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            粉煤灰提鐵工藝設計及應用論文

            發布時間:2022-05-06 11:18:10 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com):

              摘要:本文通過對酒鋼粉煤灰的成分和化學組成進行研究,發現粉煤灰中含有一定量的鐵。經與資源利用研究所合作,采用一段干式預選富集——二段粗選——三段平板風磁聯合精選工藝,最終獲得鐵品位56%、SiO28.34%的鐵精礦。該鐵精礦可直接用于燒結配料,為酒鋼粉煤灰回收利用提供了新方案。
             
              關鍵詞:粉煤灰;回收利用;鐵精礦
             
              粉煤灰是煤粉經高溫燃燒后形成的一種似火山灰質的固體廢物,主要產生于燃煤電廠、冶煉、化工等行業[1,2]。我國每年排放的粉煤灰量在1億噸以上,酒鋼(集團)公司能源中心熱電廠(包括發電一分廠、發電二分廠和發電三分廠)每年粉煤灰的排放量約150萬噸。目前,除少部分(約5萬噸~9萬噸)粉煤灰用作加氣砼的原材料外,大部分粉煤灰由罐車外棄堆埋。大量的粉煤灰外運堆放不僅耗用公司的人力、物力和財力,而且需要占用大量的土地,其中的重金屬、粉塵等還可能對環境造成污染。
             
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              為降低粉煤灰排放對環境帶來的污染,研究者針對粉煤灰的回收利用進行廣泛研究。經過長期以來的探索,發現粉煤灰中含5%~10%的鐵,如果能將這部分資源加以利用,不僅能減少粉煤灰帶來的環境污染,而且可創造較高的經濟價值[3-5]。當前,鐵礦石大量進口且價格居高不下的形勢下,粉煤灰選鐵將大有可為,除作為煉鐵原料外,還可以用作重介質選煤的介質原料、探傷磁粉等。粉煤灰提鐵技術可以廢物利用、變廢為寶,具有很高利用價值。為此,本文開展了粉煤灰提鐵生產線的研究工作,為酒鋼粉煤灰的高效回收利用提供一種新思路。
             
              1粉煤灰的成分和物質組成
             
              粉煤灰的化學組成與粘土質相似,其主要成分為SiO2與Al2O3,還有少量的CaO、Fe2O3、MgO、K2O等物質,此外,粉煤灰中含有少量Cd、Pb、Hg、As等有害元素。不同的煤種煤灰成分占比各不相同。目前,酒鋼(集團)公司能源中心熱電廠使用的煤大部分為馬克煤和廣匯煤,少部分為哈密煤。表1為不同煤種煤灰的主要成分,表2為熱電廠粉煤灰粒度組成分析。
             
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              由表1可知,酒鋼熱電廠粉煤灰中含鐵量受煤種的不同而有所變化,含鐵量約7.38%~10.21%,為低品位含鐵原料;CaO、SiO2、Al2O3含量較高,占總含量的60%以上。由表2可知,粉煤灰中顆粒粒度-0.074mm含量在95%以上,-0.038mm含量達到85%左右,鐵主要分布在細粒級中,表明酒鋼粉煤灰粒度較細[6],故選礦時不用在進行磨礦。
             
              2粉煤灰提鐵生產線建設方案
             
              自粉煤灰中提取出的鐵精礦,幾乎不含有害成分硫和磷。這是由于在煤的富氧高溫燃燒過程中,硫和磷已經大部分被氧化隨煙氣逸出,沒有逸出的部分,也在高溫過程中生成CaSO4,在分選過程中被全部脫除。這在工業應用中,是一種非常優越的特性。同時從粉煤灰中回收鐵礦物不需剝離、開采、破碎、磨礦等工序,其投資僅為從礦石選鐵的1/4左右,從而節省了大批基建和經營費用。從粉煤灰中選取的鐵精礦可以摻入含鐵品位較高的鐵礦石中作為煉鐵原料。鐵粉通過燒結造球用于高爐冶煉,可提高高爐利用系數,降低焦比。
             
              粉煤灰作為燃煤電廠的固體排放物,每年的排放量十分巨大,單純的外棄或堆埋不僅占用大量的土地,而且污染環境。若能從中將有用的鐵精礦(或其他)加以提取,不僅可以減少一部分的排放量,而且符合國家發展循環經濟、資源循環利用產業政策。
             
              經測算,提鐵生產線建成(達產)后,正常年生產56%的鐵精粉~2.13萬噸。年銷售收入~1810.12萬元,平均年利潤總額988.29萬元,項目稅前內部收益率為29.56%,遠大于行業基準收益率8%,生產線建設在財務上是可行的且具有可觀的經濟效益。
             
              受資源利用研究所委托,本次粉煤灰提鐵生產線建設方案針對酒鋼熱電廠二分廠2×125MW、2×300MW和2×350MW機組粉煤灰進行試點性建設,設計年粉煤灰量約54萬噸,年產粗精礦約3.20萬噸,年產精礦約2.13萬噸。
             
              2.1生產工藝
             
              二分廠各機組產生的粉煤灰,由各輸灰管道經旁路送至粉煤灰提鐵生產線建設區域各自對應的減壓倉,經減壓暫存后進入預選干式磁選機;磁選后的預選精礦由倉泵送至中間緩存倉,預選尾灰由倉泵經原管道原路由送至潤源公司對應的灰庫;中間緩存倉的預選精礦進入粗選干式磁選機;磁選后的粗精礦由倉泵送至粗精礦倉,粗選尾灰由倉泵送至尾灰倉;粗精礦倉中的粗精礦由螺旋給料機經布料器送至平板風磁聯合干選機進行精選;精選后的最終鐵精礦由倉泵送至精礦倉貯存,精選尾灰由倉泵送至尾灰倉貯存,其工藝流程圖如圖1所示。

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              2.2數質量流程圖
             
              經與資源利用研究所合作,采用一段干式預選富集——二段粗選——三段平板風磁聯合精選工藝,最終獲得鐵品位56%、SiO28.34%的鐵精礦、總產率3.95%的鐵精礦。其粉煤灰提鐵生產線數質量流程圖如圖2所示。
             
              2.3管道接引
             
              2×125MW機組干式預選灰管就近接自現有125MW機組輸灰管道,接管管徑為Φ219×8,管道全長約120m。管道接出后,進入干式預選工藝樓,預選之后的尾灰沿原管道原路由送至潤源公司灰庫,接點處設氣動控制閥門,氣源接自空壓機室,正常情況下粉煤灰由接引管道進入本工藝系統進行提鐵,當系統故障時通過閥門切換,粉煤灰通過原輸送管道系統送至原灰庫。
             
              2×300MW機組干式預選灰管就近接自現有300MW機組輸灰管道,接管管徑為Φ219×8,管道全長約120m,接點處設氣動控制閥門,氣源接自空壓機室,正常情況下粉煤灰由接引管道進入本工藝系統進行提鐵,當系統故障時通過閥門切換,粉煤灰通過原輸送管道系統送至原庫。管道接出后,進入干式預選工藝樓,預選之后的尾灰沿原管道原路由送至潤源公司灰庫。
             
              2×350MW機組干式預選灰管接自現有15萬立加氣砼輸灰管道,接管管徑為Φ219×8,兩條管道并行鋪設,每條管道長約500m,接點處設氣動控制閥門,氣源接自空壓機室,正常情況下粉煤灰由接引管道進入本工藝系統進行提鐵,當系統故障時通過閥門切換,粉煤灰通過原輸送管道系統送至原灰庫。管道接出后,進入干式預選工藝樓,預選之后的尾灰沿來灰管道路由新鋪設回送管將尾灰送至潤源公司灰庫(南庫)?;厮凸芄軓綖?Phi;219×8,管道長約500m,接點處設氣動控制閥門,氣源接至空壓機室。
             
              2.4工藝設備配置
             
              各輸灰管道中的粉煤灰經旁路送至各自對應的減壓倉,減壓倉有效容積107m,總容積約144m,可滿足2×350MW機組4h的33原灰儲存。粉煤灰經減壓后進入預選干式磁選機;每臺磁選機下方設有兩個過渡倉,尾灰過渡倉的有效容積3.5m3,總容積約5m,粗精礦過渡倉的有效容積0.12m,總容積約0.2m。預選后333的粗精礦經過渡后裝入0.5m3倉泵送至中間緩存倉待用,三臺機組共用一個中間緩存倉,其有效容積48m3,總容積約65m3;預選尾灰經過渡倉后裝入4.5m3倉泵由原管道送往潤源公司灰倉。
             
              預選后的粗精礦接著進行粗選。粗選后的粗精礦經0.2m3過渡倉裝入0.5m3倉泵送至粗精礦倉待用,尾灰經0.2m3過渡倉裝入0.5m3倉泵送至精選尾灰倉。粗精礦倉有效容積35m3,總容積約50m3,可滿足粗選16h產生的粗精礦貯存。
             
              粗選后的粗精礦進入干式精選系統。精選系統設有精礦倉、尾灰倉等儲存設施。精礦倉的有效容積46m,總容積約62m,可33滿足精選系統39h產生的精礦貯存。尾灰倉的有效容積32m3,總容積約62m3,可滿足精選系統46.5h產生的尾灰貯存。
             
              除過渡倉外,減壓倉、緩存倉、粗精礦倉、精礦倉及尾灰倉倉頂均設有布袋除塵器、壓力真空釋放閥、料位計等輔助設備。在布料器、平板風磁聯合干選機頭部設有除塵管道,通過管道將粉塵抽至精選除塵器進行集中處理;在精礦倉及尾灰倉頂部設有布袋除塵器在罐車裝車時,倉頂除塵器開始工作產生負壓防止粉塵外逸。
             
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              2.5總圖布置
             
              粉煤灰提鐵生產線建設方案主要由幾部分組成:
             
              一部分是干式預選系統。粉煤灰經輸灰管道送至減壓倉,經減壓暫存后進入一段干式磁選機;磁選后的粗精礦由倉泵送至中間緩存倉,尾灰由倉泵經原管道原路由送至潤源公司灰庫。
             
              另一部分是干式精選系統。中間緩存倉的粗精礦進入二段干式磁選機再選,磁選后的粗精礦由倉泵送至粗精礦倉,而后由螺旋給料機經布料器送至平板風磁聯合干選機,精選后的終精由倉泵送至精礦倉貯存,尾礦由倉泵送至尾礦倉。合格精礦(終精)由罐車運送至精礦庫或燒結配料室,尾礦由罐車外運至潤源渣場或銷售給水泥廠。
             
              針對粉煤灰提鐵生產線建設方案,在潤源公司墻材廠院內現有空地新建干式預選工藝樓、干式精選廠房、粗精礦倉、精礦倉、尾礦倉、空壓機房及綜合辦公室等建、構筑物,以及生產線所需配套供配電、照明、采暖、給排水等能源管網。
             
             ?。?)場地概述。粉煤灰提鐵生產線建設場地位于酒鋼潤源公司墻材廠院內西側現有空地上,東鄰墻材廠西圍墻,西鄰院內主干道,北側為墻材廠主入口處自行車棚,南側為現有的建筑石膏粉成品庫。項目建設用地南北長約66.0m,東西寬約56.0米,總占地面積約3797.0m2。場地南北向地勢高差約0.3m,東西向地勢高差約0.8m,地形特征為西南高、東北低。場地土自地表起即為第四紀沖積而成的卵石層,厚度大于100m,卵石主要由沉積巖碎塊組成,呈亞圓型,一般粒徑為30mm~70mm,最大為180mm,碎塊堅固,空隙充填中密~密實的中砂約為30%,3m以上卵石堆積較為松散,處于稍密狀態。3米以下卵石堆積致密,且被粘質膠結,處于半膠結~膠結狀態。地下水埋藏深度大于100m,地基承載力標準值fk>600KPa。
             
              項目建設區域周邊公輔、生活以及外部管網設施已經基本形成,項目建設條件良好。
             
             ?。?)總平面布置。根據本方案的生產工藝,結合項目用地情況進行總平面布局,在項目用地范圍內建設的建、構筑物包括:干式預選工藝樓、干式精選廠房、粗精礦倉、精礦倉、尾礦倉、空壓機房及綜合辦公室等。
             
              考慮干式預選及干式精選生產運輸的順暢性,將干式預選工藝樓、干式精選廠房布置于項目用地東側,坐東朝西呈長條形布置;根據精選工藝要求,靠近精選廠房,在精選廠房北側及西側布置減壓倉、精礦倉及尾礦倉;在項目用地西側布置有為干式預選及干式精選生產線配套建設的空壓機房和綜合辦公室。
             
              總圖用地范圍內所布置建、構筑物間距均按照消防、日照采光、防火安全等方面的規范要求設計。
             
              各建筑單體的結構尺寸及建筑面積如下:干式預選工藝樓為三層框架結構,長×寬×高為16m×13.5m×18m,一層層高為8.1m、二層層高為9.9m,三層露天布置,總建筑面積541.72m2;干式精選廠房采用門式鋼架結構,精選廠房長×寬×高為18m×11m×8m。建筑面積215.02m2,廠房內設有一臺起重量5t跨度7.5m電動單梁橋式起重機;空壓機房為一層框架結構,長×寬×高為18.5m×7.5m×7.7m,建筑面積149.31m2;綜合辦公室為一層框架結構,長×寬×高為28.2m×10.5m×6.8m,建筑面積約311.74m2;室內設配電室、控制室,變壓器室,男女衛生間,辦公室、班組會議室及班組休息室。
             
             ?。?)豎向布置。本工程場地南北向地勢高差約0.3m,東西向地勢高差約0.8m,結合場地地形及用地環境、周邊道路,場地豎向采用平坡式布置。場地雨水采用自然排水,經由硬化地坪排至區域外道路,最后匯集至周邊綠化地內。
             
             ?。?)道路運輸。整體用地范圍內的建、筑物及設備周邊場地開闊,均為硬化地坪,無任何障礙物,便于人流及車流的疏散。同時方案所在區域可與現有南側及西側毗鄰道路相銜接,作為日常物料運輸通道及消防通道。新建道路及硬化地坪均采用C30混凝土路面,300mm厚,總面積約3250m2。因方案建設基地位于酒鋼潤源公司墻材廠院內,故與墻材廠共用出入口,一個位于墻材廠西側,墻材廠的主入口,與酒鋼廠區即有道路銜接,另一個位于墻材廠東南側,與酒鋼環廠東路相銜接。
             
              3生產線的建成投運
             
              按照粉煤灰提鐵生產線建設方案,在潤源公司墻材廠院內,目前已建成一條年處理粉煤灰54萬噸,年產鐵精礦2.13萬噸的粉煤灰提鐵生產線。該生產線于2019年7月底通過交工驗收,正式進入試生產階段;通過一段時間的消缺、試生產,目前已生產出1000多噸符合預期品質的鐵精礦。從試運行情況來看,該生產線總體運行情況穩定順行,體現了設計意圖,對同行業提鐵生產線的建設具有一定的示范效應[6]。
             
              4結語
             
              粉煤灰作為燃煤電廠的固體排放物,每年的排放量十分巨大,單純的外棄或堆埋不僅占用大量的土地,而且污染環境。若能從中將有用的鐵精礦(或其他)加以提取,不僅可減少一部分的排放量,而且符合國家發展循環經濟、資源循環利用產業政策。目前,酒鋼粉煤灰提鐵生產線一期工程已建成,通過一段時間的試運行獲得了預期品質的鐵精礦,為酒鋼熱電廠年產近150萬噸粉煤灰的回收再利用提供新方案。
             
              參考文獻
             
              [1]王亮.粉煤灰綜合利用研究[D].天津大學,2007.
             
              [2]劉軍,卓玉國,李青山.粉煤灰綜合利用的研究進展[J].中國環境管理干部學院學報,2006,04.
             
              [3]翟建平,何富安,龔同生.粉煤灰中有用元素的提取技術[J].粉煤灰綜合利用,1995,04.
             
              [4]G Davis and J.H Song.Biodegradable packaging based on raw materials from crops and their impact on waste management[J],Industrial Crops and Products,2006,03.
             
              [5]Gibbons.J.R,Williamson.J.The Origin of unburned carbon in pulverized fuel ash[J].Canada:Proc Int Conf on Coal Sci,1993,02.
             
              [6]王欣,展仁禮,陳鐵軍,等.風磁聯合干式磁選機在粉煤灰提鐵中的應用[J].礦山機械,2019,09.

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