to fd i s p e r s e rw a s1k g ／t ． K e yw o r d s s e l e c t i v eo i la g g l o m e r a t i o n ；d e e pc l e a n i n g ；h y d r o p h o b i c ；℃p o t e n t i a l 责任编辑陈其泰 万方数据