新型環保煤炭防凍劑的開發與實際應用探究

于坤，劉藝芳(煤炭科學技術研究院有限公司，北京 100020)

0 引言

我國煤炭資源主要集中在西北地區，各生產礦井以高度機械化綜采工藝生產煤炭，由于煤炭生產、裝運過程中的噴水降塵需求及煤炭濕法分選工藝的廣泛應用，導致商品煤的水分在15%以上[1]，因此，大量商品煤在冬季寒冷氣候下，通過鐵路運輸到東部地區時，極易發生凍結，產生系列問題，造成嚴重經濟損失。

目前，煤炭企業主要通過噴灑化學煤炭防凍劑的方式，解決冬季運煤凍車問題。但傳統煤炭防凍劑主要為氯化鈣型產品，實際應用中防凍效果不佳，且由于含有大量氯元素，在噴灑應用過程中，會為煤炭引入氯元素，導致產品有害元素增加，最終會對環境產生嚴重污染。

因此，為響應國家環境保護的高要求，大力發展潔凈煤技術，滿足高端客戶煤質要求，有效解決煤炭企業冬季煤炭運輸的凍車問題，新型環保煤炭防凍液產品的研究開發與實際應用具有現實意義。

1 產品研究開發

1.1 設計要求

煤炭產品中的水分主要以吸附態和自由態存在，而在煤炭儲存或運輸過程中，自由態水分會逐漸集中到煤層底部，在低溫下極易產生凍結問題。雖然我國煤炭中氯含量較低，平均值為0.021%，但解決防凍問題的傳統煤炭防凍劑，因氯離子含量約50%左右，以現有的噴灑工藝、噴灑量和撒粉量，防凍劑對煤炭引入氯元素影響極大，會直接導致商品煤質氯含量大幅提高。

新型環保煤炭防凍劑產品，要在保證優異防凍效果的基礎上，重點解決氯元素的引入問題，應以不含或含極微量氯元素為佳。因此，產品研發設計應具備如下特點：

(1)產品不含氯或含極微量氯元素，無其他有害元素，為環境友好型產品；

(2)產品溶解度高，降凝性能優，低溫穩定，效果持久，適用于超低溫環境；

(3)可解決傳統產品對噴灑設備、運輸車輛及用煤設備的腐蝕問題，可降低其對環境的影響和破壞。

1.2 性能指標

考慮煤炭防凍劑的實際應用及對煤質指標的具體要求，新型環保煤炭防凍劑產品的基本性能指標，如表1。

表1 新型環保煤炭防凍劑產品基本性能指標

1.3 產品介紹

近年來，日本、韓國作為我國出口煤的主要客戶，對環保管制要求嚴格，對煤質指標要求苛刻，曾多次提出所采購煤炭氯含量呈現明顯的季節性波動，尤其冬季提升明顯，嚴重影響到其電廠排放，且造成鍋爐內部腐蝕，影響惡劣。

為妥善解決出口煤炭冬季氯含量嚴重超標問題，煤炭科學技術研究院有限公司同神東煤炭集團合作立項，研發生產了“極索”新型環保煤炭防凍劑產品，其以非氯有機、無機降凝劑復合體系作為主要成分[2]，引入防銹防腐蝕劑及增粘劑等相關添加劑復合而成[2]，產品不含氯(＜100.0×10-6)，經實際應用，可提高煤炭品質，防凍效果顯著，得到客戶的高度認可，有效滿足了客戶需求。

2 產品實際應用探究

2.1 產品應用現狀

根據煤炭裝車過程，選煤廠防凍系統主要由防凍液配制系統、自動噴灑系統組成。防凍液配制系統則主要由溶樣池、攪拌槳、水泵、儲罐及計量泵等組成。新型環保煤炭防凍劑產品根據實際氣溫環境，要求與水按比例配成溶液后應用。常規配比及對應性能要求見表2。

表2 新型環保煤炭防凍劑常規配比及對應性能指標

但煤炭企業出于成本考慮，冬季運煤防凍仍以應用傳統防凍劑產品為主，雖然新型環保煤炭防凍劑的效果更好，但實際應用少，未能全面推廣。以神東煤炭集團為例，2019年2月出口煤運煤91 059.8 t，噴灑新型環保防凍液67.1 m3，應用新型環保防凍劑產品37.45 t，雖基本滿足客戶需求，但未能達到最佳效果。

2.2 實際應用問題

選煤廠現有的裝車防凍系統，在實際應用中，基本滿足了防凍液的配制、噴灑要求，但就新型環保煤炭防凍劑產品的應用，仍凸顯出一定問題，主要有配液系統自動化程度低，質量難以保障；實際噴灑量管控不足，易受影響等。

(1)防凍液配制系統設計簡單，人工溶樣，自動化程度低，且非獨立系統，可能交替配制不同產品，僅通過密度簡單判定防凍液質量，無法精準把控，最終造成防凍液質量不足，影響應用效果。防凍液配制圖示如圖1所示。

圖1 防凍液配制圖示

(2)防凍液噴灑量不能靈活控制，易受外界因素影響。裝車溜槽防凍液的噴灑采用一根管道分配給溜槽兩側和車廂內煤流的噴頭，采用整體控制，因此，實際噴灑過程中，不能精準把握噴灑量，易受人為因素、噴灑設備質量影響，造成噴灑不均勻，覆蓋不全面問題，影響噴灑效果[3]。

(3)裝車防凍全系統監控難度大，易有缺失。現有裝車防凍系統，各個分系統基本獨立執行，無法有效監控，無論溶樣配制質量，還是噴灑應用效果，均不能及時準確把握情況，且常因某設備故障，影響系統正常運行。同時，防凍系統一旦發生故障，排查難度大，耗用時間長[4]，最終影響備煤發車工作。

2.3 產品應用建議

在煤炭含水率相對穩定的基礎上，按照實際含水率及天氣狀況，合理定量，科學噴灑，對煤炭企業“降本增效”具有重要意義。

(1)煤炭企業要積極選用優質的環境友好型產品，保證煤炭性能指標符合國家環境保護要求，彰顯企業社會責任擔當。

(2)按照《鐵路煤炭運輸防凍作業技術條件》要求，嚴格執行噴灑標準，規范作業程序，全程監控防凍液噴灑情況，杜絕產品質量不達標問題，確保防凍液噴灑實現足量、均勻、全覆蓋，保證防凍效果。

(3)加強防凍液配制、噴灑系統的自動化升級，最大限度減少人為影響，保證產品配制、噴灑應用質量，同時定期維護保養設備，及時整修攪拌釜攪拌不均，噴灑設備噴頭、管路堵塞，噴灑泵壓力不足等問題，確保設備狀態良好。

(4)加強作業人員工作標準化、規范化的培訓工作，在遭遇寒潮天氣時，及時做好預警部署，如在滿足噴灑量要求的同時，進一步加強對車幫、車底及煤中的均勻噴灑，有效加大防凍液噴灑量，提高防凍液噴灑質量。

3 結語

“極索”新型環保煤炭防凍劑的研發，在技術上填補了國內行業空白，通過對其實際應用中的探究，也為后續推廣提供了全面支持。

(1)“極索”新型環保煤炭防凍劑產品，質量優異，性能穩定，嚴格按比例溶樣配制，可滿足冬季煤炭運輸對防凍工作的高要求，有效杜絕煤炭凍結問題，保證煤炭企業經濟效益。

(2)“極索”煤炭防凍劑產品，由多種高效有機、無機降凝劑，并復配黑色、有色金屬緩蝕劑而成，實際應用中不會引入氯元素，充分滿足了煤質對氯含量的高標準要求，減少了煤炭利用過程中的危害，有效響應了環境保護要求，宜于推廣應用。

(3)煤炭企業裝車防凍系統自動化有待進一步升級，選擇優質的新型環保煤炭防凍劑產品，通過精準管控防凍液的配制、噴灑質量，可有效滿足企業“降本增效”的要求。