水煤浆掺入橡胶碳渣粉的经济技术分析

杨国军

(胜利油田热电联供中心,山东省东营市,257300)

水煤浆掺入橡胶碳渣粉的经济技术分析

杨国军

(胜利油田热电联供中心,山东省东营市,257300)

简述水煤浆掺入橡胶碳渣粉的原因,通过试验分析了水煤浆掺入橡胶碳渣粉的技术方法和燃烧性能,结果表明,此技术可行,且有利于环保,并具有经济价值。

橡胶碳渣粉利用 水煤浆配制

随着汽车保有量的增多,废旧的橡胶轮胎数量越来越大,处理轮胎得到的橡胶碳渣粉量也不断增加,仅山东东营周边地区每年就产生数千吨橡胶碳渣粉。因此,科学处理好橡胶碳渣粉,具有重要的环保意义,也有可观的经济价值。

橡胶碳渣粉目前的处理方式大部分是和煤炭掺合直接加入到锅炉内燃烧,但由于橡胶碳渣粉含硫量大、挥发分低且含有少量的油质物,在锅炉内燃烧后,易使炉管结焦,影响锅炉的燃烧性能,并且严重影响锅炉的使用寿命。目前,橡胶碳渣粉市场价格450～500元/t,但很难销售出去,如果长期堆积或埋入地下,对土壤造成污染,严重污染周边环境,属于危险废弃物。

近年来,随着人们对水煤浆洁净、高效、环保性能认识的逐步加深,其应用领域越来越广。东营地区每天水煤浆使用量已超过千吨。随着煤炭价格的持续走高,水煤浆的生产成本也直线上升,如果能将少量橡胶碳渣粉与煤炭掺合制备水煤浆,既能解决因橡胶碳渣粉堆放而产生的环境污染问题,又可以解决与煤炭一起燃烧出现的结焦问题,还可以降低水煤浆的生产成本。

胜利油田热电联供中心基于以上认识,对煤炭掺入橡胶碳渣粉后制成水煤浆的性能、橡胶碳渣粉的掺入量等进行了实验室试验和工业性试验研究,找出一种有效的橡胶碳渣粉再利用的有效方法。

1 试验研究

橡胶碳渣粉是废旧橡胶制品经过提炼橡胶内的油质品后剩余的残渣,为黑色颗粒状废弃物,橡胶碳渣粉常温下与煤炭相似,比重小于煤炭,含硫量较高,含少量的油质物,可燃性低于煤炭,在温度达50℃以上时开始变软。橡胶碳渣粉成分组成:全水分为23.92%,空干基水分5.39%,硫分2.39%,挥发分2.39%,低位发热量23.41 MJ/kg。

1.1 煤样的采集及试验方法

煤样采用山西白璧关煤及夏店煤,两种煤的煤质指标见表1。将两种煤与橡胶碳渣粉分别细磨,煤粉的粒度根据经验筛分出易于成浆的粒度中间值,橡胶碳渣粉粒度根据煤粉可成浆的粒度按下限值、中间值、上限值筛分成A、B、C 3种,它们的平均粒度分别为白璧关煤41.4μm,夏店煤41.7μm,橡胶碳渣粉A 45.8μm,橡胶碳渣粉B 55.9μm,橡胶碳渣粉C 61.2μm。两种煤粉的粒度组成和橡胶碳渣粉粒度组成见表2。将两种煤粉分别与3种橡胶碳渣粉按一定比例掺配调制水煤浆。

1.2 试验方法

将橡胶碳渣粉和煤粉按计算好的重量比混合后放入搅拌杯内,定量加入分散剂和水,用试验搅拌机搅拌,观察成浆性,对掺合配制的水煤浆进行了掺配比、浓度、表观粘度、降伏值、分散剂用量等性能指标的测量。

在调配水煤浆的试验中发现,若在白璧关煤粉中掺入重量大于3%的任何一种橡胶碳渣粉,都难以制成水煤浆。而与夏店煤掺配,在适合的条件下,可以掺入重量达30%的橡胶碳渣粉,并能制成具有一定流动性的水煤浆,因此,决定采用橡胶碳渣粉与夏店煤粉掺配制水煤浆,配制的水煤浆性能指标见表3。

表1 白璧关煤和夏店煤工业分析煤质指标

表2 两种煤粉和橡胶碳渣粉粒度组成

表3 实验室夏店煤中掺入橡胶碳渣粉配制的水煤浆性能指标

2 试验结果分析

(1)对于成浆性好的夏店煤,磨细的橡胶碳渣粉的粒度大小对于其成浆掺配比影响很大。在可成浆的粒度范围内,橡胶碳渣粉粒度相对大些,其掺合后的成浆性好;橡胶碳渣粉掺入比例越低,成浆性越好,流动性也越好。

(2)橡胶碳渣粉属于难成浆物质,与适合的煤种掺配也可成浆。随着橡胶碳渣粉掺配比的提高,浆的流动性与品质呈下降趋势。分散剂用量随着橡胶碳渣粉掺配比提高而增大。

(3)白璧关煤放置时间长、氧化严重,几乎不能掺入橡胶碳渣粉调配制成水煤浆。这是因为氧化严重的煤热值降低,灰分增加,成浆性大幅下降,极难与橡胶碳渣粉掺合,几乎不能成浆。

(4)夏店煤是近期购进的,氧化程度低,可以与橡胶碳渣粉按一定比例掺配制成水煤浆。

3 工业性试验

胜利油田热电联供中心水煤浆厂现有3条水煤浆生产线,在不破坏生产工艺的条件下,只做适当改造,即增设一小型定量给料机,即可将橡胶碳渣粉掺入煤粉中进行水煤浆生产。热电联供中心水煤浆厂的制控系统先进,计量设备精度高,制浆工艺先进合理,为橡胶碳渣粉与煤掺混制浆奠定了良好的基础。

为进行工业性试验,专门购入15 t橡胶碳渣粉(粒径小于5 cm),在生产中还要添加DNA型分散剂。分散剂在橡胶碳渣粉与煤炭混配制浆过程中,采用湿法连续定量加入方式。添加剂使用前与自来水按一定比例在稀释设备中充分搅拌混合。

试生产时,橡胶碳渣粉加入量开始为10%(橡胶碳渣粉重量投放比),然后逐渐增多,根据生产出的水煤浆的流动性、粘度等情况进行调整,当掺入比达到18%时,水煤浆的粘度与流动性开始变差,具体数据见表4,与实验室试验的数据相比,橡胶碳渣粉的掺入比例较低。

表4 工业性试验成浆数据

试验的水煤浆(橡胶碳渣粉与煤掺配)经搅拌均匀后,主要技术指标为:水煤浆浓度64.2%;表观粘度740 mPa·s(20℃);浆体中粒径小于75μm的颗粒大于81%,粒径小于5μm的颗粒大于20%,平均粒径小于50μm;浆体容重1.21 g/cm3;含硫0.64%;低位热值17.85 MJ/kg。

工业性试验水煤浆中的橡胶碳渣粉加入量与实验室调配水煤浆中橡胶碳渣粉加入量有比较大的不同,这是因为实验室调配水煤浆是先加工出不同粒度的料粉,其粒度堆积率是根据经验配制的,相对比较科学,因而能调配出掺配比率相对高的水煤浆。而实际生产时,橡胶碳渣粉和煤一起进入磨机,随机研磨成浆的粒度分布不可能达到实验室的比例,而且由于两种原料可磨性的差距,磨出的粒度也不相同,这也是影响生产过程中橡胶碳渣粉掺配比例低的重要原因。

橡胶碳渣粉掺入比例越低,成浆的浓度和降伏值越高,表明浆的品质越好;表观粘度越低,表明浆的流动性越好,同时分散剂使用量越低。

与正常水煤浆相比,试验生产的水煤浆在水煤浆锅炉里燃烧时,与正常水煤浆相比,没有任何变化。可见将橡胶碳渣粉掺煤制备水煤浆可解决橡胶碳渣粉的燃烧问题。

4 成本计算

本次工业试验共生产约150 t水煤浆,橡胶碳渣粉与煤炭平均投放比约为3∶17,分散剂用量6.7 g/kg。以橡胶碳渣粉与煤炭的购入价为475元/t和1040元/t计算,与全部用煤制水煤浆相比,本次工业试验生产的水煤浆,每吨可降低成本约60元。

5 结语

橡胶碳渣粉替代部分煤炭制备水煤浆在技术上是可行的,具有很好的经济性和良好的环保性。从循环经济与改善大气质量以及控制“三废”排放的环保政策出发,用废弃的橡胶碳渣粉替代优质煤,不仅可行而且完全必要。随着橡胶制品使用日益增多,在东营地区部分采用橡胶碳渣粉制浆对降低水煤浆厂生产成本,保护周边环境具有重要作用。

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

B

杨国军(1964-),男,山东济阳人,高级工程师,1990年毕业于中国石油大学机械系,现任胜利油田热电连供中心主任。

(责任编辑 张毅玲)