煤泥及其利用初探
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。
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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。
2.1 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1.2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。
2.2 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。
2.3 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,6ＭＷ中压机组的矸石电厂与25ＭＷ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。
2.4 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50ＭＷ凝汽式汽轮发电机组,配1台220Ｔ/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16.74ＭＪ/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 2 0 %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
3.1 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。
3.2 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。
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