CN102131587B - 固体燃料选矿并向热电厂运输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化石能源矿物的开采，并且可应用于作为热电厂的固体燃料的各种煤炭和页岩油的选矿和利用。本发明的目的是减少矿物能量生产的能量消耗，消除固体燃料的损失，减少不可逆的水消耗和保护环境。为此目的，在充填选矿废物的地方邻近的地下进行所述选矿方法，使用密度在目标组分和废石的密度之间的水性液体。通过使用非水性的挥发性液体洗涤从最终的选矿尾料中将重液体再生，在将这些尾料放置于开采区域之后通过地热随后进行干燥。将所得蒸气压缩和冷凝；将由此再生的非水性液体返回用于洗涤选矿尾料，而通过在液化非水性液体蒸气时释放的热量将洗涤产生的洗出液分离为水性和非水性组分。通过其流体将保持在可漂浮状态的富集固体燃料输送至热电厂，在热电厂中通过液压机械将其从液体组分中分离，用水洗涤，干燥并送入燃烧。使用热电厂的热力循环中工作介质冷凝时释放的热量将用水洗涤所剩余的洗出物蒸发。将其与来自热电厂输送的固体燃料的排放液混合，并将其返回所述工艺过程的起点。

Description

固体燃料选矿并向热电厂运输的方法

技术领域

本发明涉及化石能源矿物的开采和利用，并且可应用于各种煤炭和页岩油的选矿，所述煤炭和页岩油生产用作热电厂的固体燃料。 

背景技术

已知用于发电的煤炭的重力选矿方法(参见，如Mitchell，D.R.Coal Preparation，New York：American Institute of Mining，1 950；Tsiperovich M.V.Coal beneficiation in heavy media，Moscow：Metallurgizdat，1953)。 

根据该方法，通过地下矿井运输将采煤工作面上生产的石料输送至井底，然后使用矿井拉送单元将石料提升至地面，粉碎并浸入密度在化石燃料和废石的密度之间的液体介质中，在水中形成粉末磁铁矿悬浮体。由此，作为该体系中最轻的组分，固体燃料漂浮在该重介质(heavy medium)上而废石下沉。 

在从所述重介质中提取选矿产物并将磁铁矿悬浮残余物再生送至地面之后，将富集的固体燃料干燥，并通过铁路或其它运输工具将其输送至热电厂用于燃烧，而湿选矿废物或者以废物堆的形式存放在地面上，或者为了防止土地异化(alienation)和地面沉陷，将其向下返回矿井中，输送至回填处并在开采处以湿润形式放置。 

上述方法的特征是用于将废石作为部分石料从煤矿拉送至地面和用于将选矿废弃物输送至它们在开采处的放置位置中明显不实际的能量消耗，并且在通过铁路向热电厂运输大量富集固体燃料的过程中煤炭粉尘的严重环境污染，这是由于该干燥的可自由吹散材料的粉碎物被风强烈吹散。 

最接近本发明方法的是以下的固体燃料选矿方法，其包括将在真水性介质(true aqueous medium)中由碎石料组成的矿物进行分层，然后提取选矿产物，用水将它们从随附的残余物中洗出，将所得流体蒸发，并将再生的重水-盐介质返回该工艺过程的起点，其中所述真水性介质表现为部分溶于水中的矿物盐溶体，其密度在目标组分和废石的密度之间(参见如'Washing coal:Patent1724Great Britain,Cl.82')。 

但是，所述方法的特征是将由水润湿的最终尾矿排出选矿***所造成的明显不可逆的水消耗，并且为了重水/盐介质的再生而蒸发用水洗涤选矿产物的过程中形成流体中的高能耗。 

此外，(因高空气象原因)不可能在开采区域中最终尾料的邻近处地下放置蒸发设备，这使得必须将全部石料输送至地面，并因此导致用于运输该碎石(ballast)组分的主要部分中的能源过度消耗。 

同时，如已强调地，通过铁路将干燥的富集燃料从陆基选矿厂输送至发电站时伴随着其粉碎物易于被风吹散，这不仅导致所输送货物的显著损失，而且导致因燃料粉尘的严重环境污染，特别是在运输该粉尘材料的地方。 

发明内容

技术方案 

本发明的目的是减少采矿所产生的能量消耗，消除固体燃料的损失，减少不可逆的水消耗和保护自然环境免受粉尘状燃料的污染。 

通过在紧邻充填选矿废石的地方使用密度在目标组分和废石之间的水性液体，通过使用非水性的轻度挥发性液体洗涤而从最终选矿尾料再生，随后(在将它们置于开采区域之后)通过地热进行干燥，通过随后对它们压缩以冷凝废蒸气，并使用非水性液体将它们洗涤后通过在其废气液化时释放的热量将洗出物(effulent)分离为水性和非水性组分而实现该目的，其中以流体形式将保持可漂浮状态的富集固体燃料输送至热电厂，在热电厂中用水将其洗涤，干燥并进而燃烧，而使用热电厂的热力循环中工作介质冷凝时释放的热量将用水洗涤所剩余的洗出物蒸发，将其与向热电厂输送的固体燃料所剩余的液体介质混合，并将其返回该工艺过程的起点。 

两种单独矿物盐溶于水的溶液，如氯化钙、氯化锌、氯化铁、硝酸钙、氯化锑、溴化钙、溴化锌及它们的各种混合物可用作所述重的水性液体，其密度在所述石料和废石的燃料组分的密度之间。 

具有必要的流变性、热力学性质和化学性质组合的各种有机溶剂，如丙酮、乙醇、二***、溴乙烷、四氟二溴乙烷和其它无毒的挥发性有机化合物及它们的具有较低沸点温度的混合物可用作从重水/盐介质的残余物中洗涤最终选矿尾料的非水性易挥发液体。 

从与燃料发电***(complex)整体的在线运行总体相组合的产物分离再生重的水性液体的技术不仅使工作介质完整地在这样的生产回路中循环，并且还可操作性地在开采区域中设置最终选矿尾料的排放总体积。不使用任何其它适用的能量供应而保证了所述方法所达到的生态清洁性。在该情况中，不仅减少了水消耗，而且实际总体排除了在将富集的固体燃料输送至目的地的过程中的任何机械损失，并防止了它的粉碎物对环境的污染。 

由此，本发明的所有特征是有机地相互联系的，并且只有它们的整体可保证本发明目的的实现。对于科技文献上公开的该主题的所有信息的分析和由专利检索发现的形成本发明技术的工程解决方案的实质显示在本发明所述工艺方法的主要技术特征和固体燃料选矿和运输的已知方法的各特征之间没有任何方法学上的相似性。由此，本发明不仅具有新颖性，而且其必要的区别技术特征使本发明的方法具有很多技术和经济优势，由此有利地区别于固体燃料选矿和运输领域的已知工程方案。 

有益效果 

附图说明

通过连续进行以下主要操作实现所述方法： 

-将初始石料研碎至暴露组分矿物的程度； 

-在水性液体中从废石中重力分离固体燃料，所述水性液体的密度介于待分离的组分的密度之间，所述重力分离设置在开采区域中放置选矿废料的邻近处； 

-从重的水性液体中液压挤出最终选矿尾料； 

-通过非水性的易挥发液体清洗挤出的最终选矿尾料，以从它们的表面提取水相残余物； 

-将用非水性的易挥发液体浸渍的最终尾料填充至地下开采空间中，并且通过周围石料的热量将它们干燥； 

-通过压缩和冷凝由干燥材料释放的流出蒸气而使其液化，并将由此再生的非水性易挥发液体返回洗涤最终选矿尾料的回路中； 

-通过在压缩和冷凝再生的非水性易挥发液体的蒸气过程中释放的热量将洗涤最终尾料时所形成的流体分离为水性和非水性组分。 

-在所述液体的流体中将在所述水性液体中保持漂浮的富集的固体燃料输送至热电厂； 

-将输送至目的地的固体燃料液压挤出液体介质； 

-用水洗涤经脱水的固体燃料，除去所述液体介质的浸渍残余物； 

-通过热电厂的热力循环的工作介质冷凝时释放的热量蒸发固体燃料的洗涤洗出物； 

-将蒸发的洗出物与向热电厂输送的固体燃料挤出后剩余的液体介质一起返回其生产和选矿的地方。 

实施例

通过由该集成燃料和能源***的流程图(参见图1)图示说明本发明的实质。 

在滚磨机1中粉碎来自开采工作面的初始石料，在所述滚磨机中充满密度在燃料固体和废石的密度之间的水性液体，使用三产物重介质水力旋流器(three-product heavy-medium hydrocyclone)2在密闭回路中操作。 

所述水性液体是混合有氯化锌的硝酸钙水溶液，其密度为1.48g/cm³。 

离开水力旋流器2的富集的最终产物保持悬浮在其重水性介质中，并且首先漂浮至井底，并然后通过泵3及其后的陆基泵压站(未在图中示出)输送至其最终目的地-热电厂。 

从水力旋流器2的第二部分中移出在湿法粉碎的过程中未完全裂开的固体燃料与废石的固结物(concretion)，并返回滚磨机1再度粉碎。从通过外部冷却介质(其导致所述水性液体密度的增大)冷却的滚磨机的锥部除去该技术流程中提取的废石，并导向离心机4进行脱水。 

在带式真空过滤器5中，使用非水性的易挥发液体-丙酮对挤出的最终尾料进行逆流冲洗，并在地下开采点6进行填充。 

在使用该湿填充材料将地下开采点6全部填充之后，将最终尾料嵌入 其中，并将其与压缩机7的吸入口连接，其将在地热作用下从它们的表面蒸发的易挥发的非水性液体泵压出。 

将在压缩机7中压缩的有机气体导向冷凝器8，在冷凝器8中所述气体液化。将按此方法再生的易于挥发的非水性液体再返回从浸渍最终选矿尾料的水性液体相中洗出最终选矿尾料的过程。 

将表示为水-盐介质的有机液体混合物的所得洗出物导向精馏塔9进行蒸馏，精馏塔9的蒸馏部件使用提取在压缩冷凝器8中液化的有机蒸汽的压缩和冷凝的热量的热水进行加热。蒸馏结果为，该混合物被分为密度大于所述固体燃料的密度的初始水性液体和再生的非水性的易挥发有机液体，将初始水性液体返回选矿过程，将非水性的易挥发有机液体导向从浸渍选矿废料的水性液相残余物中洗出选矿废料的过程。 

对在水性液体流体中输送至热电厂的富集材料进行相似的操作，唯一不同在于用水洗涤，而不用非水性的易挥发有机液体。 

为此，首先在离心机10中将通过管道输送至目的地的固体燃料从输送其的液体介质中洗出，然后在带式真空过滤机11中以逆流模式用热水洗涤固体燃料。在带式真空过滤机11的出口处用热空气干燥固体燃料，并将其导至热电厂的锅炉中燃烧。 

在用水蒸气涡轮机的排汽加热的蒸发***12中蒸发在固体燃料洗涤后剩余的洗涤水，其表示为矿物盐混合物在水中的稀溶液，所述排汽是在热电厂中将固体燃料燃烧热转化为电能的热力循环的工作介质。因此，将蒸发***12的水蒸气产生管的内管空间中形成的冷凝液再次泵压至热电发电装置的水蒸气煮沸器，在水蒸气煮沸器中，冷凝液被再次处理为高压工作水蒸气。 

同时，将离开蒸发***12的蒸发溶液中的水蒸气(juice water steam)送至冷凝器13冷凝，在冷凝器13中，水蒸气变为冷凝液，将其再度用作用于在离心机10加压后从浸渍水-盐溶液的残余物中逆流洗出固体燃料的热洗涤水。 

将蒸发***12中蒸发至初始密度的溶液与离心机中在固体燃料脱水后剩余的离心液混合，并通过一系列转送泵14(在图中仅显示其中之一)送回固体燃料生产和选矿的地方。 

对比已知的固体燃料选矿和向热电厂运输的方法，所提出方法的使用提供了很多显著的益处。这些益处包括减少整个开采和发电工业中的能量消耗，在该情况中，其益处表现为由于没有将来自矿井的废石作为部分石料输送至地面的单一技术***，并且由于从固体燃料的生产和选矿至将其输送至热电厂用于燃烧，全部以在线工艺过程进行管理。此外，该方法不伴随燃料粉尘对自然环境中的有害作用，并且其特征是减少不可逆的水消耗。 

Claims (2)

1.固体燃料选矿和输送至热电厂的方法，其包括以下步骤：

-使用重的水性液体将构成石料的矿物分离为固体燃料，所述重的水性液体为两种单独矿物盐溶于水的溶液，所述矿物盐选自氯化钙、氯化锌、氯化铁、硝酸钙、氯化锑、溴化钙和溴化锌，

-将来自所述分离步骤的最终选矿尾料填入开采区域中，

-随后从最终选矿尾料中再生所述重的水性液体并将所述重的水性液体返回到所述分离步骤再利用，其中从最终选矿尾料中再生所述重的水性液体包括：

-使用非水性的液体洗涤最终选矿尾料，所述非水性的液体选自丙酮、乙醇、二***、溴乙烷和四氟二溴乙烷，

-用地热源干燥所述最终选矿尾料，

-将与固体燃料分离的所述非水性的液体的蒸气液化，

-利用通过液化所述非水液体所释放的热，将洗涤所述最终选矿尾料之后剩余的流出物蒸馏成水性组分和非水性组分，

-将所述重的水性液体和在所述重的水性液体中漂浮的固体燃料在所述液体的流体中，输送至热电厂，

-将重的水性液体从所述固体燃料残余物挤出，

-用水洗涤固体燃料残余物，并将固体燃料残余物送入燃烧过程，

-使用通过冷凝热电厂的热力循环的工作介质释放的热量蒸发洗涤固体燃料残余物后剩余的洗出物，

-将洗涤固体燃料残余物后剩余的洗出物与从固体燃料残余物挤出的重的水性液体组合形成混合物，并将所述混合物返回以在所述分离步骤中再利用。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用混合有硝酸钙和氯化锌的溶液作为所述重的水性液体，所述溶液的密度在所述固体燃料和废石的密度之间，并且使用丙酮作为所述非水性的液体。