1 煤泥的種類

    煤泥泛指煤粉含水形成的半固體物,是煤炭生產過程中的一種產品,根據品種的不同和形成機理的不同,其性質差別非常大,可利用性也有較大差別,大致有如下幾種類型。

    1.1　煉焦煤選煤廠的浮選尾煤
    這類煤泥在國外,一般是一種廢棄物,其性質與洗選矸石或中煤類似。因煤質不同,浮選煤泥的品質有較大差別,如淮南的氣煤,浮選工藝的抽出率只有30%～40%,這種煤泥灰分比較低,煤質與洗中煤比較接近;平頂山的煤是肥煤或1/3焦,浮選精煤的抽出率可達70%～80%,浮選尾煤的灰分就較高,煤質與洗選矸石接近。

    根據煤泥回收工藝的不同,煤泥的物理性質差別較大。如用壓濾機回收的煤泥,其顆粒分布比較均勻,它的粘性、持水性都比較弱,利于降低水分。例如平頂山八礦選煤廠的壓濾煤泥,在旱季堆放接近半年以后,抓斗抓起時出現揚塵,總含水率已接近10%;另一種是煤泥沉淀池或尾礦場,根據固體顆粒在水中自然沉淀的原理,實現固液分離而產出的煤泥。這種工藝有粒度分級的功能,粗顆粒易沉淀,大都集中在煤泥水入口附近,細顆粒在中間位置,極細顆粒在末端。末端煤泥具有高粘性和高持水性,類似江米團,又細又軟,晾曬幾個月,表面似已干燥,內部含水率幾乎不降,這種煤泥是最難處理的。

    1.2　煤水混合物產出的煤泥
    如動力煤洗煤廠的洗選煤泥、煤炭水力輸送后產出的煤泥,這種煤泥有的比原煤質量都好,數量少時常常摻到成品煤中。數量多了,摻掉的只是少數,可能有大量的優質煤泥產出,除要妥善處理外,還會對煤礦的經濟效益產生不良影響。

    1.3　礦井排水夾帶的煤泥、矸石山澆水沖刷下來的煤泥
    這些煤泥收集起來都屬于煤礦的臟雜煤泥,其特點是數量不多,質量不穩定,但一般都比浮選尾煤質量好。

   2 煤泥的綜合利用
    由于煤泥具有高水分、高粘性、高持水性和低熱值等諸多不利條件,很難實現工業應用,長期被電力用戶拒之門外,以民用地銷為主要出路。改革開放以來,國民經濟有了迅猛的發展,煤炭產量已躍居世界首位,市場形勢由賣方市場轉為買方市場,加之環保意識的提高,潔凈煤的需求迅速增長,煤炭加工的深度和廣度都在快速發展,煤泥的產量明顯上升,煤泥的綜合利用已成為迫切需要解決的問題。為了較合理地解決煤泥的利用問題,本文提出如下看法。

    2.1　提高煤炭加工工藝水平,最大限度地降低優質煤泥的產出量
    如1.2節所述的煤泥其質量常優于原煤,但因其顆粒太細,在煤炭脫水工藝過程中回收能力不足而留在水中成為煤泥,給下一步利用帶來困難,并降低了煤礦企業的經濟效益。加強脫水工藝,根除這種煤泥的產出,相應地增加優質煤炭產品的產量是完全可能的。美國10年前在煤炭水力輸送工程的末端,煤炭脫水工藝中就做到了不出煤泥,同時還做到了污水的零排放。

    2.2　選煤廠、煤泥綜合利用電廠同步設計同步建設,進行煤泥產出工藝和煤泥利用的系統工程設計

    煉焦煤選煤廠的跳汰工藝和浮選工藝是有機結合的2個環節,在尾煤沒有被利用的情況下,設計的指導思想是:尾煤是廢棄物,凡是能浮選得到的精煤,盡量多抽出。因此,浮選精煤的灰分必然高于選煤廠精煤產品的灰分,而跳汰精煤的灰分就得低于選廠精煤產品的灰分,兩者混合后,滿足選煤廠精煤產品的灰分。

    確定煤泥作為工業燃料之后,選煤廠的上述設計指導思想的基礎就變了,應該適當降低浮選工藝的精煤抽出率。這樣浮選機的槽數就可以減少,導致浮選機的電耗降低和主廠房的建筑體積縮小,從而降低了選煤廠的工程投資和運行費,同時也相應降低了浮選尾煤的灰分,利于燃燒,對選煤廠和電廠都是有利的。但是,至今選煤廠與煤泥電廠不是同步設計同步建設的,甚至是 2個設計院,各搞各的,就很難滿足上述要求,造成不必要的損失,需要統一認識,確定必要的原則或規定。

    2.3　煤炭綜合利用應進行礦區總體規劃
    根據國家的潔凈煤政策,不久的將來,煤礦對外地只供應優質原煤和洗精煤。中煤、煤泥及洗選矸石都應該在礦區內消耗掉,一般來說中煤用戶為坑口電廠,煤泥及洗選矸石屬于綜合利用對象。經過初步估算,6ＭＷ中壓機組的矸石電廠與25ＭＷ次高壓機組的矸石、煤泥混燒電廠相比,單位能耗前者比后者幾乎高出一倍,生產成本和單位投資都明顯偏高,可見綜合利用電廠也應該盡量大型化。電廠規模取決于低熱值燃料總量,煤泥與洗選矸石混燒就增加了低熱值燃料總量;另一方面,通過礦區整體規劃,適當集中建設也利于電廠規模,實現管理現代化。

    2.4　綜合利用的煤泥含水率愈低愈好
    眾所周知,煤泥流態化燃燒或煤泥水煤漿燃燒時,水在燃燒過程中沒有化學反應,僅起物理變化,參加燃燒過程的水有如下的不利作用。

    (1)常溫的水成為150℃煙氣排放,要帶走一批熱量,造成無益的熱損失。
    (2)水的增加,引起煙氣量的增加,導致鍋爐爐膛及煙道截面的增加,鍋爐的鋼耗要增加,同時,引風機的功率要增加,導致基建投資建設和運行費的增加。
    (3)燃料水分的增加引起煙氣酸露點的提高,增加了尾部受熱面低溫腐蝕的強度。

    目前已經實現和可實現的煤泥燃料方式,按含水率高低來劃分,大致有3個等級:

    (1)煤泥水煤漿燃燒,含水率高達40%左右,煤泥本身熱值就不高,又加了那么多的水,使得它的熱利用價值損失很大,只適宜于對熱利用率要求不高的情況下,對質量較優的煤泥的小規模使用。這種燃燒方式的最大優點是,適用于各種運行中的爐型,稍加改造就可參于輔助燃燒;由于它的流態特性好,易于利用,雖然損失了一些熱能,但可以改善煤泥引起的污染和克服現有鍋爐低熱值燃料的不足。

    (2)利用國產設備,將煤泥擠入流化床鍋爐結團燃燒,煤泥含水率可降為32%～34%左右,與煤泥水煤漿相比,水分降低近10個百分點,鍋爐燃燒效率又很高,熱能利用明顯改善,已形成規模使用,是國內成規模使用的先例,是一項突破。但畢竟煤泥的含水仍在30%以上,水引起的熱損失仍然是一個不小的數值,不能認為是一種理想的方式。

    (3)更低含水率煤泥的利用。將煤泥含水率降低到20%左右甚至更低于燃燒,這又比上一種方式降低含水率10多個百分點,效益是顯然的,這有兩種類型:

    (ａ)引進國外高科技產品,實施低含水率煤泥在封閉狀態下可控制地輸入流化床鍋爐燃燒,主要引進設備是一個系列擠壓泵,能滿足15%左右含水率的煤泥實施管道輸送,不同的輸送量、輸送距離和提升高度都可以選到合適的泵,這種工藝的突出優點是泵設在選煤廠的煤泥產出點附近,由電廠根據需要控制,電廠內見不到煤泥,消除了煤泥的敞開式中間運輸系統。缺點是價格較貴,因此,不適用于小規模燃燒煤泥的系統。必須有一定的規模,經過技術經濟比較,有一定效益時是一種好辦法。

    (ｂ)煤泥用于煤粉爐燃燒。過去電力部門曾因煤泥進入備煤系統引起事故,一直拒絕燃用選煤廠煤泥,主要是因為混入煤泥的含水率太高,又結成大團,產生問題。大電廠燒煤泥是不值得的,對于中小型煤粉爐電廠就不然。改革開放以來,由計劃經濟向市場經濟的轉變,特別是國家對煤泥綜合利用的鼓勵政策,使得中小型煤粉爐燃用煤泥的積極性有所提高,實踐證明中小型煤粉鍋爐燃用煤泥可以給企業帶來利益,例如:淮南礦務局望風崗選煤廠的煤泥,被江蘇某小型煤粉爐電廠大批買走,經人工切塊涼曬后進入具有中間貯倉式的制粉系統,供煤粉爐燃用,但是當煤泥水分控制不好時,球磨機內的鋼球被煤泥糊住后失去功能,由于有中間煤粉貯存,可以停下球磨機人工清理。這項清理工作非常艱苦,但由于有經濟效益,該電廠曾以煤泥為主要燃料維持較長時間的運行。平煤集團九礦電廠,目前的規模為1臺50ＭＷ凝汽式汽輪發電機組,配1臺220Ｔ/ｈ高溫高壓煤粉爐,由于平煤集團煤泥銷售十分困難,積壓嚴重,已直接影響生產,主管部門要求九礦電廠燒煤泥,電廠內有一批對煤泥特性了解的工程技術人員和工人,他們將煤泥晾曬與中煤或原煤進行混合,供電廠燃燒獲得成功,現已批量燃用煤泥,根據制粉系統的要求,除了要混合得比較均勻外,混合燃料的含水率不應超過15%。由于煤炭的揮發分比較高,混合燃料的熱值在16.74ＭＪ/ｋｇ以上就可以滿足粉爐要求,根據推算,燃用中煤時可利用煤泥30%(重量比),燃用原煤時可利用煤泥高達50%(重量比)。顯然,這要給電廠的備煤系統帶來很多困難,但卻為本礦區解決大難題,應該承認這已實現了煤泥的綜合利用。

    通過煤粉鍋爐燃用煤泥的成功事例,證明了一個不大被人接受的事實,即煤泥是可以通過晾曬,把平均含水率降到 20%以下的。并且隨著工藝設備的不斷進步,煤泥脫水有了新的發展,引進的和國產的“壓氣隔膜快速壓濾機”已大規模在設計中選用,這種壓濾機比普通壓濾機生產效率提高3～10倍;其它性能也得到相應改善;用于煤泥壓濾,可將煤泥含水率降到 2 0 %左右。最近清華紫光環境工程中心正在開發一種新型無濾網 (動態濾柵 )的固液分離設備,其實驗性能良好,有可能成為一種新的更廉價、更高效的煤泥脫水設備,產出的煤泥含水率可能更低。總之,隨著科學的進步,煤泥脫水工藝所能達到的煤泥含水率將是愈來愈低,這就說明,進一步降低煤泥水分再利用的現實性。

    3　小結和建議

    3.1　小結
    (1)綜合利用的煤泥,主要針對浮選尾煤,其性質類似洗選矸石。
    (2)煤泥綜合利用,應重視綜合經濟效益,利用規模愈大,效益愈好。
    (3)為了形成較大綜合利用規模,煤泥、洗選矸石混燒是有效措施之一;此外,通過全面規劃,適當集中也是擴大規模的措施。
    (4)煤泥大批量利用,應盡量降低其含水率,尤其不應大量加水。
    (5)中國煤炭產區大都在北方及大西北,氣候干燥。煤泥產出大都采用壓濾工藝,其粒度分布均勻,利于通過晾曬進一步降水。
    (6)實踐證明,煤泥作為流化床鍋爐的燃料,不論水分高低,只要實現可控制地輸入爐膛,就能正常高效燃燒。

    可見,實現煤泥高效綜合利用的關鍵是:既要提高規模,又要實現低含水率煤泥可控制地給入爐膛。

    3.2 建議
    (1)引進國外適用的先進產品。低含水率煤泥的管道輸送,關鍵設備是泵,這樣的泵,國內沒有,顯然是一個難題。即使是發達國家遇到這樣的難題,也是首先到國際市場上去找的,只要買得到,比自己開發又快又省,中國引進的成套設備也有這種情況,何況工業基礎仍較落后,適當引進是必要的。據了解,荷蘭的一類礦漿泵,能符合需求,已與荷蘭的有關單位進行過接觸,他們已派員做了詳細介紹,這類泵有多種品種,最高能滿足15%水分的礦漿輸送,不同的輸送量、輸送距離和提升高度都能選到合適的產品。
    (2 )充分利用國家對煤泥綜合利用的優惠政策,鼓勵礦區內中、小型煤粉鍋爐混燒煤泥。
    (3)鼓勵建設選用較大機組及較高參數的綜合利用電廠。 
信息來源：潔凈煤技術  原作者：周煥熊

附：