应用摩擦电选技术降低微粉煤灰分.pdf

第3 2 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 t ．3 2N o ．6 N o v ．2 0 0 3 文章编号t 0 0 01 9 6 4 2 0 0 3 0 6 0 6 7 40 4 应用摩擦电选技术降低微粉煤灰分 高孟华，章新喜，陈清如 中国矿业人学化工学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要通过摩擦电选技术对原煤灰分约2 0 ％，粒度小于0 ．0 7 4l l l r n ，矿物质充分解离的微粉煤进 行了干法分选试验，取得了精煤产率6 3 ．o o ％，灰分1 0 ．7 3 ％和尾煤产率3 6 ．8 0 ％，友分3 2 ．9 8 ％ 的显著分选效果．试验表明空气湿度增大后，精煤的产率有所下降，但通过增加极板的长度或提 高电场强度，可保证精煤的产率，即摩擦电选过程对空气湿度变化的敏感性不大，主要决定于煤 种的电选可选性；吸附在正、负极板上的颗粒主要集中在极板前段，说明物料摩擦带电充分，且 正、负极板末端煤样的友分相差不大，符合分选过程动力学规律． 关键词摩擦电选；干法分选；微粉煤 中图分类号T D9 8 4文献标识码A 我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的 国家之一，1 9 9 8 年在我国能源消费构成中，煤炭占 7 2 ．9 ％，石油占2 8 ．5 ％，天然气占2 ．1 ％，水电和核 电占2 ．5 ％．据专家预测，到2 0 1 0 年我国一次能源 消费构成中煤炭占6 0 ％左右，到8 0 5 0 年煤炭将占 到5 0 ％左右，我国以煤炭为主的能源生产和消费 格局在长时间内不会改变_ ”．我国煤炭消费量巨 大，19 9 5 年为1 2 ．9 0 亿t 口] ，1 9 9 8 年为J 2 ．9 5 亿t ⋯ 根据平衡预算，2 0 0 3 年我国的煤炭消费量为 1 2 ．7 亿t ，其中发电用煤6 ．8 亿t ，比2 0 0 2 年增长 50 0 0 万t 以上．燃煤产生的环境问题日益突出，根 据环境公报，1 9 9 8 年我国排放S O 。20 9 0 万t ，烟尘 14 5 2 万t 口] ；19 9 9 年排放S 0 2l8 5 7 万t ，烟尘 11 5 9 万t ，其中7 5 ％以上与燃煤污染有关[ 3 一．中国 社会科学院最近公布的一项报告表明，1 9 9 8 年我 国环境污染造成的经济损失达到18 7 5 亿元，占国 民生产总值的3 ．2 7 ％，其中大气污染造成的经济 损失约为3 0 2 亿元，因悬浮颗粒物影响导致的人体 健康损失估算为17 1 亿元”] ． 中国统计年鉴2 0 0 0 分行业煤炭消费统计显 示，1 9 9 8 年全国发电用煤4 ．9 5 亿t ，占煤炭消费总 量的3 8 ．2 2 ％o ] ．据报导，火力发电厂每消耗1t 煤，约排放1 0k g 烟小[ ⋯．降低火力发电厂烟尘排 放量的最有效、最经济的措施就是对电厂燃前用煤 进行分选加工、实现燃前降灰． 燃烧前，电厂用煤均要磨到7 0 ％的粒度小于 0 ．0 7 4i T l m ，煤中的矿物质已经充分解离．目前微粉 煤的主要处理方法为湿法分选，其中的煤泥水处理 系统工艺流程复杂、投资大．而摩擦电选技术为干 法分选．处理物料的适宜粒度为0 ，0 7 4n m 以下． 因此，应用摩擦电选技术对煤样 小于0 ．0 7 4m m 脱灰进行了一系列试验研究． 1 理论依据 1 ．1 摩擦电选原理 摩擦电选原理如图1 所示．不同物料具有不同 的表面功函数，决定了其摩擦带电的极性和带电量 的不同．如图1 所示，煤和矿物质颗粒在气流夹带 作用下通过摩擦器，颗粒与摩擦器壁及颗粒与颗粒 之间相互碰撞摩擦，煤和矿物质会带上极性和电量 不同的电荷，荷电颗粒群经喷嘴进入高压静电场 后，在电场力和重力的作用下，具有不同的运动轨 迹带负电荷的矿物质朝正极板运动，带正电荷的 煤粉朝负极板运动，从而实现煤与矿物质的分离， 达到脱灰的目的．在高压电场中，带电量大的颗粒 沿电场方向的加速度大，带电量小的颗粒沿电场方 收稿日期；2 0 0 3 0 42 2 基金项目国家高技术研究发展计划 8 63 计划 项H 2 0 0 2 A A S Z 9 1 2 0 ；国家重大基础研究发展规划 9 7 3 计划 项目 G 1 9 9 9 0 2 2 2 0 50 3 1 作者简介g N 华 1 9 7 6 一 ，男，河北省饶阳县人，中国矿业大学博士研究生，帆事摩擦电选制备洁净煤技术方面的研究 万方数据 第6 期 高孟华等应用摩擦电选技术降低微粉煤灰分 向的加速度小，因而吸附在极板上具有一定的分布 规律． 图1 摩擦电选原理 F i g ．1P r i n c i p l eo ft h et r i h o e l e e t r o s t a t i eb e n e f i c i a t i o n 1 ．2 高压静电场内带电颗粒的运动规律 颗粒群在气流的夹带作用下，以速度”。进人 高压静电场，由于通道横截面积的增大，气流及颗 粒群的运动速度按照一定的规律v v 。，” 减慢，经 过r 时问后，速度达到恒定值一气流以该速度通 过静电场，同时，带电颗粒在电场力的作用下，沿电 场强度方向 或相反方向 运动，离开电场前到达极 板表面的颗粒会吸附在极板上，未吸附在极板上的 颗粒将随气流一起排出． 根据气流在高压静电场内的运动规律，可将高 压静电场分成两段f 段气流速度由”。减小 到v 。；Ⅱ段气流以恒定速度”运动，直至通过 静电场． 设某个吸附在极板上的颗粒质量为m ，带电量 为g ，荷质比为R ，沿极板纵向的运动距离为s ，极 板长度为L ，极板间的电势差为世，，极板间距为 d ，电场强度为E ，颗粒在静电场内的运动时间为￡， 带电颗粒进入高压静电场后，沿电场强度方向受到 电场力厂的作用，颗粒沿电场强度方向产生加速 度a ，则颗粒在静电场中的运动时间t 满足 f 一历矿d 磊 1 当O r 时，颗粒在高压静电场Ⅱ段吸附在极 板上，该段内，颗粒沿极板纵向的速度大小为定值 v 。，根据上面的公式，可得 S l Iv v o ，v ， d r u ， f r ． 3 JO 从式 2 ， 3 可以看出，荷质比R 相同的颗粒 吸附在极板上的位置S 相同，且极板前端吸附的 颗粒较少，而后吸附量增加，达到一定程度后又逐 渐减少．试验过程中，颗粒在极板上的附着情况基 本符合上面的规律． 2 试验研究 2 ．1 浮沉试验 为了确定试验煤样的可选性，首先将煤样破碎 至2m m 以下，进行浮沉试验，试验结果见图2 ． 密度缎／ gc m3 2 5 2 0 誊 、、 15 善 1 0 P - I 5 罔2 浮沉试验结果 F i g ．2 R e s u l t so ft h ef l o a ts i n kt e s t 该煤样灰分的质量分数为2 1 ．0 2 ％，低密度级 产物的产率很低，当要求精煤灰分的质量分数为 1 0 ％时，精煤产率只有2 0 ％。相应的切割密度为 1 ．4g ／c m 3 ，0 ．1 含量高达6 0 ％，为极难选煤种． 其主要原因在于矿物嵌布粒度较细，只有将煤样超 细磨，使矿物质充分解离，才能达到较好的分选效 果．在试验中，我们将煤样磨细到小于0 ．0 7 4n n ．m ， 应用摩擦电选技术进行干法脱灰研究． 2 ．2 摩擦电选降灰试验 2 ．2 ．1 可行性试验 试验基本参数两个极板间的电压差为 3 2 ．0k V ，风量为1 7 ．0I T I3 ／h ．从物料入口处开始取 4 个3 0c l n 。共8 个样．试验结果见表1 ， 裹1 正、负极板煤样产率及灰分分布 T a b l e1D i s t r i b u t i o no fy i e l da n da s ho nt h ep l a t e s ％ 样品序号里竺塑墨璺垦 l2 75 93 5 ．9 24 8 ．4 28 ．2 4 269 l2 4 ．9 i1 0 ．2 31 8 2 4 314 82 1 ．9 83 ．2 62 0 8 2 盒吐j i 2 2 旦Q z ≥ 注；温度6 ℃，空气相对湿度7 5 蹦 从可行性试验结果可知，w A 为1 0 ．7 3 ％，7 为6 3 ．o o ％，与浮沉试验结果相对比可以明显看 出煤样磨细后矿物质充分解离，在应用能够有效 分选小于0 ．0 7 4a m 微粉煤的摩擦电选技术后，可 以高效脱除灰分，提高精煤产率．试验过程中煤样 随尾气损失0 ．2 0 ％，表明极板的长度已基本满足 孙呻∞印帅如O 兽＼h N 万方数据 中国矿业大学学报第3 2 卷 要求． 2 ．2 ．2 空气湿度对比试验 前面试验过程中，空气湿度为7 5 ％．为考察空 气湿度对分选过程的影响，我们在空气湿度为 1 0 0 ％ 雨天 时进行了对比试验从物料人口处开 始取两个3 0c m ，一个6 0C E ，共6 个样．试验结果 见表2 ． 表2 正、负极板煤样产率爰灰分分布 T a b l e2D i s t r i b u t i o no fy i e l da n da s ho nt h ep l a t e s 蹦 注温度5 ℃，空气相对显腰1 0 0 ％ 与前面试验结果对比发现相应的精煤和尾煤 产率与灰分变化不大，但精煤的产率降低了 15 ．2 1 ％，表明空气湿度增大后，正、负极板上煤样 的产率峰值向极板尾部偏移，在分选过程中煤样损 失6 ．2 l ％．因为随着空气湿度的增大，颗粒与摩擦 器及颗粒与颗粒之问因碰撞摩擦而带上的电荷量 减少．进入高压电场后，颗粒的运动轨迹向极板尾 部偏移，从而出现上面的情况．可以推断在空气湿 度较大时，通过增加极板的长度或提高电场强度， 煤样的回收率可保持不变．对电选可选性比较好的 煤而言，空气湿度对分选效果的影响不大，即摩擦 电选对空气湿度变化的敏感性不是太大，分选效果 主要决定于煤种的电选可选性． 3 讨论 前面两个试验中，精煤的品位分别为1 0 ．7 3 ％ 和1 0 ．2 3 ％，尾煤的品位分别为3 2 ．9 8 ％和 3 3 ．0 3 ％，分选效果均比较明显．这表明对该煤样 而言，摩擦电选技术是可行的． 前面试验表明，吸附在各极板上的煤样主要集 中在极板的前端．可行性试验中，正极板和负极板 前6 0c m 煤样的产率分别占各极板总产率的 9 3 ．7 5 ％和9 3 ．1 0 ％，对比试验中，正极板和负极板 前6 0C m 煤样产率分别占各极板总产率的9 0 ．7 6 ％ 和8 9 ．5 4 ％．而且，可行性试验中，煤样损失 0 ．2 0 ％；对比试验中，由于空气湿度的增大，煤样损 失为6 ．2 1 ％，预计适当增加极板的长度后，煤样的 损失便可降低．这些结果均符合带电颗粒在高压静 电场中的运动规律． 为进一步确定正、负极板上煤样产率及灰分的 分布情况，我们同时进行了下面的试验，试验条件 同前，试验结果见表3 和图3 ． 表3 正、负极扳煤样产率及灰分分布 T a b l e3D i s t r i b u t i o no fy i e l da n da s ho nt h ep l a t e s ％ 注；温度9 c ，空气相对湿度7 9 ％ { | o o } 笸三三．驾嚣鲫4 0 I 三三三． 从表3 和图3 可以看出，负极板精煤样的总灰 分的质量分数为9 ．3 1 ％，正极板尾煤样的总灰分 为的质量分数3 1 ．4 3 ％，分选效果比较明显．但在 一段分选过程中，可燃体回收率达不到理想的效 果。预计通过多段分选可进一步提高可燃体回收 率．正、负极板上吸附的煤样主要集中在前4 0c m ， 分别占各极板总产率的8 4 ．0 9 ％和8 3 ．6 9 ％；极板 尾端煤样的产率比较小，后4 0C m 的产率仅为各极 板总产率的3 ．0 7 ％和1 ．8 9 ％，符合带电颗粒在高 压静电场中的运动规律．这也说明了物料摩擦带电 万方数据 第6 崩高盂华等应用摩擦电选技术降低微粉煤灰分 比较充分，分选过程的操作参数选择比较合理． 对比前面3 个试验结果，发现正、负极板末端 煤样的灰分相差不大，符合分选过程动力学规律． 4 结论 通过试验，可以得出以下结论 1 将煤样磨细至0 ．0 7 4m m 以下后，矿物质 充分解离，应用摩擦电选技术可取得显著的分选效 果； 2 空气湿度增大后，精煤的产率有所下降，但 影响不大，在空气湿度较大时，增加极板的长度或 提高电场强度，可以保证精煤的产率{ 3 埘电选可选性比较好的煤种而言，空气湿 度对摩擦电选的分选效果影响不大，即摩擦电选对 空气湿度变化的敏感性不是太大，分选效果主要决 定于煤种的电选可选性； 4 正、负极板上吸附的煤粉主要集中在前端 大约三分之一长度范围内，极板尾端煤粉的产率比 较小 5 利用多段摩擦电选可提高精煤产率和可燃 体的回收率． 参考文献 [ 1 3 陆义丽，赵春兰．浅淡洁净煤技术及其在我国的发展 口] ．露天采煤技术，2 0 0 2 ， 1 3 3 3 5 ． [ 2 ] 李恒远．中国能源环保与政策法规[ J ] ．中国电力企业 管理，2 0 0 1 ， 1 0 2 4 2 5 ． [ 3 ] 俞珠锋，吕文斌．洁净煤技术及其在我国能源结构调 整中的作用口] ．中国能源，2 0 0 1 ， 5 1 31 9 ． E 4 3 中国统计年鉴编委会．中国统计年鉴[ M 3 ．北京中国 统计出版社，2 0 0 0 ． [ 5 ] 李芳芹，陆成辉，陈家仁．等．煤的燃烧与气化手册 E M ] ．北京化学工业出版社，1 9 9 7 D e A s h i n go fF i n e C o a lU s i n gT r i b o e l e c t r o s t a t i c B e n e f i e i a t i o nT e c h n o l o g y G A OM e n g h u a ．Z H A N GX i n x i 。C H E NO i n g r “ 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 ．T h ee x p e r i m e n to ft r i b o e l e c t r o s t a t i cb e n e f i c i a t i o nw a sp e r f o r m e df o rt h ef e e dc o a lw i t ha na s h c o n t e n to fa b o u t2 0 ％，ap a r t i c l es i z eo fl e s st h a n0 ．0 7 4 ／l i l T ／，a n dt h em i n e r a Jb e i n gl i b e r a t e dc o m p l e t e l y ． T h ev i e l da n dt h ea s hc o n t e n to fc l e a n c o a la r e6 3 ．0 0 ％a n d1 0 ．7 3 ％，a n dt h a to ft h er a i l i n g sa r e3 6 ．8 0 ％ a n d3 2 ．9 8 ％，r e s p e c t i v e l y ．I ta l s os h o w st h a tt h ey i e l do fc l e a nc o a lr e d u c e ss l i g h t l yw i t ht h ei n c r e a s i n go f t h ea i r ’sh u m i d i t y ．W h e r e a s ，t h ey i e l dc a nb em a i n t a i n e db yl e n g t h e n i n gt h ep l a t e so re n h a n c i n gt h ee l e c t r i c f i e l d ’si n t e n s i t y ．A n dt h et r i b o e l e c t r o s t a t i cb e n e f i e i a t i o ni sn o tt O Os e n s i t i v et ot h ea i r ’sh u m i d i t ya n dt h e e f f e c tm a i n l yd e p e n d so nt r i b o e l e t r o s t a t i cc h a r a c t e r i s t i c so fc o a l ，a n dt h ep a r t i c l e sa r et r i b o c h a r g e dc o m p l e l e l y b e c a u s et h e ya r em a i n l ya b s o r b e do nf r o n tp a r t so ft h ep l a t ea n dt h ea s hc o n t e n ti sa l m o s tt h es a m e ，w h i c h e o n f o r m sw i t ht h eh e n e { i c i a t i n gd y n a m i c s ． K e yw o r d s t r i b o e l e c t r o s t a t i cb e n e f i e i a t i o n ；d r yb e n e f k i a t i o n ；f i n e c o a l 责任编辑邓群 万方数据