新型環(huán)保煤炭防凍劑的開(kāi)發(fā)與實(shí)際應(yīng)用探究

于坤，劉藝芳(煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100020)

0 引言

我國(guó)煤炭資源主要集中在西北地區(qū)，各生產(chǎn)礦井以高度機(jī)械化綜采工藝生產(chǎn)煤炭，由于煤炭生產(chǎn)、裝運(yùn)過(guò)程中的噴水降塵需求及煤炭濕法分選工藝的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致商品煤的水分在15%以上[1]，因此，大量商品煤在冬季寒冷氣候下，通過(guò)鐵路運(yùn)輸?shù)綎|部地區(qū)時(shí)，極易發(fā)生凍結(jié)，產(chǎn)生系列問(wèn)題，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

目前，煤炭企業(yè)主要通過(guò)噴灑化學(xué)煤炭防凍劑的方式，解決冬季運(yùn)煤凍車(chē)問(wèn)題。但傳統(tǒng)煤炭防凍劑主要為氯化鈣型產(chǎn)品，實(shí)際應(yīng)用中防凍效果不佳，且由于含有大量氯元素，在噴灑應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)為煤炭引入氯元素，導(dǎo)致產(chǎn)品有害元素增加，最終會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。

因此，為響應(yīng)國(guó)家環(huán)境保護(hù)的高要求，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，滿(mǎn)足高端客戶(hù)煤質(zhì)要求，有效解決煤炭企業(yè)冬季煤炭運(yùn)輸?shù)膬鲕?chē)問(wèn)題，新型環(huán)保煤炭防凍液產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)與實(shí)際應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)

1.1 設(shè)計(jì)要求

煤炭產(chǎn)品中的水分主要以吸附態(tài)和自由態(tài)存在，而在煤炭?jī)?chǔ)存或運(yùn)輸過(guò)程中，自由態(tài)水分會(huì)逐漸集中到煤層底部，在低溫下極易產(chǎn)生凍結(jié)問(wèn)題。雖然我國(guó)煤炭中氯含量較低，平均值為0.021%，但解決防凍問(wèn)題的傳統(tǒng)煤炭防凍劑，因氯離子含量約50%左右，以現(xiàn)有的噴灑工藝、噴灑量和撒粉量，防凍劑對(duì)煤炭引入氯元素影響極大，會(huì)直接導(dǎo)致商品煤質(zhì)氯含量大幅提高。

新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品，要在保證優(yōu)異防凍效果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)解決氯元素的引入問(wèn)題，應(yīng)以不含或含極微量氯元素為佳。因此，產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)具備如下特點(diǎn)：

(1)產(chǎn)品不含氯或含極微量氯元素，無(wú)其他有害元素，為環(huán)境友好型產(chǎn)品；

(2)產(chǎn)品溶解度高，降凝性能優(yōu)，低溫穩(wěn)定，效果持久，適用于超低溫環(huán)境；

(3)可解決傳統(tǒng)產(chǎn)品對(duì)噴灑設(shè)備、運(yùn)輸車(chē)輛及用煤設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，可降低其對(duì)環(huán)境的影響和破壞。

1.2 性能指標(biāo)

考慮煤炭防凍劑的實(shí)際應(yīng)用及對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)的具體要求，新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品的基本性能指標(biāo)，如表1。

表1 新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品基本性能指標(biāo)

1.3 產(chǎn)品介紹

近年來(lái)，日本、韓國(guó)作為我國(guó)出口煤的主要客戶(hù)，對(duì)環(huán)保管制要求嚴(yán)格，對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)要求苛刻，曾多次提出所采購(gòu)煤炭氯含量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性波動(dòng)，尤其冬季提升明顯，嚴(yán)重影響到其電廠排放，且造成鍋爐內(nèi)部腐蝕，影響惡劣。

為妥善解決出口煤炭冬季氯含量嚴(yán)重超標(biāo)問(wèn)題，煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司同神東煤炭集團(tuán)合作立項(xiàng)，研發(fā)生產(chǎn)了“極索”新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品，其以非氯有機(jī)、無(wú)機(jī)降凝劑復(fù)合體系作為主要成分[2]，引入防銹防腐蝕劑及增粘劑等相關(guān)添加劑復(fù)合而成[2]，產(chǎn)品不含氯(＜100.0×10-6)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，可提高煤炭品質(zhì)，防凍效果顯著，得到客戶(hù)的高度認(rèn)可，有效滿(mǎn)足了客戶(hù)需求。

2 產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用探究

2.1 產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)煤炭裝車(chē)過(guò)程，選煤廠防凍系統(tǒng)主要由防凍液配制系統(tǒng)、自動(dòng)噴灑系統(tǒng)組成。防凍液配制系統(tǒng)則主要由溶樣池、攪拌槳、水泵、儲(chǔ)罐及計(jì)量泵等組成。新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品根據(jù)實(shí)際氣溫環(huán)境，要求與水按比例配成溶液后應(yīng)用。常規(guī)配比及對(duì)應(yīng)性能要求見(jiàn)表2。

表2 新型環(huán)保煤炭防凍劑常規(guī)配比及對(duì)應(yīng)性能指標(biāo)

但煤炭企業(yè)出于成本考慮，冬季運(yùn)煤防凍仍以應(yīng)用傳統(tǒng)防凍劑產(chǎn)品為主，雖然新型環(huán)保煤炭防凍劑的效果更好，但實(shí)際應(yīng)用少，未能全面推廣。以神東煤炭集團(tuán)為例，2019年2月出口煤運(yùn)煤91 059.8 t，噴灑新型環(huán)保防凍液67.1 m3，應(yīng)用新型環(huán)保防凍劑產(chǎn)品37.45 t，雖基本滿(mǎn)足客戶(hù)需求，但未能達(dá)到最佳效果。

2.2 實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題

選煤廠現(xiàn)有的裝車(chē)防凍系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，基本滿(mǎn)足了防凍液的配制、噴灑要求，但就新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品的應(yīng)用，仍凸顯出一定問(wèn)題，主要有配液系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，質(zhì)量難以保障；實(shí)際噴灑量管控不足，易受影響等。

(1)防凍液配制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，人工溶樣，自動(dòng)化程度低，且非獨(dú)立系統(tǒng)，可能交替配制不同產(chǎn)品，僅通過(guò)密度簡(jiǎn)單判定防凍液質(zhì)量，無(wú)法精準(zhǔn)把控，最終造成防凍液質(zhì)量不足，影響應(yīng)用效果。防凍液配制圖示如圖1所示。

圖1 防凍液配制圖示

(2)防凍液噴灑量不能靈活控制，易受外界因素影響。裝車(chē)溜槽防凍液的噴灑采用一根管道分配給溜槽兩側(cè)和車(chē)廂內(nèi)煤流的噴頭，采用整體控制，因此，實(shí)際噴灑過(guò)程中，不能精準(zhǔn)把握噴灑量，易受人為因素、噴灑設(shè)備質(zhì)量影響，造成噴灑不均勻，覆蓋不全面問(wèn)題，影響噴灑效果[3]。

(3)裝車(chē)防凍全系統(tǒng)監(jiān)控難度大，易有缺失。現(xiàn)有裝車(chē)防凍系統(tǒng)，各個(gè)分系統(tǒng)基本獨(dú)立執(zhí)行，無(wú)法有效監(jiān)控，無(wú)論溶樣配制質(zhì)量，還是噴灑應(yīng)用效果，均不能及時(shí)準(zhǔn)確把握情況，且常因某設(shè)備故障，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)，防凍系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，排查難度大，耗用時(shí)間長(zhǎng)[4]，最終影響備煤發(fā)車(chē)工作。

2.3 產(chǎn)品應(yīng)用建議

在煤炭含水率相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，按照實(shí)際含水率及天氣狀況，合理定量，科學(xué)噴灑，對(duì)煤炭企業(yè)“降本增效”具有重要意義。

(1)煤炭企業(yè)要積極選用優(yōu)質(zhì)的環(huán)境友好型產(chǎn)品，保證煤炭性能指標(biāo)符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)要求，彰顯企業(yè)社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

(2)按照《鐵路煤炭運(yùn)輸防凍作業(yè)技術(shù)條件》要求，嚴(yán)格執(zhí)行噴灑標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范作業(yè)程序，全程監(jiān)控防凍液噴灑情況，杜絕產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，確保防凍液噴灑實(shí)現(xiàn)足量、均勻、全覆蓋，保證防凍效果。

(3)加強(qiáng)防凍液配制、噴灑系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)，最大限度減少人為影響，保證產(chǎn)品配制、噴灑應(yīng)用質(zhì)量，同時(shí)定期維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備，及時(shí)整修攪拌釜攪拌不均，噴灑設(shè)備噴頭、管路堵塞，噴灑泵壓力不足等問(wèn)題，確保設(shè)備狀態(tài)良好。

(4)加強(qiáng)作業(yè)人員工作標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的培訓(xùn)工作，在遭遇寒潮天氣時(shí)，及時(shí)做好預(yù)警部署，如在滿(mǎn)足噴灑量要求的同時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)車(chē)幫、車(chē)底及煤中的均勻噴灑，有效加大防凍液噴灑量，提高防凍液噴灑質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

“極索”新型環(huán)保煤炭防凍劑的研發(fā)，在技術(shù)上填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)行業(yè)空白，通過(guò)對(duì)其實(shí)際應(yīng)用中的探究，也為后續(xù)推廣提供了全面支持。

(1)“極索”新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品，質(zhì)量?jī)?yōu)異，性能穩(wěn)定，嚴(yán)格按比例溶樣配制，可滿(mǎn)足冬季煤炭運(yùn)輸對(duì)防凍工作的高要求，有效杜絕煤炭?jī)鼋Y(jié)問(wèn)題，保證煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

(2)“極索”煤炭防凍劑產(chǎn)品，由多種高效有機(jī)、無(wú)機(jī)降凝劑，并復(fù)配黑色、有色金屬緩蝕劑而成，實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)引入氯元素，充分滿(mǎn)足了煤質(zhì)對(duì)氯含量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，減少了煤炭利用過(guò)程中的危害，有效響應(yīng)了環(huán)境保護(hù)要求，宜于推廣應(yīng)用。

(3)煤炭企業(yè)裝車(chē)防凍系統(tǒng)自動(dòng)化有待進(jìn)一步升級(jí)，選擇優(yōu)質(zhì)的新型環(huán)保煤炭防凍劑產(chǎn)品，通過(guò)精準(zhǔn)管控防凍液的配制、噴灑質(zhì)量，可有效滿(mǎn)足企業(yè)“降本增效”的要求。