干法煤粉磁选脱硫的试验研究.pdf

1 l卷 6期 参考文献 环 境 科 学 r 1 1 Mc c 押 P L． On e h u n dr e d y r 』 o l d ， 0 b i c ⋯ f p p 3 ～ 2 2 The S o n d l ⋯na _ 1 ⋯l Co n f e r e n c e 0 n An a e r o h i c Di g e s t i o a Tr a v e m i i r Me } Ge r ma n y ． S e p 1 9 8 1 [ 2】G r i n ． R R．R o e r s ma ， R a o d L e t t J n F C a ，G D ‘ 6 1 r w d o me s J e a g UAS B ， 4 ⋯f r f r [ r o m 9 2 0 。 C ， S e mi n a e ／ W or k s h i p o n Aa a e o b l c S e wa g e Tr e a t me n t - Pp 2 7 2 8 Un i v e r s | t y 0 f M s s a c j E e t t ． An - h e l s I ． U S A 1 9 8 5 r 31 Bo i l e ，W L，PT o c ． t he Eu r ．S y ru p -彻dn a e r o b i c Wa s t e w a t e r T r e a t me m． P P 9 7 9 9 ． No d wi j k e r ‘ h o u r ， Ne t h e r l a n ds ． I 98 3 收 稿 日期 1 9 8 9年 l 1月 2 B日 干法煤粉磁选脱硫的试验研究 吴士彬 张 恒建 张 思靖 【 棘 州市 环境保 护科学研 究所 ■蔓车工作首次在国内完成了干法煤粉戳选脱硫的试验， 探讨了脱硫机理， 简述了磁法脱硫的工艺及高梯度磁 分 离器 HGM S 装置 试验 结 果表 明 最佳 梯壁磁 场强 度 为 0- 6 5 一O 7 5 T，最 佳煤 精 颗粒度 在 l O 0目-- 1 2 0 目， 脱硫率最 高造 0 ％ 左右 ， 费用 估计 为 7 - 5元 煤左 右． 关 键词 于法煤 粉硅连 税硫 ； 磁场 强度 ； 煤粉 颗粒 度． 我国煤产量的四分之一 约 2 ． 5亿吨煤 用于电厂发电， 每年 向大气 中排放 的 s o 数 量惊人． 目前已有许多锅炉烟气脱硫方法有 干法 、 湿法、 炉内喷钙 等等．然而这些工艺方 法 多属于烟气污染的尾端 治理 ， 设备庞大， 投 资高 ， 建造周期长 ， 很难实现综合利用． 能否 在煤进入锅炉燃 烧之前进 行脱 硫处理 ，即炉 前 处理 ， 干煤粉磁法脱硫即能达到这个 目的 ． 因 此进入 8 O年代之后磁法脱硫 已成为 先 进 国家环 保与 动力 部门重点科研课题之一 ，为 此 我们 受江苏省环 保局的委托 ， 从 1 9 8 7年 到 1 9 8 8 年 在国内首次开 展了干法煤粉 磁 选 脱 硫 的试验研究 ， 并于 l 9 8 9年 4月、 通过了省级 鉴定，当前我们正积极配合电厂做原型实用 试 验 ． 一 、干法煤粉磁选脱硫的机理 和 试验 装置 煤是一种成分 复杂的有机与 无机的 混合 物 ， 其中 C，O，H， H O 为主 要成分 ， 此外 ， 烟煤 中都 古有 一定 量的 硫铁矿物成 分 ，倍是 T 这些物质在煤燃烧过程中分解出硫 并与空气 中的氧化合生成 S O 如果能把锅 炉燃用的 煤粉中含有的硫铁矿物 质去掉，就 可大大减 少煤粉燃烧产生的 S O 纯煤主要是 c元素 ， 它是逆磁性 物质 ， 而 媒粉 中台有的硫铁矿物质却是顺磁性 物 质， 因此可用梯度 磁场产生 的磁 力把它从煤粉里 分离 出来 ．昕谓梯度磁场是指 在磁场 中单位 距离内磁 场强 度变化，它是 非均 匀的 ．我们 采用在磁场空 间填 充高导磁 率的不锈 钢 毛 ， 从而 使磁场 中磁力线仅密集于钢毛表面 ，引 起磁场 内磁力线各 处稀疏不均 ，进而 形成一 个 梯度磁场． 梯度磁场 的强 弱与 材质 的磁化 强 度 、形状 、 直径 、 填装 率有 关．磁铁 矿物 质 在磁场内所受的磁力 F。可用下式表示 F 一 X ．- ，-V 1 式中， x为磁铁矿 颗粒物 的磁化率， P为颗粒 物体 积 ， H为磁场强 度 ， d H 为磁场梯度 ．从 上式可 以清楚地看出 ，要想把磁铁矿物质从 维普资讯 2 6 环 境 科 学 可 控 畦 整 流 器 图 1 试验工艺流程示意图 煤 中较彻鹿地分离 出来 ，就需要有较大 的磁 力 ， 而较大 磁力的 获得 又需较高 的磁场梯 度． 同时 ， 把煤粉 颗粒磨的越细越好 ， 从而使 颗粒 物获得较高的磁化 率．在上述 磁分离理论基 础上建立起来的干煤粉磁 法脱硫工艺流程及 主要设备装置如 图 1 2所示． 圉 2高梯 度礁 分 离器 内部结 掏 图 1中可调式变压器是将 3 8 0 V 交流 电 压 变成试验所需电压 1 2 V 左右． 可控 硅整 流 器是把交流整成直流，然后 输入高梯 度磁 分离器． 高梯度 磁分离器 结构 见圈 2 ．外壳 是一个钢 制简体 ， 内部 由导磁体， 磁 轭 、 线圈 、 不锈钢毛组成．导磁体是上下 两块 形状如氲 家用蜂 窝煤的钢体．两块导磁体之间充压着 用不锈钢毛编织的滤 网．滤 网多层叠置在一 起 ， 既 形成梯 度磁场， 又有分层吸附磁铁矿物 质的作用．导磁体外 周有线 圈绕组 ，线 圈与 I 1 l 巷 6 导磁体之间有磁轭 固定连接．磨细的煤粉通 过喂料机 及喂 料鼓风机输送．文丘里管喉部 形成 的负压可 自动 进科 ，煤粉 自下而上通 过 磁分离器 ，磁铁矿粉 粒被 层层不 锈钢 毛刚吸 附， 脱过硫的煤 粉从分离 器上部 出料 V I 收 集． 分离 后被不锈 钢毛 网吸 附的 硫铁矿粉 粒 r 通 过反向鼓 风吹 出收 集． 高梯 度磁 分离 器 运 行中因磁 滞而产生的高温 可引入 冷却 水进 行 冷却 ． 二、试 验 与 分 析 试验煤种选用含硫量较高的 3 瞄 左 右 徐州夏桥煤矿 大仓原煤 ． 采样 1 0 0 0 k g ，按 GB 4 7 4 7 7国标工艺要求进 行粉碎， 掺合和过 筛， 分成 8 0目、1 0 0目、1 2 0目三个粒 度级然 后将样品 分袋装好 以备试验． 试验采用正交试验法．整个试验过程取 三个 因素 、 三个 水平．三个 因素是磁场强 度 、 煤的粒度 、煤粉颗粒通过磁 场的速度．最后 一 个因素 涉及给煤量和风速，通过试验寻找 最佳煤粉通过磁分离器的速度．三个水平分 别是 1 磁 场强 度取 值为 0 ． 5 T、O ． 6 T 和 0 ． 7 5 T [ T为磁 场强度单 位 ，1 T 特斯拉 一 l O Gs 高斯 】 ； 2 煤粉 颗粒度分别为8 0 目 O 1 6 ram 、1 0 0目 O ． 1 2 7 mm ，1 2 0目 0 1 0 4 ram ； 3 煤颗 粒通 过分离器的遮 衰， 此值可折算 成电磁振 动喂 料机 的电流值 f 鼓 风机的流量和 风遽调为恒定值 】 ． 分为慢 速 4 0 mA ，中速 5 0 mA ，快速 6 0 n - A 维普资讯 卷 6期 环 境 科 学 表 l 3 ‘ 试 验 表 ‘ C X 营 ＼ 场 强 粒 度 速 度 脱 硫 率 T 目 A 空 ％ l 0 ． 5 B 8 D 目 CI 5 0 1 ． 2 ， D ． 5 日 1 O 0 目 C 6 0 2 2 3 。 a ． 5 | 1 2 D目 Cj 4 D 3 X】 ● ． d ． 6 。 8 0目 C 6 D 3 ． S 一 0 ． 5 B j l 0 0目 C。 { D 1 ， 6 0 ． 5 B ‘ 1 2 0目 C． 5 0 2 Xd 7 ， 0 ． 7 5 B 8 0目 C． 4 0 2 ． 8 - 0 ． 7 5 B I t 0 0目 CI 5 0 3 I 9 。 0 ． 7 5 ， l 2 0目 C， 6 0 l 表 2 干 煤粉磁 法 脱硫试 验结 果 6 7 8 9 l 3． 3 8 2． 0 1． 88 1 0 2 2． 4 2 1． 4 9 1 ． 2 3 1 ．7 7 1 ． 42 0． 7 9 2 3． 3 2 1 78 1 ． 89 1 ． 0 q 2． 44 1． 5 1 I ． 2 { 1 ．7 9 I． 4 4 O． Bl 3 3． 38 1 ． 8 5 2 ．I 3 1 ．I 8 1． 5 9 2． { 2 I． 0 3 1 ．Sl 0． 8 8 0． 8 3 } 3 ． 4 6 2 ． D1 2 ． 1 4 【 ． 2 2 1． 62 2 ． 4 B 1 ．1 3 1 ． 5 4 0． 8 9 D． 8 4 5 3． 瞄 2 ． D 1 60 1 ． 0B 5 ．1 7 I ． 3 O D． 9 7 3 ．1 7 1 ． 3 D D． 9 9 6 3． 3 8 1 ． 98 1 ． 61 1 ．1 O 3 ．1 0 1 ． 2 5 0 ．9 8 3．1 9 1 ． 3 2 1． D 0 ， 3． 3I 1 ． 89 I ． 2 6 1 ． D 9 0． B 1 ． 3 0 0 ．9 4 O． 7 5 t． 2 5 0． 9 8 8 3． 3D 1 ． 7 5 1 ． 2 7 1 ． D 4 0． 8 9 1 ． 3 2 0． 9 6 0 ．69 t ． 3 3 1． 0 0 9 3． 32 2 ． D 1 ． 2 7 1 ． 1 4 0 90 1 ． 2 9 1．06 O． 7 0 1． 3 0 1． 吣 3． 33 1 ． 9 0 1 ． q 7 1 ． 1 D 1 ． 85 1 ． 6D 1． 03 1．68 1 ．2 4 0． 9 2 x ％ l 0 D 4 3 5 5 6 7 4 5 5 2 6 8 4 9 6 3 7 2 三个档 次．选用正交试验表 头L 3 列号 表 头设计得至 Ⅱ 表 1 ． 按表 l列的正交试验顺序做 的试验结果 列于表 2 ． 其中脱硫率的计 算方 法是将 9个 0子 样的平均 值 其值为 3 ． 3 3 看成 1 0 0 ％， 其计算公式为 1 0 0 蹯．式 中，X。 1 代表 脱硫前的值， x 代表 脱硫后 的值．试验 结果 见表 2 ． 干煤粉在进人磁分离器前和 经磁选分离 后 ， 其煤粉的合硫量均用 Z C L 自动 测硫仪 测定 ． 该仪器的测试误 差为 3 ％， 每次 磁选 脱 硫试验的 测试必须确保质量平衡， 即分离 前煤粉总质量必 须等于 分离出磁 铁 矿 粉 质 量 ， 加 上分离脱硫后煤粉质量， 若不 能满 足责 f 量 平 衡 ， 则 测 试无 效 ． 从上表 的测试结果可以看到 ， 磁 场强度 、 煤粉的颗粒度 、 煤 粉通 过磁场的速度 ， 是影 响 磁选脱硫的三个极为重要的 因素．试验证 明 梯 度磁场强 度越 高脱硫效率越高 ，口 产生过 强 的场强耗 电量 也增加很多 ，通过 J 百次的 试验优选最佳的场强为 0 6 5 0 7 5 T． 试验也 证明煤粉 颗粒磨 的越细，磁选脱硫效果越 好．但太细的煤粉会大大提高 磁选脱硫 的成 本． 其最佳煤粉颗粒度在 1 0 0目一 1 2 0目范 围内．煤粉通过磁 场的速度取决于 鼓风 机的 凤量， 喂料机的喂料速度 ， 不锈钢毛 刚的层数 三个 因素．煤 粉通过不 锈钢毛 网层的流动是 复杂 的多向流 ，要实测流过网层的返度 十分 困难 ， 为此 我们 通过 大量 试验 ， 选择较 佳的鼓 维普资讯 环 境 科 学 风量 ，然后把它 固定 下来 看作不变 量．接着 考 虑到煤粉流经 网层 的阻力，以及 网层 重叠 后 实际的流 道面 积， 决定较佳 网层数为 5层 ． 以上二个 因素固定后 ，唯一能改变的就 是喂 料速度 ，此 值折算成 电磁振动喂料机的 电流 值 ． 通过试验证 明，最佳 电流值在 5 0 mA 一 6 0 mA 的范 围内． 从表 2可 见， 在 磁场 强度 、 煤 粉颗粒度 以 及煤粉通 过磁场的速度不断 变化的情况 下其 脱硫 效率在 4 0 7 0 ％ 之间 ， 在最佳三 因素条 件 下脱硫率在 7 0 ％ 左右 ， 不可能再高，这主 要 由于煤粉 中除了含硫量高的磁 铁 矿 物 质 无机硫 外 ， 还 含有 数量不多的有 机硫 ， 它们 与动植物的腐殖质混合在一起 ，组分十分复 杂 ，至 今国 内外还没有一种十 分理想的直接 测定法．煤的有机硫含量 ，通常通过煤 中全 硫 含量减去无机硫台量求得，一般有机硫含 量 占总硫量的 1 5 2 0 ％． 这就是磁选 脱 硫 效率很少能超过 7 0 瞄 的主要原因． 美 国肯 塔基大学 采 矿 工 程 系 D．L ．Ki s e r 教 授 1 9 8 5年来华参加 中美“ 洁净煤基燃 料 讨 论 会 ” 时指 出 HG MS法脱硫 ，脱硫率一般在 5 5 8 0 ％ 之间． 由此 看来 ， 本 试验已接 近国 外同类型试验的水平 ．主要差距是 磁场 强度 比国外低 ，煤粉颗粒度还较粗．国外使煤粉 多次通过磁分离器 ， 本 试验 只通 过一 次， 因受 到设备和资金的限制 ，有待今后实际使用 中 进一 步开发． 三 、效 益 初 析 本课题仅是 在实验室 内做的 中型 试 验， l 1卷 6 期 还不 能对高梯度磁 分离 器磁 法脱 硫工艺的经 济指标做全面 分析 ，仅 能做一 初步分析．经 济 效益取 决于 工艺设备 投资和运 行费用．本 课题 工艺设备投资 2 万 元，设计 使用寿命为 十年 ，每年折 旧费加维 修费约 3千元．处理 能 力为 1 t ／ h煤 粉， 耗 电量约 1 0 k W h， 折价 ’ 2元．用于磁 分离的煤 粉比一般 电厂锅炉使 用的煤粉细很多，因此每吨煤粉碎费用增加 2 ． 5元 ， 再加 上操 作者工资 2 元 ／ h ． 以上 各项 总 汇， 每吨 干煤粉磁法脱硫其费用约 7 ． 5元 左右．从 国外资料看 ， 美国纽 约州 J ． K．Ki ． n d i n g 用高 梯度 磁法脱 硫，每 吨处理费 用为 1 3美元 折合人 民币 6 5元 相 比较 ， 本 法处 理 费用略高 ． 燃 煤脱硫本 身是 一项 耗资较 大的 项 目， 全 面分析它的经 济效益还 很难 ， 因为 S O 对 人 类所 造成 的经 济损失还 无法进 行 精 确 计 算 ．国外有 关专家认 为，燃煤脱硫最根 本的 出路是前端处理 ， 并预 言 1 9 9 5年之后磁法脱 硫 必 定 商 品 化 ， 到 2 0 0 0年 ， 磁 法将 是 燃 煤 脱 硫主要工艺之一． 参考文献 [ 1 ] 张兆庆等， 中华生物磁学杂志， t i ] , 1 8 1 9 8 7 ． [ 2 l Ki s e r ．D L ．中美洁 净堞基 燃料讨 论会论 文集 ， 煤 炭综台剥甩篇， 第 5 6 页， 山西省科技情报所编， 1 9 8 5 年 ． [3]北京堞化 学研 究所 编著 ， 煤 炭化验手 册 ， 第 2敝 ，第 3 5 2页 ， 煤炭 工业 出版社 ， 北 京 ， 1 9 8 1年． 收 稿 日期 1 9 8 9年 l 1月 5日 上 接第 9 2页 A Si m pl e Agor i t hm f o r I de nt i f i c a t i on of En v] r o nm e n t M Ba ck g r ound V l ue s ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． ⋯⋯⋯⋯． ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 Xi n S i c h o n g r口 f ．7 3 De s i g n Th l n k l n g o f A G r e e n i p g P r o j e c t i n a n d a r o u n d A P e t r o c h e ml c a 1 C o mp l e x ⋯ C h i n Z i g l n 7 6 S c o p e Ne ws ⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ． ⋯⋯ ⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯ 7 9 l I ∞ h I t | T i 哪 ． ． ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 8 O Ne wi n B r i e f ⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 8 1 I NDEX 1 硼 0 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ． ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ” ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ “ L 9 J Ab t ra e t s ． _ En l I i - 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