新型环保煤炭防冻剂的开发与实际应用探究

于坤，刘艺芳(煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100020)

0 引言

我国煤炭资源主要集中在西北地区，各生产矿井以高度机械化综采工艺生产煤炭，由于煤炭生产、装运过程中的喷水降尘需求及煤炭湿法分选工艺的广泛应用，导致商品煤的水分在15%以上[1]，因此，大量商品煤在冬季寒冷气候下，通过铁路运输到东部地区时，极易发生冻结，产生系列问题，造成严重经济损失。

目前，煤炭企业主要通过喷洒化学煤炭防冻剂的方式，解决冬季运煤冻车问题。但传统煤炭防冻剂主要为氯化钙型产品，实际应用中防冻效果不佳，且由于含有大量氯元素，在喷洒应用过程中，会为煤炭引入氯元素，导致产品有害元素增加，最终会对环境产生严重污染。

因此，为响应国家环境保护的高要求，大力发展洁净煤技术，满足高端客户煤质要求，有效解决煤炭企业冬季煤炭运输的冻车问题，新型环保煤炭防冻液产品的研究开发与实际应用具有现实意义。

1 产品研究开发

1.1 设计要求

煤炭产品中的水分主要以吸附态和自由态存在，而在煤炭储存或运输过程中，自由态水分会逐渐集中到煤层底部，在低温下极易产生冻结问题。虽然我国煤炭中氯含量较低，平均值为0.021%，但解决防冻问题的传统煤炭防冻剂，因氯离子含量约50%左右，以现有的喷洒工艺、喷洒量和撒粉量，防冻剂对煤炭引入氯元素影响极大，会直接导致商品煤质氯含量大幅提高。

新型环保煤炭防冻剂产品，要在保证优异防冻效果的基础上，重点解决氯元素的引入问题，应以不含或含极微量氯元素为佳。因此，产品研发设计应具备如下特点：

(1)产品不含氯或含极微量氯元素，无其他有害元素，为环境友好型产品；

(2)产品溶解度高，降凝性能优，低温稳定，效果持久，适用于超低温环境；

(3)可解决传统产品对喷洒设备、运输车辆及用煤设备的腐蚀问题，可降低其对环境的影响和破坏。

1.2 性能指标

考虑煤炭防冻剂的实际应用及对煤质指标的具体要求，新型环保煤炭防冻剂产品的基本性能指标，如表1。

表1 新型环保煤炭防冻剂产品基本性能指标

1.3 产品介绍

近年来，日本、韩国作为我国出口煤的主要客户，对环保管制要求严格，对煤质指标要求苛刻，曾多次提出所采购煤炭氯含量呈现明显的季节性波动，尤其冬季提升明显，严重影响到其电厂排放，且造成锅炉内部腐蚀，影响恶劣。

为妥善解决出口煤炭冬季氯含量严重超标问题，煤炭科学技术研究院有限公司同神东煤炭集团合作立项，研发生产了“极索”新型环保煤炭防冻剂产品，其以非氯有机、无机降凝剂复合体系作为主要成分[2]，引入防锈防腐蚀剂及增粘剂等相关添加剂复合而成[2]，产品不含氯(＜100.0×10-6)，经实际应用，可提高煤炭品质，防冻效果显著，得到客户的高度认可，有效满足了客户需求。

2 产品实际应用探究

2.1 产品应用现状

根据煤炭装车过程，选煤厂防冻系统主要由防冻液配制系统、自动喷洒系统组成。防冻液配制系统则主要由溶样池、搅拌桨、水泵、储罐及计量泵等组成。新型环保煤炭防冻剂产品根据实际气温环境，要求与水按比例配成溶液后应用。常规配比及对应性能要求见表2。

表2 新型环保煤炭防冻剂常规配比及对应性能指标

但煤炭企业出于成本考虑，冬季运煤防冻仍以应用传统防冻剂产品为主，虽然新型环保煤炭防冻剂的效果更好，但实际应用少，未能全面推广。以神东煤炭集团为例，2019年2月出口煤运煤91 059.8 t，喷洒新型环保防冻液67.1 m3，应用新型环保防冻剂产品37.45 t，虽基本满足客户需求，但未能达到最佳效果。

2.2 实际应用问题

选煤厂现有的装车防冻系统，在实际应用中，基本满足了防冻液的配制、喷洒要求，但就新型环保煤炭防冻剂产品的应用，仍凸显出一定问题，主要有配液系统自动化程度低，质量难以保障；实际喷洒量管控不足，易受影响等。

(1)防冻液配制系统设计简单，人工溶样，自动化程度低，且非独立系统，可能交替配制不同产品，仅通过密度简单判定防冻液质量，无法精准把控，最终造成防冻液质量不足，影响应用效果。防冻液配制图示如图1所示。

图1 防冻液配制图示

(2)防冻液喷洒量不能灵活控制，易受外界因素影响。装车溜槽防冻液的喷洒采用一根管道分配给溜槽两侧和车厢内煤流的喷头，采用整体控制，因此，实际喷洒过程中，不能精准把握喷洒量，易受人为因素、喷洒设备质量影响，造成喷洒不均匀，覆盖不全面问题，影响喷洒效果[3]。

(3)装车防冻全系统监控难度大，易有缺失。现有装车防冻系统，各个分系统基本独立执行，无法有效监控，无论溶样配制质量，还是喷洒应用效果，均不能及时准确把握情况，且常因某设备故障，影响系统正常运行。同时，防冻系统一旦发生故障，排查难度大，耗用时间长[4]，最终影响备煤发车工作。

2.3 产品应用建议

在煤炭含水率相对稳定的基础上，按照实际含水率及天气状况，合理定量，科学喷洒，对煤炭企业“降本增效”具有重要意义。

(1)煤炭企业要积极选用优质的环境友好型产品，保证煤炭性能指标符合国家环境保护要求，彰显企业社会责任担当。

(2)按照《铁路煤炭运输防冻作业技术条件》要求，严格执行喷洒标准，规范作业程序，全程监控防冻液喷洒情况，杜绝产品质量不达标问题，确保防冻液喷洒实现足量、均匀、全覆盖，保证防冻效果。

(3)加强防冻液配制、喷洒系统的自动化升级，最大限度减少人为影响，保证产品配制、喷洒应用质量，同时定期维护保养设备，及时整修搅拌釜搅拌不均，喷洒设备喷头、管路堵塞，喷洒泵压力不足等问题，确保设备状态良好。

(4)加强作业人员工作标准化、规范化的培训工作，在遭遇寒潮天气时，及时做好预警部署，如在满足喷洒量要求的同时，进一步加强对车帮、车底及煤中的均匀喷洒，有效加大防冻液喷洒量，提高防冻液喷洒质量。

3 结语

“极索”新型环保煤炭防冻剂的研发，在技术上填补了国内行业空白，通过对其实际应用中的探究，也为后续推广提供了全面支持。

(1)“极索”新型环保煤炭防冻剂产品，质量优异，性能稳定，严格按比例溶样配制，可满足冬季煤炭运输对防冻工作的高要求，有效杜绝煤炭冻结问题，保证煤炭企业经济效益。

(2)“极索”煤炭防冻剂产品，由多种高效有机、无机降凝剂，并复配黑色、有色金属缓蚀剂而成，实际应用中不会引入氯元素，充分满足了煤质对氯含量的高标准要求，减少了煤炭利用过程中的危害，有效响应了环境保护要求，宜于推广应用。

(3)煤炭企业装车防冻系统自动化有待进一步升级，选择优质的新型环保煤炭防冻剂产品，通过精准管控防冻液的配制、喷洒质量，可有效满足企业“降本增效”的要求。