1 煤泥的種類

煤泥泛指煤粉含水形成的半固體物,是煤炭生產(chǎn)過程中的一種產(chǎn)品,根據(jù)品種的不同和形成機(jī)理的不同,其性質(zhì)差別非常大,可利用性也有較大差別,大致有如下幾種類型。

1.1　煉焦煤選煤廠的浮選尾煤

這類煤泥在國(guó)外,一般是一種廢棄物,其性質(zhì)與洗選矸石或中煤類似。因煤質(zhì)不同,浮選煤泥的品質(zhì)有較大差別,如淮南的氣煤,浮選工藝的抽出率只有 30%～40%,這種煤泥灰分比較低,煤質(zhì)與洗中煤比較接近;平頂山的煤是肥煤或1/3焦,浮選精煤的抽出率可達(dá)70%～80%,浮選尾煤的灰分就較高, 煤質(zhì)與洗選矸石接近。

根據(jù)煤泥回收工藝的不同,煤泥的物理性質(zhì)差別較大。如用壓濾機(jī)回收的煤泥,其顆粒分布比較均勻,它的粘性、持水性都比較弱,利于降低水分。例如平頂山八礦選煤廠的壓濾煤泥,在旱季堆放接近半年以后,抓斗抓起時(shí)出現(xiàn)揚(yáng)塵,總含水率已接近10%;另一種是煤泥沉淀池或尾礦場(chǎng),根據(jù)固體顆粒在水中自然沉淀的原理,實(shí)現(xiàn)固液分離而產(chǎn)出的煤泥。這種工藝有粒度分級(jí)的功能,粗顆粒易沉淀,大都集中在煤泥水入口附近,細(xì)顆粒在中間位置,極細(xì)顆粒在末端。末端煤泥具有高粘性和高持水性,類似江米團(tuán),又細(xì)又軟,晾曬幾個(gè)月,表面似已干燥,內(nèi)部含水率幾乎不降,這種煤泥是最難處理的。

1.2　煤水混合物產(chǎn)出的煤泥

如動(dòng)力煤洗煤廠的洗選煤泥、煤炭水力輸送后產(chǎn)出的煤泥,這種煤泥有的比原煤質(zhì)量都好,數(shù)量少時(shí)常常摻到成品煤中。數(shù)量多了,摻掉的只是少數(shù),可能有大量的優(yōu)質(zhì)煤泥產(chǎn)出,除要妥善處理外,還會(huì)對(duì)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生不良影響。

1.3　礦井排水夾帶的煤泥、矸石山澆水沖刷下來的煤泥

這些煤泥收集起來都屬于煤礦的臟雜煤泥,其特點(diǎn)是數(shù)量不多,質(zhì)量不穩(wěn)定,但一般都比浮選尾煤質(zhì)量好。

2 煤泥的綜合利用

由于煤泥具有高水分、高粘性、高持水性和低熱值等諸多不利條件,很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,長(zhǎng)期被電力用戶拒之門外,以民用地銷為主要出路。改革開放以來,國(guó)民經(jīng)濟(jì)有了迅猛的發(fā)展,煤炭產(chǎn)量已躍居世界首位,市場(chǎng)形勢(shì)由賣方市場(chǎng)轉(zhuǎn)為買方市場(chǎng),加之環(huán)保意識(shí)的提高,潔凈煤的需求迅速增長(zhǎng),煤炭加工的深度和廣度都在快速發(fā)展,煤泥的產(chǎn)量明顯上升,煤泥的綜合利用已成為迫切需要解決的問題。為了較合理地解決煤泥的利用問題,本文提出如下看法。

2.1　提高煤炭加工工藝水平,最大限度地降低優(yōu)質(zhì)煤泥的產(chǎn)出量

如1.2節(jié)所述的煤泥其質(zhì)量常優(yōu)于原煤,但因其顆粒太細(xì),在煤炭脫水工藝過程中回收能力不足而留在水中成為煤泥,給下一步利用帶來困難,并降低了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)脫水工藝,根除這種煤泥的產(chǎn)出,相應(yīng)地增加優(yōu)質(zhì)煤炭產(chǎn)品的產(chǎn)量是完全可能的。美國(guó)10年前在煤炭水力輸送工程的末端,煤炭脫水工藝中就做到了不出煤泥,同時(shí)還做到了污水的零排放。

2.2　選煤廠、煤泥綜合利用電廠同步設(shè)計(jì)同步建設(shè),進(jìn)行煤泥產(chǎn)出工藝和煤泥利用的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

煉焦煤選煤廠的跳汰工藝和浮選工藝是有機(jī)結(jié)合的2個(gè)環(huán)節(jié),在尾煤沒有被利用的情況下,設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是:尾煤是廢棄物,凡是能浮選得到的精煤,盡量多抽出。因此,浮選精煤的灰分必然高于選煤廠精煤產(chǎn)品的灰分,而跳汰精煤的灰分就得低于選廠精煤產(chǎn)品的灰分,兩者混合后,滿足選煤廠精煤產(chǎn)品的灰分。

確定煤泥作為工業(yè)燃料之后,選煤廠的上述設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想的基礎(chǔ)就變了,應(yīng)該適當(dāng)降低浮選工藝的精煤抽出率。這樣浮選機(jī)的槽數(shù)就可以減少,導(dǎo)致浮選機(jī)的電耗降低和主廠房的建筑體積縮小,從而降低了選煤廠的工程投資和運(yùn)行費(fèi),同時(shí)也相應(yīng)降低了浮選尾煤的灰分,利于燃燒,對(duì)選煤廠和電廠都是有利的。但是,至今選煤廠與煤泥電廠不是同步設(shè)計(jì)同步建設(shè)的,甚至是 2個(gè)設(shè)計(jì)院,各搞各的,就很難滿足上述要求,造成不必要的損失,需要統(tǒng)一認(rèn)識(shí),確定必要的原則或規(guī)定。

2.3　煤炭綜合利用應(yīng)進(jìn)行礦區(qū)總體規(guī)劃

根據(jù)國(guó)家的潔凈煤政策,不久的將來,煤礦對(duì)外地只供應(yīng)優(yōu)質(zhì)原煤和洗精煤。中煤、煤泥及洗選矸石都應(yīng)該在礦區(qū)內(nèi)消耗掉,一般來說中煤用戶為坑口電廠,煤泥及洗選矸石屬于綜合利用對(duì)象。經(jīng)過初步估算,6ＭＷ中壓機(jī)組的矸石電廠與25ＭＷ次高壓機(jī)組的矸石、煤泥混燒電廠相比,單位能耗前者比后者幾乎高出一倍,生產(chǎn)成本和單位投資都明顯偏高,可見綜合利用電廠也應(yīng)該盡量大型化。電廠規(guī)模取決于低熱值燃料總量,煤泥與洗選矸石混燒就增加了低熱值燃料總量;另一方面, 通過礦區(qū)整體規(guī)劃,適當(dāng)集中建設(shè)也利于電廠規(guī)模,實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化。

2.4　綜合利用的煤泥含水率愈低愈好

眾所周知,煤泥流態(tài)化燃燒或煤泥水煤漿燃燒時(shí),水在燃燒過程中沒有化學(xué)反應(yīng),僅起物理變化,參加燃燒過程的水有如下的不利作用。

(1)常溫的水成為150℃煙氣排放,要帶走一批熱量,造成無益的熱損失。

(2)水的增加,引起煙氣量的增加,導(dǎo)致鍋爐爐膛及煙道截面的增加,鍋爐的鋼耗要增加,同時(shí),引風(fēng)機(jī)的功率要增加,導(dǎo)致基建投資建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)的增加。

(3)燃料水分的增加引起煙氣酸露點(diǎn)的提高,增加了尾部受熱面低溫腐蝕的強(qiáng)度。

目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)和可實(shí)現(xiàn)的煤泥燃料方式,按含水率高低來劃分,大致有3個(gè)等級(jí):

(1)煤泥水煤漿燃燒,含水率高達(dá)40%左右,煤泥本身熱值就不高,又加了那么多的水,使得它的熱利用價(jià)值損失很大,只適宜于對(duì)熱利用率要求不高的情況下,對(duì)質(zhì)量較優(yōu)的煤泥的小規(guī)模使用。這種燃燒方式的最大優(yōu)點(diǎn)是,適用于各種運(yùn)行中的爐型,稍加改造就可參于輔助燃燒;由于它的流態(tài)特性好,易于利用,雖然損失了一些熱能,但可以改善煤泥引起的污染和克服現(xiàn)有鍋爐低熱值燃料的不足。

(2)利用國(guó)產(chǎn)設(shè)備,將煤泥擠入流化床鍋爐結(jié)團(tuán)燃燒,煤泥含水率可降為32%～34%左右,與煤泥水煤漿相比,水分降低近10個(gè)百分點(diǎn),鍋爐燃燒效率又很高,熱能利用明顯改善,已形成規(guī)模使用,是國(guó)內(nèi)成規(guī)模使用的先例,是一項(xiàng)突破。但畢竟煤泥的含水仍在30%以上,水引起的熱損失仍然是一個(gè)不小的數(shù)值,不能認(rèn)為是一種理想的方式。

(3)更低含水率煤泥的利用。將煤泥含水率降低到20%左右甚至更低于燃燒,這又比上一種方式降低含水率10多個(gè)百分點(diǎn),效益是顯然的,這有兩種類型:

(ａ)引進(jìn)國(guó)外高科技產(chǎn)品,實(shí)施低含水率煤泥在封閉狀態(tài)下可控制地輸入流化床鍋爐燃燒,主要引進(jìn)設(shè)備是一個(gè)系列擠壓泵,能滿足15%左右含水率的煤泥實(shí)施管道輸送,不同的輸送量、輸送距離和提升高度都可以選到合適的泵,這種工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是泵設(shè)在選煤廠的煤泥產(chǎn)出點(diǎn)附近,由電廠根據(jù)需要控制,電廠內(nèi)見不到煤泥,消除了煤泥的敞開式中間運(yùn)輸系統(tǒng)。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴,因此,不適用于小規(guī)模燃燒煤泥的系統(tǒng)。必須有一定的規(guī)模,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,有一定效益時(shí)是一種好辦法。

(ｂ)煤泥用于煤粉爐燃燒。過去電力部門曾因煤泥進(jìn)入備煤系統(tǒng)引起事故,一直拒絕燃用選煤廠煤泥,主要是因?yàn)榛烊朊耗嗟暮侍?又結(jié)成大團(tuán),產(chǎn)生問題。大電廠燒煤泥是不值得的,對(duì)于中小型煤粉爐電廠就不然。改革開放以來,由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變,特別是國(guó)家對(duì)煤泥綜合利用的鼓勵(lì)政策,使得中小型煤粉爐燃用煤泥的積極性有所提高,實(shí)踐證明中小型煤粉鍋爐燃用煤泥可以給企業(yè)帶來利益,例如:淮南礦務(wù)局望風(fēng)崗選煤廠的煤泥,被江蘇某小型煤粉爐電廠大批買走,經(jīng)人工切塊涼曬后進(jìn)入具有中間貯倉式的制粉系統(tǒng),供煤粉爐燃用,但是當(dāng)煤泥水分控制不好時(shí),球磨機(jī)內(nèi)的鋼球被煤泥糊住后失去功能,由于有中間煤粉貯存,可以停下球磨機(jī)人工清理。這項(xiàng)清理工作非常艱苦,但由于有經(jīng)濟(jì)效益,該電廠曾以煤泥為主要燃料維持較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。平煤集團(tuán)九礦電廠,目前的規(guī)模為1 臺(tái)50ＭＷ凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,配1臺(tái)220Ｔ/ｈ高溫高壓煤粉爐,由于平煤集團(tuán)煤泥銷售十分困難,積壓嚴(yán)重,已直接影響生產(chǎn),主管部門要求九礦電廠燒煤泥,電廠內(nèi)有一批對(duì)煤泥特性了解的工程技術(shù)人員和工人,他們將煤泥晾曬與中煤或原煤進(jìn)行混合,供電廠燃燒獲得成功,現(xiàn)已批量燃用煤泥,根據(jù)制粉系統(tǒng)的要求,除了要混合得比較均勻外,混合燃料的含水率不應(yīng)超過15%。由于煤炭的揮發(fā)分比較高,混合燃料的熱值在16.74ＭＪ/ｋｇ以上就可以滿足粉爐要求, 根據(jù)推算,燃用中煤時(shí)可利用煤泥30%(重量比),燃用原煤時(shí)可利用煤泥高達(dá)50%(重量比)。顯然,這要給電廠的備煤系統(tǒng)帶來很多困難,但卻為本礦區(qū)解決大難題,應(yīng)該承認(rèn)這已實(shí)現(xiàn)了煤泥的綜合利用。

通過煤粉鍋爐燃用煤泥的成功事例,證明了一個(gè)不大被人接受的事實(shí),即煤泥是可以通過晾曬,把平均含水率降到 20%以下的。并且隨著工藝設(shè)備的不斷進(jìn)步,煤泥脫水有了新的發(fā)展,引進(jìn)的和國(guó)產(chǎn)的“壓氣隔膜快速壓濾機(jī)”已大規(guī)模在設(shè)計(jì)中選用,這種壓濾機(jī)比普通壓濾機(jī)生產(chǎn)效率提高3～10倍;其它性能也得到相應(yīng)改善;用于煤泥壓濾,可將煤泥含水率降到 2 0 %左右。最近清華紫光環(huán)境工程中心正在開發(fā)一種新型無濾網(wǎng) (動(dòng)態(tài)濾柵 )的固液分離設(shè)備,其實(shí)驗(yàn)性能良好,有可能成為一種新的更廉價(jià)、更高效的煤泥脫水設(shè)備,產(chǎn)出的煤泥含水率可能更低?？傊?隨著科學(xué)的進(jìn)步,煤泥脫水工藝所能達(dá)到的煤泥含水率將是愈來愈低,這就說明,進(jìn)一步降低煤泥水分再利用的現(xiàn)實(shí)性。

3　小結(jié)和建議

3.1　小結(jié)

(1)綜合利用的煤泥,主要針對(duì)浮選尾煤,其性質(zhì)類似洗選矸石。

(2)煤泥綜合利用,應(yīng)重視綜合經(jīng)濟(jì)效益,利用規(guī)模愈大,效益愈好。

(3)為了形成較大綜合利用規(guī)模,煤泥、洗選矸石混燒是有效措施之一;此外,通過全面規(guī)劃,適當(dāng)集中也是擴(kuò)大規(guī)模的措施。

(4)煤泥大批量利用,應(yīng)盡量降低其含水率,尤其不應(yīng)大量加水。

(5)中國(guó)煤炭產(chǎn)區(qū)大都在北方及大西北,氣候干燥。煤泥產(chǎn)出大都采用壓濾工藝,其粒度分布均勻,利于通過晾曬進(jìn)一步降水。

(6)實(shí)踐證明,煤泥作為流化床鍋爐的燃料,不論水分高低,只要實(shí)現(xiàn)可控制地輸入爐膛,就能正常高效燃燒。

可見,實(shí)現(xiàn)煤泥高效綜合利用的關(guān)鍵是:既要提高規(guī)模,又要實(shí)現(xiàn)低含水率煤泥可控制地給入爐膛。

3.2 建議

(1)引進(jìn)國(guó)外適用的先進(jìn)產(chǎn)品。低含水率煤泥的管道輸送,關(guān)鍵設(shè)備是泵,這樣的泵,國(guó)內(nèi)沒有,顯然是一個(gè)難題。即使是發(fā)達(dá)國(guó)家遇到這樣的難題,也是首先到國(guó)際市場(chǎng)上去找的,只要買得到,比自己開發(fā)又快又省,中國(guó)引進(jìn)的成套設(shè)備也有這種情況,何況工業(yè)基礎(chǔ)仍較落后,適當(dāng)引進(jìn)是必要的。據(jù)了解,荷蘭的一類礦漿泵,能符合需求,已與荷蘭的有關(guān)單位進(jìn)行過接觸,他們已派員做了詳細(xì)介紹,這類泵有多種品種,最高能滿足15%水分的礦漿輸送,不同的輸送量、輸送距離和提升高度都能選到合適的產(chǎn)品。

(2 )充分利用國(guó)家對(duì)煤泥綜合利用的優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)礦區(qū)內(nèi)中、小型煤粉鍋爐混燒煤泥。

(3)鼓勵(lì)建設(shè)選用較大機(jī)組及較高參數(shù)的綜合利用電廠。
 

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