水煤漿摻入橡膠碳渣粉的經濟技術分析

楊國軍

(勝利油田熱電聯供中心,山東省東營市,257300)

水煤漿摻入橡膠碳渣粉的經濟技術分析

楊國軍

(勝利油田熱電聯供中心,山東省東營市,257300)

簡述水煤漿摻入橡膠碳渣粉的原因,通過試驗分析了水煤漿摻入橡膠碳渣粉的技術方法和燃燒性能,結果表明,此技術可行,且有利于環保,并具有經濟價值。

橡膠碳渣粉利用 水煤漿配制

隨著汽車保有量的增多,廢舊的橡膠輪胎數量越來越大,處理輪胎得到的橡膠碳渣粉量也不斷增加,僅山東東營周邊地區每年就產生數千噸橡膠碳渣粉。因此,科學處理好橡膠碳渣粉,具有重要的環保意義,也有可觀的經濟價值。

橡膠碳渣粉目前的處理方式大部分是和煤炭摻合直接加入到鍋爐內燃燒,但由于橡膠碳渣粉含硫量大、揮發分低且含有少量的油質物,在鍋爐內燃燒后,易使爐管結焦,影響鍋爐的燃燒性能,并且嚴重影響鍋爐的使用壽命。目前,橡膠碳渣粉市場價格450～500元/t,但很難銷售出去,如果長期堆積或埋入地下,對土壤造成污染,嚴重污染周邊環境,屬于危險廢棄物。

近年來,隨著人們對水煤漿潔凈、高效、環保性能認識的逐步加深,其應用領域越來越廣。東營地區每天水煤漿使用量已超過千噸。隨著煤炭價格的持續走高,水煤漿的生產成本也直線上升,如果能將少量橡膠碳渣粉與煤炭摻合制備水煤漿,既能解決因橡膠碳渣粉堆放而產生的環境污染問題,又可以解決與煤炭一起燃燒出現的結焦問題,還可以降低水煤漿的生產成本。

勝利油田熱電聯供中心基于以上認識,對煤炭摻入橡膠碳渣粉后制成水煤漿的性能、橡膠碳渣粉的摻入量等進行了實驗室試驗和工業性試驗研究,找出一種有效的橡膠碳渣粉再利用的有效方法。

1 試驗研究

橡膠碳渣粉是廢舊橡膠制品經過提煉橡膠內的油質品后剩余的殘渣,為黑色顆粒狀廢棄物,橡膠碳渣粉常溫下與煤炭相似,比重小于煤炭,含硫量較高,含少量的油質物,可燃性低于煤炭,在溫度達50℃以上時開始變軟。橡膠碳渣粉成分組成:全水分為23.92%,空干基水分5.39%,硫分2.39%,揮發分2.39%,低位發熱量23.41 MJ/kg。

1.1 煤樣的采集及試驗方法

煤樣采用山西白璧關煤及夏店煤,兩種煤的煤質指標見表1。將兩種煤與橡膠碳渣粉分別細磨,煤粉的粒度根據經驗篩分出易于成漿的粒度中間值,橡膠碳渣粉粒度根據煤粉可成漿的粒度按下限值、中間值、上限值篩分成A、B、C 3種,它們的平均粒度分別為白璧關煤41.4μm,夏店煤41.7μm,橡膠碳渣粉A 45.8μm,橡膠碳渣粉B 55.9μm,橡膠碳渣粉C 61.2μm。兩種煤粉的粒度組成和橡膠碳渣粉粒度組成見表2。將兩種煤粉分別與3種橡膠碳渣粉按一定比例摻配調制水煤漿。

1.2 試驗方法

將橡膠碳渣粉和煤粉按計算好的重量比混合后放入攪拌杯內,定量加入分散劑和水,用試驗攪拌機攪拌,觀察成漿性,對摻合配制的水煤漿進行了摻配比、濃度、表觀粘度、降伏值、分散劑用量等性能指標的測量。

在調配水煤漿的試驗中發現,若在白璧關煤粉中摻入重量大于3%的任何一種橡膠碳渣粉,都難以制成水煤漿。而與夏店煤摻配,在適合的條件下,可以摻入重量達30%的橡膠碳渣粉,并能制成具有一定流動性的水煤漿,因此,決定采用橡膠碳渣粉與夏店煤粉摻配制水煤漿,配制的水煤漿性能指標見表3。

表1 白璧關煤和夏店煤工業分析煤質指標

表2 兩種煤粉和橡膠碳渣粉粒度組成

表3 實驗室夏店煤中摻入橡膠碳渣粉配制的水煤漿性能指標

2 試驗結果分析

(1)對于成漿性好的夏店煤,磨細的橡膠碳渣粉的粒度大小對于其成漿摻配比影響很大。在可成漿的粒度范圍內,橡膠碳渣粉粒度相對大些,其摻合后的成漿性好;橡膠碳渣粉摻入比例越低,成漿性越好,流動性也越好。

(2)橡膠碳渣粉屬于難成漿物質,與適合的煤種摻配也可成漿。隨著橡膠碳渣粉摻配比的提高,漿的流動性與品質呈下降趨勢。分散劑用量隨著橡膠碳渣粉摻配比提高而增大。

(3)白璧關煤放置時間長、氧化嚴重,幾乎不能摻入橡膠碳渣粉調配制成水煤漿。這是因為氧化嚴重的煤熱值降低,灰分增加,成漿性大幅下降,極難與橡膠碳渣粉摻合,幾乎不能成漿。

(4)夏店煤是近期購進的,氧化程度低,可以與橡膠碳渣粉按一定比例摻配制成水煤漿。

3 工業性試驗

勝利油田熱電聯供中心水煤漿廠現有3條水煤漿生產線,在不破壞生產工藝的條件下,只做適當改造,即增設一小型定量給料機,即可將橡膠碳渣粉摻入煤粉中進行水煤漿生產。熱電聯供中心水煤漿廠的制控系統先進,計量設備精度高,制漿工藝先進合理,為橡膠碳渣粉與煤摻混制漿奠定了良好的基礎。

為進行工業性試驗,專門購入15 t橡膠碳渣粉(粒徑小于5 cm),在生產中還要添加DNA型分散劑。分散劑在橡膠碳渣粉與煤炭混配制漿過程中,采用濕法連續定量加入方式。添加劑使用前與自來水按一定比例在稀釋設備中充分攪拌混合。

試生產時,橡膠碳渣粉加入量開始為10%(橡膠碳渣粉重量投放比),然后逐漸增多,根據生產出的水煤漿的流動性、粘度等情況進行調整,當摻入比達到18%時,水煤漿的粘度與流動性開始變差,具體數據見表4,與實驗室試驗的數據相比,橡膠碳渣粉的摻入比例較低。

表4 工業性試驗成漿數據

試驗的水煤漿(橡膠碳渣粉與煤摻配)經攪拌均勻后,主要技術指標為:水煤漿濃度64.2%;表觀粘度740 mPa·s(20℃);漿體中粒徑小于75μm的顆粒大于81%,粒徑小于5μm的顆粒大于20%,平均粒徑小于50μm;漿體容重1.21 g/cm3;含硫0.64%;低位熱值17.85 MJ/kg。

工業性試驗水煤漿中的橡膠碳渣粉加入量與實驗室調配水煤漿中橡膠碳渣粉加入量有比較大的不同,這是因為實驗室調配水煤漿是先加工出不同粒度的料粉,其粒度堆積率是根據經驗配制的,相對比較科學,因而能調配出摻配比率相對高的水煤漿。而實際生產時,橡膠碳渣粉和煤一起進入磨機,隨機研磨成漿的粒度分布不可能達到實驗室的比例,而且由于兩種原料可磨性的差距,磨出的粒度也不相同,這也是影響生產過程中橡膠碳渣粉摻配比例低的重要原因。

橡膠碳渣粉摻入比例越低,成漿的濃度和降伏值越高,表明漿的品質越好;表觀粘度越低,表明漿的流動性越好,同時分散劑使用量越低。

與正常水煤漿相比,試驗生產的水煤漿在水煤漿鍋爐里燃燒時,與正常水煤漿相比,沒有任何變化。可見將橡膠碳渣粉摻煤制備水煤漿可解決橡膠碳渣粉的燃燒問題。

4 成本計算

本次工業試驗共生產約150 t水煤漿,橡膠碳渣粉與煤炭平均投放比約為3∶17,分散劑用量6.7 g/kg。以橡膠碳渣粉與煤炭的購入價為475元/t和1040元/t計算,與全部用煤制水煤漿相比,本次工業試驗生產的水煤漿,每噸可降低成本約60元。

5 結語

橡膠碳渣粉替代部分煤炭制備水煤漿在技術上是可行的,具有很好的經濟性和良好的環保性。從循環經濟與改善大氣質量以及控制“三廢”排放的環保政策出發,用廢棄的橡膠碳渣粉替代優質煤,不僅可行而且完全必要。隨著橡膠制品使用日益增多,在東營地區部分采用橡膠碳渣粉制漿對降低水煤漿廠生產成本,保護周邊環境具有重要作用。

The economical and technological analysis of coal water slurry mixed with rubber powder carbon residue

Yang Guojun
(The Heating and Power Distribution Center of Shengli Oil,Dongying,Shandong 257300,China)

Described the reasons to mix the rubber powder carbon residue into coal water slurry.The combustion technology and methods are analyzed through the test of coal water slurry mixed with rubber powder carbon residue.The results show this technique is feasible,is beneficial to the environment,and has economic value.

use of rubber power carbon residue,coal water slurry preparation

TQ536.93

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楊國軍(1964-),男,山東濟陽人,高級工程師,1990年畢業于中國石油大學機械系,現任勝利油田熱電連供中心主任。

(責任編輯 張毅玲)