2-第二章---选煤---洁净煤技术

第二章选煤主要内容：①选煤基础知识②国内外选煤发展的历史和现状③跳汰选煤技术④重介质选煤技术⑤浮游选煤技术⑥选煤技术的重要性及发展趋势毛煤：煤矿生产出来未经任何加工处理的煤；原煤：从毛煤中选出的规定粒度的矸石以后的煤；精煤：煤经精选后生产出来的符合质量要求的产品；中煤：煤经精选后的热值、灰分介于精煤和矸石之间的产品；煤泥：煤经洗选后粒度在0.5mm以下的产品；矸石：采掘过程中从顶、底板或煤层混入煤中的岩石。第一节选煤基础知识1.冶金焦炭用煤2.化肥造气用煤3.蒸汽机车用煤4.高炉喷吹用煤5.电厂用煤6.民用煤不同用途的煤炭不同的用途对矿井直接采出煤的粒度、灰分、煤种等的要求亦有差别，所以煤炭在利用之前需要经过选煤这一工序。选煤定义利用煤炭与其它矿物质的不同物理、化学性质，在选煤厂内用各种方法除去原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同用户要求的过程。煤中杂质内在杂质外在杂质采煤过程中混入次生杂质（成煤过程中混入）原生杂质（成煤植物本身）选煤目的除去煤中杂质，降低灰分，提高煤炭质量，适应用户要求；把煤炭分成不同质量、规格的产品，供应用户需要的产品，以便有效地、合理地利用煤炭，节约用煤；去除煤中矸石，减少无效运输，同时为综合利用煤矸石创造条件；除煤中黄铁矿，减少燃煤对大气的污染，同时为回收硫提供条件。物理选煤－－根据物料颗粒的某种物理性质（如粒度、密度、形状、硬度、颜色、光泽、磁性及电性等）的差别，采用物理方法来实现对原煤的加工处理。物理化学选煤－－即浮游选煤（简称浮选），根据矿物表面物理化学性质的差别进行分选的方法。化学选煤－－借助化学反应使煤中有用成分富集或除去杂质和有害成分的工艺过程。微生物选煤－－应用微生物脱除煤中的有害成分硫。分类（按选煤方法）选煤过程选前准备作业分选作业产品处理作业破碎机械筛分机械分选机械脱水机械选煤机械选煤厂种类按用户不同分类：炼焦煤选煤厂、动力煤选煤厂或两者兼有的选煤厂；按选煤厂处理能力分为三类：大型、中型和小型。大型——处理能力≥100万吨/年中型——处理能力30万吨～100万吨/年小型——处理能力＜30万吨/年按选煤厂的位置及其与煤矿的关系矿井型选煤厂群矿型选煤厂矿区型选煤厂用户型选煤厂中心选煤厂神华集团公司上湾选煤厂S世界最大的选煤厂之一--平朔安家岭选煤厂安家岭露天煤矿选煤厂位于山西省朔州市，隶属于平朔煤炭工业公司，2001年底投产。设计处理能力4250t/h，年处理原煤17.80Mt；按6000h/a实际工作时间计算，实际处理能力可达25.50Mt。第二节国内外选煤发展的历史和现状18世纪产业革命以后，伴随着机械选矿同步发展起来，初期的选煤设备有：上升水流洗选煤机及间歇工作的洗煤槽。1830~1840年在德国哈兹矿：机械传动的活塞跳汰机。19世纪末20世纪初：里欧选煤槽。1892年第一台以压缩空气驱动的无活塞跳汰机：鲍姆式跳汰机。1858年重介质选煤法，1917年水砂悬浮液选煤法，1926年稳定悬浮液重介质选煤法。1940年水力漩流器。1860年全油浮选法，1905年溶气浮选法，1910年浮选机。美国近年来大力开发先进的物理和物理化学选煤技术，包括微磁铁矿粉重介质漩流器、高压静电选煤、摩擦景点选煤、高梯度磁选法脱硫、液态二氧化碳选煤法、微泡浮选柱、油团选和选择性絮凝等。化学选煤方面，美国的TRW-Gravimelt碱熔融法，澳大利亚CSIRO苛性碱熔融法。70年代以来，发展的微生物脱硫目前还处于实验室研究阶段。我国选煤存在的问题与发展前景我国选煤工业水平与世界选煤工业水平差距的主要表现：入选比例少。主要原因对煤炭质量关注不够；精煤质量差。原因是原煤可选性差，选煤厂装备落后；环保问题多。主要是重视不够；设备材质次。原因是整体工业水平不高；劳动效率低，自动化水平不高。S剧烈的国际竞争促使我国选煤行业取得了前所未有的发展。选煤厂数目正不断增加，入选比例迅速提高，产品质量逐年提高，先进设备和自动化得到广泛的推广。概念跳汰选煤是在垂直升降的变速介质流中按矿粒密度进行分选的过程。第三节跳汰选煤技术跳汰选煤仍是全世界主要选煤工艺（世界50%，我国70%）图2—5—1矿粒在跳汰时的分层过程a-分层前颗粒混杂堆积；b-上升水流将床层托起；c-颗粒在水流中沉降分层；d-水流下降，床层密集，重矿物进入底层扬场淘米活塞跳汰机工作原理图跳汰是各种密度、粒度及形状的物料在不断变化的流体作用下的运动过程，迄今为止所有有关跳汰分层机理的观点（动力学观点、静力学观点）都只能反映跳汰过程的某个侧面，不能全面地描述在跳汰过程中矿粒的分层实质。以水作分选介质的叫水力跳汰；以空气作分选介质的叫风力跳汰；以重悬浮液作分选介质的叫重介跳汰。跳汰洗煤设备利用跳汰分选原理将入选原煤按密度大小分选为精煤、中煤和矸石等产品的设备。选煤用跳汰设备类型繁多，根据结构和水流运动方式为：活塞跳汰机隔膜跳汰机空气室跳汰机动筛跳汰机目前应用最广泛的是空气室跳汰机，其次是动筛跳汰机。图2—5—23LTG-15筛侧空气室跳汰机（左式）图2—5—23LTG-15筛侧空气室跳汰机（左式）入料矸石中煤精煤气气气气气水水要求入料性质(密度及粒度组成)的波动应尽量小、给料速度应均匀，以保持床层稳定。跳汰频率和跳汰振幅风水联合作用风阀周期特性床层状态重产物的排放跳汰机的操作工艺及影响因素1跳汰频率和跳汰振幅跳汰频率和振幅的选取与给料粒度和床层厚度有关，粒度大、床层厚，则要求有较大的水流振幅、相应的频率应小些，以使上升水流有足够的作用力抬起床层，使煤和矸石置换位置有足够的空间和时间。频率只能通过改变风阀的转数来调节，振幅可通过改变风压、风量和风阀的进、排气孔面积等加以调节。2风水联合作用风水联合作用直接影响床层的松散状况。跳汰室第一段风量要比第二段大，各段各分室的风量自入料到溢流堰依次减小，但有时为加强第二段中间分室的吸啜作用、强化细粒中煤的透筛过程，其风量可适当加大。跳汰机用水包括顶水和冲水，冲水的用量占总水量的20％～30％。为了减小矸石中粉煤的损失，排矸口的水量可适当调大。3风阀周期特性脉动水流特性主要决定于风阀周期特性。应根据入料性质合理地调节其周期特性，使脉动水流有利于按密度分层的过渡阶段。周期特性的选择应保证床层在上升后期维持充分松散的条件下，尽量缩短进气期，延长膨胀期，使之有足够排气期。4床层状态床层状态主要指床层松散及厚薄，决定入料按密度分层的效果。提高床层松散度可以提高分层速度，但同时增加了入料的粒度和形状对分层的影响，不利于按密度分层。床层过厚时，在风压和风量不足的情况下，不能达到要求的松散度；过薄时，吸啜作用过强，精煤透筛损失增加、床层不稳定。5重产物的排放重产物的排放速度应与床层分层速度、床层水平移动速度相适应。如果重产物排放不及时，将产生堆积、污染精煤、影响精煤质量；如果重产物排放太快，将出现矸石层或中煤层过薄，使整个床层不稳定，从而破坏分层，增加精煤损失。重介质选煤是用密度介于煤和矸石（或中煤）之间的液体作为介质实现分选的一种重力选煤方法。密度低于介质的精煤漂浮，而密度高于介质的矸石（或中煤）下沉，然后分别收集，归于不同的产品，从而实现原煤的分选。基本概念第四节重介质选煤技术重介质选煤基本原理阿基米德原理，即浸没在液体中的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的重量。在静止的悬浮液中，作用在颗粒上的力有重力G和浮力Ff。因此，悬浮液中的颗粒所受到的作用力F为：)(VggVgVFgVFgVGFGFff上式中V-颗粒体积（m3）δ-颗粒密度（kg/m3）ρ-悬浮液密度（kg/m3）g-重力加速度（m/s2）根据上述公式，当δ＞ρ，颗粒下沉；当δ＜ρ，颗粒上浮；当δ＝ρ，颗粒悬浮。在重介质选煤过程中，悬浮液中的颗粒还受到悬浮液流体的阻力作用，包括粘性阻力和流体阻力。大颗粒物料（大于6mm）在重介质悬浮液中运动时，主要受流体阻力的影响，粘性阻力的影响很小。通常，颗粒越大，介质粘度越小时，颗粒在重介质悬浮液中运动时受到的阻力影响就越小。因此，颗粒的粒度越大，分选速度越快，效率越高。注意重介质选煤优缺点优点1.分选效率高；2.可高效率地分选难选煤和极难选煤，适应性强；3.分选密度调节范围宽；4.处理能力大；5.生产过程易于实现自动化。缺点1.增加加重质回收系统，消耗加重质；2.设备磨损和维护量加大。1.分选易选至极难选煤；2.再选跳汰机的中煤和精煤；3.与其它选煤方法组建联合的流程；4.分选需要高度解离的原料，如夹矸煤含量大或破碎后可解离出黄铁矿的原煤；5.低密度分选超低灰精煤。重介质选煤应用范围定义由高密度的固体微粒（加重质）在水中形成悬浮状态的混合液。重介质悬浮液加重质为高密度固体微粒，起加大介质密度的作用。加重质的选择1.选择加重质时，应注意其粒度和密度的综合要求，既要达到重悬浮液的分选密度及重悬浮液的稳定性，又要保证较好的流动性。其次，要无毒、无腐蚀性、不污染精煤、价廉、来源广、易回收。2.选煤用的加重质有砂、硅铁、磁铁矿等，选煤生产中用得最多的是磁铁矿粉，因磁铁矿具有强磁性，可用磁选法回收加以循环利用。1.悬浮液中的悬浮颗粒在普通显微镜下，甚至用肉眼都能看到；2.分散相(水)和悬浮粒子之间有明显的相界面；3.由于悬浮液中悬浮粒径较大，在重力作用下会产生沉降，具有动力不稳定性。需要有外力作用保持悬浮状态不受破坏，如机械力、垂直流、水平流、脉动流、切向流等。重介质选煤用的悬浮液主要持点1.悬浮液密度悬浮液的分选密度一般为1300-2000kg/m3。悬浮液最佳密度选择需要根据对最终产品质量要求、分选设备的工艺参数以及悬浮液特性来确定。2.悬浮液的稳定性悬浮液的稳定性是指悬浮液在分选机中各点的密度在一定时间内保持均匀一致的能力。稳定性好，悬浮液在分选机内不产生明显的分层（即上、中、下层密度差小）。悬浮液的特性3.悬浮液的流变性重介质选煤过程中，小粒级物料分离(上浮或下沉)时，所受的阻力与悬浮液的粘滞阻力有关。表征粘滞阻力的参数是粘度。因此，粘度是悬浮液流变特性的主要参数，也是影响小粒级物料分选效果的主要因素。(1)按其外形结构可分为：圆柱形、圆柱圆锥形重介质旋流器两种。(2)按其选后产品的种类：二产品重介质旋流器；三产品重介质旋流器。(3)按物料给入旋流器的方式：周边(有压)给原煤、给介质的重介质旋流器；中心(无压)给原煤、周边(有压)给介质的重介质旋流器。(4)按旋流器的安装方式可分为：正(直)立式、倒立式和卧式三种。重介质选煤设备重介质选煤设备块煤重介原理入料精煤矸石悬浮液悬浮液精煤悬浮液矸石入料a、块煤重介原理b、末煤重介原理物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强有力的旋涡流。液流从入料口开始沿旋流器内壁形成一个下降的外螺旋流；在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流。入料中的精煤随内螺旋流向上从溢流口排出；矸石随外螺旋流向下，从底流口排出。重介质旋流器的选煤原理重介质旋流器选煤工艺流程重介质旋流器选煤工艺流程的组成，一般可分为；原煤的准备，原煤的分选，循环悬浮液的平衡和密度的稳定、稀介质的净化回收，以及介质制备和补充等几个环节。1、重介质旋流器选煤工艺的原煤准备原煤准备：为重介质旋流器准备合格粒度的入选原煤。准备作业包括：原煤预先筛分、超限粒度原煤的破碎、检查筛分(除去原煤中的铁器、木块等杂物)。脱泥入选时，还要增加原煤润湿和脱泥、脱水作业等。三种典型的原煤准备流程图:因为大量煤泥和水随入选原煤进入分选系统。将加大循环悬浮液的分流量，增加稀介质净化回收作业的负担。由于大量煤泥的进入，也增加产品脱介筛的负担，同时洗涤产品的喷水量要增加。脱泥后，简化悬浮液(稀介质)的净化回收和产品脱介系统，降低投资，降低介耗。脱泥时，入选原煤中小于0.5mm级煤泥量控制在5％以下，入选原煤的外在水分含量在10％—15％以下。采用筛子脱泥工艺时，原煤入筛前必须增加原煤润湿设施，使原煤在