平朔弱粘煤沉降脱水特性研究

发布时间：2018-03-10 04:22

  本文选题：弱粘煤　切入点：沉降脱水特性　出处：《太原理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：煤泥水处理是选煤生产过程中的关键环节,科学的处理方法对提高煤炭产品的经济效益和煤炭行业的社会效益有着非常重要的作用。煤泥水处理环节入料的变质程度是决定煤泥水处理效果的重要前提,目前尤以低变质程度煤炭的煤泥水处理问题突出,而探索煤泥水处理体系中沉降和脱水特性及内在规律可为这一焦点问题的解决提供理论依据,因此具有重大的现实意义。本文以低变质程度的平朔弱粘煤为研究对象,考察煤泥的粒度组成、矿物质成分及含量和氧化程度对煤泥沉降脱水效果的影响规律；利用粒子图像测速(PIV)技术获得不同入料性质、药剂制度作用下煤泥的沉降特性,同时通过对样品的表面活性官能团、润湿性、矿物组分、粒度组成及热重等分析,结合滤饼在脱水过程中的沉积规律,探讨了平朔弱粘煤的沉降脱水特性及二者的耦合作用。并在此理论的指导下,完成了二号井选煤厂风氧化煤沉降脱水处理的工业试验,论文主要结论如下：1、基于PIV技术建立了平朔弱粘煤煤泥水沉降失稳的临界粒度计算方法。在不同条件下采用PIV技术测定煤泥水体系稳定存在时固体颗粒的沉降速度,再根据滞留区沉降末速公式计算出平朔弱粘煤煤泥水中固体颗粒失稳的临界粒径为0.026mm,当小于临界粒径的颗粒数量增加,颗粒在悬浮液中呈均匀分布状态,悬浮液稳定性提高,沉降难以进行,当大于临界粒径的颗粒数量增加,固体物可以实现沉降。这一方法为选煤实际煤泥水处理的科学调整提供了较为精准的数据支撑。2、考察了不同粒度、粒度级配对脱水效果的影响,以及滤饼形成过程中的粒度分布,得到了平朔弱粘煤沉降速度与脱水效果的耦合规律。结果表明：含有30%小于临界粒径颗粒的煤浆,均匀度越大,脱水效果越差；均匀度为1.5左右的入料,其粒度组成越细,过滤脱水效果越差。原因在于均匀度越小,颗粒堆积形成滤饼的孔隙率越大,渗透性越高，，利于水分的脱除；均匀度越大,细颗粒的钻隙阻塞作用使其填充于毛细孔道,阻碍滤饼脱水过程。通过对滤饼沉积过程动力学研究发现,滤饼质量与过滤时间呈y=0.0002x3-0.0308x2+1.3565x+5.904关系,相关性达到0.96。3、研究了粘土类矿物种类及数量对煤泥沉降脱水效果的影响规律。煤炭的共伴生矿物种类繁多,结构复杂,相同破碎条件下,片状结构的蒙脱石、高岭石粒度组成较细,小于6μm微细颗粒含量分别为64.82和72.48%。平行六面体结构的石英砂粒度较粗,受粒度大小、颗粒形状影响,不同矿物质的沉降效果差异较大；随矿物质含量的减小,煤中有机组分对沉降脱水效果起主导作用,镜质组含量越高,沉降脱水效果越好,煤中亲水性基团减小,样品的润湿热增加、吸水率变大。4、揭示了弱粘煤氧化度对沉降脱水效果的影响规律。随氧化度增加,煤泥水的沉降速度和过滤速度呈y=-5E-05x+0.0091、y=-0.0006x+0.0587直线关系,而上清液的浊度和滤饼水分分别呈y=42.762e0.02222x、 y=-0.0004x2+0.0688x+21.952关系,相关性均大于0.9。原因在于氧化后煤泥中的无机矿物与有机质进行分离,粘土类矿物遇水泥化分解成微米级颗粒,由于其自身的结构及表面电性等原因造成煤水体系呈稳定悬浮状态,同时煤中的有机成分与H202发生反应,氧化后生成大量含氧基团(-COOH. R-OH等),Zeta电位增大,使得煤浆系统更加稳定,沉降脱水效果急剧恶化。5、探索了高分子药剂对煤泥沉降脱水的耦合作用规律。煤泥水体系在机械搅拌作用下产生闭合涡,造成涡内局部瞬时速度梯度增加,引起颗粒的相互碰撞,产生絮团,呈现出单颗粒沉降、絮团沉降、絮网沉降三个层次,且由于絮凝剂的网捕架桥作用程度不同,絮团尺寸会存在较大差异,从而造成沉降速度瞬时变化值较大；絮凝剂单独作用时,随着药剂用量的增加,沉降脱水效果会逐渐变好,但是过量的絮凝剂将导致絮团疏松多孔,裹挟较多的自由水,同时会增加煤泥水体系的粘度,造成沉降速度减慢,滤饼透气性变差,影响沉降脱水效果；凝聚剂与絮凝剂混合使用,絮团密实均匀,不会出现絮团过大阻碍脱水进行的现象,但是凝聚剂水解后释放的大量正电荷离子会导致颗粒表面出现电荷反转,呈正电性,抑制煤泥水的絮凝沉降。6、以煤泥沉降脱水耦合规律为依据,优化煤泥水处理系统并确定适合平朔弱粘煤的沉降脱水药剂制度,结合临界粒度进行粒度重构的絮凝沉降脱水策略成功解决了平朔二号井选煤厂风氧化煤煤泥水的沉降脱水难题。工业试验结果表明,入选原煤量由煤泥水难处理时1.5万吨/日提高到了3.5万吨/日,加压过滤机处理量由1500吨/日提高到4000吨/日,药剂成本下降60%,经济效益和社会效益显著提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD94


本文编号：1591746