CN1562828A - 一种煤泥氧化处理、综合利用的方法 - Google Patents

Abstract

一种煤泥氧化法处理、综合利用的方法，属于氧化法处理污泥的技术领域，首先将煤泥浓缩脱水，将其水份控制在45～55％之间；根据原煤、煤泥的水份和发热值和要制得的水煤浆的水份和发热值快速测算出配比，加入重量比3～6wt‰的分散剂在球磨机中磨细；向合格粒度的球磨煤浆中加入重量比0.3～0.6wt％的稳定剂，在打散乳化搅拌罐中常温、常压下打散乳化，制成混合煤浆；经过高速旋转的剪切泵剪切细化进一步降低粘度，制成煤泥水煤浆；在燃烧水煤浆的锅炉中燃烧煤泥水煤浆，在几种适应的锅炉中以固、液双燃料循环流化床锅炉的燃烧效果为佳。

Description

一种煤泥氧化处理、综合利用的方法

技术领域

根据国际专利分类表，本发明属于氧化法处理污泥的技术领域，特别涉及到一种煤泥氧化处理、综合利用的方法。

背景技术

选煤厂在生产过程中会产生大量的煤泥，其粒度小于1mm，含水80％以上；但它仍含有一定数量的高灰份的煤，其发热在13～15.9MJ/Kg，如不利用会因煤粉和选矿药剂而污染空气和水，并且要占用大量土地来堆存。如要利用又因高水份含量和细粒度，以及其中煤的灰份高而存在着很大的困难，已成为现有煤矿普遍存在的污染环境问题。现有水煤浆制备技术是由高发热值的原煤磨细，加入水和添加剂来生产的，按目前国家标准GB/T8855-2002用于生产水煤浆的原煤灰份不得高于7％，使用这种水煤浆的造价就较高，而且要消耗一定的水资源，是否能将大量的煤泥加以利用，汲取其中的宝贵的能源和其他有价资源，至今尚未见报道。

发明内容

本发明提出了一种把煤按一定比例加入到煤泥中，加入分散剂，经过球磨、打散搅拌、乳化均质，高速剪切熟化制成发热值达到国家标准要求的水煤浆；再使用洁净燃烧方法将其氧化燃烧获得能量，之后将产生飞灰加以利用的一种煤泥氧化处理综合利用的方法。

一、用煤泥制备水煤浆

其工艺流程如附图所示：由皮带运输机1和3，对磙破碎机2，原煤配料螺旋机4，煤粉贮仓6，煤粉配料螺旋机5，煤泥配料螺旋机7，煤泥承压过滤器8，煤泥浓密脱水机9，煤泥高压输送泵10，中水贮罐11、球磨机12，分散剂定量加料泵13，分散剂贮罐14，水泵15，水贮罐16，混合煤浆承压过滤器17，球磨机出料罐18，混合煤浆高压输送泵19，大颗粒煤浆螺旋机20，稳定剂贮罐21，稳定剂定量泵22，煤浆输送泵23，打散、乳化搅拌罐24，高速剪切泵25，中间贮罐26，水煤浆贮罐27，水煤浆输送泵28组成。

其工艺分成：

(1)原料准备及粗碎步骤

首先经过浓密机9对煤泥脱水处理，使其水份从80％降至45～55％之间，分离下来的中水可以返回选煤厂生产，用煤泥承压过滤器8再对煤泥进行粒度分级过滤，也可以采用旋流器对煤泥进行粒度分级，把小于50μm细粉过滤下来直接送到打散、乳化搅拌罐24，大于50μm的粗粉送至球磨机12。

如使用块煤，经过皮带运送机1，送至对磙破碎机2粗碎，其粒度达到10mm以下之后经配料螺旋机4加到球磨机12中，如果使用煤粉就由煤粉贮仓6直接经过配料螺旋机5送到球磨机12中。

(2)配料、加分散剂、球磨步骤

由几个配料螺旋机按配比加入的＜10mm煤粒粉，煤泥、分散剂加到球磨机中，为湿磨，根据煤、煤泥中的含水和热值、以及要求生产的水煤浆的含水和热值来编制配料比。

本发明提出一个配料方程组，计算应加入煤和煤泥的数量。

式中，Q_M——所用煤的数量             Kg

      q_m——所用煤中的含水率         ％

      Q_N——所用煤泥的数量           Kg

      q_n——所用煤泥中的含水率       ％

      q_水——生产的水煤浆的含水率    ％

      J_m——所用煤的单位发热值       MJ/Kg

      J_n——所用煤泥的单位发热值     MJ/Kg

      J_水——生产的水煤浆发热值      MJ

式中q_m、q_n、J_m、J_n都是事先测得的，q_水、J_水是要制备的水煤浆应达到的值，根据这样一个方程组可以计算出所需原煤和煤泥的数量。分散剂是以焦油、腐植胶或木质素为主要成份的物质，是由专业厂家生产的专利产品，加入量为总浆量重量的3～6wt‰，配料后送入球磨机12，球磨机12为湿磨，配球比为40～50％。进入球磨机12料的粒度≤10mm，出球磨机的混合煤浆中固相粒度为20～50μm。

(3)煤浆分级、搅拌打散、乳化均质步骤

球磨后的混合煤浆，由压力为1MPa的高压输送泵19送至混合煤浆承压过滤器17进行粒度分级。也可以采用旋流器进行粒度分级，但以1MPa压力下承压后过滤器的效果为佳。小于50μm的细煤浆送入打散、乳化搅拌罐24，大于50μm的粗煤浆由大颗粒煤浆螺旋机20返回球磨机12再磨；来自煤泥承压过滤器8和混合煤浆承压过滤器17粒度合格的煤浆加入到打散、乳化搅拌罐24中，加入从稳定剂贮罐21经稳定剂定量泵22送来的稳定剂。稳定剂的主要物质与分散剂相同，也是由专业工厂生产的专利产品；加入量为总煤浆重量比的0.2～0.6wt‰，在常温、常压下搅拌打散，乳化均质。打散乳化搅拌罐24的搅拌桨为三桨式，其搅拌转速在96～147r/min；搅拌40～60min生成了粘度为2000mPa.s/100s混合水煤浆。

(4)高速剪切、熟化步骤

这是进一步降低水煤浆粘度的步骤，在1500～1900r/min的高速旋转剪切泵25中，把水煤浆剪切得更细，使煤浆粒度20μm以下固相物比例在80％以上，水煤浆的粘度降至1200mPa.s/100s，之后送至水煤浆贮罐26贮存、熟化，熟化后水煤浆送到水煤浆贮罐27。

(5)水煤浆的贮存步骤

水煤浆是一种乳化煤质流体燃料，在贮存时细粒有聚团倾向，当聚团到一定粒度时就要发生沉淀，所以水煤浆贮罐27需要设搅拌，每隔一定时间(如4小时)，就要搅拌打散一次，搅拌时间为20min，可以防止沉淀，水煤浆由水煤浆输送泵28送给用户。

二、煤泥水煤浆的燃烧

用煤泥制备的水煤浆基本可以达到国家标准的指标：

a固相煤质含量           68～69.5％

b挥发份                 30～32％

c粒度                   ≤50μm，20μm80％以上

d粘度                   1200mPa.s/100s

e发热量                 18～22MJ/Kg

但其灰份为20～24％高于标准10％以下的要求。要燃烧这样高灰份的水煤浆，必需有相应的燃烧装置。

1、高压喷射雾化燃烧：可以在中小型锅炉上使用，但也存在着一定问题：

a水煤浆在烧咀和炉膛内结焦，结焦后又较难清理，工人的劳动强度大；

b烧咀磨损大，当烧咀磨损到一定程度就不能正常雾化燃烧；

c水煤浆需经过搅拌罐，供浆泵、过滤器进入高压泵由喷咀喷出雾化，供浆系统复杂，设备故障率高；

d锅炉燃烧温度高，烟气中NO_X和SO₂不易清除。

2、用石英砂为流化介质的循环流化床锅炉燃烧煤泥水煤浆，采用高位低压供浆技术，将水煤浆从锅炉上部以0.2～0.4MPa的压力由水煤浆粒化器分1-3个点喷洒进锅炉，使水煤浆在流化床锅炉中挥发水份，煤碳焦化，悬浮燃烧或在流化床中燃烧。以石灰石粉为脱硫剂和流化介质之一。并控制炉膛燃烧温度在800～950℃之间，抑制了NO_X的生成，由石灰石吸收烟气中的SO₂，作为洁净燃烧。使煤泥水煤浆转化成蒸汽和热水等能源被加以利用。生成的飞灰可以用作水泥填料，免烧砖、加汽混凝土。这种燃烧装置对高灰份的煤泥水煤浆燃烧是合适的。

3、采用水煤浆和煤粉双燃料循环流化床锅炉也是一种燃烧高灰份煤泥水煤浆的装置。在它的固相燃料中也可以采用低发热值煤粉或煤矸石粉，还可以燃烧由可燃垃圾制备的混合煤粉。这个装置也是采用高位低压供浆技术，将煤泥水煤浆从锅炉上部以0.2～0.4MPa压力分一至三点由水煤浆粒化器喷洒进锅炉炉膛，在流化床稀相区水份挥发、煤碳焦化、悬浮燃烧或是流化燃烧。它的流化介质为固相燃烧料、石灰石和从锅炉收尘器中返回的飞灰，采用低循环倍率其值为6-8。去掉石英砂减少了对锅炉炉膛的磨损，燃烧温度控制在800～950℃之间，抑止了NO_X的生成，由石灰石粉吸收生成的SO₂，作到洁净燃烧。燃烧生成的飞灰用作水泥填加剂，免烧砖，加汽混凝土。这种燃烧装置去掉了石英砂作流化介质，燃烧的固、液双燃料可以自动转换，这样就克服了因水煤浆系统检修或水煤浆供应不足而影响锅炉正常运行的问题，确保锅炉长年稳定供热。

经过比对，双燃料循环流化床锅炉是更好的燃烧煤泥水煤浆燃料装置。

附图说明

用煤泥制备水煤浆的工艺流程图。

具体实施方式

采用如附图所示的工艺流程图，选用二组原料：

第一组   煤     含水10％，灰份10％，发热值为28.47MJ/Kg

         煤泥   含水80％，灰份30％，发热值为15.91MJ/Kg

         要生成含水32％，发热值为21MJ/Kg的水煤浆

第二组   煤     含水8％，灰份15％，发热值为19.67MJ/Kg

         煤泥   含水80％，灰份30％，发热值为13.39MJ/Kg

         要生成含水30％，发热值为18.5MJ/Kg的水煤浆

采用南京大学表面处理研究所专利产品的分散剂和稳定剂。

经过浓密机脱水把煤泥的水份从80％的降至50％，经过承压过滤器有50％小于50μm细煤直接送到打散浮化搅拌罐，另50％大于50μm的粗煤送到球磨机。块煤粗碎10mm以下的粒煤送到球磨机。

根据原料配比方程：

解得下表数据：

	qm％	qn％	q水％	JmMJ/Kg	JnMJ/Kg	J水MJ	QMKg	QNKg	Q分散剂‰
										例1	10	50	32	28.47	15.91	21.00	0.438	0.535	4
例2	8	50	30	19.67	13.39	18.50	0.584	0.642	4

如第一例：进入球磨机的原煤为45wt％，煤泥27.5wt％和4wt‰的分散剂，另外27.5wt％的煤泥直接去打散乳化搅拌罐。

球磨机中总计球料比为48％，进磨煤粒度1-10mm，出磨煤粒度50μm～0.8mm，经过承压过滤器对煤浆中的固相进行粒度分级，小于50μm的细粉煤与煤泥混合，这部分煤泥占总配料比的27.5wt％，大于50μm的粗粉煤返回磨机再破碎。向打散乳化搅拌罐中加入稳定剂，稳定剂也是选用南京大学表面处理研究所的专利产品，其比例为总煤浆量的0.4wt‰，在常温、常压下搅拌打散、乳化均质。打散乳化搅拌罐的搅拌桨为三桨式，其搅拌转速为140r/min，搅拌45min生成粘度为2000mPa.s/100s的混合水煤浆。混合水煤浆由搅拌罐底排出经螺杆式输送泵送至中间罐。之后进入高速旋转的剪切泵，该泵的转速为2900r/min，使其中的固相煤粒破得更细，20μm占80％以上，水煤浆的粒度降至1200mPa.s/100s，送入水煤浆贮罐。在贮存时每隔4小时搅拌20min，防止水煤浆中的颗粒聚团沉淀。得到的水煤浆的指标为：

固相煤质含量         69％

挥发份               30.5％

粒度                 ≤50μm，20μm80％以上

粘度                 1200mPa.s/100s

发热值               ≈21MJ/Kg

灰份                 21％

稳定期               60天

采用固液双燃料循环流化床20t/h锅炉燃烧煤泥水煤浆，水煤浆以0.3MPa压力从锅炉上部的一个水煤浆粒化器喷洒进炉膛，同时下部由螺旋加煤机加入煤粉，固液燃料燃烧配比的调整由计算机按编制程序进行。锅炉运行平稳，其出力可以在额定功率的30％～110％中调节。

制得的煤泥水煤浆成本比同价格原煤生产同热值的水煤浆的成本低10～30％，每利用1吨煤泥可制备煤泥水煤浆1.82吨，节水0.5吨，经济效果和社会效果都是明显的。

Claims (3)

1、一种煤泥氧化法处理、综合利用的方法，其特征在于：

(1)直接向煤泥中加进煤制成水煤浆，并在相应的燃烧装置中洁净燃烧，使之转化为热能，生成飞灰得到利用；

(2)制备水煤浆方法，首先要浓缩煤泥脱水使其水份控制在45～55％之间；根据所使用煤泥、原煤的水份和发热值以及要制备的水煤浆的水份和发热值的要求，使用计算方法快速测算出其配比，加入重量比3～6wt‰的分散剂，在磨球机中磨细；进入打散乳化搅拌罐中煤的粒度要控制在50μm以下，加入重量比0.3～0.6wt‰稳定剂，在常温、常压下打散、浮化制成混合煤浆，其搅拌浆的转速96-147r/min，搅拌40-60min；在高速剪切泵中进一步剪切细化，降低水煤浆的粘度，使之达到1200mPa.s/100s，制成了高灰份的煤泥水煤浆；

(3)在燃烧水煤浆的锅炉中燃烧煤泥水煤浆使其转化为热能。

2、根据权利要求1所说一种煤泥氧化法处理、综合利用的方法，进入打散、乳化搅拌罐煤的粒度要控制在50μm以下，实现这一工艺要求的特征在于采用了旋流器粒度分级或1MPa高压下的承压过滤器粒度分级，以1MPa高压下承压过滤器的粒度分级效果为好。

3、根据权利要求1所说的一种煤泥氧化法处理、综合利用的方法，其燃烧装置的特征在于可用高压喷雾燃烧锅炉、循环流化床燃烧锅炉或是固、液双燃料循环流化床燃烧锅炉，以固、液双燃料循环流化床燃烧锅炉的效果为佳。