煤泥无废排放综合利用模式.doc

煤泥无废排放综合利用模式摘要：对国内煤泥综合利用进行了综述， 并就煤泥燃烧产物) ) ) 煤泥灰与粉煤灰的理化特性进行了对比分析， 认为粉煤灰的许多利用途径可以为煤泥灰综合利用所借鉴， 提出了符合循环经济要求的煤泥无废排放综合利用构想。关键词：煤泥; 煤泥灰; 综合利用1引言中国是一个煤炭生产和消费大国， 环境保护和可持续发展要求煤炭洁净利用。煤炭洗选是最重要的洁净煤手段之一。煤泥是煤炭洗选加工的副产品， 是由微细粒煤、粉化矸石和水组成的粘稠物1 。煤泥具有粒度细、微粒含量多、水分和灰分含量较高、热值低、粘结性较强、内聚力大的特点， 给综合利用带来了诸多不便。中国选煤厂煤泥约70%就地排放或堆放2 。选煤厂附近煤泥往往堆积成山， 刮风时煤尘漫天飞扬， 遮天蔽日; 雨天则黑水横流， 污染水源， 这不仅造成环境严重污染， 而且浪费能源， 煤泥中的有用成分煤炭的价值不能得到真正的体现。随着煤炭开采机械化程度的提高， 粉煤在原煤中所占的比例越来越大， 原煤入洗比例也随着人们环保意识的增强和对煤炭产品质量要求的提高而提高， 这就使得选煤厂的煤泥量大大增加， 每年的煤泥排放量超过2000万t3 。因此， 煤泥的无废排放综合利用问题非常紧迫。2煤泥综合利用现状煤泥可以直接成浆使用和干燥成型利用， 按用途主要分为直接燃烧发电、制型煤、配煤、水煤浆、气化、井下充填、作建筑掺合料、制备化工产品、工业填料、颗粒活性炭等， 至今人们还在不断探索煤泥利用的新途径。2.1 煤泥燃烧发电煤泥是可以利用的低热值燃料， 燃烧发电是其理想的利用方法之一4 。中国政府高度重视和支持煤泥燃烧发电， 制定了煤泥、煤矸石发电优惠政策， 单机容量在500kW 以上煤泥电厂， 符合并网调度条件的， 电网经营企业都允许并5 。中国的煤泥燃烧利用技术居世界领先水平。浙江大学热能工程研究所从20世纪80年代初便开始煤泥流化床燃烧技术的研究， 提出了中国独创的煤泥流化床燃烧新技术。中国矿业大学、煤炭科学研究总院北京煤化工分院等单位也开发了多种煤泥燃烧技术， 杭州锅炉厂等单位生产出专门燃烧煤泥的流态化锅炉， 这些技术和设备已成功地用于发电厂和一般的热能动力系统1 。山东新汶矿业集团良庄煤矿建有全国首座直燃型煤泥热电厂， 实现热电联供， 每年节约燃煤1万多吨， 锅炉燃烧率达到98%。电站锅炉掺烧煤泥是目前中国中小机组挖潜改造的有效途径。实践表明 6， 7 ， 掺烧60% 70% 的煤泥， 设备及系统无须进行任何改造就能正常运行并达到额定参数， 从而大幅度提高机组经济性， 增强企业市场竞争力。煤泥与煤矸石混烧相对于纯烧煤矸石具有燃尽率高、锅炉运行稳定、锅炉磨损小等优点。山东新汶矿业集团公司在130t /h CFB 锅炉上进行了煤泥、煤研石混烧试验， 经过几个月的运行， 证明在CFB锅炉掺烧煤泥技术上可行， 经济效益和环境效益明显 8 。2.2煤泥水煤浆技术煤泥水煤浆技术是在高浓度水煤浆基础上发展起来的煤泥浆燃烧应用技术。它是利用煤泥经简易制浆， 就地就近用于工业锅炉及其它热工设备燃烧， 达到以煤泥代煤代油目的的一项煤泥综合利用技术。煤泥浆一般对质量没有严格要求， 只要能满足实际燃烧需要即可。煤泥制浆时一般不预先磨矿， 不加或稍加一点起稳定作用的添加剂， 所以制浆系统简单， 生产成本低。此外， 它还部分简化了选煤厂的煤泥水处理系统。煤泥按其是否经过浮选可分为原煤泥和尾煤泥， 原煤泥的灰分与原煤接近， 其中含有大量的低灰精煤， 因此灰分低、热值高， 挥发分也较高， 制出的水煤浆具有较好的燃烧特性。尾煤泥经过浮选， 灰分高(可达30% 50%左右)， 热值低， 挥发分也较低， 制出的水煤浆燃烧特性较差， 对燃烧设备及燃烧条件等要求较高。因此， 从制浆上讲， 煤泥的成浆性对产品的性能有重要影响， 而产品的燃烧性能对锅炉的设计和燃烧工况也有至关重要的影响9 。煤泥浆制备工艺大致可分为“干法” 和“湿法” 二类。干法制浆的浓度范围宽， 制浆浓度也较易控制， 制浆能力相对较大， 但环境污染严重，劳动强度也大; 湿法制浆一般是直接用浓缩机底流调浆， 工人劳动强度低， 对环境污染小， 但要求入料有一定的浓度且浓度波动不能太大， 另外它对入料中的大颗粒及杂物控制较困难。近几年国内在煤泥制浆及燃烧技术方面取得一定的进展， 开发研制出剪切搅拌制浆工艺和旋流诱导燃烧技术， 流化悬浮高效低污染燃烧技术等，并经现场试验取得成功 10 。2.3 煤泥型煤型煤是较为成熟的洁净煤技术之一。与原煤散烧相比， 型煤燃烧可以减少CO 排放量70% 80%、SO2排放量50% 70%、烟尘排放量60% 90% 1 。所以， 将煤泥制成型煤， 既有利于节约煤炭资源， 减少煤泥对环境的污染， 又有利于改变选煤厂的产品结构， 提高选煤厂的经济效益和社会效益。煤泥型煤生产需要注意几个问题: 合理控制煤泥水分。水分是煤泥成型阶段的润滑刑， 有利于提高型煤的强度， 但如果水分太多了， 反而会导致型煤强度的下降。型煤成型时最佳水分含量一般在10% 15% 之间， 而煤泥所含水分多在20% 以上， 需要进行干燥处理， 这是煤泥成型的一个不利因素。合理选择与使用粘结剂和固硫剂。要求粘结剂性能优异、廉价易得， 固硫剂固硫效果好(通常以石灰作固硫剂)。粒度要求。型煤成型时要求原料煤的粒度小于3mm， 选煤厂煤泥在干燥过程中可能结块， 往往需要进行适当破碎处理。2.4 回收精煤在中国大多数炼焦煤选煤厂中， 废弃煤泥的灰分多在18%25% 之间 1 ， 煤泥中有大量的优质低灰精煤成分， 通过浮选可以回收大量灰分为8%12%的精煤产品， 这是炼焦煤煤泥利用比较合理的利用途径之一。泰钢焦化厂采用浮选柱压滤工艺从煤泥中浮选精煤， 通过强化搅拌充分调浆、增大旋流量提高矿化效率、清水喷淋二次降灰、精煤压滤等措施， 取得了较好的精煤回收效果13 。浮选柱新技术应用于回收无烟煤煤泥， 可以得到冶金高炉喷吹用的低灰精煤14 。3煤泥利用废弃物的再利用途径3.1 煤泥灰的物理、化学特性无论是煤泥直接燃烧发电， 还是制型煤或水煤浆， 其最终利用方式均是燃烧。燃烧就会产生固体废弃物， 这些废弃物的再利用也是目前人们关注的重要问题。煤泥灰是利用煤泥燃烧发电时产生的粉煤灰， 化学组成如表1所示15 。煤泥发电主要采用流化床燃烧技术， 燃烧温度为800 900 ， 在该温度条件下， 煤泥中的矿物经过高温相变形成非晶质的固态物质， 但没有经过液相反应， 也不能形成莫来石， 最终呈现各种不规则状。此外， 煤泥电厂的锅炉容量偏小， 往往燃烧不完全， 使煤泥灰的烧失量相对于燃煤电厂产生的常规粉煤灰要大 16 ，其活性组分相对减少， 对其利用可能有一定的影响。表1 煤泥灰的化学成分大型燃煤电厂通常采用煤粉炉， 燃烧猛烈， 炉膛温度可达l 400 1500 以上， 这个温度可以使矿物分解、熔化， 最后形成较多的圆珠状玻璃体。常规粉煤灰约有85% 以上是Si ，Al， Fe，Ca，Mg，K及Na等的氧化物 17 。综上所述， 煤泥灰和常规粉煤灰的化学成分及含量非常相似， 二者的区别主要表现在物理性质方面， 这主要是锅炉的类型及燃烧方式造成的 16 。3.2 煤泥灰利用途径分析基于煤泥灰和常规粉煤灰的性质比较可以推知， 二者可能有很多相似的实际利用。目前， 常规粉煤灰应用的研究相对较多， 有些技术已经成熟，这对煤泥灰的实际应用具有借鉴意义。常规粉煤灰主要应用途径: 在建材方面的应用。粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料， 当以粉状及有水存在时， 成分中大量非晶态的SiO2 和Al2O3能在常温和有水， 特别是水热处理(蒸汽养护) 条件下， 与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生“凝硬反应”， 生成具有水硬胶凝性能的化合物。所以， 粉煤灰能够用来生产各种建筑材料。在环保方面的应用。试验证明， 用粉煤灰制成的烟气脱硫剂的脱硫效率要高于纯的石灰脱硫剂， 在条件适宜的情况下， 脱硫率可达到90% 18 。粉煤灰的比表面积大、多孔特性及有一定的活性基团，能吸附污水中悬浮物、脱除有色物质、降低色度，从而除去污水中的耗氧物质。粉煤灰中的Al2O3、CaO等活性组分， 能与氟生成络合物或生成对氟有絮凝作用的胶体离子， 因而具有较好的除氟能力。粉煤灰经过化学活化及蒸压处理制作的活性粉煤灰吸附材料， 可用于处理造纸废水 19 。在农业方面的应用。粉煤灰中SiO2 与Mg( OH ) 2 和KOH在高温下可以烧结形成化合物， 其中的硅、镁、钾等元素易被农作物吸收。所以， 粉煤灰通过技术加工可以制成肥料 18 。另外， 粉煤灰可以显著改善土壤的物理性质， 促进土壤中微生物活性， 有利于养分转化 20 。所以， 粉煤灰可用于改造良土壤。再加工资源化方面。从粉煤灰中回收金属镓 17 ，制取A l( OH ) 3、聚硅酸氯化铝铁絮凝剂、矿物聚合材料都已见报道 21 23 。尽管煤泥灰和常规粉煤灰理化特性存在一些差异， 使二者的实际利用可能有所不同。如煤泥灰中碳等惰性组分较多， 难以在混凝材料中直接使用，但由于煤泥灰生成温度在900左右， 该温度正好是煤泥中的粘土矿物从脱水分解向生成莫来石转化的温度阶段， 具有极高的化学活性 24 。通过综合加工改性措施， 可以制成性能优良的煤泥灰胶凝材料。煤泥灰作水泥原料已经获成功 25 。煤粉燃烧后的另外两种常见副产品是底灰和炉渣。从锅炉底部排出的底灰， 外观为多边形或多孔形的物质， 主要成分为SiO2、A l2O3、Fe2O3和未燃尽的炭， 与粉煤灰差别不大26 。炉渣是一种很硬的玻璃质有角粒料， 表面疏松多孔， 能和烟气中的SO2、CO2、NOx 等酸性气体进行化学反应， 可用于锅炉烟道气脱硫27 。通常， 煤泥燃烧时， 固体废弃物主要以煤泥灰的形式存在， 几乎没有底灰和炉渣， 所以， 煤泥燃烧利用废弃物的再利用主要就是煤泥灰的再利用问题。4煤泥综合利用无废排放的构想从前述分析可知， 煤泥中含有大量可燃成分，其主要利用途径是燃烧， 煤泥中的矿物质在燃烧过程中主要转化成固体废弃物煤泥灰。煤泥灰可以再利用， 成为有用的资源， 从而形成“资源产品废弃物 再生资源再利用”的循环经济模式。2004年9月28日， 首届全国循环经济工作会议在京开幕， 循环经济将成中国政府投资重点。煤炭行业应积极采用先进的煤炭生产技术和装备， 确立“洁净生产、综合利用、无害处理” 的循环经济发展思路， 形成以煤炭为主， 煤化工、电力、建材多产业协调发展的格局， 延长产业链， 提高经济效益和可持续发展能力。参考文献 1 闫世春. 煤泥处置M . 北京: 煤炭工业出版社,2001. 2 “高校最新成果:“MNS煤泥管道输送系统”开发研制成功” EB /OL. http: /www. stda ily. com /gb / education /2003 - 04 /09 /con tent- 77109. htm 2004- 10- 7. 3 王敦曾. 煤泥燃烧的现状及发展建议 J . 中国煤炭, 1999, 25 ( 5) : 9 13. 4 李剑锋. 煤泥、煤矸石发电大有作为 J . 中国资源综合利用, 2000: 24. 5 国家经济贸易委员会. 关于煤研石、煤泥电厂生产运行有关问题的通知 J . 煤炭加工与综合利用,2001, ( 5). 6 段世方. 电站锅炉掺烧煤泥可行性研究 J. 热能动力工程, 2002, 17 ( 100): 408. 7 孙德珍, 郑德伦, 杜淳等. 循环流化床锅炉掺烧煤泥的特点和实施 J. 能源技术, 2003, 24 ( 2 ):74 76. 8 李玉, 东野广磊, 李丛峰. 煤泥、煤矸石混烧技术在循环流化床锅炉上的应用 J. 热力发电, 2003( 9): 49 50. 9 赵鸣, 刘炯天. 煤泥水煤浆的制备和应用 J. 能源环境保护, 2003, 17 ( 3) : 54. 10 马玉峰, 李建强, 万启科, 等. 水煤浆燃烧技术及其发展 J . 洁净煤技术, 2003, 9 ( 3): 13 17. 11 谌伦建. 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