巴西Candiota煤矿选煤工艺探讨及建议_郭大山.pdf

第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering33文章编号：1005-006X(2023)04-0033-03巴西Candiota煤矿选煤工艺探讨及建议郭大山1,2张志伟1,2徐丹11.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，2.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司）摘要：巴西 Candiota 煤矿的原煤灰分含量高，煤层间夹杂黏土及砂岩等外部杂质。可采用分选工艺将上述部分杂质清除，以达到技术、经济和环保效益。介绍了针对分选工艺进行的相关试验研究情况，并建议采用分选效果更佳的干式跳汰选煤工艺。关键词：煤；选煤；跳汰中图分类号：TK223.25文献标识码：BDiscussion and Suggestion on Coal Preparation Technology of Candiota Coal Mine in BrazilGUO Da-shan1,2,ZHANG Zhi-wei1,2,XU Dan11.HarbinBoilerCo.,Ltd.,2.StateKeyLaboratoryofEfficientandCleanCoal-firedUtilityBoiler(HarbinBoilerCo.,Ltd.)Abstract：The raw coal in Candiota coal mine in Brazil has high ash content,and there are external impurities such as clayand sandstone between coal seams.In order to achieve technical,economic and environmental benefits,the separationprocess can be used to remove the above impurities.The relevant experimental research on the separation process isintroduced,and suggests that the dry jigging process with better separation effect should be adopted.Key words:coal;coal preparation;jigging巴西矿产资源丰富，但煤炭资源储量相对较少，已经探明煤炭储量约 119 亿吨，绝大部分集中分布在位于南部巴拉那盆地内的 4 个行政州区域内。巴西煤炭资源整体质量较差，煤中碳含量低，灰分含量高，开采利用的经济性相对较低。Candiota 煤矿位于南大河州南部的 Candiota市，煤炭储量约 17 亿吨。该矿区的主要矿层被砂岩层分隔成两个等级，即“优质煤层”和“劣质煤层”。目前仅上部煤层被商用开采，其储量约占煤矿总储量的 70%。尽管上部煤层的品质相对较好，但其经过洗选后获得的收到基低位热值也仅达到约 2700kal/kg，收到基灰分约 41%。下面将介绍不同选煤工艺对 Candiota 煤质所产生的影响。1Candiota 煤质特性Candiota 原煤具有以下基本特征：灰分含量高；易破碎，碎后粒径小；内部伴生灰分含量高，可脱除率低；空隙率高；硫铁矿相对含量高。同时还有其他种类的固有矿物质嵌杂在煤层中，这些杂质密度高，具有不同的颜色和硬度，易辨别。巴西 CRM 公司持有 Candiota 煤矿的部分勘探及开采权，其最大煤炭用户是位于附近的 PresidentMedici 火力发电厂。表 1 为 CRM 公司根据其 10 年煤炭供应指标统计出的平均数据。收稿日期：2022-12-09郭大山(1980-)，男，高级工程师。黑龙江哈尔滨，150046表 1Candiota 煤矿煤质平均统计数据项目数据全水分 Mt/%16干燥无灰挥发分 Vdaf/%44.56固定碳 FCd/%23.6灰分 Aar/%45.36收到基低位热值 Qnet.ar/kcalkg-12390收到基碳 Car/%27.66收到基氢 Har/%2.08收到基氮 Nar/%0.62收到基氧 Oar/%6.68收到基硫 Sar/%1.60需要说明的是，表 1 中的煤质统计数据，由于在煤样采集过程中并未采集原煤中所携带的外部灰分，包括黏土、砂岩等，所以该分析数据结果优于实际使用煤质指标。从火力发电行业的运行层面分析，通过选煤方式去除原煤中的杂质并降低灰含量后，煤的热值提高，硫含量降低，将提高电厂的运行经济性。同时，也将提高锅炉燃烧稳定性，降低电厂相关系统设备的磨损，降低设备的综合运行、维护成本。为此，CRM 公司与 Medici 发电厂联合南大河州联邦大学及亚琛工业大学，针对 Candiota 原煤的分选工艺开展了相关试验研究。两所大学分别进行了浮选试验和干式跳汰试验研究工作，并提供了相应的研究结果。2浮选试验及相应研究结果基于分选工艺研究和工业应用的目的，南大河34电站系统工程2023 年第 39 卷州联邦大学采用浮选试验方法，对 Candiota 煤样进行了相关研究。试验中得到的数据可用于分析灰分、挥发分、水分和硫含量，并绘制可选性曲线，这些曲线用来评估原煤采用重力分选的难易程度，并获得对于分离产物定性或定量的数据。煤样分别取自不同煤层的不同区域，试验采用有机溶液，溶液密度分别为1.52.4 g/cm。根据浮选试验结果数据，绘制各煤层的可选性曲线（密度曲线、累计曲线和分选密度NGM曲线等）。图 1I1 煤样点可选性曲线利用平均可选性曲线可以确定一个特定煤层的选出物产量和 NGM 值。图 1 为 I1 煤样点可选性曲线，根据该曲线可确定当选取的灰分含量为42%时，最大浮选物产出率为 65%，分选密度约 1.96 g/cm。通过统计不同取样点的试验数据，即可计算出能够获得的精煤理论产量和灰分含量。表 2 中列出了对于不同取样点的试验结果，在选取 42%的灰分含量时，精煤的平均理论产出率为 76%。表 2灰分为 42%结果下的选择性分选结果煤层入料量/t灰量/t产量/t灰分量/%产出率/%I110027654265I210031734273I410037894289平均300952274276根据试验研究结果，了解到细粒度的原煤比粗粒度原煤中灰分含量低，即细粒度原煤可获得更高的精煤产出率。对于粗粒度原煤，3 个煤样最佳分选密度约 2.0 g/cm。同时，I4 煤样也拥有在任何分选密度下都不易分选的特性。另一方面，对于全部煤样，硫含量都表现得比较稳定和均匀，将高密度硫化物杂质去除后，硫含量可降低至 1.0%以下。使用平均可选性曲线可以直观地获得重力选煤工艺所需的参数。在灰分含量为 42%的指标下，对于粗粒度煤样，得到的精煤理论产出率为 33%（选择性分选）和 31%（同时分选）；对于细粒度煤样，得到的精煤理论产出量为76%（选择性分选）和74%（同时分选）。这些结果表明，后期需要对选煤工艺进行更详细地经济性分析，在提高产品品质的同时获得利用煤炭资源的最佳方案。3干式跳汰试验及相应研究结果Candiota 煤矿上、下煤层的取样被破碎至小于50 mm 的尺寸，每个煤层取约 1500 kg 煤样送至德国亚琛工业大学进行干式跳汰分选试验。3.1粒度筛分及分析结果样品分别按不同尺寸进行筛分，然后分别进行了灰分、硫含量以及热值分析。该分析结果基于煤的干燥基得出，具体详见表3。表 3不同粒度煤样的分析结果粒级/mm质量/%灰分/%全硫/%热值/kcalkg-1底层上层底层上层底层上层底层上层50.825.432.0822.9751.5053.601.190.702873242525.419.19.285.6753.8056.601.591.952464225119.112.76.747.6251.1052.001.951.982865257612.72.031.4529.3553.3051.002.912.62251327892.01.05.2310.6641.9051.801.481.45282828791.00.1010.3314.4845.8043.801.001.14306632270.104.899.2564.9064.900.610.5920252032全部100.00100.051.8252.321.791.57269726623.2浮选试验及结果为获得更直观的基础数据，还对煤样进行了浮选试验。并根据浮选试验结果得出如下结论：(1)可通过去除少量的煤而去除大量硫分；(2)分选密度等于或大于2.0 g/cm3后，精煤中的灰分含量几乎不变；(3)通过分选极难将灰分含量降低至45%以下；(4)分选密度应选取约2.0 g/cm3，灰分含量应控制不低于50%。3.3干式跳汰试验及结果亚琛工业大学矿物工艺试验室根据上述结果，分别对各层煤样进行了跳汰分选试验。跳汰机采用闭式结构，通过一个振动床使空气和物料均匀分布。由振动床下部进入的高压空气使物料进入鼓泡状态，物料颗粒在跳汰机中自然分层，并向密相床层低位点开口处移动。上层由低密度颗粒组成，在密相床层上连续运动，在设备的末端出口排出。分选过程中产生的粉尘，通过除尘设备分离并收集。分选出的高密度杂质通过一个可调控的旋转星形阀自动排放。跳汰机工艺简图见图2。图 2干式跳汰试验工艺示意图通过上述试验设备，将两个煤层的煤样进行分选后，获得了不同指标的精煤。上（下转第38页）38电站系统工程2023 年第 39 卷FCB 过程主要锅炉快速降热负荷、汽机维持转速、发电机自带厂用电稳定运行，本次 100%负荷FCB 试验顺利完成，代表机组设计、设备配置和FCB 内部自动设计合理。同时 FCB 后由于锅炉热负荷维持 40%，所以待外部电网侧恢复以后，可以实现快速带电负荷至 40%，与国内常规承担黑起动任务的水电机组相比，该机组具有更大的恢复电负荷能力，提高越南当地电网运行安全性。同时机组具备 FCB 功能投运后，可以实现停机不停炉或孤岛运行，能够减少锅炉的事故停炉和启动次数，减少金属应力的大幅度变化，能有效控制锅炉“氧化皮”的生成，从而减少锅炉爆管事故和汽轮机被氧化皮侵蚀的发生，这对电厂来说也是实现双赢。参考文献1王学根,腾卫明,舒畅.通过控制系统改造实现国产600 MW超临界机组FCB功能J.中国电力,2009,(10):7276.2王孟,盛锦鳌,钱海龙,等.660 MW超临界机组100%负荷FCB功能的实现J.自动化仪表,2017,(4):98102.3黄卫剑,湛志刚,万文军,等.国产1000 MW火电机组FCB功能设计与实现J.中国电力,2015,(6):151155.4袁明.印度KMPCL电站600 MW机组FCB功能设计与实施J.山东电力技术,2016,(2):6972.（上接第 32 页）水治理等方向的高效利用。参考文献1柯希玮,蔡润夏,杨海瑞,等.循环流化床燃烧的NOx生成与超低排放J.中国电机工程学报,2018,38(2):390395.2姚禹歌,黄中,张缦,等.中国循环流化床燃烧技术的发展与展望J.热力发电,2021,50(11):1319.3柯希玮,蒋苓,吕俊复,等.循环流化床燃烧低污染排放技术研究展望J.中国工程科学,2021,23(3):120128.4柯希玮,孙国瑞,黄中,等.330 MWe 循环流化床锅炉掺烧污泥性能影响J.洁净煤技术,2022,28(3):102108.5黄中,杨娟,车得福.大容量循环流化床锅炉技术发展应用现状J.热力发电,2019,48(6):18.6骆仲泱,何宏舟,王勤辉,等.循环流化床锅炉技术的现状及发展前景J.动力工程,2004,(6):761767.7聂立.660 MW 超超临界循环流化床锅炉关键技术与方案研究D.浙江大学,2021.8岳光溪,吕俊复,徐鹏,等.循环流化床燃烧发展现状及前景分析J.中国电力,2016,49(1):113.9岳光溪.循环流化床燃煤技术在中国的快速发展J.中国科技产业,2006,(2):4347.10蔡润夏,吕俊复,凌文,等.超(超)临界循环流化床锅炉技术的发展J.中国电力,2016,49(12):17.11吕俊复,杨海瑞,杨方亮,等.低热值煤资源现状与循环流化床发电应用分析J.中国煤炭,2021,47(3):101108.（上接第34页）层煤样：精煤产出量59.1%，灰含量45.62%，S含量1.09%；下层煤样：精煤产出量71.6%，灰含量47.11%，S含量0.73%。使用干式跳汰分选方案，显著减少了原煤中的灰分含量。同时更明显的结果是硫含量较分选前降低约50%。通过对比试验结果，可以确定分选出更高品质的精煤是可行的，并且可以将精煤的干燥基含灰量降低至44%的目标以下。4结论巴西Candiota煤因其大于50%的含灰量，介于1%3%的含硫量以及12%16%的全水分含量等特性，归属于劣质动力用煤。应通过选煤工艺以降低灰分和硫的含量，同时提高热值。Medici火力发电厂早期项目的应用经验已经证明，煤矿开采的原煤不经过分选处理而直接燃用后，对电厂输煤系统、制粉系统、燃烧系统、锅炉受热面以及烟气处理系统都将产生严重的磨损，降低了电厂运行稳定性及经济性。所以，采用合适的选煤工艺及设备控制燃煤品质非常必要。南大河州联邦大学及亚琛工业大学的相关试验研究工作，为Candiota煤矿的分选工艺选择提供了充分的数据支撑，这将使后期选煤项目的实施更容易开展。由于原煤具有高空隙率特性，导致任何湿式分选方案都将产生很大的困难，并取得不理想的结果。另一方面，湿式重力浮选的方式将产生大量的废弃液体和煤泥等，容易产生环境污染，在生产过程中需要投入资金去保护环境。所以对于Candiota煤矿，采用干式跳汰选煤工艺应是更好的选择。对于分选后精煤的产出率、煤质指标以及设备出力等参数，则需在选煤项目立项、采购阶段进行经济性分析论证后，与用煤客户共同研讨确定。参考文献1梁金钢,赵环帅,何建新.国内外选煤技术与装备现状及发展趋势J.选煤技术,2008,(1):6164,76.2C H Sampaio,C F Vilela,G L Miltzarek,et al.The current status of theBrazilian coal industry J.Coal International,1997,245(6):234239.3C H Sampaio,W Aliaga,E T Pacheco,et al.Coal beatification ofCandiota Mine by dry jigging J.Fuel Processing Technology,2008,89(2):198202.欢 迎 投 稿，欢 迎 订 阅，欢 迎 刊 登 广 告欢 迎 投 稿，欢 迎 订 阅，欢 迎 刊 登 广 告