CN103934098A - 高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法及装置 - Google Patents

高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法及装置 Download PDF

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张胜兵
徐银香
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Abstract

本发明涉及高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法及装置,提供了一种高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法,该方法包括以下步骤:(1)将煤灰/煤渣掺入水中,利用固-液旋流去除煤渣中的大颗粒成分,得到经预脱渣处理的煤灰/煤渣;(2)在经预脱渣处理的煤灰/煤渣中加入捕集剂和浮选剂,经矿浆预处理后搅拌均匀并打入浮选柱进行浮选,碳粉上浮回收,剩余煤灰/煤渣排出;(3)对浮选柱中沉积的煤灰/煤渣进行分级旋流,收集一级粉煤灰,排出二级粉煤灰和三级粉煤灰;以及(4)对步骤(1)中所得的大颗粒成分、步骤(2)中所得的碳粉和步骤(3)中所得的粉煤灰进行脱水处理,回收水循环利用。还提供了一种高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级装置。

Description

高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法及装置
技术领域
本发明属于高碳粉煤灰/煤渣回收增值利用领域,涉及一种固废资源高效利用技术,更具体涉及一种紧凑型煤渣脱碳分选方法。具体的说,本发明针对含碳量偏高的粉煤灰/煤渣,通过混入适量水流态化后,采取旋流脱渣、浮选脱碳和旋流分级方法,将利用价值和使用率较低的粉煤分类分级,达到大幅提高其利用价值的方法。本发明还涉及粉煤灰/煤渣脱碳分选的装置。
背景技术
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物;而高碳煤渣则主要缘于近年兴起的煤加压气化技术,两类均属于含一定碳分的微细颗粒混合物。随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加,不加处理,就会对环境、人体和生物造成很大危害。目前我国每年由于燃煤所产生的煤渣约在4亿吨左右,十二五末产量将达到5.7亿吨,并且我国未利用的库存煤渣多达5亿余吨。对如此大量的煤渣如何实现资源化利用、提高煤渣的利用率已成为关注要点之一。
粉煤灰的颗粒粒度范围为0.5~300μm,灰分中未燃尽的碳的含量一般在12%~20%之间。目前灰分的利用率在67%左右,但是火电厂对灰分的处理主要是直接出售用于建材、筑路、回填等,没有对灰分的碳进行回收,不仅是对资源的浪费,而且较高的碳含量会对灰分用于建材生产原料产生不利影响。从灰分中回收碳作为电力燃煤不仅可以使煤炭资源得到充分利用,而且可以通过对灰分进行分选成一级灰和二、三级灰,显著提高灰分的利用率,也能提高以其为原材料的建材的性能。
当前也存在个别针对灰分脱碳的工艺技术,例如,中国专利ZL200810031473.2中提及烧失量超标灰分脱碳工艺,中国专利ZL201110327655.6发明了灰分流化床燃烧脱碳装置,中国专利ZL201210183445.9从灰分中提取碳粉、铁矿粉、一级灰分和二级灰制备工艺,中国专利ZL201220722495.5中提出的一种灰分复合浮选脱碳处理装置。这些现有技术都针对灰分含碳量高提出了自己的方法,并取得了一定的效果,但普遍存在粉煤灰处理工艺粗放,脱碳分级效率低下等缺陷,实际工业应用价值不合理等顽疾。
发展粉煤灰各种高附加值用途的一个必要前提就是减少粉煤灰中的碳含量,降低烧失量,这是综合利用粉煤灰的重要基础。但包括上述专利在内的现有技术还未能充分地综合利用粉煤灰为社会经济服务,远远不能满足粉煤灰高效利用的情况。
因此,本领域迫切需要开发出一种能够克服上述现有技术的缺陷的,成本低且效果好的粉煤灰脱渣分级和浮选脱碳方法及装置,用以实现高碳粉煤灰/渣中碳粉的高效回收,同时能够大幅提高其利用价值,充分实现工业排放物的综合高效利用。
发明内容
本发明提供了一种新颖的紧凑型高碳粉煤灰脱碳分选方法与装置,针对粉煤灰中碳含量偏高的问题,对粉煤灰采取回收措施也对粉煤灰分选出一级灰,回收了粉煤灰中的碳,并把粉煤灰依据国际分级为一级灰和二、三级灰,提高了粉煤灰的利用率和以其为原材料的建材性能,从而解决了现有技术中存在的问题,使得火电厂多年来堆放的粉煤灰得到全部处理,带来极其可观的经济效益的同时,极大地提高了环境效益和社会效益。
一方面,本发明提供了一种高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法,该方法包括以下步骤:
(1)将煤灰/煤渣掺入水中,利用固-液旋流去除煤渣中的大颗粒成分,得到经预脱渣处理的煤灰/煤渣;
(2)在经预脱渣处理的煤灰/煤渣中加入捕集剂和浮选剂,经矿浆预处理后搅拌均匀并打入浮选柱进行浮选,碳粉上浮回收,剩余煤灰/煤渣排出;
(3)对浮选柱中沉积的煤灰/煤渣进行分级旋流,收集一级粉煤灰,排出二级粉煤灰和三级粉煤灰;以及
(4)对步骤(1)中所得的大颗粒成分、步骤(2)中所得的碳粉和步骤(3)中所得的粉煤灰进行脱水处理,回收水循环利用。
在一个优选的实施方式中,所述捕集剂选自:轻柴油、烃类油捕收剂6008和煤油,所述浮选剂选自:仲辛醇、GF油和FR油;它们的用量均为500-1000g/t,以高碳粉煤灰/煤渣干重计。
在另一个优选的实施方式中,该方法用于对碳含量超过8%的粉煤灰/煤渣进行增值处理。
在另一个优选的实施方式中,该方法对碳的回收率达到85%或更高。
在另一个优选的实施方式中,所述分级旋流对45μm粒级或更高灰分的回收效率大于90%并达到一级灰粉煤标准,并且对一级粉煤灰的回收质量分数超过45%。
另一方面,本发明提供了一种高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级装置,该装置包括:
固-液旋流分离器,用于对掺入水中的煤灰/煤渣,利用固-液旋流去除煤渣中的大颗粒成分,得到经预脱渣处理的煤灰/煤渣;
与固-液旋流分离器连接的浮选柱,用于对其中加入捕集剂和浮选剂、并经矿浆预处理后搅拌均匀的经预脱渣处理的煤灰/煤渣进行浮选,以使得碳粉上浮回收,剩余煤灰/煤渣排出;
与浮选柱连接的分级旋流器,用于对浮选柱中沉积的煤灰/煤渣进行分级旋流,以收集一级粉煤灰,排出二级粉煤灰和三级粉煤灰;
与浮选柱连接的斜板沉降槽,用于对浮选柱的溢流进行脱水和碳粉回收,所述斜板沉降槽顶部装有刮板实现漂珠回收;
与固-液旋流分离器连接的沉降槽,用于对所得的大颗粒成分进行脱水处理,并且回收水循环利用;以及
与分级旋流器连接的沉降槽,用于对所得的粉煤灰进行脱水处理,并且回收水循环利用。
在一个优选的实施方式中,所述固-液旋流分离器的芯管数量根据煤灰/煤渣的数量来调节。
在另一个优选的实施方式中,所述固-液旋流分离器和分级旋流器的操作压降为0.12-0.18MPa。
再一方面,本发明涉及所述装置用于电站粉煤灰和水煤浆加压气化工艺外排的煤渣的用途。
附图说明
根据结合附图进行的如下详细说明,本发明的目的和特征将变得更加明显,附图中:
图1是根据本发明的一个实施方式的粉煤灰脱碳分选的工艺流程图。
具体实施方式
本申请的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现,针对现有粉煤灰中碳含量偏高,未对粉煤灰采取回收措施也没有对粉煤灰分选一级灰的问题,为了回收粉煤灰中的碳,并把粉煤灰依据国标分级成一级灰和二、三级灰,进一步提高粉煤灰的利用率,采用分选旋流器+浮选柱+分级旋流器的回收工艺,解决了粉煤灰中碳含量偏高的问题,回收分选出了一级灰,提高了粉煤灰的综合利用率,从而使多年堆放的粉煤灰得到处理,在带来极其可观的经济效益的同时,极大提高了环境效益和社会效益。基于上述发现,本发明得以完成。
本发明的技术构思如下:
首先,粉煤灰进入搅拌槽与水充分混合,并选用旋流分离器在其内先脱除粗颗粒粉煤灰,即,第一步分离,提高了后续分选的精度与效率;从旋流分离器底流口出来的粗颗粒粉煤灰再经过沉降槽脱水,粗颗粒粉煤灰连续不间断被运走,再回收,提高了粉煤灰的利用率;收集的水重新回到搅拌槽与进料混合;
其次,从旋流分离器溢流出来的细颗粒粉煤灰与捕收剂(轻柴油等)混合进入浮选柱,在整套粉煤灰脱碳分选工艺流程中,通过浮选将碳从粉煤灰中分离出来是关键,而浮选工艺的核心则在于浮选剂的选择,在浮选条件寻优的基础上进行分步释放浮选试验;在浮选柱内添加适当的浮选剂(仲辛醇等),来实现碳与粉煤灰的分离,浮选出来的碳组分进入斜板沉降槽脱水,并经过后处理制成水煤浆便于利用和运输,并在沉降槽设置刮板,以收集水面的漂珠,收得的漂珠的后续脱水净化工艺根据实际收率后续再确定和完善,浮选柱内底流的去碳粉煤灰进到分级旋流器,将一级粉煤灰和二级粉煤灰分离开,得以重新利用一级粉煤灰,以提高粉煤灰的综合利用价值。
本发明的上述技术构思可通过以下方式实现:
旋流分离器体积小、重量轻、处理速度快,是一种新颖、高效、节能、适合长周期运行而又经济的分离设备,可将其用于粉煤灰粗细颗粒的分离;在旋流分离器后设置浮选柱,通过浮选将碳从粉煤灰中分离出来,而浮选工艺的核心则在于浮选剂的选择。试验结果证明,粉煤灰中碳的可浮性较好,当捕集剂(轻柴油等)的用量为500-1000g/t(优选为600g/t)、浮选剂(仲辛醇等)用量为500-1000g/t(优选为600g/t)时,对粉煤灰中碳的浮选回收能够起到较好效果。
适用于本发明的装置的具体结构可以依据工艺整体要求而定。
本发明的粉煤灰脱碳分选方法和装置还可以用于其他物料的脱碳等的分选应用中。
在本发明的第一方面,提供了一种粉煤灰脱碳分选及漂珠回收的方法,该方法包括:
将粉煤灰掺入适量的水中,利用固液旋流分离器先去除粉煤灰中的大颗粒粉煤灰;
在经过脱渣处理后的粉煤灰中加入适量的捕集剂和浮选剂,经过矿浆预处理器后搅拌均匀并打入浮选柱,碳粉上浮回收,粉煤灰从底流排除;
浮选柱中沉积的粉煤灰浆打入分级旋流器,从溢流口收集出一级灰,二、三级灰从底流排出;
脱渣、浮选、分级产物脱水处理后并循环回收利用。
在本发明中,在对粉煤灰进行浮选脱碳之前,将粉煤灰用旋流分离器进行粗细颗粒的分离,以保证后续浮选效果。
在本发明中,在用于漂珠回收的斜板沉降槽设置刮板,以收集水面的漂珠。掺入搅拌槽的水在工艺运行过程中能不断回收再重复利用,避免了水资源的浪费。
本发明的方法适用于对含碳量超过8%的粉煤灰/煤渣进行增值处理。
本发明的第二方面,提供了一种粉煤灰脱碳分选及漂珠回收的装置,该装置包括:
用于对粉煤灰颗粒进行旋流分离,在其内先脱除粗颗粒粉煤灰而保留溢流得到的细颗粒粉煤灰的旋流分离器;
用于使得旋流分离器溢流出来的细颗粒粉煤灰与捕集剂(轻柴油等)混合进入、在其内添加适当的浮选剂(仲辛醇等),以实现碳与粉煤灰的分离的浮选柱;
用于使得浮选柱内底流的去碳粉煤灰中一级粉煤灰和其他粉煤灰分开的分级旋流器,以提高粉煤灰的利用价值。
在本发明中,该装置还包括:与所述浮选柱连接的斜板沉降槽,用以对进入的碳组分进行脱水,并经过后处理制成水煤浆便于利用和运输;与所述旋流分离器连接的沉降槽,用以对从旋流器底流口出来的粗颗粒粉煤灰静置脱水,粗颗粒粉煤灰定期通过小车运输或采用传输带不间断运输,收集的水重新回到搅拌槽与进料混合;与所述分级旋流器连接的沉降槽,用以对分级灰分脱水回收利用。
在本发明中,单台旋流器的处理量为400m3/h。浮选柱对粉煤灰中碳的回收率在85%以上。分级旋流器溢流中小于45μm粒级的颗粒含量大于88%,达到一级灰的标准。
在本发明中,通过浮选将碳从粉煤灰中分离出来是关键,而浮选工艺的核心则在于浮选剂的选择。通过取样进行浮选试验,粉煤灰中碳的可浮性较好,当捕收剂(轻柴油等)的用量为600g/t、浮选剂(仲辛醇等)的用量为600g/t时,对粉煤灰中碳的浮选回收能够起到较好效果。
在本发明中,粉煤灰/煤渣脱渣用旋流器和灰/渣分级用旋流器的操作压降约为0.12-0.18MPa,优选约为0.15MPa。
在本发明中,粉煤灰/煤渣分级产物均需经过沉降槽脱水处理,沉降槽的类型可满足成套装置连续运行。
本发明采用分选旋流器+浮选柱+分级旋流器的脱碳和分级技术,建设了一套粉煤灰脱碳及分级系统,该系统可以同时满足粉煤灰中碳的回收率达到85%以上和粉煤灰的一级灰分级,大幅提高了粉煤灰的质量和利用率,既减少了电厂周围环境污染,达到了良好的社会效益;又浮选回收得到碳,作为电厂的燃料得到综合利用,为企业取得了良好的经济效益。
本发明的粉煤灰脱碳分选实验装置可广泛应用于粉煤灰的脱碳应用上,其可以有效解决粉煤灰利用率不高和碳的分选回收问题,大幅增加了粉煤灰的综合利用率。
以下根据附图详细说明本发明的方法。
图1是根据本发明的一个实施方式的粉煤灰脱碳分选的工艺流程图。如图1所示,将粉煤灰掺入适量的水中,在搅拌槽1中搅拌均匀,利用固-液旋流分离器8先去除粉煤灰中的粗颗粒粉煤灰(二段底流),经过沉降槽2进行粉煤灰的回收(粗颗粒粉煤灰被连续运输)与水的再利用;向净化后的旋流溢流的细颗粒粉煤灰中加入适量的捕集剂和浮选剂,经过矿浆预处理器后在搅拌桶搅拌均匀打入浮选柱7,粉煤灰中的碳上浮回收,去碳粉煤灰下沉;浮选柱7中沉积的去碳粉煤灰浆打入分级旋流器5,从溢流口收集出一级粉煤灰,二级粉煤灰、三级粉煤灰从底流排出;分级旋流器5溢流和底流出来分别经过沉降槽3和沉降槽4,对粉煤灰进行分级回收和水的循环再利用;上浮回收的碳经过斜板沉降槽6制成水煤浆便于运输和利用,同时水面的漂珠回收。
本发明的主要优点在于:
a)易维护,无任何废弃物产生,运行费用低;
b)可靠性高,使用寿命长;整体设备可以连续长时间运行,设备寿命长;
c)装置结构简单,占地面积小,故障率低,压力损失小,分离效率高,容易实施,操作方便,适合长周期运转;
d)本发明的系统可以同时满足粉煤灰中碳的回收率85%和粉煤灰的一级灰分级,大幅提高粉煤灰的质量和利用率;既减少了电厂周围环境污染,达到了良好的社会效益;又浮选回收得到碳,作为电厂的燃料得到综合利用,为企业取得了良好的经济效益。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是,应该明白,这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明,所有的百分比和份数按重量计。
实施例1:某总装机量200万KW电厂的粉煤灰处理
针对某总装机量200万KW的电厂,设置了一套如图1所示的粉煤灰脱碳分选的工艺,其具体运作过程及效果描述如下:
首先,使水与粉煤灰在搅拌槽中充分混合均匀,呈湿态化状态,然后启动固-液旋流分离器,旋流分离器溢流口出来的细颗粒粉煤灰须进行脱碳处理,从旋流分离器底流口出来的粗颗粒粉煤灰经过沉降槽静置脱水,粗颗粒粉煤灰定期不间断运输,收集的水重新回到搅拌槽与进料混合;溢流出来加入捕集剂,经过矿浆预处理器后在搅拌桶搅拌均匀打入浮选柱,并在浮选柱内添加适当的浮选剂,粉煤灰中的碳上浮,粉煤灰下沉,实现碳与粉煤灰的分离;浮选柱中沉积的粉煤灰浆打入分级旋流器,溢流和底流分别经过沉降槽静置脱水,一级灰从溢流排出,二、三级灰从底流排出,回收的水不断回到搅拌槽与进料混合;浮选柱的溢流中碳组分进入斜板沉降槽脱水,并经过后处理制成水煤浆以便于利用和运输。该工艺不仅从粉煤灰中回收了碳,而且实现了粉煤灰一级灰和二、三级灰的分选,大幅提高了粉煤灰的利用价值。
对粉煤灰脱碳分选实验装置中的分步释放复选试验参照《选煤实验室分步释放浮选试验方法》MT/T144—1997规定进行分步释放浮选试验。同时对粉煤灰样品按照国家标准《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》GB/T4757-2001规定进行条件寻优试验,在浮选条件寻优的基础上进行分步释放浮选试验。试验结果证明,粉煤灰中碳的可浮性较好,碳回收率超过75%;当捕收剂轻柴油量用量为600g/t、浮选剂仲辛醇用量为600g/t时,对粉煤灰中碳的浮选回收能够起到较好效果。
针对该总装机量200万KW的电站,结合其历年粉煤灰产生量,设计粉煤灰脱碳分选装置的粉煤灰的处理能力为76万吨/a,粉煤灰入旋流分离器的浓度按120ppm考虑,粉煤灰浆处理量约为800m3/h,干矿量为96t/h。单台旋流器处理量可以达到400m3/h,浮选柱对粉煤灰中碳的回收率在85%以上,分级旋流器溢流中小于45μm粒级的颗粒含量大于88%,达到一级灰的标准。
综上所述,采用本发明的方法能有效降低碳损失,同时也能比较完善地解决了粉煤灰中含碳量高的问题。装置运行平稳,操作方便,易于控制,达到并满足了工业生产和环境协调的要求,可以同时满足粉煤灰中碳的回收率85%和粉煤灰的一级灰分级,大幅提高粉煤灰的质量和利用率。既减少了电厂周围环境污染,达到了良好的社会效益;又浮选回收得到碳,作为电厂的燃料得到综合利用,为企业取得了良好的经济效益。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级方法,该方法包括以下步骤:
(1)将煤灰/煤渣掺入水中,利用固-液旋流去除煤渣中的大颗粒成分,得到经预脱渣处理的煤灰/煤渣;
(2)在经预脱渣处理的煤灰/煤渣中加入捕集剂和浮选剂,经矿浆预处理后搅拌均匀并打入浮选柱进行浮选,碳粉上浮回收,剩余煤灰/煤渣排出;
(3)对浮选柱中沉积的煤灰/煤渣进行分级旋流,收集一级粉煤灰,排出二级粉煤灰和三级粉煤灰;以及
(4)对步骤(1)中所得的大颗粒成分、步骤(2)中所得的碳粉和步骤(3)中所得的粉煤灰进行脱水处理,回收水循环利用。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述捕集剂选自:轻柴油、烃类油捕收剂6008和煤油,所述浮选剂选自:仲辛醇、GF油和FR油;它们的用量均为500-1000g/t,以高碳粉煤灰/煤渣干重计。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该方法用于对碳含量超过8%的粉煤灰/煤渣进行增值处理。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,该方法对碳的回收率达到85%或更高。
5.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述分级旋流对45μm粒级或更高灰分的回收效率大于90%并达到一级灰粉煤标准,并且对一级粉煤灰的回收质量分数超过45%。
6.一种高碳粉煤灰/煤渣脱碳分级装置,该装置包括:
固-液旋流分离器(8),用于对掺入水中的煤灰/煤渣,利用固-液旋流去除煤渣中的大颗粒成分,得到经预脱渣处理的煤灰/煤渣;
与固-液旋流分离器(8)连接的浮选柱(7),用于对其中加入捕集剂和浮选剂、并经矿浆预处理后搅拌均匀的经预脱渣处理的煤灰/煤渣进行浮选,以使得碳粉上浮回收,剩余煤灰/煤渣排出;
与浮选柱(7)连接的分级旋流器(5),用于对浮选柱(7)中沉积的煤灰/煤渣进行分级旋流,以收集一级粉煤灰,排出二级粉煤灰和三级粉煤灰;
与浮选柱(7)连接的斜板沉降槽(6),用于对浮选柱(7)的溢流进行脱水和碳粉回收,所述斜板沉降槽(6)顶部装有刮板实现漂珠回收;
与固-液旋流分离器(8)连接的沉降槽(2),用于对所得的大颗粒成分进行脱水处理,并且回收水循环利用;
与分级旋流器(5)连接的沉降槽(3)和沉降槽(4),用于对所得的粉煤灰进行脱水处理,并且回收水循环利用。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述固-液旋流分离器(8)的芯管数量根据煤灰/煤渣的数量来调节。
8.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述固-液旋流分离器(8)和分级旋流器(5)的操作压降为0.12-0.18MPa。
9.权利要求6-8中任一项所述的装置用于电站粉煤灰和水煤浆加压气化工艺外排的煤渣的用途。
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