CN110052334B - 一种煤气化细渣浮选分离脱水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤气化细渣浮选分离脱水系统及方法，包括气化黑水缓冲槽、浮选药剂缓冲槽、真空过滤装置平台、浮选‑脱水装置；气化黑水缓冲槽的出口通过管道与真空过滤装置平台的进料口连接，浮选药剂缓冲槽的出口通过管道与真空过滤装置平台的进料口连接；浮选‑脱水装置安装于真空过滤装置平台中，其包括一个圆柱形壳体，真空过滤装置平台的进料口通入该壳体内部，该壳体内沿圆柱的圆形切面方向设置有若干真空过滤板；壳体内安装有残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀，且残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀靠近真空过滤板。本发明可实现对气化黑水中残炭、灰和水的分离，水可以循环使用，残炭和灰可用于生产高附加值材料，有利于实现煤气化细渣的资源化利用。

Description

一种煤气化细渣浮选分离脱水系统及方法

技术领域

本发明属于煤气化技术领域，特别涉及一种煤气化细渣浮选分离脱水一体化系统及方法。

背景技术

煤炭在中国国民经济和社会发展中具有重要的战略地位，煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC发电等过程工业的基础。目前大规模的气化多采用水煤浆和粉煤气化技术，在气化过程中约有60％的灰分和未反应的碳由煤气带出，为去除煤气中的粉尘多采用洗涤的方式对煤气进行处理，经过絮凝和真空过滤处理后细渣中仍含有55％左右的水分，且含有大量的重金属和有机污染物，若直接进行填埋处理会导致侵占土地、污染土壤和水体等一系列严重的环境问题，并且会造成资源、能源的浪费。随着我国对环境保护日益重视，不能对固体废弃物进行无害化处理的企业将难以生存，因此对煤气化细渣中各组分进行分离和资源化利用具有重要意义和迫切需求。

煤气化细渣的粒度比燃烧飞灰更小，多在50μm以下，脱水、干燥难度大，气化细渣的高水分含量严重影响了其无害化处理及资源化利用。采用真空滤布抽滤脱水时，当细渣水分含量降低至50-60％时滤饼即产生裂纹，无法通过真空滤布抽滤进一步脱水。王宏伟采用高效浓缩机串联快速高效隔膜压滤机的方法对气化细渣进行脱水，但仅将气化细渣的水分含量降低至46％。穆浩对卧螺离心机在粉煤灰脱水分离中的性能进行了数值模拟，但缺少实验数据作为对比。利用热能通过蒸发干燥的方式能够降低细渣中的水分含量，但是会消耗大量的能量，能效比低，开发高效、低能耗的气化细渣干燥技术具有重要的意义。

脱水过程中的热质传递与物料性质密切相关，因而对物料性质模型的构建与持水特性的认知对实现高效、低能耗干燥具有重要理论意义。Zhu等基于孔径分布的分形特征和多孔材料的几何特征，提出了耦合传热传质的多孔材料数学模型。物料表面官能团、矿物质等活性位点的分布决定了物料与水分子间的表面作用，与物料的持水特性密切相关。气化细渣富含空心微珠结构，粒度多在50μm以下，颗粒微细，孔隙发达，比表面积大，且有较多O-Si键，与水作用后，颗粒表面出现大量羟基，具显著的亲水性，容易与水结合。但目前对于煤气化细渣空间结构和界面性质的研究尚不够深入，对气化细渣的持水特性认知尚不清晰，难以对气化细渣干燥研究形成有效的理论支撑。

煤气化细渣中的残炭严重影响了气化细渣的综合利用，针对煤气化细渣中炭、灰的分离技术方面，国内鲜有确切的相关研究报道，但关于粉煤灰中未燃炭的研究已取得了一定进展。王启民等对循环流化床锅炉飞灰样品在高倍光学显微镜下进行了切片分析，发现灰中未燃炭与其他成分只是简单固结，并没有出现“灰包煤”的现象；Zhe Lu等采用SEM/EDS手段研究了未燃炭颗粒表面的无机颗粒存在形式。但以上研究仅对灰中未燃炭的基本物理化学性质和表面形貌进行了分析和表征，并没有将这些性质和炭颗粒的界面化学性质和分离行为相关联，从而也未能为炭、灰分离提供指导和借鉴。

综上所述，我国对固体废弃物的无害化处理要求日益严格，不能够对细渣进行妥善处理的煤气化企业将难以生存，市场对煤气化细渣高效、低成本无害化处理的技术需求将日益迫切。若能够实现对气化细渣中水、炭、灰的分离，则水可以循环使用，炭和灰能够用于生产高附加值材料，实现煤气化细渣的资源化利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤气化细渣浮选分离脱水系统，采用本发明所属装置与系统能够使用一台设备同时实现煤气化细渣中炭、灰颗粒的有效分离与脱水。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种煤气化细渣浮选分离脱水系统，包括气化黑水缓冲槽、浮选药剂缓冲槽、真空过滤装置平台、浮选-脱水装置；其中：

所述气化黑水缓冲槽的出口通过管道与真空过滤装置平台的进料口连接，且该管道中设置有气化黑水进料泵；

所述浮选药剂缓冲槽的出口通过管道与真空过滤装置平台的进料口连接，其该管道中设置有浮选药剂进料泵；

所述浮选-脱水装置安装于真空过滤装置平台中，其包括一个圆柱形壳体，真空过滤装置平台的进料口通入该壳体内部，该壳体内沿圆柱的圆形切面方向设置有若干真空过滤板，真空过滤板中心处设置有转轴，转轴与位于壳体外的转轴电机连接，通过转轴电机驱动转轴，并带动真空过滤板转动；该壳体内还设置有搅拌器，搅拌器与位于壳体外的搅拌器电机连接，通过搅拌器电机驱动搅拌器；所述壳体内安装有残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀，且残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀靠近真空过滤板。

进一步的，所述残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀位于真空过滤板上靠近边缘处，且灰滤饼刮刀更靠近真空过滤板边缘处。

进一步的，所述真空过滤装置平台下方设置有残炭滤饼出口斗和灰滤饼出口斗。

进一步的，所述残炭滤饼出口斗下方设置有残炭滤饼传送带，灰滤饼出口斗下方设置有灰滤饼传送带。

进一步的，所述浮选-脱水装置底部设置有充气口。

进一步的，所述浮选-脱水装置内还设置有循环水出口管路，循环水出口管路与气化黑水缓冲槽连接。

所述搅拌器为耙式搅拌器。

一种煤气化细渣浮选分离脱水方法，包括如下步骤：

步骤a，来自煤炭气化产生的气化细渣经喷淋转变成含有细渣的气化黑水，经管道输送到气化黑水缓冲槽；

步骤b，气化黑水缓冲槽中的气化黑水经过气化黑水进料泵送到真空过滤装置平台的进料口，用于液体中分层炭和灰的浮选药剂由浮选药剂缓冲槽经浮选药剂进料泵的作用送到真空过滤装置平台的进料口，并与气化黑水在进料口处汇合，经过搅拌器的搅拌作用而充分混合；

步骤c，真空过滤板在负压状态下实现气化细渣-水的分离，由于浮选药剂在充气口的作用下，液体的靠上部分炭的浓度炭较高，相反，在液体的深处灰的浓度较高，炭和灰吸附在真空过滤板之上；

步骤d，刮刀处的真空过滤板通过真空过滤装置的反吹气路系统配合残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀分别收集相应的炭和灰；

步骤e，经过刮刀收集的炭和灰，经过残炭滤饼出口斗和灰滤饼出口斗，分别落到残炭滤饼传送带和灰滤饼出口斗后运送，同时过滤水经过循环水出口管路循环使用。

进一步的，所述步骤c中，负压为0.08-0.1Mpa。

进一步的，所述步骤c中，通过调节转轴的转速实现分离过程与浮选过程的协同作用。

有益效果：本发明提供的煤气化细渣浮选分离脱水系统，在真空过滤板脱水作用和浮选药剂对炭-灰分离的协同作用下，气化细渣可同时实现炭-灰-水的高效分离，分别得到高浓度炭、高浓度灰和循环水，实现气化细渣高效分离和资源化利用，此系统较为简单，生产过程安全，具有良好的工业化应用前景。相比于现有技术，具有以下优点：

1.采用真空脱水系统，气化黑水在真空抽力作用下实现细渣和循化水分离，能耗低且处理量大；

2.采用浮选技术，实现气化飞灰黑水中残炭和灰的初步分离，有利于真空滤板高效脱水；

3.浮选-脱水系统处理气化黑水可同时得到高浓度残炭和灰，有利于其资源化利用；

4.真空滤板和浮选工艺一体机系统装置相比于拆分式系统，节省设备安装空间；

5.真空滤板脱出的水，洁净度高，可作为工厂循环水使用，节约用水成本；

6.脱水工艺条件温和，脱水效率高细渣含水率可减少至40％，缓解了细渣运输过程中造成的污染。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为浮选-脱水装置的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为图2的俯视图；

图5浮选药剂作用下气化黑水中残炭和灰的分布示意图；

图中，1-气化黑水缓冲槽；2-气化黑水进料泵；3-浮选药剂缓冲槽；4-浮选药剂进料泵；5-真空过滤装置平台；6-搅拌器；7-残炭滤饼出口斗；8-残炭滤饼传送带；9-灰滤饼出口斗；10-灰滤饼传送带；11-循环水出口管路；12-真空过滤板；13-残炭滤饼刮刀；14-灰滤饼刮刀；15-转轴；16-充气口；17-进料口；18-转轴电机；19-搅拌器电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示，本发明的一种煤气化细渣浮选分离脱水系统，包括气化黑水缓冲槽1、浮选药剂缓冲槽3、真空过滤装置平台5、浮选-脱水装置；其中：

气化黑水缓冲槽1的出口通过管道与真空过滤装置平台5的进料口17连接，且该管道中设置有气化黑水进料泵2；

浮选药剂缓冲槽3的出口通过管道与真空过滤装置平台5的进料口17连接，其该管道中设置有浮选药剂进料泵4；

浮选-脱水装置安装于真空过滤装置平台5中，其包括一个圆柱形壳体，真空过滤装置平台5的进料口17通入该壳体内部，该壳体内沿圆柱的圆形切面方向设置有若干真空过滤板12，真空过滤板12中心处设置有转轴15，转轴15与位于壳体外的转轴电机18连接，通过转轴电机18驱动转轴15，并带动真空过滤板12转动；该壳体内还设置有搅拌器6，搅拌器6与位于壳体外的搅拌器电机19连接，通过搅拌器电机19驱动搅拌器6，优选的，搅拌器6为耙式搅拌器；壳体内壁上固定有残炭滤饼刮刀13和灰滤饼刮刀14，且残炭滤饼刮刀13和灰滤饼刮刀14靠近真空过滤板12，残炭滤饼刮刀13和灰滤饼刮刀14靠近真空过滤板12上靠近边缘处，且灰滤饼刮刀14更靠近真空过滤板12边缘处。

真空过滤装置平台5下方设置有残炭滤饼出口斗7和灰滤饼出口斗9，残炭滤饼出口斗7下方设置有残炭滤饼传送带8，灰滤饼出口斗9下方设置有灰滤饼传送带10。

浮选-脱水装置底部设置有充气口16。

浮选-脱水装置内还设置有循环水出口管路11，循环水出口管路11与气化黑水缓冲槽1连接。

真空过滤装置平台5中设置有反吹气路系统，通过转轴的转动实现抽真空和反吹的切换。

实施例

利用本发明的煤气化细渣浮选分离脱水系统，对煤气化细渣(黑水)浮选分离脱水过程如下：

步骤a，来自煤炭气化产生的气化细渣经喷淋转变成含有细渣的气化黑水，经管道输送到气化黑水缓冲槽1；

步骤b，气化黑水缓冲槽1中的气化黑水经过气化黑水进料泵2送到真空过滤装置平台5的进料口17，用于液体中分层炭和灰的浮选药剂由浮选药剂缓冲槽3经浮选药剂进料泵4的作用送到真空过滤装置平台5的进料口17，并与气化黑水在进口汇合，经过搅拌器6的搅拌作用而充分混合；

步骤c，真空过滤板12在0.08-0.1MPa的负压状态下实现气化细渣-水的分离，由于浮选药剂在充气口16的作用下，液体的靠上部分炭的浓度炭较高，相反，在液体的深处灰的浓度较高，通过调节转轴15的转速实现分离过程与浮选过程的协同作用，炭和灰吸附在真空过滤板12之上；如图5所示；

步骤d，刮刀处的真空过滤板12通过真空过滤装置的反吹气路系统配合残炭滤饼刮刀13和灰滤饼刮刀14分别收集相应的炭和灰；

步骤e，经过刮刀收集的炭和灰，经过残炭滤饼出口斗7和灰滤饼出口斗9，分别落到残炭滤饼传送带8和灰滤饼出口斗10后运送，同时过滤水经过循环水出口管路11循环使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种煤气化细渣浮选分离脱水方法，其特征在于：该方法基于煤气化细渣浮选分离脱水系统进行，所述煤气化细渣浮选分离脱水系统包括气化黑水缓冲槽（1）、浮选药剂缓冲槽（3）、真空过滤装置平台（5）、浮选-脱水装置；其中：所述气化黑水缓冲槽（1）的出口通过管道与真空过滤装置平台（5）的进料口（17）连接，且该管道中设置有气化黑水进料泵（2）；所述浮选药剂缓冲槽（3）的出口通过管道与真空过滤装置平台（5）的进料口（17）连接，其该管道中设置有浮选药剂进料泵（4）；所述浮选-脱水装置安装于真空过滤装置平台（5）中，其包括一个圆柱形壳体，真空过滤装置平台（5）的进料口（17）通入该壳体内部，该壳体内沿圆柱的圆形切面方向设置有若干真空过滤板（12），真空过滤板（12）中心处设置有转轴（15），转轴（15）与位于壳体外的转轴电机（18）连接，通过转轴电机（18）驱动转轴（15），并带动真空过滤板（12）转动；该壳体内还设置有搅拌器（6），搅拌器（6）与位于壳体外的搅拌器电机（19）连接，通过搅拌器电机（19）驱动搅拌器（6）；所述壳体内安装有残炭滤饼刮刀（13）和灰滤饼刮刀（14），且残炭滤饼刮刀（13）和灰滤饼刮刀（14）靠近真空过滤板（12）；

所述煤气化细渣浮选分离脱水方法包括如下步骤：

步骤a，来自煤炭气化产生的气化细渣经喷淋转变成含有细渣的气化黑水，经管道输送到气化黑水缓冲槽；

步骤b，气化黑水缓冲槽中的气化黑水经过气化黑水进料泵送到真空过滤装置平台的进料口，用于液体中分层炭和灰的浮选药剂由浮选药剂缓冲槽经浮选药剂进料泵的作用送到真空过滤装置平台的进料口，并与气化黑水在进料口处汇合，经过搅拌器的搅拌作用而充分混合；

步骤c，真空过滤板在负压状态下实现气化细渣-水的分离，由于浮选药剂在充气口的作用下，液体的靠上部分炭的浓度炭较高，相反，在液体的深处灰的浓度较高，炭和灰吸附在真空过滤板之上；

步骤d，刮刀处的真空过滤板通过真空过滤装置的反吹气路系统配合残炭滤饼刮刀和灰滤饼刮刀分别收集炭和灰；

步骤e，经过刮刀收集的炭和灰，经过残炭滤饼出口斗和灰滤饼出口斗，分别落到残炭滤饼传送带和灰滤饼传送带后运送，同时过滤水经过循环水出口管路循环使用。

2.根据权利要求1所述的煤气化细渣浮选分离脱水方法，其特征在于：所述步骤c中，负压为0.08-0.1Mpa。

3.根据权利要求1所述的煤气化细渣浮选分离脱水方法，其特征在于：所述步骤c中，通过调节转轴的转速实现分离过程与浮选过程的协同作用。

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