开发高效干法选煤技术降低燃煤环境污染(1).pdf

跏 选殚 陈 黔 杨 玉 分 1 8 ． 7 3 Mt ，其 中 8 0 ％的烟尘和 9 O ％的二氧化硫来 自燃煤 ；1 9 9 7年全国 降水平均 p H值 范围在 3 ． 7 4 ～ 7 ． 7 9之间。降水 年均 p H值 低 于 5 ． 6的城 市有 4 4个 ，占统计城市数 的 4 7 ． 8 ％，其中 7 5 ％的南方 城市降水年均 p H值 低于 5 ． 6 。在统计 的城市 中， 兰 摘要煤烟型大 气污染是中国大 气污染的主要 类型。为 j提高能源利用效率 、节约能源 、净化人 类的生存环境 ，促进选煤事业的良性循环和协调发 展，须进一步开发各种高新干法选煤技术。 关键词选煤干法选煤空气重介 中国是当今世界上最大的煤炭 生产和消耗 国， 煤炭产量约 8 0 ％直接用于燃烧，燃 煤对大气 造成 了严重的污染，燃烧高硫煤对大气环境的污染更严 重。据 1 9 9 7年 中国环境状 况公 报公 布1 9 9 7 年二 氧 化硫 排放 总量 2 3 ． 4 6 Mt 、烟 尘排 放 总量 2 0 ．1 ％的南方城市出现过酸雨。华中酸雨 区是全国 雨污染最严重的区域 ，降水年均 p H值低于 5 ． 0 ， 雨出现频率大于 7 O ％。导致酸雨或 降水酸化的 接原 囤就是燃煤排放 的二氧化硫、二氧化碳、氮 化物等气体与水汽结台生成亚硫酸、碳酸或硝酸 酸类 物质，其 中二氧 化硫的危 害更 为 明显。为 ，1 9 9 8年 1 月 1 2日，国务院批准 酸雨控制区 二氧化硫控制区划分方案 ，确定 了治理酸雨和 氧化硫的目标和措施。 选煤可降低煤中大量的灰分和硫分，减轻燃煤 环境的严重污染，为后续的深加工和转化创造了 要 的前提，同时也为燃烧后昂贵 的烟气净化和污 控制等减轻了负担。 选 煤 选煤就是 采用物理方法 或其他方 法将 原煤脱 、降灰并加工成质量均匀、满足不同用途需要的 种商品煤的加工技术 ，是使 电站和工业锅炉减少 尘和二氧化硫排放的有效途径。选煤加工费用相 对低 ，是煤炭加工、转化为洁净燃料的必不可缺的 基础性和关键性环节。 选煤可以优化产品结构。对于炼焦煤，如将精 煤 的灰分降低 1 ％，则焦炭灰分可降低 1 ． 3 3 ％，燃 料 比可 降 低 2 ． 6 6 ％，生铁 产 量 可提 高 2 ． 6 6 ％ ～ 3 ． 9 9 ％；焦 炭硫 分如 降低 0 ． 1 ％，燃 料 比可 降低 1 ． 5 ％，生铁 产量可提高 2 ％， 同时石灰石 耗量 和 排渣量可随之降低，环境将随之改善。对于动力用 煤 ，煤炭的灰分直接影响用户的技术经济指标，例 如，若对电厂供应灰分较低的粉煤。可以提高锅炉 热效率，避免供应原煤时造成的制粉电耗增加、发 电成本增 高，以及 由于粉尘增加和排灰量增大导致 环境污染加剧的问题。 选煤可排除大量矸石，减少无效运输。中国煤 炭储量的 8 0 ％集中在 华北和西北 ，而 7 4 ％的煤 炭 消耗在东南及沿海 一带， 因而 ，有近 6 O ％的煤 炭 需要运输 ，占铁路 货运量 的 4 0 ％、公路货 运量的 2 5 ％、水路货运量 的 2 0 ％。 由于未经分选 的煤 炭 洁净臻技术1 9 9 8 年蒂4 卷第4 期 降低 燃煤 躲德 隳 翳 惑 效年缓 迄蠛 惑 恭 维普资讯 中含有大量矸石，在运输 中造成极大的浪费，如通 过选煤排 除其中 1 0 ％的矸石，以现有原煤产量和 平均运距为 5 0 0 k m计算，每年 即可节约运力 5 7 ． 5 G t - k m。而且，通过选煤还可 以回收和综合利用煤 中的共伴生矿物及度渣，变度为宝。 因此，国际上公认选煤 技术是 实现煤炭高效 、 洁净利用的首选方案。加快发展选煤技术对于实现 煤炭资源的综合利用、节约能源、减少环境污染具 有十分重要而又不可替代的作用。 目前中国常用的 遣煤方法有 1 湿法跳汰。这是分选大于 0 ． 5 mm粒级煤 炭的一种选煤方法。入选物料主要在垂直上升下降 的变速水流中按密度分选，它具有系统简单、分选 成本低 、处理能力大等优点，对易选和中等易选煤 种尤为适用。 2 湿法重介。这是分选大于 0 ． 5 mm粒级煤 炭的一种选煤方法，其原理是利用高密度的磁铁矿 粉配制的重介质悬浮液将煤与矸石等杂质分开，它 是当前较先进的一种重力选煤方法。主要优点是可 以严格地按密度分选，效率高，能有效地分选难选 煤和极难选煤，对原煤 的适应性强 ，入选粒度范围 宽。由于增加了介质的回收和再生系统，工艺流程 较复杂，设备及管道磨损严重。 3 浮游选煤。这是精选 细粒煤泥 小于 0 5 F i l m的有效分选方法，其原理是根 据物料表面物 理化学性质的差异，使精煤和尾煤分离。 不同选煤 方法 所 占 比例 湿 法跳 汰为 5 9 ％， 湿法重介为 2 3 ％，浮游选煤 为 1 4 ％，其他选煤方 法仅为 4 ％左右。 2 干法选煤技术 中国煤炭资源的一个显著特点是难选 、高硫煤 较多，矿物质 呈细粒嵌布 ，大多数煤矿 又处于缺 水 、少水地区或严寒地区，传统的以物理和表面化 学为基础的重选 、浮选理论和工艺正面临严 重的挑 战。目前 中国的煤炭入选 比倒 低，平均 只有 2 2 ％， 分布不平衡，其中国有重点煤矿 约 4 6 ％，国有 地方煤矿 1 5 ％，乡镇及个体煤矿不足 6 ％，地方及 乡镇选煤工业亟待大 力发展 。动力煤的入选 比例更 低，仪为 1 1 ％，资源浪费和 环境污染严重 工 业 发达国家原煤入选 比例多在 5 0 ％以上，有 的甚至 达到 1 0 0 ％ 。造成上述现状的原 固 首先，中国过去传统的能源发展 战略以开发为 主，对节约能源的重要性相对认识不足 ；其次，缺 开发高效干法选臻拄术降低燃煤环境污染 乏控制燃煤污染的环保法规和标准，煤炭品种 比价 不合理 ；第三，中国煤炭属难选煤 ，高灰高硫煤 占 相当比重；第四，水资源短缺是全球性 的问题，中 国尤为突出，而中国煤炭资源主要分布在干旱缺 水 地区。在中国已探明的 1 Tt 煤炭保有储量 中，晋、 陕、蒙三省 区占 6 0． 3 ％，新、甘、宁、青等 省 区 占 2 2 ． 3 ％，位于 东部 四大缺 煤 区的 1 9省 区只 占 1 7 ． 4 ％。占全国煤炭保有储量 2 ／ 3以上地区属缺水 干旱地区，无法采用耗水量大的湿法分选方法 就 湿法跳汰选煤而言，入选 1 t 原煤约需 3 ～5 t 循 环 水，还需朴加部分清水 ；第五， 中国相当数量的 低煤 阶煤种遇水易泥 化，不宜采用湿法分选技 术； 第六，湿法分选产 品外水高达 1 2 ％以上，造成 严 寒地 区冬季冻结 ，贮运困难，甚至被迫停产。 因此，随着 中国整个煤炭工业战略西移局面的 出现，研究高效 的干法选煤技术 已成为迫切需要解 决的问题 ，这对于促进洁净煤事业的发展也是非常 重 要 的。 干法选煤的原理主要是利用煤与矸石的物理性 质差别 进行分选 ，涉及 的物理 性质包 括密度 、粒 度、形状、光泽度 、导磁性 、导 电性 、辐射性、摩 擦系数等 干法选煤方法有风选、拣选 、磨擦选、 磁选、电选、微 波选 、空气重介质流化 床选 煤等， 其中影响较 大 的是 风力选 煤 风力摇 床、风 力跳 汰和空气重介质流化床选煤。 在俄罗斯采用最多的是风力摇床分选机。入选 物料受上升气流和床面差动运动 2个作用力，物料 在床面沟槽 中首先受到上升气流的作用，细而轻的 煤被吹到上表面，随着床面的差动往复运动，粒群 松散产生离析，大而轻的煤也被挤到上表面，上述 2种作用力使物料按密度分层。处于底层的高密度 物料在往复差动运动作用下移 至矸 石排料端排 出， 密度相对较小的精煤则经过平行 淘槽的多次分选 在 精煤排料端排 出，从而实现轻重物料的分离。 在北美洲采用最多的是风力跳汰机。其原理是 将振动的多孔筛板安装在空气室上部，脉动气流通 过旋转蝶式阀门进入空气室上部，由于气流向上脉 动和施加在筛板上的振动作用，入选物料将按密度 分层，较重的物料落 在筛板上并沿筛 板向下移动， 遇到排矸孔 共 4段 排 出矸石，中煤可再选。 风力选煤 的主要优点是 适台于缺水地区的煤 炭分选 ；无煤泥水处理系统，操作费用低，产品无 需脱水，投资省。 其缺点是①入料的粒度窄，因为单个球形煤 21 维普资讯 和矸石颗粒在空气中达到有效分离的粒度 比要求小 于3 1 ，粒度太宽就得不到有效分选；②入料的外 水分小于 4 ％，水分过高则物料不 易松散，得 不到 有效分选 ；③分选密度下限高，在 1 ． 6 g ／ c n l 3 左右， 只适合 易选煤 排矸 ；④ 工作 风量大，约 为 1 3 0 0 0 rn 3 ／ h m ，导致粉尘污染严重。 由于风力选煤存在上述种种缺点，囤此，其应 用范围越来越小。至本世纪 7 0年 代，俄 罗斯风力 选煤方法在整个选煤 中的比例 已由 1 9 ． 7 ％下降至 l 1 ． 4 ％，而美 国则 由 1 4 ． 2 ％下 降至 4 ． 0 ％。 目前， 俄罗斯只有约 8 ％的煤炭 用风力分选，美国则 已基 本淘涟。 空气重介质流化床干法选煤技术是基于风力选 煤效率低和湿法重 介质选煤效率高而发展起 来的， 它以气 固两相 悬浮体 一 气 固流化床 作 为分选 介 质，分选介质的密度与分选密度基本一致，类似于 湿法重介质选煤以液固悬浮体作为分选介质。空气 重介质流化床不仅具有似流体性质，而且床层密度 均匀稳定，当入选物料密度大于流化床的密度时， 物料就下沉 ；反之则上浮，因而物料按密度分层。 用于处理 5 O ～6 mm粒级煤的空气重介质流化 床干法选煤技术具有如 下特点 1 分选精度高。空气重介质流化床干法选煤 技术是一种高效的干法分选技术。可以有效地分选 5 0 --6 r l l r f l 粒级煤 炭，可能偏差 ￡ 值 可达 0 ． 0 5 ， 完全可以与 目前湿法分选 中最好的湿法重介质选煤 技术相媲美。 2 投资省。由于系统简单，省去了复杂而耗 资很大 的煤泥水处理系统，因而工程投资和生产费 用都低于湿法分选。 3 有效控制环境污染。目前中国绝大部分选 煤厂由于采用湿法分选，大量煤泥排出厂外，其中 超过 0 ． 5 g ／ t 国家标准的占一半，严重影响附近农 田和水域的建设，造成严重的水质污染，同时也造 成煤炭资源的损失。而空气重介质流化床所需压缩 空气流量和压力较小，再加上合理的除尘系统，故 粉尘污染极小，排放空气的含尘量低于环保要求。 4 分选密度调节范围宽。在高密度和较高密 度分选时采用磁铁矿粉及煤粉混台加重质，可获得 稳定的流化床，其最 高密度可达 2 ． 3 g ／ c m ；在低 密度和较低密度分选 时采用磁珠和 煤粉混 合加重 质，也可获得稳定的流化床，最低密度可 降至 1 ． 3 g ／ c r l l 。囤此，该选煤方法能适 应不同煤质 、不同 产品质量要求情况下煤的分选 ，既可用于高密度分 选排除矸石 ，也可用于低密度分选 获得优质精煤 目前，空气重介质流化床干法选煤技术正处于 推广应用阶段，发展前景广阔 在其他干法选煤技术中，磨擦电选技术发展较 陕 它是利用煤与矿物质表面不同的电性质进行分 选的一种 技术，分 选 粒 度小 于 0． 0 4 3 mm。很显 然，在这样 细粒级 的物料 中矿物质 已基本得到解 离，因此该技术对微粉煤具有良好的脱硫降灰分选 作用，可得到灰分小于 2 ％的超低灰煤，但这种方 法的处理量较低，技术成熟度仍有待进一步提高。 3 结 论 尽管现阶段各种干法分选技术仍存在着一些问 题，需要不断发展和完善，但由于 自身的优势，干 法选煤技术将会有 良好的发 展前景。随着各种干法 分选技术的不断成熟与发展，包括空气重介质流化 床干法选煤技术 的推广应用，中国因燃煤造成的大 气污染和环境污染状况将有望得到有效控制。 DEVEL0PI NG HI GH EFFI CI ENCY DRY COAL BENEFACTI ON TECHNOLoGY AND REDUCl NG ENVl RoNM E TAL POLLUTI ON FROM BURNI NG COAL Ch e n W e i Ya ng Yu f e n C h i n a Un i v e r s i t y , f o n l n g a n d T e e h n o l o g yj Ab s t r a c t Co a l s mo k e a i r p o l l ut i o n i s t he ma i n t y p e o f a i r p o l l u t i o n i n Chi n a ．The v a r i o u s d r y c o a l b e ne f a c t i o n mu s t b e d e v e l o pe d f o r t o r a i s e e n e r g y u s i n g e f f i c i e n c y，c o n s e r v a t i o n e n e r g y ， t o p u r i f y l i v i n g e n v i r o n me n t a n d a v i r t u o u s c i r c l e a n d c o o r d i n a t e d d e v e l o p me n t i n c o a l p r e p a r a t i o n i nd u s t r y． Ke y wo r d s c o a l p r e p a r a t i o n ， d r y c o a l p r e pa r a t i o n ， a i r d e n s e me di um 1 9 9 8 0 7 3 1 收稿 ／ 2 2 洁净煤技术 1 9 9 8年第 4卷第 4期 维普资讯