神东矿区煤泥干燥特性试验研究及回掺经济性分析

以神东矿区大柳塔煤泥为原料,采用热风干燥技术对大柳塔煤泥在相同粒度不同干燥温度下的干燥特性进行了试验研究,并通过试验分析了大柳塔煤泥的含水率与干燥时间、干燥温度和干燥速率之间的关系。同时对大柳塔煤泥干燥过程的平均单位能耗及干燥后按不同掺烧比例回掺的经济性进行了分析,为神东矿区煤泥综合加工利用项目提供了参考。     

煤泥干燥技术研究进展

煤炭洗选产生大量煤泥，处理不当易造成环境污染及资源浪费。煤泥干燥技术能够有效提高煤泥品质，实现煤泥资源化利用。根据煤泥干燥技术的新进展，进一步阐述了新型低温蒸汽干燥技术及非热传递干燥技术的基本原理和特性，重点综述了空心桨叶式、蒸汽回转式及真空射流等煤泥低温蒸汽干燥技术的设备特性及应用情况，同时介绍了微波干燥、添加剂法等非热传递干燥技术的研究进展。从处理能力、能耗、投资、污染物等角度评价了各种煤泥干燥技术的优缺点。总体上各种煤泥干燥技术研究阶段不同，热传递干燥技术已工业化应用，高温烟气干燥处理量大、污染大，低温蒸汽干燥处理量小、污染少；非热传递干燥技术仍处于小规模探索阶段，有待进一步优化改进。提高处理能力、降低污染物排放、降低能源消耗、提高经济效益是煤泥干燥技术工业化应用中需要解决的关键问题。     

干燥温度对褐煤干燥后复吸特性的影响

采用自制卧式干燥实验台,制得不同干燥温度下的褐煤煤样,采用核磁共振法测定干燥试样的有效含水孔隙,采用傅里叶红外法测定试样的表面含氧官能团,使用自制复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水率。实验结果表明,对于低温干燥褐煤(干燥温度为140~230℃,干燥时间为10 min),干燥温度对褐煤的有效含水孔隙体积影响较小,对主要含氧官能团影响较大,煤中主要含氧官能团表现为随干燥温度升高先减少后增加。对于高温干燥褐煤(干燥温度为600~800℃,干燥时间为30 s),干燥温度对褐煤的有效含水孔隙体积和含氧官能团均有较大影响,表现为随干燥温度升高有效含水孔隙体积减少,含氧官能团增多。不同干燥条件下,干燥褐煤的复吸特性影响因素不同,低温干燥条件下,干燥温度通过改变褐煤含氧官能团数量来影响干燥褐煤复吸特性,而有效含水孔隙结构是高温干燥褐煤平衡含水量的主导因素。     

煤泥干燥技术分析

归纳总结了目前煤泥干燥的几种主要技术方法,并分析了各种煤泥干燥技术的工作原理,阐述了高温干燥技术和低温干燥技术的优势和存在的问题,指出了煤泥干燥技术选择原则。     

煤泥煅烧水泥熟料的试验研究

为研究煤泥替代标煤作为燃料并利用其灰分煅烧水泥熟料的可行性,选取神东矿区保德、石圪台、布尔台、大柳塔4个煤矿的煤泥作为试验原料,通过分析其特性,设计了与之相适应的生料配比并进行了熟料煅烧试验和熟料物理性能试验。结果表明:煤泥灰与标煤灰化学成分相似,是良好的硅铝质原料。在煅烧过程中,熟料中f-CaO的含量随温度的升高而降低,当煅烧温度达到1 400℃时,熟料基本煅烧完成,保德煤泥生料的易烧性最好,石圪台煤泥的易烧性最差,布尔台煤泥、大柳塔煤泥、标煤三者生料的易烧性相近。4种煤泥配比熟料的安定性和凝结时间均满足普通硅酸盐水泥规范要求。     

循环流化床锅炉煤泥燃烧行为模型

为计算煤泥燃烧行为的运动和干燥过程,基于沿垂直方向一维运动与颗粒内部退缩蒸发界面假设建立了耦合模型,计算了不同条件下煤泥的运动和内部温度参数。结果表明,煤泥的运动过程与粒径相关,细颗粒下落后向上运动,较小颗粒到达某一位置之后稳定燃烧,较大颗粒可以落到床层表面。由于炉膛内部物料分布的影响,颗粒的稳定时间在整体下降趋势中存在一个峰值。大颗粒受到床料的影响,在床层上方速度衰减迅速,200 mm颗粒到达表面时,速度为1~2 m/s,不会对床层产生较大扰动。到达床层表面时,大颗粒仅表层被干燥,温度与中心温度具有明显差异;干燥部分占整体体积较小,如100 mm颗粒干燥层所占体积分数为3.24%,不会对于燃烧效率造成显著影响。     

矿井火灾对矿山充填膏体劣化规律试验研究

为研究矿井火灾对充填膏体抗压强度的影响,分别设置4个高温(200℃,400℃,600℃,800℃)和4个受热时间(60 min,100 min,140 min,180 min)模拟矿井火灾产生的温度和火灾持续的时间,以喷水冷却和自然冷却来模拟火灾的熄灭方式,对高温后充填膏体进行了单轴压缩实验,系统研究了高温后充填膏体剩余抗压强度与受热温度、受热时间的关系,通过扫描电子显微镜(SEM)分析充填膏体内部微观结构。结果表明:受热温度和受热时间对充填膏体强度均存在影响,充填膏体在受热温度较低、受热时间较短时抗压强度出现小幅度增长,随试验进行,强度陡然下降,其损失最高达到50%,当温度到达800℃左右,强度下降幅度趋于平缓;充填膏体内部的自由水蒸发,结晶水、石英晶体和水泥水化产物的分解是影响充填膏体抗压强度的主要因素。喷水冷却相比自然冷却下对充填膏体强度影响较大,通过SEM分析充填膏体在高温作用下呈现"较疏松—密实—疏松—开裂"的过程演化。     

基于光纤系统的物理相似模型温度分布与演化特征

为减小水分因素引起的模型试验相似误差,提出了用温度特征确定模型干燥过程的干燥时间(判断模型试验开挖)的方法。建立了光纤传感测温系统,提出克里金空间插值法的估值公式计算模型温度,给出物理模型的温度变异函数表达式。开展了3.0 m×1.2 m×0.2 m二维模型和3.6 m×2.0 m×2.0 m三维模型温度监测试验,监测时间分别超过65,310 d,绘制出模型温度分布云图,探讨了模型干燥(试验开挖)的判断方法。研究表明,模型干燥存在水化放热和液-气相态转变的不同过程,模型温度场演化具有明显的阶段特征,最大温差分别为3.0,4.8℃。干燥后期呈现出竖直方向上高下低的温度梯度,水平方向大致相同的特征,其中低温核区下移并消失是判断模型干燥完成的标志,可作为试验开挖的判断指标。二维模型干燥时间为47 d左右,三维模型干燥时间为213 d左右。     

高温阶段褐煤热解渗透的试验研究

采用自主研制的高温三轴热解渗透试验机,测定了在恒定轴压和侧压下,褐煤在不同渗透压力与不同温度(100℃~400℃)条件下平行层理方向的渗透率,并揭示了其演化规律。研究结果表明:不同渗透压下煤体渗透率随温度的变化存在一个极低点300℃,当温度达到极低点时,其渗透率最小;煤体渗透率随温度的变化呈现先降低后缓慢升高。在试验温度内,褐煤的渗透率被峰值划分为两个阶段:100℃至300℃为第一阶段,这个阶段内渗透率呈下降趋势并达到极低点;300℃至400℃为第二阶段,这个阶段内渗透率呈缓慢上升趋势;随着孔隙压力(从1 MPa开始)的增加,褐煤在所测温度段内的最大渗透率在逐步减小,但减小的幅度也在逐步降低,这些结论为现场实施褐煤的地下原位热解或气化的传输提供了一些科学的基础数据。     

基于MATLAB和模糊PID控制的煤泥干燥温度调节研究

为了能够提高煤泥滚筒干燥机出口温度的控制精度,提高煤泥的质量,深入地研究了模糊PID控制技术在其中的应用。首先,分析了煤泥干燥系统的基本原理;其次,分析了煤泥干燥温度模糊PID控制系统的设计;最后,MATLAB软件编制了控制仿真程序对煤泥干燥温度模糊PID控制仿真分析,仿真结果表明模糊PID控制技术能够获得较好的控制效果。     

煤泥微波干燥的试验研究

分析了国内煤泥干燥技术现状,阐述了微波干燥原理和特性,介绍了自主研发的煤泥微波干燥设备的结构与工作原理,并采用该设备在不同微波功率、输送速度及煤泥层厚度条件下对煤泥进行了微波干燥试验。试验结果表明:在微波功率为60 kW,煤泥层厚度为60 mm,输送速度为21、24 m/h,以及当微波功率为60、55、50 kW,对应煤泥层厚度为50 mm,输送速度为27m/h条件下对煤泥进行干燥,均能满足煤泥水分降低10个百分点、处理量为1 t/h的要求。     

“5+N”煤泥减量化工艺在临沂矿业集团选煤生产中的探索与实践

为解决制约煤泥减量化生产的难点,山东能源临沂矿业集团各选煤厂精准定位各自工艺流程、装备水平及现场管理存在的问题及主要挖潜点,在粗煤泥分选回收、煤泥浮选、尾煤泥截粗掺配、压滤煤泥干燥破碎掺配、褐煤干选等工艺环节上因煤制宜、分类实施,创新衍生煤泥精回收工艺,形成了“5+N”煤泥减量化分选创效体系,实现了煤泥产量及质量的“双降”,达到了分选效益最大化,取得了社会效益和经济效益的双丰收。     

煤泥微波烘干技术及设备的研究

通过分析现有的煤泥干燥技术,结合微波烘干技术发展现状,提出煤泥微波烘干技术,介绍了微波烘干设备的结构、工作原理,并对其进行了经济性分析,为煤泥干燥提供了一条节能环保的新途径。     

煤泥燃烧过程中汞的迁移行为研究

采用在线汞测试方法，以山西省低热值煤电厂中掺烧的煤泥为研究对象，利用实验室小型流化床，研究煤泥中汞的热转化行为差异及共性特征、影响煤泥热转化过程中汞迁移的关键因素，以揭示煤泥热转化过程中汞污染物的迁移机理。结果表明，同一种煤泥，相同气氛，800、900、1 000 ℃下，燃烧温度对煤泥中的汞的释放比例没有变化；相同温度，汞的释放比例为氮气>空气>氧气。3种煤泥在相同燃烧条件下，汞的释放特征相似，元素汞的释放量和释放比例差异较大。释放量与煤泥中的汞含量正相关，释放比例与煤泥中汞的赋存形态有一定关系。     

高铁煤泥作还原剂直接还原褐铁矿研究

以高铁煤泥为新型还原剂, 直接还原褐铁矿。通过与无烟煤对比, 探索了还原剂用量、还原温度和还原时间对褐铁矿直接还原的影响。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段, 研究了褐铁矿原矿及其煤泥球团在不同温度下的物相和形貌。结果表明：煤泥用量25%, 经1 200 ℃直接还原20 min后, 可得到金属化率 86.4%的金属化球团。在直接还原反应中, 不仅包括铁氧化物向金属铁的还原, 而且存在中间产物与脉石反应生成铁橄榄石和铁尖晶石再还原生成金属铁, 金属铁在产物中主要以金属铁颗粒的形式存在, 渣铁相界面分明, 最佳状况下渣相中检测不到铁氧化物, 煤泥中的铁氧化物随反应的进行被还原为金属铁, 一定程度上提高了球团金属化率。     

利用XPS研究低温干燥脱水过程中煤的氧化规律

采用低温对流脱水工艺对神华集团金烽煤矿的高含水低变质程度煤进行干燥,实验研究了煤在脱水过程中被热空气氧化的规律并优化出最佳的干燥工艺条件。采用XPS对脱水前后的煤样表面碳元素的价态进行分析,结果表明:用170℃热空气脱水10min可将煤的全水分从30%降至15%以下,低位发热值从18.63MJ/kg提高到23.51MJ/kg;随着热空气温度的升高和脱水时间的延长,煤的脱水活化能增加,吸氧增重活化能降低,煤样表层碳元素的C-H/C-C键比例逐渐减少,而氧化产物C-O键和羰基逐渐增多,煤氧复合反应的速度逐渐加快,煤在脱水过程中的氧化程度加深,自热和自燃的倾向性增强。     

煤层气井井筒酸洗工艺研究与应用

针对煤层气井在排采过程中产出大量的煤泥导致卡泵、泵漏失、筛管堵塞等井下故障频繁发生,引起修井作业,导致煤层气井排采不连续,储层渗透率降低,产气量下降无法恢复等严重问题,通过煤泥组分分析、酸液配方研究、工艺设计优化形成了解决煤层气井井筒卡堵的酸洗工艺技术。该工艺实现了在不间断正常生产的情况下,通过从油套环空注入酸液,抽油机抽排油管返出的洗井方式,解除井下煤泥堵塞故障,最大限度延长生产时间,减少修井作业。现场应用实践表明,该酸洗工艺技术在煤层气井上应用效果良好,措施有效率达90.5%。     

布尔洞煤矿选煤厂细煤泥回收处理工艺选择与布置

针对布尔洞煤矿原煤在实际洗选中细泥含量多、原煤易泥化以及生产中工业场地受限等现状,比较了选煤厂各种细煤泥回收工艺和布置形式,发现该选煤厂细煤泥采用压滤机回收工艺以及压滤回收系统和煤泥晾干场集中一体布置的形式,有利于该厂细煤泥的回收处理,提高末煤产品的竞争力,同时也可为该地区细煤泥回收处理工艺布置提供借鉴。