选煤工艺

郭喜民1、煤质2、选煤工艺几个基本概念选煤：选煤是利用煤炭与其他矿物质的不同物理、物理—化学性质，除去原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同用户的要求。几个基本概念工艺：工艺是劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行增值加工或处理，最终使之成为制成品的方法与过程。几个基本概念选煤工艺：即选煤方法，是将原煤加工成满足用户需求的产品的方法与过程。几个基本概念煤质：是煤炭质量的简称，是衡量煤质好坏的标准。第一节煤炭质量一、煤的形成二、煤的组成和性质三、煤的工艺性能一、煤的形成煤是由植物在湖泊、沼泽地带埋没在水底、泥沙中，经过漫长的地质年代和地壳运动在隔绝空气的情况下，在细菌、高温、高压的作用下，经过生物、物理、化学作用，逐步演变而成的。距现在约2.5亿年以前，地球上水陆纵横，沼泽密布，气候温和湿润，很适合植物的生长，到处是茂密的植物群。植物死后，遗骸堆积在充满水的沼泽中，由于地壳变动，沉积地带逐渐下降，泥沙不断冲积，植物遗骸一层一层地埋在地层中，在缺氧的条件下，受厌氧细菌的作用，发生复杂的生物化学、物理化学变化，逐渐变成腐泥和泥炭。这是成煤过程的第一阶段—泥炭化阶段。成煤过程的第二阶段是变质阶段，也叫煤化阶段，也就是从腐泥、泥炭转化成煤。由于地壳下沉和变动及其他原因，已生成的腐泥、泥炭被埋在地表深处，在温度、压力作用下，随着时间的推移，逐渐失去氧、氮和氢，相对地增加了碳含量和硬度，变成了最年轻的煤—褐煤。随着地壳的继续下沉，温度和压力继续上升，煤层的煤质继续发生变化，煤化过程进一步加深，褐煤逐步变成烟煤，最后变成无烟煤。根据煤的形成过程，煤可以分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤4大类。不同煤化程度的煤炭特征二、煤的组成和性质由于成煤的原生物质和成煤的地质地理条件不同，不同地区各种煤的组成和性质有很大的差异。煤是不均质的混合物，由有机物质和无机物质两部分组成，主要是有机物质。有机物质，可以燃烧，所以也叫可燃体。无机物质主要是各种矿物杂质，通常不能燃烧。煤的性质分为物理性质、化学组成、工艺性能和燃烧性能等。煤的物理性质包括煤岩组成、颜色、光泽、密度、硬度、导电性、导热性、耐热性、磁性、粒度组成、泥化程度等。煤的化学组成包括元素组成和工业分析1、煤的元素组成煤是由植物遗体转变而成的有机矿物，其元素组成十分复杂。它主要是由碳、氢、氧、氮、硫、磷,6种元素组成，还含有少量的氟、氯、砷、硼、铅、汞等元素及微量的锗、镓、钒、铀等稀有元素。碳和氢是煤中的主要成分，在燃烧时能放出大量的热量。一般来说，煤中有机物质的元素随着煤化程度而有规律地变化。煤化程度越高，碳的含量越高，而氢和氧的含量越低。氮在煤中的含量不高，一般在2%以下。煤中的氮在燃烧时形成氮的氧化物N0X等有害气体，污染大气。煤中的硫分为有机硫和无机硫。有机硫是在成煤过程中与有机物一起进入煤中的。无机硫又分为硫化铁（黄铁矿）硫和硫酸盐硫。硫是煤中的有害杂质。根据煤中硫的含量，把煤分为6个等级。煤中的硫在燃烧时形成SO2，污染大气。SO2在光和热的作用下形成酸雨，腐蚀金属、设备，危害植物生长，降到江河湖泊影响水中动植物生长。我国每年因酸雨造成的经济损失十分惊人。硫分在炼焦过程中转移到焦炭中，焦炭中的硫在炼铁中又转移到铁中，使铁变脆。因此，硫分是评价煤质的重要指标。氟、氯、磷、砷、铅及稀有元素等在煤中都是有害元素，在燃烧或炼焦过程中，有的会腐蚀炉壁和管道，有的会增加产品的毒性，有的会影响产品质量。煤按硫分分级标准2煤的工业分析为了了解煤炭质量，判断煤的种类和加工利用途径，需要对煤进行工业分析，包括测定煤的水分、灰分、挥发分和固定碳4项。根据煤的水分和灰分可以大致了解煤中有机物质或可燃物的百分含量，如煤的水分和灰分高，则有机质含量就少，因而发热量低、经济价值小；从煤的挥发分可以大致了解到煤中有机物质的性质、煤化程度的高低、粘结性的强弱和发热量的高低。从煤的固定碳含量可以大致判断其煤化程度，评价其经济价值。1)水分煤的水分是指单位质量的煤中水的含量（内在水分和外在水分）。煤的水分有内在水分和外在水分两种。外在水分是指在开采、运输、洗选过程中附着在煤颗粒表面和裂缝中的水；内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水。外在水分可以借助机械方法脱除；内在水分只有热力干燥才能脱出。煤的水分是评价煤炭经济价值的基本指标。煤的内在水分与煤的煤化程度和内部表面积有关，一般来说变质程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高，经济价值越低。煤的水分对其贮存、运输、加工和利用均有影响。在贮存时，水分能加速煤的风化、碎裂、自燃；在运输中，会增加运输量，加大运费，并会增加装车、卸车的困难。在西北、东北、华北等寒冷地区，水分大的煤在长途运输中会冻结，给卸车造成极大困难。煤的水分在燃烧时要消耗一定的热量，在炼焦时要延长结焦时间，而且影响焦炉的寿命。煤炭全水分分级标准2)灰分煤的灰分是指煤完全燃烧后残留物的产率（内在灰分分和外在灰分）。内在灰分是指煤在成煤过程中混入的矿物杂质，外在灰分是指煤在开采、运输、贮存过程中混入的矿物杂质，即矸石，它可以通过洗选方法除去。煤的灰分是衡量煤炭质量的一个重要指标，灰分越高，质量就越差，发热量越低。煤的灰分对煤的加工利用有不利影响。外在灰分越高，在洗选时排除的矸石量越大。内在灰分越高，煤就越难选。煤的灰分高，会增加运输量和运费。在燃烧时，灰分越高，热效率越低，而且会增加烟尘排放量和炉渣量，加剧燃煤对大气的污染。炼焦时，精煤灰分越高，焦炭的灰分就越高，炼铁的焦比就增加，高炉利用系数就降低，产铁量减少。煤炭灰分分级标准3)挥发分煤的挥发分是指煤在与空气隔绝的容器中在一定高温下加热一定时间后，从煤中分解出来的液体（蒸气状态）和气体减去其水分后的产物。它是评价煤炭质量的重要指标和进行煤的分类的重要依据。煤的挥发分越高，煤的煤化程度越低，在燃烧中越容易点燃。煤炭干燥无灰基挥发分分级标准4)固定碳煤的固定碳是指煤在隔绝空气的条件下有机物质高温分解后剩下的残余物质减去其灰分后的产物，主要成分是碳元素。根据固定碳含量可以判断煤的煤化程度，进行煤的分类。固定碳含量越高，挥发分越低，煤化程度越高。固定碳含量高，煤的发热量也越高。煤炭固定碳分级标准3、煤的工艺性能煤的工艺性能包括煤的粘结性、发热量、化学活性、热稳定性、可磨性、成浆性等1）煤的粘结性煤的粘结性是指煤粒在隔绝空气的条件下加热到一定温度后，能够熔融、粘结成焦块的性能。煤的粘结性能受煤的煤化程度、煤岩组成、氧化程度、灰分等多种因素影响。煤化程度最高和最低的煤一般都没有粘结性。2）煤的发热量煤的发热量煤的发热量也是煤质的一个重要指标。它指每单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量，MJ/Kg表示。发热量与煤化程度呈规律性的变化，一般煤化程度越高，煤的发热量越高。煤炭发热量分级标准三、煤的分类和用途为了合理地开发和利用煤炭资源，必须对煤炭进行科学系统地分类。世界各国对煤炭的分类采用不同的标准。我国国家标准GB5751-1986《中国煤炭分类》是以煤化程度及工艺性能作为分类的标准，将煤炭分为无烟煤、烟煤和褐煤,3大类。不同牌号的煤有不同的性质和不同的用途。现分述如下。泥炭泥炭含碳量低，只有50%-60%,，水分很大，挥发分高，固定碳少，没有粘结性，发热量低，化学活性大，而热稳定性差，机械强度较低，多用作民用和工业燃料。泥炭经热化学加工可以制取煤气和化学产品，其中的腐植酸可加工成植物生长促进剂和肥料。1、褐煤是煤化度最低的矿产煤，其特点是水分大，孔隙度大，挥发分高，不粘结，热值低，含有不同数量的腐植酸。氧含量高到15-30%左右，化学反应性强，热稳定性差。块煤加热时破碎严重，存放在空气中很易风化变质，碎裂成小块甚至呈粉末状，使热值更加降低。灰熔融性也普遍较低，煤灰中常含有较多的钙盐，其中有的来自腐植酸钙（属金属有机化合物），也有来自碳酸钙和硅酸钙的。褐煤主要用作发电燃料，粒度6-50mm的混块煤可用于加压气化制造燃料气和合成气。晚第三纪褐煤中有不少可作为提取褐煤蜡的原料，但侏罗纪褐煤的褐煤蜡低而只可作为燃料或加氢液化原料。年轻褐煤也适于作腐植酸铵等有机肥料，用于农田和果园，能起增产作用。内蒙古的平庄、霍林河以及云南小龙潭等矿区是我国的典型褐煤产区。2、长焰煤是变质程度最低的高挥发分非炼焦烟煤，其煤化程度仅稍高于褐煤而低于其他各类烟煤。煤的燃点低，纯煤热值也不高。从无粘结性到弱粘结性的均有，有的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。有的长焰煤加热时能产生一定数量的胶质体，也能结成细小的长条形焦炭，但焦炭强度差，粉焦率高。所以长焰煤一般不用于炼焦，多作为电厂、机车燃料以及工业炉窑燃料，也可作气化用煤。辽宁省的阜新、铁法和内蒙古的准格尔等矿区是我国最大的长焰煤基地。3、不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当程度氧化作用的从低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。焦化时不产生胶质体。煤的水分大，纯煤发热量仅高于一般褐煤而低于所有烟煤，有的还含有一定数量的再生腐植酸。煤中含氧量多在10-15%左右。主要可作为发电和气化用煤，也可作为动力及民用燃料，但由于这类煤的灰熔融性低，最好与其他煤类配合燃烧，可充分利用其低灰、低硫、收到基低位发热量较高的优点。东胜、神府矿区和靖远、哈密等矿区都是典型的不粘煤产地。4、弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。隔绝空气加热时产生的胶质体少。炼焦时有的能结成强度差的小块焦，有的只有少部分能凝结成碎屑焦，粉焦率很高。这种煤的成因也较特殊，在煤岩组分中有较高的丝质体及半丝质体成分，且多形成于中生代的早、中侏罗纪时期。一般适用于气化及动力燃料。山西大同是典型的弱粘煤矿区。5、1/2中粘煤相当于原分类中的一部分1号肥焦煤和1号肥气煤以及粘结性较好的一些弱粘煤，因而它也是一种过渡煤。但这类煤的储量和产量都不多。它是一类挥发分变化范围较宽、中等结焦性的炼焦煤。其中有一部分煤在单煤炼焦时能结成一定强度的焦炭，故可作为配煤炼焦的原料。但单独炼焦时的焦炭强度差，粉焦率高。故主要可作为气化或动力用煤。我国目前尚未发现单独生产1/2中粘煤的矿井。6、气煤是一种变质程度较低，挥发分较高的炼焦煤，结焦性较强，加热时能产生较高的煤气和较多的焦油。胶质体的热稳定性较差，也能单独结焦。但焦炭的抗碎强度和耐磨强度多低于其他炼焦用煤牌号。焦炭多呈细长条而易碎，并有较多的纵裂纹。一般在配煤炼焦时多配入气煤后可增多煤气和化学产品的收率。有的气煤也可单独高温干馏来制造城市煤气。抚顺老虎台、山西平朔等矿是典型的气煤。7、气肥煤是一种挥发分和胶质体厚度都很高的强粘结性炼焦煤。有人称之为液肥煤。结焦性高于气煤而低于肥煤，胶质体虽多但较稀薄（即胶质体的粘稠度小）。单独炼焦时能产生大量的煤气和液体化学产品。它最适合于高温干馏制造城市煤气，也可用于配煤炼焦以增加化学产品的收率。这类煤的成因特殊，煤岩成分中以树皮质等壳质组分较多，且多形成于晚二叠世乐平统煤系。江西乐平和浙江长广煤田是我国产典型气肥煤的矿区。8、1/3焦煤是中等偏高挥发分的较强粘结性炼焦煤，相当于原“中国煤（以炼焦煤为主）分类方案”中的2号肥气煤及部分2号肥焦煤，也有少量粘结性较好的1号肥气煤和1号肥焦煤。所以它实质上是一种介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤。在单煤炼焦时能生成熔融性良好，强度较高的焦炭。焦炭的抗碎强度接近肥煤，耐磨强度则又明显地高于气肥煤和气煤。因此它既能单煤炼焦供中型高炉使用，也是良好的配煤炼焦的基础煤。在炼焦时其配入量可在较宽范围内波动而能获得高强度的焦炭。淮南、永荣等矿区以产1/3焦煤为主。9、肥煤是中等挥发分及中高挥发分的强粘结性炼焦煤，其挥发分的质量分数多在25-35%,左右。加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度高的焦炭，耐磨强度比相同挥发分的焦煤炼出的焦炭还好。是配煤炼焦中的基础煤。但单独炼焦时焦炭有较多的横裂纹，焦根部分常有蜂焦。我国的开滦、盘江是生产肥煤的主要矿区。10、焦煤是一种结焦性较强的炼焦煤，挥发分一般在16-28%之间。