洁净煤生产技术

洁净煤生产技术煤炭的性质及其分类我国煤炭资源及其利用情况的现状洁净煤技术及其洁净煤的生产国内、外洁净煤生产技术现状一体化煤炭提质设备的原理及结构简介几种常见的机械传动方式几种常见工业物理量的控制方法煤炭提质设备设备的操作要领和常见故障的判断及紧急处置煤炭的性质及其分类一、煤炭的性质1.煤炭的成因（是一个漫长而复杂的物理、化学过程）：（1）泥炭化作用（高等植物遗体堆积—菌解生物化学作用—泥煤）（2）成岩作用（地形变化—沉积物覆盖—压密、脱水、胶结—物理、化学变化—褐煤）（3）变质作用（地壳运动—煤层顶板增厚—地压、地温升高—物理、化学变化—烟煤、无烟煤）2.煤炭的组成煤炭是由多种结构形式的有机物（或称煤素质），与少量种类不同的无机物（或称矿物质）组成的混合物。煤的组成通常指煤的岩相组成（由各种类型的煤岩组成，每种类型的煤岩又由各种煤素质构成），和化学组成（煤中有机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素。它们以结构十分复杂的大分子形式存在。无机质元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等，它们以蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物形式存在，还有黄铁矿、方解石、白云石、石英石等）。3.煤炭的性质（1）煤炭的物理性质煤炭的密度、表面性质（湿润性、表面积、孔隙度）、光学性质(折射率、反射率)、电性质（电导率、介电常数）、磁性质、热性质（比热容、热导率、热稳定性）和机械性质（硬质、脆度、可磨性）。（2）煤的化学性质是指煤与各种化学试剂在一定条件下发生化学反应的性质，以及煤用不同溶剂萃取的性质。（3）煤的工艺性质粘结性、结焦性、发热量、反应性、热稳定性、焦油产率、可选性、灰熔点和熔融灰的粘度。二、煤炭的分类1.按成煤原生物质的不同分类，可分为腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤和残植煤等。2.按煤炭的商业供应状态不同分类，可分为原煤（从矿井开采出没有经过加工的煤）、筛选煤（经过筛分加工，去除部分煤矸石，并根据煤的粒径大小分为大块煤、中块煤、小块煤和粉煤的煤）、洗选煤（经过水洗加工，除去煤中大部分矿物杂质的煤。根据洗选后煤的灰分的不同，可分为洗精煤、洗中煤、煤泥、洗矸石）等。3.按煤炭的用途不同分类，可分为动力煤（直接燃烧用煤，可分为发电、锅炉、建材、生活、冶金动力用煤等），炼焦煤（工业焦炭、半焦等）、其他工业原料煤（制药、制气、制油、制化工原料等）。4.按煤炭生成年代和煤炭的物理、化学性质不同分类（最常用分类方法，83年联合国煤炭委员会制定国际煤分类方法），将煤分为低煤化度（褐煤）、中等煤化度（烟煤）、高煤化度（无烟煤）三类。（1）褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤。（2）烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。（3）无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度。5.标准煤的概念：煤炭的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同（表4-15）。单位重量燃料在燃烧时放出的热量称为发热量，人为规定以每公斤发热量7000千卡的煤作为标准煤（标煤），并以此标准折算耗煤量。.我国煤炭资源及其利用情况的现状一、我国煤炭资源基本状况1.世界煤炭已探明储量98,445亿吨，按目前消费水平计算可开采200年；58%在亚洲，30%在北美洲；2.我国已探明煤炭储量煤炭储量12,400亿吨，占世界储量的12.6%；我国能源类矿产资源中煤炭储量最大；3.我国能源结构中，煤炭占89.3%、原油占3.5%、天然气占1.3%、水能占5.9%；煤炭在我国国民经济中，具有无可取代的位置；4.我国煤炭资源的特点：（1）储量丰富但分布不均。我国煤炭资源储量主要集中在华北地区占49%和西北地区29.98%；其中晋、蒙、陕、疆、宁五省煤炭储量约占国内储量75%～80%；（2）煤种齐全但储量不均衡。从低变质的泥炭、褐煤到高变质的无烟煤均有储存；其储量中烟煤占75%、褐煤占13%、无烟煤占12%；其中可用于动力燃料煤的煤种占50%，炼焦用煤占20%，但炼焦煤中的主煤种肥煤和瘦煤却为短缺煤种；（3）煤质较好。已探明煤炭储量中灰分≤10%特低灰煤约占20%，含硫≤1%的低硫煤约占65%含硫量1~2%的约占15~20%，含硫量≥2%的约占10~20%；（4）价格相对低廉。相对相同热值的煤炭，国际石油、天然气的价格分别是煤炭的2~3倍。相对石油、天然气，煤炭的可获得性更好，资源相对更加丰富；二、我国煤炭的市场需求和生产情况预测1.2002年，在我国一次能源产品的生产总量中，煤炭占70.7%（13.8亿吨）；石油占17.2%（2.39亿吨标煤）；天然气占3.2%（0.44亿吨标煤）；水力占8.9%（1.24亿吨标煤）。煤炭在我国一次能源产品生产中的地位举足轻重。2.未来50年，煤炭仍将是我国能源产品的主要来源。预计，今后50年内，煤炭在能源产品生产总量中所占比例仍将维持在50%以上。。01020304050607080煤炭石油天然气水力未来50年我国一次能源需求及构成状况（亿吨）年份2010年2030年2050年燃料能源消费量所占百分比能源消费量所占百分比能源消费量所占百分比煤炭13.6266.7222.7766.7834.9466.13石油3.0014.703.9511.575.9811.13天然气1.004.902.417.074.929.30核能1.045.082.116.183.446.51水力能1.577.702.447.172.975.62新能源0.180.900.421.230.691.31合计20.4110034.0910052.83100三、我国煤炭能源生产消费中面临的问题1.煤炭能源相对短缺已成为伴随我国经济社会发展的长期问题。（1）2000年后，我国能源需求的增长首次超过GDP增长；2003年后，出现煤炭、石油、电力同时紧缺局面；（2）我国已从石油出口国成为石油净进口国；煤炭与石油需求呈现同步快速增长趋势；（3）2002年我国原煤产量始居世界第一，发电量世界第二，但人均水平不足世界人均水平的1/2；2.煤炭能源利用率低下（1）1980年万元GDP能耗7.89吨标煤，2002年下降到2.63吨标煤，但仍比世界平均水平高出130%。2009年我国每万元GDP耗水量比国际水平高5倍，总能耗量是世界平均水平的3倍、美国的4倍、德国或法国的8倍、日本的12倍。（2）建国60年来，我国GDP增长了10多倍，而矿产资源的消耗却同比增长了40多倍。能源总效率仅为10%，不足发达国家1/2。（3）煤炭能源生产利用的效率低下，其中开采仅为32%、中间环节（加工、转换、储运）为70%、终端利用41%。煤炭能源的总效率仅为6%，煤炭产品的94%实际是被人为损失浪费了。3.煤炭能源产品生产消费造成的环境污染严重（1）由于传统的高消耗增长方式，向自然过度索取导致自然生态恶化、自然灾害增多。环境污染严重，给人类的健康带来了极大的损害。（2）我国煤炭产品的燃烧排放是造成环境污染的罪魁祸首。据统计我国煤炭产量的60%以上是用于燃烧，四种主要排放物严重污染环境：二氧化硫SO2、二氧化碳CO2、颗粒物、碳氢化合物（烃）。仅以酸雨为例，09年我国华中地区平均降水的pH值4，酸雨频率高达40%。目前我国年平均降水pH值5.6的区域已占我国国土面积的40%以上，形势非常严峻。二氧化碳是引起全球气候变暖的主要温室气体，我国二氧化碳排放量已经超越美国位居世界第一位，今后必将面临越来越大的国际压力。（3）煤炭资源的开发和加工利用对环境压力将越来越大，与日趋严格的环保标准的矛盾也会更加突出。（4）今后15年乃至更长时期，我国的人口压力、生态环境恶化及经济发展与资源短缺的尖锐矛盾必将更加突出，成为妨碍我国经济发展和实现全面小康社会的主要制约因素。四、我国今后十五年的能源战略1.世界经济发展规律表明，当一国人均GDP处于3000～5000美元的发展阶段时，也是对应人口、资源、环境等“瓶颈”约束最严重时期。我国目前正处于这一时期。按照现在的增长方式，经济总量不断增加，能源及其矿石资源的消耗也将随之大幅增长。2.我国资源国情是“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”，但我国并不是资源富国，人均资源拥有量很低，只有百倍重视可持续发展，推进低碳经济、发展循环经济，才能走出一条适合中国的新型工业化道路。（3）《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-202年）》指出，我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理；能源利用效率低；一次能源消费以煤为主，化石能的大量消费造成严重的环境污染。今后15年，如何满足持续快速增长的能源需求和实现能源的清洁高效利用，是对能源科技发展提出的重大挑战。（4）要优化能源结构，推进节能减排，鼓励高科低碳。由于煤电在我国电力行业中将长期居于主导地位，因此，发展洁净煤技术将是我国能源发展的战略选择。洁净煤技术及洁净煤的生产一、洁净煤技术（CCT-CleanCoalTechnology)“洁净煤技术”一词来源于美国。是指煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利用率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术的总称。洁净煤技术将煤炭利用的经济效益、社会效益与环保效益结合为一体，成为能源工业中，国际高新技术竞争的重要领域。“洁净煤”是指相对未经过加工的原煤燃烧更好、转化效率更高、造成环境污染更少的煤炭产品。1.洁净煤技术的主要范围（1）煤炭的洗选、加工：煤炭分选（脱矸石、脱硫铁矿），脱水处理，型煤加工，煤粉加工、水煤浆加工；（2）煤炭的转化：煤炭的气化（煤制煤气CO、煤制天然SNG）煤炭的液化(煤制油CTL、煤制烯烃MTO/MTP、煤制二乙醇CTG等）（3）煤炭的先进燃烧技术：常压循环流化床、加压流化床、整体煤气化联合循环、高效低污染燃烧器等（4）煤炭的烟气净化技术：烟气除尘、烟气脱硫SO2、脱氮NO22.煤炭的分选与原料煤的直接提质（1）与煤炭品质相关的主要技术指标：a.全水份（wr)；%：单位重量煤炭内、外部所含的全部水份叫全水份。全水=表面水(外水30～40%)+吸收水(内水40～60%)+化合水（3～6%）b.灰份（Ar)；%：单位重量煤炭在特定条件下完全燃烧后的固态残留物质叫灰份。灰份=内在灰份(原生矿物质的次生矿物质)+外在灰份(外来矿物质)c.挥发份（Vdal)；%：单位重量的煤炭中的有机物受热分解后，析出的部分气态和蒸汽产物，简称挥发份。d.固定碳（Cr)；%：单位重量煤炭除去水份、灰份、挥发份后的残留物，叫做固定碳。Cr=100%-(Wr+Ar=Vdal)e.氢（Hr)；%：f.氧（Or)；%：g.氮（Nr)；%：h.硫（Sr)；%：i.发热量（Q）；Kj/kg;Kcal/kg:单位重量的煤完全燃烧时放出的热量，称为该煤炭的发热量。按照试验煤品发热量的试验和计算方法不同，煤炭的发热量可分为干基高位发热量和应用基低位发热量两种。（2）干基高位发热量与应用基低位发热量的区别煤炭在燃烧时，水分要蒸发为水蒸汽，氢燃烧后也会生成蒸汽。在确定煤炭的发热量时，如果把烟气中水蒸汽的汽化潜热也计算在内，称为干基高位发热量，用符号Qgr,ar表示。如果汽化潜热不计算在内，则称为应用基低位发热量，用符号Qnet,ar表示。干基高位发热量与应用基低位发热量的计算关系为：Qgr,ar–Qnet,ar=25.1(9Har×6War)(kJ/kg)煤炭发热量可直接用测热计测出，也可根据其元素分析成分用以下经验公式计算：Qnet,ar=339Car×1030Har