FHMC-SF分选工艺实现煤炭深度脱硫降灰的探讨

2005/10/26 13:44:27

摘　要　根据我国高硫煤的赋存特点和目前的技术基础,提出采用微细介质重介旋流器及细泥选择性絮凝组合工艺（简称FHMC-SF工艺）实现煤炭的深度脱硫降灰。采用FHMC-SF工艺较采用单一重介旋流器和重介旋流器—微泡浮选联合流程,无机硫脱除率可大幅度提高,分选下限明显降低,是实现煤炭深度脱硫降灰的有效技术途径。
　　关键词　微细介质重介旋流器　选择性絮凝　脱硫降灰

1　细粒煤脱硫降灰技术现状

　　目前,国内外已有多种煤炭脱硫降灰的分选工艺与设备投入工业应用,取得了令人瞩目的成效, 如重介旋流器分选50～0 mm原煤的工艺与设备、高硫难选煤多产品低下限重介旋流器分选工艺及设备、微泡浮选柱、重介旋流器与微泡浮选柱联合工艺分选高硫难选煤等,此外,对细泥油团聚选、选择性絮凝分选、微波脱硫、高梯度磁选脱硫、静电选等方法也进行了研究探索,并取得了阶段性成果,初步形成了基本技术框架。研究结果表明,这些技术均可有效地脱除煤中部分硫分和灰分,有些技术在工业上应用后,对促进煤炭脱硫降灰技术的发展起到了积极的示范作用。但是,由于煤中的黄铁矿嵌布粒度较细,技术环节尚未配套和成本较高等原因,大多数方法仅停留在试验研究阶段,没有实现工业化生产。如高梯度磁选脱硫效果好,但降灰效果差且不经济,微泡浮选降灰效果好，但不能在煤与黄铁矿和成灰矿物之间达到适宜的选择性,脱硫效果差,其它像静电选、油团聚选、微波等则主要因经济原因暂时实现不了工业化。
　　微细介质重介质旋流器由于其高效的脱硫降灰效果和良好的商业价值受到重视。美国和南非均建设了采用此工艺的选煤厂,我国也在河北保定焦化厂、南桐选煤厂、义马石壕选煤厂等地的生产实践中取得了一定的经验。生产实践及研究结果表明,重介质旋流器的分选下限一般为0.1 mm,微细介质重介质旋流器分选下限可达0.045 mm,黄铁矿硫脱除率在85%左右,降灰数量效率达90%以上。但如何有效地实现选后产品的分级、消除细泥对产品的污染、对-0.045 mm粒级的细粒煤实现分选等问题尚未能根本解决。选择性絮凝是利用煤和成灰矿物杂质表面之间的物理化学性质的不同,使用絮凝剂有选择地将低灰有机质或高灰非可燃体絮凝,使二者达到有效的分离,是目前对极细粒煤泥尤其是对细磨后非可燃矿物及黄铁矿微粒能实现单体解离的极细粒煤泥脱硫降灰最有效的途径,黄铁矿脱除率达90%以上,已完成实验室试验和中间试验,基本具备了工业化的条件。
　　综上所述,煤炭脱硫降灰技术的关键是经济有效地实现细粒煤的分选,而微细介质重介旋流器工艺和细泥选择性絮凝分选是目前对细粒煤和极细粒煤进行分选的最有效、最经济的手段。只要充分发挥微细介质重介旋流器在分选+ 0.045 mm细粒煤方面的优势和选择性絮凝在分选-0.045 mm极细粒煤方面的优势,研究解决0.045 mm的有效分级方法,使两种分选方法实现有机的组合,就有可能实现细粒煤的高效脱硫降灰。

2　微细介质重介旋流器分选细粒煤

　　重介旋流器选煤是目前重力选煤方法中效率最高的一种,继1958年我国首次将重介质旋流器选煤应用于工业生产后,通过对重介旋流器选煤的进一步研究探索,80年代末期又推出了重介旋流器分选不脱泥原煤的新型分选工艺,由此彻底改变了过去常规理论认为的细粒粉煤由于其分选速度慢、无法在重介旋流器内得到有效分选的观点,其后,重介旋流器分选不脱泥原煤的工艺得到了大面积推广。但是,通过生产实践发现,工业生产中使用大直径（φ≥500 mm）重介旋流器分选不脱泥原煤时,其中的细粒煤的分选效果明显变差。表1列出了细粒煤在不同直径重介旋流器中的分选结果。表2及图1、图2则反映了某矿难选煤在φ700 mm重介旋流器中随粒度减小,分选密度和可能偏差变化的情况。

表1　不同直径的重介旋流器对细粒煤的分选结果

试验序号	旋流器直径／mm	分选密度／g^.cm^－3	可能偏差／g^.cm^－3	入料粒度／mm	检查粒度／mm
1	700	1.495	0.075	50.00～0.00	0.50～0.15
2	700	1.600	0.100	50.00～0.00	0.50～0.15
3	700	1.540	0.090	50.00～0.00	0.50～0.15
A	100	1.430	0.035	0.50～0.15	0.50～0.15
B	100	1.410	0.040	0.50～0.15	0.50～0.15
C	100	1.450	0.055	0.50～0.15	0.50～0.15

注：在700 mm旋流器中+0.5级的可能偏差为0.03 g/cm³。

表2　φ700 mm重介旋流器中不同粒级分选结果

粒级／mm	分选密度／g^.cm^－3	可能偏差／g^.cm^－3
13～6	1.530	0.025
6～3	1.550	0.030
3～0.5	1.645	0.080
0.5～0.15	1.700	0.100

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图1　φ700 mm旋流器入料粒度与分选密度的关系

　　由表1、表2及图1、图2可以看出,在大直径重介旋流器中,随着分选粒度的降低,尤其当分选粒度低于0.5 mm时,分选密度明显增高,可能偏差增加3～4倍,究其原因,主要是大直径旋流器的主导分选粒级是+0.5 mm,采用过高的入料压力对主导粒级分选不利,通常压力则达不到细粒煤精选所达到的离心系数,且细粒煤的分选密度又高于主导粒级,不易调整。因而采用大直径重介旋流器分选不脱泥原煤只能在对细粒煤分选精度要求不高的情况下采用。而以强化细粒煤分选为主要目的的脱硫降灰,则必须采用其他手段才能实现。

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图2　φ700 mm旋流器入料粒度与可能偏差的关系

　　理论研究结果表明,要使细粒级物料在重介旋流器中得到有效的分选,首要的问题是使细粒级矿粒在旋流器内获得相应高的离心系数。而矿粒在旋流器中所受到的离心力与旋流器直径成反比,因而对细粒级分选宜采用小直径重介旋流器,并适当增加入料压力,以获得比大直径旋流器较高的离心系数,强化作用于矿粒上的离心力和有效分离速度。同时要改善分选悬浮液的流变特性,采用微细介质以保持悬浮液的稳定性。生产实践证明,采用微细介质小直径重介旋流器分选细粒煤,可使有效分选下限达到0.045 mm,且E_p值在0.06～0.08左右,0.5～0.045 mm级无机硫脱硫率可达65%以上。φ150 mm微细介质重介质旋流器分选两种0.5～0.045 mm细粒煤的工业试验结果见表3。
　　大直径重介旋流器处理+0.5 mm的原煤、微细介质重介旋流器处理-0.5 mm 原煤的生产实践表明,微细介质重介旋流器的轻产物的灰分较大直径重介旋流器的轻产物灰分一般高2%～4%,硫分也高于+0.5 mm的精煤,要保证最终精煤产品的灰分和硫分,通常采用降低大直径重介旋流器的灰分和硫分来实现。分析后发现,微细介质重介旋流器轻产物灰分和硫分高的主要原因是轻产物被未得到分选的高灰细泥污染所致,因而必须加强微细介质重介旋流器选后产品的分级脱泥,消除细泥对产品的污染,才能实现细粒煤的高效分选。

表3　φ150 mm重介旋流器分选0.5～0.045 mm细粒煤的工业性试验结果

试验编号	入　　料				轻　产　物				重　产　物				分选密度 /g^.cm^－3	数量效率／%	可能偏差／g^.cm^－3	无机硫脱除率／%
试验编号	产率／%	灰分／%	全硫／%	无机硫／％	产率／%	灰分／%	全硫／%	无机硫／％	产率／%	灰分／%	全硫／%	无机硫／％	分选密度 /g^.cm^－3	数量效率／%	可能偏差／g^.cm^－3	无机硫脱除率／%
1	100	20.05	2.30	1.80	74.21	9.09	1.03	0.48	25.79	54.00	5.96	5.78	1.47	96.40	0.060	80.21
2	100	18.25	2.08	1.51	68.70	6.49	1.05	0.46	31.30	44.52	4.32	4.02	1.45	88.60	0.072	79.07
3	100	19.44	2.03	1.47	75.12	8.40	0.99	0.28	24.88	52.82	5.19	5.02	1.54	91.20	0.088	85.69
4	100	14.49	1.51	0.98	74.14	6.11	1.04	0.44	25.86	39.63	2.87	2.53	1.45	89.30	0.074	66.71
5	100	13.37	1.45	0.80	84.27	7.67	0.98	0.25	15.73	43.82	3.97	3.71	1.54	93.10	0.085	73.67
6	100	16.06	1.86	1.34	82.14	8.71	1.01	0.45	17.86	50.83	5.74	5.43	1.48	97.30	0.063	72.24
A	100	18.17	1.82	0.97	80.01	11.83	1.28	0.36	19.99	43.54	3.95	3.40	1.55	93.81	0.060	70.30
B	100	18.20	1.61	0.77	79.74	12.05	1.32	0.31	20.26	41.55	2.92	2.44	1.58	91.51	0.070	67.90

　　通过上面的分析论述,可以初步认为：
　　(1)在生产实践中,采用大直径重介旋流器混合分选50～0 mm或25～0 mm的原煤,对-0.5 mm 的细粒煤不能实现高效的分选。由于大直径重介旋流器的主导分选粒级为+0.5 mm,因而,通过调整结构参数和工艺参数的途径不易达到强化细粒煤分选的目的，同时给实际生产操作带来困难,增加生产成本。
　　(2)采用微细介质重介旋流器可以有效地实现0.5～0.045 mm级细粒煤的分选,可能偏差在0.06～0.08左右,降灰数量效率90%以上,0.5～0.045 mm粒级无机硫脱除率达65%以上,全级综合无机硫脱除率可达85%以上。
　　(3)必须进一步改善微细介质重介旋流器选后产品的分级脱泥作业,消除未被分选的-0.074 mm 高灰细泥对产品的污染,实现细粒煤的高效脱硫降灰。

3　细泥的选择性絮凝分选

　　选择性絮凝分选是美国匹兹堡能源技术中心评价的最佳的3种煤中无机硫脱硫方法之一。美国、加拿大、澳大利亚、中国等都进行了不同程度的研究开发,研究结果证实,对采用浮选效果较差的极细粒煤泥,无机硫脱除率为85%以上,可燃体回收率在85% 以上,如果采用多段选择性絮凝分选则效果更为显著。
　　国内学者对选择性絮凝分选细粒煤的研究结果表明,采用选择性絮凝分选极细粒煤泥,既可降灰又可脱硫,可燃体回收率在90%以上,脱硫时,黄铁矿可从5.6%降到0.5%以下,而且降灰脱硫可同时进行,已完成了实验室试验,为选择性絮凝的工业应用奠定了基础。
　　我们对选择性絮凝改善浮选的效果也进行了初步的研究,并对甲矿和乙矿的两种难选焦煤进行了添加絮凝剂的试验。试验结果见表4。

表4　选择性絮凝改善浮选效果的试验结果

煤样	捕收剂		起泡剂		絮凝剂／g^.t^－1	精煤产率／%	精煤灰分／%	尾煤灰分／%	入料灰分／%
煤样	名称	用量／g^.t^－1	名称	用量/g^.t^－1	絮凝剂／g^.t^－1	精煤产率／%	精煤灰分／%	尾煤灰分／%	入料灰分／%
甲矿	LS	600	-	-	-	58.75	13.38	58.56	32.02
	LS	600	-	-	10	63.04	13.50	63.34	31.92
	LS	600	-	-	25	60.98	13.58	60.67	31.95
乙矿	柴油	1 500	LF	75	-	80.03	10.20	33.89	14.93
	柴油	1 500	LF	75	32	82.23	10.27	36.44	14.92
	柴油	1 500	LF	75	24	81.55	10.16	36.18	14.96

　　在两种煤中,添加絮凝剂与不添加絮凝剂相比,相同精煤灰分时,可提高产率2%～4%。进一步研究发现,添加絮凝剂后,还改善了精煤的脱水过滤性,精煤水分可降低0.3%～0.7%,过滤机处理能力明显提高,而每吨煤泥由于添加絮凝剂增加的成本仅为0.3元左右。
　　通过对不同煤种和不同方式的选择性絮凝试验,可以认为：选择性絮凝分选是改善极细粒级煤分选的有效方法,是目前极细粒煤脱硫降灰最有效最经济的手段,容易在工业上实现。

4　细粒精煤的分级脱泥

　　虽然微细介质重介旋流器分选下限可达0.045 mm,但由于产品中高灰细泥的污染,细粒精煤的灰分一般高于要求灰分和硫分,而选择性絮凝也要求将未被分选的高灰细泥从精煤中分离出来进行进一步分选。但通常的分级设备如分级旋流器、分级筛、分级捞坑等由于分级粒度细以及设备自身的原因而难于对0.045 mm或0.074 mm实现有效的分级,为此,对实现微细介质重介旋流器选后产品的分级、消除细泥对产品的污染的途径进行了研究探索,卧式沉降过滤式离心脱水机作为高效的煤泥脱水回收设备,已在生产中广泛应用,其在脱水的同时兼有分级的作用。为了探讨采用卧式沉降过滤式离心脱水机实现0.045 mm分级的可能性,以寻求实现0.045 mm或0.074 mm有效分级的方法,对卧式沉降过滤式离心脱水机的分级效果进行试验研究,工业性试验结果见表5。

表5　卧式沉降过滤式离心脱水机分级效果

序　号	入　　料		产　　品		离　心　液		分级效率／%
序　号	-0.045 mm／%	产率／%	-0.045 mm／%	产率／%	-0.045 mm／%	产率／%	分级效率／%
1	49.77	100	28.05	63.04	90.14	34.96	54.78
2	34.34	100	19.16	77.22	85.87	22.78	63.73
3	63.28	100	31.16	46.71	91.43	53.29	64.57
4	34.60	100	12.14	69.23	85.59	30.77	68.72
5	38.72	100	17.71	69.29	86.13	30.71	61.31
6	46.12	100	11.79	58.11	93.72	41.89	80.29
7	50.62	100	28.98	61.74	85.57	38.26	53.46

　　由表5可以看出,卧式沉降过滤式离心脱水机对0.045 mm的分级效率可达53.46%～80.29%,只要将设备的工艺参数调整适宜,就可能满足微细介质重介旋流器选后产品分级脱泥的需求,同时实现+ 0.045 mm的脱水回收。在义马矿务局石壕选煤厂进行了初步的应用,效果明显。

5　FHMC－SF组合工艺

　　煤炭脱硫降灰的关键是强化细粒煤的分选,微细介质重介旋流器和选择性絮凝分选是目前处理细粒煤和极细粒煤最有效最经济的手段,如将两种工艺进行有机的结合,进一步研究解决0.045 mm的分级方法,发挥微细介质重介旋流器在分选+0.045 mm 粒级煤和选择性絮凝分选-0.045 mm极细粒级煤的优势,集成已有的先进适用技术,就可以实现煤炭的高效脱硫降灰。微细介质重介旋流器—选择性絮凝组合工艺原则流程见图3。

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图3　微细介质重介旋流器—选择性絮凝组合工艺图

　　6～0 mm原煤经微细介质重介旋流器分选后,选出精煤和尾煤两种产品,微细介质重介旋流器的精煤经磁选机脱介并经脱水分级处理后,粗粒级作为最终精煤,细粒级去选择性絮凝浮选;尾煤经磁选机脱介后去沉降过滤式离心机分级脱水,细粒级去选择性絮凝浮选,粗粒级作为最终中煤。分级后的-0.045 mm粒级经药剂处理后,进入选择性絮凝浮选设备中进行分选,浮选泡沫产品用精煤压滤机回收后掺入微细介质重介旋流器精煤中,选择性絮凝浮选尾煤经尾煤压滤机回收后掺入微细介质重介旋流器尾煤作为最终中煤。

6　结　　语

　　(1)生产实践与实验室研究结果表明：采用微细介质重介旋流器与选择性絮凝组合工艺,发挥两种工艺的长处,可以实现煤炭的深度脱硫降灰。
　　(2)FHMC-SF分选工艺的实现,关键是0.045 mm（或0.074 mm）粒级的分级问题,初步的研究结果表明,采用卧式沉降过滤式离心脱水机,可有效地实现产品的脱水、分级、脱泥。
　　(3)FHMC-SF分选工艺,流程简单,投资少,生产费用低,降灰及脱硫效果较好,在对微细介质重介旋流器、选择性絮凝浮选和脱水分级用卧式沉降过滤式离心机进一步研究后,可以扩大试验规模,进行工业性试验工作,以推动煤炭深度脱硫降灰技术的发展。

作者简介　刘　峰　1957年生，1982年毕业于淮南矿业学院选煤专业，现任煤炭科学研究总院唐山分院副院长，一直从事重力选煤方面的研究工作，发表论文10余篇。地址：河北省唐山市，邮码：063012。

作者单位：煤炭科学研究总院唐山分院

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