• 《洁净煤技术》2017年第1期目次

   

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• 现代光学测量技术在矿物浮选中的应用及展望

  刘煜;闫小康;王利军;曹亦俊;王爱;许亚军;张秀宝;石瑞;

为了解现代光学测量技术在细粒矿物浮选中的应用,在深入研究浮选理论的基础上,分析了以往研究浮选过程的测量方法,提出了近年来最为先进的流体力学光学测量技术PIV和高速动态显微摄像技术,利用其测量的高精度、高分辨率、无干扰等优势,可以实现对宏观、微观尺度的复原流场、矿化过程的测量。PIV可展现流场的流态,得到所需的各种指标、参数;高速动态显微摄像技术可直观观察到颗粒气泡在流场中运动、矿化过程。利用现代光学测量技术可深入研究流体动力学和选矿,实现流场稳定和最佳流态,也可研究强化矿化微观过程,最终实现浮选动力学的改进和分选指标的最优化。

2017年01期 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1496K] 
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基于无筒仓的实时优化配煤系统研究

郭钛星;孔卉茹;张媛媛;杨凤玲;程芳琴;

针对煤质差造成火电厂燃煤与锅炉设计煤质严重偏离,运行不稳等问题,分析了燃料管理落后环节和不适应因素,结合燃煤电厂燃料配煤和管理现状,提出了火电厂燃料无筒仓的实时优化配煤、燃料智能化管理系统构建的总体设计,给出燃料从计划、入厂、入炉、结算的精准计划管理的实时配煤解决方案。结果表明,采用无筒仓的实时优化配煤系统经过前置预处理沟,基于热值和硫含量的精确定位,配合在线监测、控制系统,对给煤进行调整混配,可实现燃料均匀混配,使燃煤粒度小于10mm,硫含量、热值均满足锅炉设计煤要求,保证锅炉稳定燃烧及污染物有效控制。多渠道分离输送装置及无筒仓封闭式储煤混配控制系统、燃料混配的智能化管理系统的构建在保证正常生产条件下,最大限度地降低生产成本和煤耗,提高了资金利用率,实现电厂燃料智能化管理。

2017年01期 7-12+18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1296K] 
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为实现彬长矿区优质煤炭资源的清洁高效利用,在对彬长矿区以往勘查钻孔的煤质化验资料统计分析的基础上,系统分析了该矿区主采煤层4号煤的煤岩、煤质特征,论述了硫分、灰分、挥发分、发热量和有害微量元素的分布规律,依据最新煤炭资源潜力评价提出的煤炭洁净等级6级划分方案,选用灰分、硫分、有害元素(F、Cl、As及Pb)6个评价指标对矿区内4号煤层的煤炭资源洁净等级进行了初步划分。彬长矿区4号煤层以低硫、低中灰、中高挥发分、特高热值不黏煤为主,局部含小范围的弱黏煤,彬长矿区4号煤层原煤洁净等级为Ⅲ级,属较好洁净煤;浮煤洁净等级为Ⅱ级,属好洁净煤。整个矿区内4号煤层原煤洁净等级以Ⅲ级较好洁净煤为主,分布区占矿区面积的73.03%,仅在矿区西部洪家镇—巨家镇一带和中东部出现小范围的Ⅳ级中等洁净煤分布区,面积占比为26.97%。

针对褐煤成浆浓度低,难以满足水煤浆气化用浆要求的问题,通过分析水热法提高褐煤成浆浓度的技术原理,认为水热法提高褐煤成浆浓度是最具发展潜力的一种褐煤提浓技术,同时介绍了国内外典型的水热法提高褐煤成浆浓度工艺技术的发展现状,并以某一典型工艺技术(THTT)为例,从技术角度和经济角度两方面,剖析了其工业化应用的前景。结果表明,水热处理制备高浓度褐煤水煤浆在技术上具有安全环保、能效高和可靠性强等特点;在经济上具有处理成本低、经济性突出等优势,以采用THTT技术在内蒙古某化肥厂建设50万t/a工业示范装置为例,增加水热处理工段,将东明褐煤的水煤浆浓度由50%提高至58%,尿素年产量可增加7万t,该厂每年可增效约8 300万元。采用水热处理提高褐煤的成浆浓度在技术和经济上可行,符合国家“增效降耗”的政策导向。

为了核算煤炭地下气化制液化天然气(UCG-LNG)技术的经济可行性,在试验数据的基础上,以年产液化天然气2亿m3的UCG-LNG项目为例,计算了项目的总投资额,以及工程费用和天然气生产成本的构成及各项占比,并分析了项目的敏感性。结果表明,项目总投资约18.7亿元,总投资的88.3%为工程费用,而在工程费用中,空分设备、煤气净化设备以及天然气液化设备的总费用占比高达69.5%;在天然气销售价格为3.21元/m3时,整个项目的税前内部收益率(IRR)为10.90%,投资回收期为9.85 a(含3 a建设期),经济上可行,敏感性分析得出天然气销售价格对项目IRR的影响最大。

为了从微观角度研究煤的热解机理,找出热解过程中反应路径、中间产物等反应信息,用Re-ax FF动力学的方法分析煤的热反应机理。阐述了模拟过程中煤分子体系的构建、模拟结果的处理方法,介绍了如何通过监测自由基中间体种类,获得反应过程中常见产物的分布和基元反应,进而解释煤热解、氧化和水热处理等反应过程的机理,并对Reax FF动力学在煤热反应体系中复杂化学反应的研究前景进行展望。通过Reax FF方法可模拟煤的热反应过程,可以获得主要产物的生成路径、产物种类、产物的生成顺序等信息,还可以研究煤热解过程中煤分子间或与其他分子间的相互作用,进而分析热解过程中煤的热反应机理。后续可通过时温等效原理建立模拟温度与实际温度的定量关系,解决Reax FF方法模拟温度与实际温度不对应的问题;通过编写相应的后台程序缩短模拟计算结束后数据的处理时间。

为考察原料煤中水分对神东煤热解产物分布的影响,通过格金试验和固体热载体小试试验研究了神东煤中水分对热解特性的影响,得到神东煤在不同水分下热解产物的分布规律。格金试验表明,水分对神东煤热解产物中焦油和热解气收率有显著影响。随着水分降低,神东煤热解产物中焦油收率从9.98%降至4.92%,热解气收率从8.47%上升至11.07%,热解水收率从2.74%上升到5.94%。小试试验结果与格金试验趋势基本相同。随着原料煤中水分的降低,焦油收率下降,热解气收率上升;未经干燥的原煤在不同温度下热解的焦油收率比干燥后煤样平均高2.17%,热解气收率平均低1.58%。热解温度对H2和CO比例影响较大,对其他气体比例影响较小。研究结果表明,水分对神东煤的热解过程及其热解产物分布有显著影响,热解原料煤中水分的增加有利于抑制神东煤热解水和热解气的生成,提高焦油收率,因此有望通过控制原料煤中的水分来调节热解产物的分布。

为优化高炉燃料结构和降低生产成本,从半焦的基础性能、工艺性质、喷吹效果等方面论述了中低温热解半焦作为高炉喷吹燃料的研究现状,分析了半焦替代喷吹煤粉后存在的主要问题,提出了改善半焦性能的途径和建议。现有中低温热解半焦的煤质特征和多数工艺性质满足高炉喷吹要求,但其可磨性与燃烧性能波动较大,需区别对待。随着半焦添加比例的增加,混煤的燃烧和可磨性能总体呈下降趋势。提出应通过热解过程控制、与其他燃料共热解、催化燃料等方式改善低温干馏半焦性能,增加廉价燃料在喷吹燃料中所占比例,降低高炉炼铁成本。

为了研究塔式锅炉掺烧神华煤的适应性,采用预混和分磨2种掺烧方式,不断提高神华煤掺烧比例,评估锅炉运行的安全性、经济性和环保性。试验结果表明,随着神华煤掺烧比例的升高,灰渣含碳量降低,锅炉效率升高。神华煤预混掺烧比例低于75%时,锅炉汽水参数正常,锅炉没有出现结渣现象,锅炉对掺配煤种具有良好的适应性;神华煤掺烧比例高于75%时,锅炉局部出现结渣。分磨掺烧最高掺烧比例达到60%,锅炉局部出现结渣,并且在相同掺烧比例下,分磨掺烧的锅炉效率高于预混掺烧。长期高比例掺烧神华煤时,应注意加强燃烧器区域和一级过热器区域的监测,避免形成大渣块。

为解决内蒙古某发电厂风扇磨煤机直吹式制粉系统第4层煤粉管道堵塞的问题,对该制粉系统的分配状况进行试验研究。通过试验测量发现造成第4层煤粉管道堵塞的根本原因是分配器入口风粉分配不均匀,且分配器对此不均匀问题的调节改善作用较小。试验台模型研究发现,采用旋流式分配器或格栅型分配器均可有效地解决第4层煤粉管道堵塞的问题,且均比封堵第4层煤粉管道的当前运行方式阻力要小。实施任一方案都不会使系统通风量低于当前运行风量,均能够保证制粉系统出力要求。若采用旋流式分配器,则第1层煤粉管粉量偏少约40%,且比一级格栅分配器阻力偏大约250 Pa。因此建议优先考虑改造格栅分配器以解决该制粉系统第4层煤粉管道堵塞的问题。

为了解决煤制烯烃工程蒸汽动力系统存在的参数低、煤耗高、备用量大、管网不平衡等影响系统大型化的关键性问题,对运行中系统的数据进行了分析,通过引入超临界燃煤机组和总管制蒸汽管路等方法,提出了一种适应于更大规模煤制烯烃工程的蒸汽动力系统设计形式。在120万t/a煤制系统工程蒸汽动力系统设计中,配置2台350 MW超临界燃煤机组,结合8~9级回热和1级再热系统,可以将系统供电煤耗降低从450 g/k Wh降低到320 g/k Wh。利用机组间总管制的蒸汽管道可以实现蒸汽管网的灵活切换,在“零备用”条件下满足年运行8 000 h以上的高可靠性要求。系统发电出力不仅可以满足煤制烯烃工程自用要求,还可以向周围电网输出255 MW。该系统具有良好的扩展性,可以随煤制烯烃工程规模的变化灵活配置,满足未来更大规模工程的需求。

为考察兰炭在电站煤粉锅炉上的适应性,确定兰炭在煤粉锅炉上的掺烧比例和方式,在充分掌握兰炭燃料特性基础上,在国内首次进行了配中速磨制粉系统的电站煤粉锅炉掺烧兰炭试验。试验结果表明,电站锅炉燃用兰炭具有减轻燃烧器喷口结渣、大幅降低烟气污染物生成量、对低热值煤具有较好替代作用等优势,试验锅炉可以预混掺烧方式实现安全稳定燃用33%比例的兰炭。针对兰炭的强磨损、低燃尽特性对制粉系统以及锅炉安全经济运行可能产生的不利影响,提出了“预混+防磨+燃烧调整”的燃用兰炭原则。

煤气化废水中的溶解性有机物(DOM)决定着处理药剂和微生物生长等,直接影响废水处理工程效果,DOM的光谱表征可反映各组分在氧化、降解或吸附等方面的特性。在分析某煤气化生产尿素企业的废水产生节点基础上,采集脱酚氨后废水,采用树脂分离方法对气化废水中的DOM进行6组分(Ho A、Ho B、Ho N、Hi A、Hi B、Hi N)分离,通过紫外-可见光谱、三维荧光光谱等分析方法对其水质特征进行分析。结果表明:废水DOM中Ho A、Ho N组分占比高达43.21%和33.65%,废水中含有较多非饱和结构的芳香族化合物;脱酚后废水各组分的E300/E400数值都较低,为2.88~5.00,说明废水的腐植化程度很高,主要为难生化降解的苯环结构物质;三维荧光光谱分析表明煤气化废水DOM各组分的最强荧光响应区域对应的有机物质主要包括类腐植酸、类富里酸、类酪氨酸以及类色氨酸这四大类有机物,为控制和处理煤气化废水中有机污染物提供理论依据。

基于固定床气化废水的3种物理萃取脱酚技术存在的问题,提出了新型萃取脱酚技术——络合萃取脱酚,研究了不同络合萃取剂的脱酚效果及溶剂回收效果,分析了2种萃取技术的脱酚效果及经济成本。研究结果表明:物理萃取剂对多元酚的萃取率普遍低于80%,而络合萃取剂对多元酚的萃取效果均大于85%,络合萃取剂在水中的损失率(<0.1%)普遍低于物理萃取剂(>0.87%),络合萃取剂的回收采用碱洗方式,同时络合萃取技术的经济成本(<20元/t)低于物理萃取的经济成本(30~40元/t)。

为了降低燃煤电厂脱硫废水零排放的处理成本,通过中试试验,研究了脱硫废水经过药剂软化预处理+管式超滤+碟管式反渗透(DTRO)浓缩+蒸发结晶工艺的技术可行性,摸索了各工艺段的关键运行参数。试验结果表明:预处理投加石灰阶段,p H控制在10.5~11时,水中镁离子去除效果较好,且可以去除水中大部分重金属及F-。管式超滤和DTRO抗污堵性较好,能够将废水进行减量化处理,回收率控制在65%~70%。系统稳定运行,浓水可以进入蒸发结晶系统,使蒸发水量减少50%~60%,投资和运行成本都有所降低。

为加强对进口高氟煤炭的管理,评价进口煤炭中氟元素的环境迁入风险,采用高温燃烧水解-氟离子选择电极法对唐山港口岸进口的225批煤炭中的氟含量进行了测定;用稳健统计描述了其整体含量水平,并根据我国煤炭行业分级标准及富集比进行了质量评价;用相关分析对氟的赋存形态进行了分析。结果表明:唐山港口进口煤炭中的氟含量可描述为(137±24)mg/kg;按我国煤炭行业标准进行质量分级评价,唐山港口进口的68%的朝鲜煤、62%的加拿大煤属于中氟煤,氟含量算术平均值高于中国煤、世界煤,其迁入风险值得关注;进口朝鲜煤中氟含量与灰分、全硫含量呈中度正相关、与磷含量呈微弱正相关,推断氟的赋存形态主要为无机硫结合态(硫化物和硫酸盐)和黏土矿物,少部分可能存在于磷酸盐类矿物及有机硫结合态中;进口澳大利亚煤中氟含量与灰分、全硫含量相关性不显著,与磷含量呈低度正相关,推断氟的赋存形态比较复杂,可能部分以磷酸盐结合态存在,赋存于氟磷灰石、磷铝钙石中;进口加拿大煤中氟含量与灰分、全硫含量相关性不显著,与磷含量的相关性系数为0.763,显著性水平为0.01,表明二者呈高度正相关,具有显著性,说明二者有很强的伴生关系,推断氟主要以磷酸盐结合态存在,赋存于氟磷灰石、磷铝钙石中。

为了分析低阶煤储层渗透率对煤层气勘探选区和产能建设的影响,在分析煤层气储层渗透率特征的基础上,通过煤层地应力、埋藏深度、显微组分、煤级及割理间距、煤体结构与渗透率之间相关性分析,探讨鄂尔多斯东北缘低阶煤渗透率主控因素。结果表明,该区低阶煤储层渗透率高于我国中高阶煤层气田煤储层渗透率,且主要受到煤级及割理间距和地应力的共同作用,煤级及割理间距通过煤演化过程改变煤岩力学性质控制渗透率,地应力通过影响割理的开启程度和方向控制渗透率,而埋藏深度与渗透率相关性不强。

为了提高粉煤灰质量,实现粉煤灰的高效脱炭技术发展,促进粉煤灰资源可回收利用,介绍了粉煤灰脱炭的3种方法,即浮选法、重选法和电选法,其中,浮选法主要依据矿物的表面性质对粉煤灰进行脱炭;重选法依据矿物密度性质的差异对粉煤灰进行脱炭分离;电选法则依据矿物摩擦带电性质的不同进行分选。同时,对粉煤灰脱炭方法的发展趋势进行了展望,建议未来应深入研究粉煤灰性质,将脱炭方法与新型选矿设备相结合进行工业化生产,创新结合方式,如采取活性油泡与旋流静态微泡浮选柱结合的方式对粉煤灰进行脱炭处理。

为评价与煤炭相关重点行业的节能技术,利用因子分析和聚类分析得出与煤相关的重点行业,计算出这些行业的产业联系广度与产业联系深度,分析了这些行业节能技术的使用方式及使用优势,运用优劣机威分析法分析了这些行业使用煤炭节能技术的实际因素,运用生命周期分析法分析了这些行业使用煤炭的节能技术的生命周期。与煤相关重点产业节能技术的使用方式主要为该产业产品直接消耗煤炭或间接消耗煤炭、煤炭直接消耗该产业产品或被该产业产品替代,使用优势主要为节约成本、节能减排、技术简便;与煤相关重点行业主要包括4个主要节能技术方向:煤天然气共气化制备合成气及煤气化技术、高效转换二次能源技术、高效喷吹塑料及喷煤技术、窑炉替代燃料混烧代煤技术。

为了提高煤化工企业节能减排效果,构建和开发了一套煤制清洁燃料过程通用能效评价系统。通过对煤制油工厂实际数据进行采集、归纳和整理,将实际数据录入系统,按照煤化工通用能效计算公式进行能效、能耗计算,并可将其中任意数据作为变量进行优化。结果表明,该系统具有流程自由组态、能效计算与评价、专家知识库及诊断等功能。该系统可通过流程组态模拟不同工艺过程,结合各单元模块工艺参数和能效消耗数据,自动完成物料平衡、能效、能耗、碳排放等计算,并通过专家系统进行诊断和分析,给出节能参考建议。该系统可以应用于煤制烯烃、煤直接液化、煤间接液化和煤分级炼制等过程能效分析和评价等。

为了在准确测量锅水碱度的前提下节约试剂,以煤粉工业锅炉的锅水为对象,研究了试剂用量和锅水取样体积对锅水碱度测量结果的影响。首先取样锅水100 m L,研究了酚酞和甲基橙试剂的用量对酚酞碱度和全碱度测量结果的影响;然后分别取样锅水100、50、25 m L,对比了取样体积和试剂用量对锅水碱度测量结果的影响。结果表明:酚酞和甲基橙试剂用量不同会导致溶液颜色不同,但对锅水碱度测量结果没有影响;锅水取样50 m L时,测量到的锅水碱度值与取样100 m L时基本相同,但锅水取样25 m L时测量误差较大。因此,从节约硫酸标准溶液和试剂的角度出发,测量锅水碱度时建议取样50 m L锅水、使用1滴酚酞试剂和1滴甲基橙试剂。