煤泥及其利用初探.pdf

煤泥及其利用初探 周 焕 熊 平顶山选煤设计研究院,河南 平顶山 467002 摘要较系统地对煤泥进行了分类。从煤炭加工工艺,选煤厂设计,矿区总体规划和煤 泥性质等几方面提出了合理利用煤泥的一些措施、方法。将煤泥的燃用情况按煤泥水分高低 分为3个等级。提出煤泥高效综合利用的关键是提高规模,实现低含水率煤泥可控制地给入 炉堂。 关键词煤泥;分类;措施;燃用 中图分类号 TQ53 文献标识码 A 文章编号 100626772 2000 0320031203 收稿日期 1999 - 10 - 20 作者简介周焕熊1935 - ,男,浙江青田人,平顶山选煤设计院,教授级高级工程师。 1 煤泥的种类 煤泥泛指煤粉含水形成的半固体物,是煤炭生 产过程中的一种产品,根据品种的不同和形成机理 的不同,其性质差别非常大,可利用性也有较大差 别,大致有如下几种类型。 111 炼焦煤选煤厂的浮选尾煤 这类煤泥在国外,一般是一种废弃物,其性质 与洗选矸石或中煤类似。因煤质不同,浮选煤泥的 品质有较大差别,如淮南的气煤,浮选工艺的抽出 率只有30 ～40 ,这种煤泥灰分比较低,煤质 与洗中煤比较接近;平顶山的煤是肥煤或1/ 3焦, 浮选精煤的抽出率可达70 ～80 ,浮选尾煤的 灰分就较高,煤质与洗选矸石接近。 根据煤泥回收工艺的不同,煤泥的物理性质差 别较大。如用压滤机回收的煤泥,其颗粒分布比较 均匀,它的粘性、持水性都比较弱,利于降低水 分。例如平顶山八矿选煤厂的压滤煤泥,在旱季堆 放接近半年以后,抓斗抓起时出现扬尘,总含水率 已接近10 ;另一种是煤泥沉淀池或尾矿场,根 据固体颗粒在水中自然沉淀的原理,实现固液分离 而产出的煤泥。这种工艺有粒度分级的功能,粗颗 粒易沉淀,大都集中在煤泥水入口附近,细颗粒在 中间位置,极细颗粒在末端。末端煤泥具有高粘性 和高持水性,类似江米团,又细又软,晾晒几个 月,表面似已干燥,内部含水率几乎不降,这种煤 泥是最难处理的。 112 煤水混合物产出的煤泥 如动力煤洗煤厂的洗选煤泥、煤炭水力输送后 产出的煤泥,这种煤泥有的比原煤质量都好,数量 少时常常掺到成品煤中。数量多了,掺掉的只是少 数,可能有大量的优质煤泥产出,除要妥善处理 外,还会对煤矿的经济效益产生不良影响。 113 矿井排水夹带的煤泥、矸石山浇水冲刷下来 的煤泥 这些煤泥收集起来都属于煤矿的脏杂煤泥,其 特点是数量不多,质量不稳定,但一般都比浮选尾 煤质量好。 2 煤泥的综合利用 由于煤泥具有高水分、高粘性、高持水性和低 热值等诸多不利条件,很难实现工业应用,长期被 电力用户拒之门外,以民用地销为主要出路。改革 开放以来,国民经济有了迅猛的发展,煤炭产量已 13煤泥及其利用初探 跃居世界首位,市场形势由卖方市场转为买方市 场,加之环保意识的提高,洁净煤的需求迅速增 长,煤炭加工的深度和广度都在快速发展,煤泥的 产量明显上升,煤泥的综合利用已成为迫切需要解 决的问题。为了较合理地解决煤泥的利用问题,本 文提出如下看法。 211 提高煤炭加工工艺水平,最大限度地降低优 质煤泥的产出量 如112节所述的煤泥其质量常优于原煤,但因 其颗粒太细,在煤炭脱水工艺过程中回收能力不足 而留在水中成为煤泥,给下一步利用带来困难,并 降低了煤矿企业的经济效益。加强脱水工艺,根除 这种煤泥的产出,相应地增加优质煤炭产品的产量 是完全可能的。美国10年前在煤炭水力输送工程 的末端,煤炭脱水工艺中就做到了不出煤泥,同时 还做到了污水的零排放。 212 选煤厂、煤泥综合利用电厂同步设计同步建 设,进行煤泥产出工艺和煤泥利用的系统工程设计 炼焦煤选煤厂的跳汰工艺和浮选工艺是有机结 合的2个环节,在尾煤没有被利用的情况下,设计 的指导思想是尾煤是废弃物,凡是能浮选得到的 精煤,尽量多抽出。因此,浮选精煤的灰分必然高 于选煤厂精煤产品的灰分,而跳汰精煤的灰分就得 低于选厂精煤产品的灰分,两者混合后,满足选煤 厂精煤产品的灰分。 确定煤泥作为工业燃料之后,选煤厂的上述设 计指导思想的基础就变了,应该适当降低浮选工艺 的精煤抽出率。这样浮选机的槽数就可以减少,导 致浮选机的电耗降低和主厂房的建筑体积缩小,从 而降低了选煤厂的工程投资和运行费,同时也相应 降低了浮选尾煤的灰分,利于燃烧,对选煤厂和电 厂都是有利的。但是,至今选煤厂与煤泥电厂不是 同步设计同步建设的,甚至是2个设计院,各搞各 的,就很难满足上述要求,造成不必要的损失,需 要统一认识,确定必要的原则或规定。 213 煤炭综合利用应进行矿区总体规划 根据国家的洁净煤政策,不久的将来,煤矿对 外地只供应优质原煤和洗精煤。中煤、煤泥及洗选 矸石都应该在矿区内消耗掉,一般来说中煤用户为 坑口电厂,煤泥及洗选矸石属于综合利用对象。经 过初步估算, 6 MW中压机组的矸石电厂与25 MW次高压机组的矸石、煤泥混烧电厂相比,单 位能耗前者比后者几乎高出一倍,生产成本和单位 投资都明显偏高,可见综合利用电厂也应该尽量大 型化。电厂规模取决于低热值燃料总量,煤泥与洗 选矸石混烧就增加了低热值燃料总量;另一方面, 通过矿区整体规划,适当集中建设也利于电厂规 模,实现管理现代化。 214 综合利用的煤泥含水率愈低愈好 众所周知,煤泥流态化燃烧或煤泥水煤浆燃烧 时,水在燃烧过程中没有化学反应,仅起物理变 化,参加燃烧过程的水有如下的不利作用。 1常温的水成为150℃ 烟气排放,要带走 一批热量,造成无益的热损失。 2水的增加,引起烟气量的增加,导致锅 炉炉膛及烟道截面的增加,锅炉的钢耗要增加,同 时,引风机的功率要增加,导致基建投资建设和运 行费的增加。 3燃料水分的增加引起烟气酸露点的提高, 增加了尾部受热面低温腐蚀的强度。 目前已经实现和可实现的煤泥燃料方式,按含 水率高低来划分,大致有3个等级 1煤泥水煤浆燃烧,含水率高达40 左右, 煤泥本身热值就不高,又加了那么多的水,使得它 的热利用价值损失很大,只适宜于对热利用率要求 不高的情况下,对质量较优的煤泥的小规模使用。 这种燃烧方式的最大优点是,适用于各种运行中的 炉型,稍加改造就可参于辅助燃烧;由于它的流态 特性好,易于利用,虽然损失了一些热能,但可以 改善煤泥引起的污染和克服现有锅炉低热值燃料的 不足。 2利用国产设备,将煤泥挤入流化床锅炉结 团燃烧,煤泥含水率可降为32 ～34 左右,与 煤泥水煤浆相比,水分降低近10个百分点,锅炉 燃烧效率又很高,热能利用明显改善,已形成规模 使用,是国内成规模使用的先例,是一项突破。但 毕竟煤泥的含水仍在30 以上,水引起的热损失 仍然是一个不小的数值,不能认为是一种理想的方 式。 3更低含水率煤泥的利用。将煤泥含水率降 低到20 左右甚至更低于燃烧,这又比上一种方 式降低含水率10多个百分点,效益是显然的,这 有两种类型 a引进国外高科技产品,实施低含水率煤泥 在封闭状态下可控制地输入流化床锅炉燃烧,主要 引进设备是一个系列挤压泵,能满足15 左右含 水率的煤泥实施管道输送,不同的输送量、输送距 离和提升高度都可以选到合适的泵,这种工艺的突 23洁净煤技术2000年第6卷第3期 出优点是泵设在选煤厂的煤泥产出点附近,由电厂 根据需要控制,电厂内见不到煤泥,消除了煤泥的敞 开式中间运输系统。缺点是价格较贵,因此,不适 用于小规模燃烧煤泥的系统。必须有一定的规模, 经过技术经济比较,有一定效益时是一种好办法。 b煤泥用于煤粉炉燃烧。过去电力部门曾因 煤泥进入备煤系统引起事故,一直拒绝燃用选煤厂 煤泥,主要是因为混入煤泥的含水率太高,又结成 大团,产生问题。大电厂烧煤泥是不值得的,对于 中小型煤粉炉电厂就不然。改革开放以来,由计划 经济向市场经济的转变,特别是国家对煤泥综合利 用的鼓励政策,使得中小型煤粉炉燃用煤泥的积极 性有所提高,实践证明中小型煤粉锅炉燃用煤泥可 以给企业带来利益,例如淮南矿务局望风岗选煤 厂的煤泥,被江苏某小型煤粉炉电厂大批买走,经 人工切块凉晒后进入具有中间贮仓式的制粉系统, 供煤粉炉燃用,但是当煤泥水分控制不好时,球磨 机内的钢球被煤泥糊住后失去功能,由于有中间煤 粉贮存,可以停下球磨机人工清理。这项清理工作 非常艰苦,但由于有经济效益,该电厂曾以煤泥为 主要燃料维持较长时间的运行。平煤集团九矿电 厂,目前的规模为1台50 MW凝汽式汽轮发电机 组,配1台220 T/ h高温高压煤粉炉,由于平煤集 团煤泥销售十分困难,积压严重,已直接影响生 产,主管部门要求九矿电厂烧煤泥,电厂内有一批 对煤泥特性了解的工程技术人员和工人,他们将煤 泥晾晒与中煤或原煤进行混合,供电厂燃烧获得成 功,现已批量燃用煤泥,根据制粉系统的要求,除 了要混合得比较均匀外,混合燃料的含水率不应超 过15 。由于煤炭的挥发分比较高,混合燃料的 热值在16174 MJ/ kg以上就可以满足粉炉要求, 根据推算,燃用中煤时可利用煤泥30 重量 比 , 燃用原煤时可利用煤泥高达50 重量比。 显然,这要给电厂的备煤系统带来很多困难,但却 为本矿区解决大难题,应该承认这已实现了煤泥的 综合利用。 通过煤粉锅炉燃用煤泥的成功事例,证明了一 个不大被人接受的事实,即煤泥是可以通过晾晒, 把平均含水率降到20 以下的。并且随着工艺设 备的不断进步,煤泥脱水有了新的发展,引进的和 国产的“压气隔膜快速压滤机”已大规模在设计中 选用,这种压滤机比普通压滤机生产效率提高3～ 10倍;其它性能也得到相应改善;用于煤泥压滤, 可将煤泥含水率降到20 左右。最近清华紫光环 境工程中心正在开发一种新型无滤网动态滤栅 的固液分离设备,其实验性能良好,有可能成为一 种新的更廉价、更高效的煤泥脱水设备,产出的煤 泥含水率可能更低。总之,随着科学的进步,煤泥 脱水工艺所能达到的煤泥含水率将是愈来愈低,这 就说明,进一步降低煤泥水分再利用的现实性。 3 小结和建议 311 小 结 1综合利用的煤泥,主要针对浮选尾煤,其 性质类似洗选矸石。 2煤泥综合利用,应重视综合经济效益,利 用规模愈大,效益愈好。 3为了形成较大综合利用规模,煤泥、洗选 矸石混烧是有效措施之一;此外,通过全面规划, 适当集中也是扩大规模的措施。 4煤泥大批量利用,应尽量降低其含水率, 尤其不应大量加水。 5中国煤炭产区大都在北方及大西北,气候 干燥。煤泥产出大都采用压滤工艺,其粒度分布均 匀,利于通过晾晒进一步降水。 6实践证明,煤泥作为流化床锅炉的燃料, 不论水分高低,只要实现可控制地输入炉膛,就能 正常高效燃烧。 可见,实现煤泥高效综合利用的关键是既要 提高规模,又要实现低含水率煤泥可控制地给入炉 膛。 312 建 议 1引进国外适用的先进产品。低含水率煤泥 的管道输送,关键设备是泵,这样的泵,国内没 有,显然是一个难题。即使是发达国家遇到这样的 难题,也是首先到国际市场上去找的,只要买得 到,比自己开发又快又省,中国引进的成套设备也 有这种情况,何况工业基础仍较落后,适当引进是 必要的。据了解,荷兰的一类矿浆泵,能符合需 求,已与荷兰的有关单位进行过接触,他们已派员 做了详细介绍,这类泵有多种品种,最高能满足 15 水分的矿浆输送,不同的输送量、输送距离和 提升高度都能选到合适的产品。 2充分利用国家对煤泥综合利用的优惠政 策,鼓励矿区内中、小型煤粉锅炉混烧煤泥。 3鼓励建设选用较大机组及较高参数的综合 利用电厂。 下转第50页 33煤泥及其利用初探 行,高温层逐渐向上推移,此种下燃方式导致了煤 层上部温度较低,煤受热分解产生的挥发分得不到 充分燃烧,导致了大量煤烟的产生,同时造成化学 不完全燃烧热损失,加上烟气带走的热损失,使得 这种燃烧方式热效率较低。如果打破传统燃烧模式 的限制,配合以专用炉具,把下燃式改为上燃式就 能有效克服上述弊病,燃烧过程析出的挥发分等可 燃气体能得到充分燃烧,从而既提高了燃烧效率又 减少了污染。 烟煤型煤的消烟技术可以说体现了洁净煤技术 的基本要求,从涉及的对象、到采用型煤技术以及 型煤本身的加工工艺,从添加消烟剂到使用科学的 下饲式炉具,需要我们进行全面的综合,在控制消 烟成本的前提下实现理想的消烟效果。 参考文献 [1] 陈文敏,李文华,徐振刚,等 1 洁净煤技术基础[M]1 北 京煤炭工业出版社, 19971116～119. An approach of the Smoke produce reasons of bituminous briquette and the elimination smoke technology GAO Bi - xia , ZHANGBao - gang Sanxi Clean Coal Technology Production Promotion Center , Taiyuan 030006,China Abstract The released volatile mater can not be burn enough in bituminous fired process. Therefore it is the major reason of smoke produce. However , the smoke free combustion of bituminous can be reached when using the briquetting technology. Some of the technical measures can be adopted in briquetting pro2 cess , for example to adjust the volatile mater content in briquette , using additive agent technology , to improve quality of raw coal. In the other hand , good perance stove should be designed for to provide a high temperature combustion condition and enough oxygen. Key words bituminous; briquette technology; elimination smoke technology 上接第33页 Slime and Its Utilization ZHOU Huan - xiong Pingdingshan Coal Preparation Design and Research Institute,Pingdingshan 467002,China Abstract At first , the slime was classified. Some of the measures and of slime rationale use were put forward based on the coal processing process , design of preparation plant , general planning of mine area and properties of slime. Slime combustion can be divided into three grades depend upon the moisture content. The key of high efficiency comprehensive utilization slime is to decrease the moisture content and to enhance the utilization scale. Key words slime ; classify; measure ; combustion use 05洁净煤技术2000年第6卷第3期