劉宇娜,周虎亮,李治水,馬良

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452）

天津渤化永利化工股份有限公司（簡稱“永利化工”）現(xiàn)有1 臺日處理煤量1500t 航天粉煤氣化爐，該氣化爐是以原煤為主要原料生產(chǎn)合成氣，同時每年產(chǎn)生煤泥約7.0 萬t（含水率約為50%～60%），煤泥中殘?zhí)繛?0%～50%（干基），灰分13.74%，熱值（干基）為2500～3000kca/kg。由于煤泥顆粒較細(xì)，過濾時難以成型，對煤泥處置造成一定的影響；目前堆在東部區(qū)域，影響了現(xiàn)場環(huán)境，在春季和冬季，容易出現(xiàn)揚塵，造成環(huán)保事故。且隨著2020 年9 月1 日新修訂《固體廢物污染環(huán)境防治法》的實施，煤泥的處理形勢變得日趨嚴(yán)峻。同時煤泥中含有一定的可燃性組分，直接棄置或進(jìn)行填墊，會造成資源的浪費。

此外，天津渤化永利熱電公司現(xiàn)有4 臺410t/h 的鍋爐，配套2 臺60MW/h 的發(fā)電機(jī)，為永利化工主體提供蒸汽和電力供應(yīng)。目前年用煤量140～150 萬t。隨著地方政府對能耗指標(biāo)和排放指標(biāo)的進(jìn)一步收緊，對未來熱電公司的運營必將產(chǎn)生一定的影響。

1 煤泥綜合利用現(xiàn)狀

目前，煤泥主要用于制磚、直接成漿和干燥成型利用，在一段時間內(nèi)煤泥制磚成為煤泥利用的最佳途徑，但由于國家對粘土開采的控制，影響了煤泥在制磚上的應(yīng)用。煤泥主要用于直接燃燒發(fā)電、制型煤、配煤、水煤漿、氣化、井下充填、作建筑摻合料、制備化工產(chǎn)品、工業(yè)填料、顆?；钚蕴康?，至今人們還在不斷探索煤泥利用的新途徑[1]。

1.1 煤泥制水煤漿技術(shù)

王海波[2]在門克慶煤礦采用選煤廠煤泥制備的水煤漿完全可以滿足水煤漿鍋爐對燃料的技術(shù)要求，鍋爐熱效能達(dá)到了節(jié)能指標(biāo)。用煤泥作水煤漿原料，不僅提高了煤泥的利用價值，而且有效降低了水煤漿的成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

煤泥制水煤漿技術(shù)適用爐型較為廣泛，煤泥經(jīng)過簡易制漿就可進(jìn)行燃燒。但煤泥的成漿性對產(chǎn)品的燃燒特性有重要影響，若煤泥自身熱值低、灰分高，會使得燃燒時產(chǎn)生較大的熱損失，其制出的水煤漿燃燒特性較差。若煤泥自身熱值高、灰分低，則制出的水煤漿具有較好的燃燒特性。因此，煤泥制漿技術(shù)推廣范圍易受限制。

1.2 煤泥制型煤技術(shù)

劉文統(tǒng)[3]采用選煤廠煤泥為原料制備型煤，以煤泥型煤的冷壓強(qiáng)度為指標(biāo)，采用正交試驗研究腐植酸鈉、膨潤土以及瀝青粘結(jié)劑的最優(yōu)配比；結(jié)果表明：煤泥中摻入4%腐植酸鈉、6%膨潤土、4%瀝青時，制得的型煤冷壓強(qiáng)度最高，其中瀝青的影響最大。

煤泥制型煤技術(shù)實現(xiàn)了煤泥變廢為寶和高附加值利用，產(chǎn)出的潔凈型煤產(chǎn)品在倡導(dǎo)使用清潔燃料的今天非常有意義，市場前景廣闊，是煤泥資源合理利用的有效途徑之一。但此技術(shù)需要著重考慮以下兩個問題：一是控制煤泥的水分。一般型煤成型時最佳水分含量在10%～15%之間，而一般煤泥含水率在20%以上左右，為有較好的成型率，需對煤泥進(jìn)行烘干處理或使之與水分低、熱值高的高品位原煤混合，這樣就增加了型煤的生產(chǎn)成本；二是合理選擇使用粘結(jié)劑。粘結(jié)劑是冷壓、中低壓蘭炭成型工藝中的技術(shù)關(guān)鍵之一，它占據(jù)了型煤加工成本的主要份額，同時粘結(jié)劑的質(zhì)量又是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。應(yīng)用較多的主要用淀粉、膨潤土、固硫劑、防水劑、助燃劑等環(huán)保助劑，按一定配比混合而成，具有冷熱強(qiáng)高、助燃、固硫、防污防水等性能。

1.3 煤泥直接燃燒發(fā)電

利用煤泥含有的熱值，直接送入鍋爐燃燒，可產(chǎn)生一定的蒸汽或發(fā)電。由于煤泥的濕粘特性，直接燃燒發(fā)電需解決煤泥如何輸送入爐問題，目前主要有干法和濕法兩種。干法就是通過干燥有效降低煤泥含水率，提高其發(fā)熱量，但煤泥干燥設(shè)備投資大，運行費用較高，對中小企業(yè)負(fù)擔(dān)較大。濕法是通過柱塞泵直接將煤泥輸送到鍋爐中，但由于煤泥水份高，對鍋爐的效率及鍋爐本身產(chǎn)生一定的影響。

結(jié)合以上各種方法的特點，我公司提出了先對煤泥進(jìn)行超壓壓濾，再與原煤摻混進(jìn)鍋爐燃燒產(chǎn)汽發(fā)電的思路。因煤泥有粒度細(xì)、微粒含量多、持水性強(qiáng)、灰分含量高，發(fā)熱量較低、黏性較大等特點，摻燒時需考慮煤泥水份對鍋爐效率的影響、煤泥輸煤及制粉系統(tǒng)的影響。

2 實驗部分

本實驗采用國內(nèi)某廠家一套實驗裝置進(jìn)行煤泥超高壓壓濾實驗，重點考察的內(nèi)容見表1：

表1 實驗設(shè)備清單

2.1 液壓壓力對煤泥水份的影響

液壓壓力對煤泥水分的影響實驗如圖1所示。由圖1 可以看出：煤泥水分隨著液壓壓力的增大而降低。這是因為隨著壓力增大，增加了濾餅兩端的壓差，置換脫水的速度加快，濾餅水分降低速度加快。但是，當(dāng)壓力大于0.15MPa時，盡管壓力增大，煤泥水分降低有限，說明當(dāng)濾餅脫水到一定程度時，即使再增大壓力，也不能置換出濾餅中的水分。綜合成本和脫水效果分析，最佳壓濾脫水壓力是0.15MPa，濾餅水分24%。

圖1 液壓壓力對煤泥水分的影響

2.2 壓濾時間對煤泥水份的影響

壓濾時間對煤泥水分的影響實驗如圖2 所示。由圖2 可以看出：隨著壓濾時間的增加，煤泥水分逐漸降低。在壓濾初期，濾餅水分迅速下降，但隨著壓濾時間增大，濾餅水分慢慢趨于穩(wěn)定。這是因為在壓濾前期，濾餅尚未形成，此時水分主要為流動的水，通過過濾介質(zhì)很快脫除；到過濾后期，濾餅基本形成，水分主要是通過濾餅孔道去除，較難脫除。綜合分析，最佳壓濾時間是40s，濾餅水分22%。

圖2 壓濾時間對煤泥水分的影響

經(jīng)過分析，當(dāng)煤泥水分為20%時，結(jié)團(tuán)性能最好，利于燃燒；當(dāng)煤泥水分＜15%時，結(jié)團(tuán)性能下降很快；不利于燃燒。但燃燒煤泥的含水率高于35%時，煤泥在鍋爐內(nèi)的燃燒為爆炸燃燒，燃燒不充分，鍋爐排渣的含碳量就會偏高。因此，入爐煤泥的水分應(yīng)控制在20%～30%。為此，選擇液壓壓力為0.15MPa，壓濾時間40s。

2.3 壓濾后煤泥與原煤不同配比對各項指標(biāo)的影響

隨著m(煤泥)：m(原煤）增大，混合煤的含水率不斷減小，發(fā)熱量逐漸增大。當(dāng)m (煤泥)：m(原煤）=1:5 時，混合煤各項指標(biāo)均達(dá)到熱電用煤質(zhì)量要求。

表2 壓濾后煤泥與原煤不同配比對指標(biāo)的影響

3 工業(yè)化利用方案

3.1 壓濾機(jī)設(shè)置

永利化工3# 煤爐煤泥是經(jīng)過真空帶式過濾機(jī)脫水處理的，含水率在50%～60%，滿負(fù)荷下每天產(chǎn)生煤泥250t，每天工作按20h 計算，每小時處理量為12.5t，處理后煤泥含水率在30%以下。根據(jù)項目情況可配置CXGY3000-8000 型超高壓壓濾機(jī)一臺。

3.2 工藝流程簡介

原煤泥通過卸料倉至濕煤泥儲存箱，在儲存箱中進(jìn)行煤泥的破壁和斷鏈，經(jīng)螺旋輸送機(jī)進(jìn)入固液分離機(jī)的布料器，經(jīng)布料器均勻布料后進(jìn)入分離機(jī)，煤泥先被輸送鋪展到加長的重力預(yù)脫水區(qū)的濾網(wǎng)上，在重力的作用下自由水透過濾網(wǎng)背面而滲出分離，形成不流動狀態(tài)的煤泥，到達(dá)壓榨脫水區(qū)實施最大壓力條件，然后隨著網(wǎng)帶的移動而夾持在上下兩條網(wǎng)帶之間，經(jīng)過具有可調(diào)張緊力的過濾帶及直徑逐漸遞減的轉(zhuǎn)輥和對壓輥，實施連續(xù)增加的緩慢的對輥擠壓力、剪切力作用，通過楔形區(qū)低壓區(qū)、中壓區(qū)、高壓區(qū)和強(qiáng)力對輥擠夾區(qū)將渣(泥)漿中的水份經(jīng)過逐級增壓的方式不斷擠壓出來，最后形成含水率較低的濾餅排出，通過刮料板刮離，上下濾帶分開，經(jīng)過高壓沖洗水清除濾網(wǎng)表面孔隙中的微量顆粒，繼續(xù)進(jìn)入下一步脫水循環(huán)。壓濾后的煤泥再與原煤進(jìn)行摻混，成型后送熱電煤倉進(jìn)行摻燒。工藝流程圖見圖3。

圖3 工藝流程圖

表4 CXGY3000-8000 超高壓壓濾機(jī)參數(shù)

3.3 主要設(shè)備

3.4 投資及占地面積

該項目預(yù)計總投資300 萬元，其中設(shè)備費255 萬元。項目占地200m2。

4 經(jīng)濟(jì)效益

按照每年可回收濕煤泥7 萬t 計算，折合干基3.5 萬t，按照熱值折算，熱電裝置每年可節(jié)省原煤1.7 萬t，扣除運行費用、折舊等因素，每年節(jié)約效益約800 萬元。同時，每年可減少碳排約4.5 萬t，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。

5 結(jié)論

在煤泥綜合利用中出現(xiàn)的問題大多是由于煤泥的高水分引起的，對其進(jìn)行壓濾脫水，不僅可以消除其對燃燒的不利影響，還可以很大程度上提高其發(fā)熱量，使得煤泥的附加值得到大幅提升。壓濾后的煤泥與高品位原煤摻混，可作為動力煤燃燒，既增加了產(chǎn)品品種，也為企業(yè)增加了效益并開拓新的經(jīng)濟(jì)增長點。此外，還解決了煤泥大量占地，以及露天堆場易引發(fā)的環(huán)保問題。至于摻燒后是否會出現(xiàn)輸煤系統(tǒng)落煤筒和鍋爐原煤倉容易粘煤泥堵煤；空預(yù)器差壓大，高負(fù)荷時，易造成風(fēng)機(jī)失速；煤泥灰分大，造成灰渣運量大，煙氣中飛灰含量大，造成鍋爐受熱面磨損等問題，需要在應(yīng)用后進(jìn)行考察。