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摘 要： 摘要：近年來(lái)，青島理工大學(xué)利用SLON-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，進(jìn)行了燃煤濕法磁選脫硫、脫灰試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了磁通密度、煤粉粒度、煤漿流量、脈沖次數(shù)和漂洗時(shí)間等因素對(duì)磁選效果的影響程度，在熱量產(chǎn)率為91.38%時(shí)，脫硫率和脫灰率分別達(dá)到40.80%、52.62
摘要：近年來(lái)，青島理工大學(xué)利用SLON-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，進(jìn)行了燃煤濕法磁選脫硫、脫灰試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了磁通密度、煤粉粒度、煤漿流量、脈沖次數(shù)和漂洗時(shí)間等因素對(duì)磁選效果的影響程度，在熱量產(chǎn)率為91.38%時(shí)，脫硫率和脫灰率分別達(dá)到40.80%、52.62%;在熱量產(chǎn)率為74.88% 時(shí)，脫硫率和脫灰率分別達(dá)到56.34% 、62.97% 。
關(guān)鍵詞：煤磁選脫硫機(jī)理,工業(yè)技術(shù),能源管理論文
在我國(guó)的能源構(gòu)成中，煤炭?jī)?chǔ)量豐富，石油和天然氣儲(chǔ)量較少，這決定了我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主[1]，然而煤中通常含0.25%到4%的硫和大量灰分，在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的污染物，尤其是向大氣中排放的大SO2，是引發(fā)酸雨的主要原因[2]。由于環(huán)境污染和生態(tài)破壞帶來(lái)的壓力，國(guó)內(nèi)外對(duì)燃煤脫硫的研究正在逐步深入，并使防止污染與有效利用硫資源結(jié)合了起來(lái)，開(kāi)發(fā)了上百種工藝方法。煤的磁選脫硫技術(shù)是一種新型的燃前物理脫硫技術(shù)，具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)。
一、煤磁選脫硫技術(shù)
(一)應(yīng)用原理
煤是一種成分復(fù)雜的混合物，包含有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分兩大類，其中有機(jī)成分由C、H、O、N、S構(gòu)成，無(wú)機(jī)成分主要是一些無(wú)機(jī)鹽類。其中有機(jī)成分多為逆磁性物質(zhì)，而煤中的硫鐵礦(主要成分為FeS2)是順磁性物質(zhì)，因此可用梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力把它從煤粉里分離出來(lái)。
所謂梯度磁場(chǎng)是指在磁場(chǎng)中單位距離內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，它的磁場(chǎng)是非均勻的。如果采用在磁場(chǎng)空間填充高導(dǎo)磁率的不銹鋼毛，使磁場(chǎng)中磁力線僅密集在鋼毛表面，引起磁場(chǎng)內(nèi)磁力線各處稀疏不均，制造一個(gè)模擬梯度磁場(chǎng)。則梯度磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與材質(zhì)的磁化強(qiáng)度、形狀、直徑、填裝率有關(guān)，磁鐵礦物質(zhì)在磁場(chǎng)內(nèi)所受的磁力可用下式表示：
式中，X為磁鐵礦顆粒物的磁化率，V為顆粒物體積，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，
為磁場(chǎng)梯度
從上式可以看出，脫硫效率與礦物的磁化率、粒度、磁場(chǎng)強(qiáng)度及梯度等因素有關(guān)。
(二)主要裝置
該工藝主要裝置是高梯度磁分離器，當(dāng)磨細(xì)的煤粉以一定的速度通過(guò)磁分離器時(shí)，黃鐵礦等磁性顆粒便會(huì)吸附在填充的不銹鋼毛濾網(wǎng)上，而逆磁性的煤粉則順利通過(guò)分離器，吸附在濾網(wǎng)上的黃鐵礦等顆粒離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)時(shí)由鼓風(fēng)機(jī)吹出收集,進(jìn)行綜合利用或安全處置。高梯度磁分離器在運(yùn)行中因磁滯產(chǎn)生的高溫可引入冷卻水進(jìn)行降溫。
(三)脫硫效果
資料表明,采用高梯度磁選機(jī)分選微米級(jí)煤,無(wú)機(jī)硫的脫除率在80%以上,灰分可降低50 %～60 % ,發(fā)熱量的回收率超過(guò)90%，分選效果優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備,但處理量相對(duì)較低，因此制約了其應(yīng)用[3]。
二、多種磁選脫硫方法的研究現(xiàn)狀
(一)干法高梯度磁選脫硫(HGMS)
1987～1988年，在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展了干法煤粉磁選脫硫的試驗(yàn)研究，并于1989年4月通過(guò)鑒定[4]。試驗(yàn)結(jié)果表明：在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.65～0.75T，100～120目煤粉脫硫最高可達(dá)70%左右，生產(chǎn)費(fèi)用約7.5元/噸煤左右(當(dāng)時(shí)價(jià)格)。該項(xiàng)研究采用的是周期式的高梯度磁選機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作的中型試驗(yàn)。這是我國(guó)目前的唯一的微粉煤干法高梯度磁選試驗(yàn)。近年來(lái)，青島建筑工程學(xué)院采用XCG—Ⅱ型輥式磁選機(jī)，分別對(duì)查莊煤和青島熱電煤進(jìn)行了干式磁選試驗(yàn)。其中，對(duì)查莊煤的干式磁選試驗(yàn)，脫硫率、脫灰率分別為42.21%、40.23%，熱量回收率僅為57.73%;對(duì)青島熱電煤的磁選試驗(yàn)，脫硫率、脫灰率分別為49.10% 、47.88% ，精煤產(chǎn)率僅為49.88%[4]。這說(shuō)明，用XCG—Ⅱ型輥式磁選機(jī)進(jìn)行煤粉干式磁選，不能有效的將有機(jī)質(zhì)碳與黃鐵礦、成灰礦物分離。
(二)濕法高梯度磁選脫硫
20世紀(jì)80年代初和90年代末，我國(guó)的鄧年新、樊成剛等人，分別采用XCQS強(qiáng)磁選機(jī)，改造的類高梯度磁選機(jī)和仿Sala型高梯度磁選機(jī)分別對(duì)中梁山和南桐兩地的高硫煤進(jìn)行了分選試驗(yàn)，在精煤回收率達(dá)到65%的情況下，脫硫率超過(guò)60%。此后，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)的鄭建中等人[5]，采用CHG-10型仿Sala連續(xù)式高梯度磁選機(jī)(分選環(huán)直徑為lm，額定處理量0.2t/h)， 進(jìn)行了粒度<0.3mm粉煤的濕法磁選試驗(yàn)，主要考察了入料濃度、精煤沖洗水量同精煤中黃鐵礦硫脫出率之間的關(guān)系，在礦漿濃度為5%、精煤沖洗水量0.04m3/min、分選槽線速度8.73cm/s的條件下，脫硫率為60%，相應(yīng)的精煤產(chǎn)率為65%。
(三)超導(dǎo)磁選脫硫
由于常規(guī)的高梯度磁選機(jī)受鐵磁性物質(zhì)磁飽和極限(1.2T)的限制，它們的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般不超過(guò)2 T，難以達(dá)到有效分選脫硫所需強(qiáng)度，另外，要想產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)需要大電流通過(guò)磁線圈，這會(huì)在線圈上產(chǎn)生很大的熱量，必須配備大規(guī)模的冷卻系統(tǒng)，從而使磁選工藝復(fù)雜，再加上近幾年來(lái)高新技術(shù)的發(fā)展和新材料的出現(xiàn)，新型超導(dǎo)磁選機(jī)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步。
但目前為止，超導(dǎo)磁選機(jī)都是低溫的。超導(dǎo)材料必須在它的臨界參數(shù)(臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界磁場(chǎng)和臨界電流密度)以下才能維持超導(dǎo)狀態(tài)，早期超導(dǎo)體的這三個(gè)臨界參數(shù)都很低，特別是臨界轉(zhuǎn)變溫度極低，需要用液氦冷卻，維持其超導(dǎo)狀態(tài)費(fèi)用昂貴，使得低溫超導(dǎo)磁選機(jī)的應(yīng)用受到限制。
(四)磁流體分選脫硫
也有學(xué)者提出用磁流體分選脫硫并做了一定研究。磁流體分選是一種重力分選和磁力分選聯(lián)合作業(yè)的分選工藝，煤的各種組分在似加重介質(zhì)中按密度差異分離，在磁場(chǎng)中按磁性差異分離。這樣不僅可以分離磁性物質(zhì)和非磁性物質(zhì)，還可以使非磁性物質(zhì)按密度分離，從而達(dá)到脫灰脫硫同時(shí)進(jìn)行。由于煤中各組分間的磁性差異小，而密度差異較大，采用磁流體分選可以有效地進(jìn)行分離。
當(dāng)前普遍采用磁鐵礦分作選煤用重液的加重質(zhì)，因?yàn)樗哂休^高的密度和機(jī)械強(qiáng)度，而且磁鐵礦粉具有的強(qiáng)磁性，可用弱磁選機(jī)進(jìn)行懸浮液的凈化回收。從理論上講，磁流體分選可以達(dá)到較高的精度，脫硫除灰較為徹底，還可以回收各種有價(jià)礦物。但磁流體分選設(shè)備復(fù)雜、處理量小，重懸浮液配制比較困難，磁性介質(zhì)的凈化回收難度大，懸浮液的二次污染嚴(yán)重，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。
由于燃煤中逆磁性有機(jī)硫的存在，磁選脫硫率一般在55～80%，不可能再高[7]。磁選還可脫除30%左右的煤系礦物質(zhì)，它們主要存在于矸石中，或以細(xì)分散形式夾雜于煤基質(zhì)中，脫灰率主要由磁選方法和脈石成分決定。磁選脫硫率的高低除決定于磁選工藝外，還與煤的礦物組成密切相關(guān)，因?yàn)椴煌暧^晶形的礦物和煤系黃鐵礦的質(zhì)量磁化率有一定差別。研究表明：煤系黃鐵礦質(zhì)量磁化率比礦物黃鐵礦高近半個(gè)數(shù)量級(jí)，而相同煤種的不同煤層組分磁化率相差不大。
磁選工藝的確定必須結(jié)合煤的礦物組成和無(wú)機(jī)硫的含量，只有這樣才能達(dá)到較高的脫硫、脫灰率，而對(duì)有機(jī)硫含量高的煤采用該方法脫硫效果不佳。
參考文獻(xiàn):
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