选煤技术基础知识

一、选煤的目的和意义•1.1选煤的目的：–（1）除去煤中杂质，降低灰分，提高煤炭质量，适应用户要求；–（2）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；–（3）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；–（4）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。•1.2用户对煤炭加工质量要求–要求的指标主要有：粒度、灰分、水分、硫分、挥发分、发热量等。灰分灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高，热效率越低；燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭降低了焦炭强度，严重影响焦炭质量。水分水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运量，浪费运力，增加运费；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装卸困难。硫分•硫分也是煤炭加工利用中不可忽视的物质。在煤炭燃烧过程中，它会生成二氧化硫，成为酸雨的主要来源；在煤炭的利用中也会给其他产物造成不利的影响，如煤中硫60%以上转入焦炭里，焦炭中硫分增加0.1%，高炉用焦就多消耗2%，石灰多消耗2%，生铁产量降低2%-5%，生铁质量变差。二、我国煤炭主要用途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。三、选煤厂分类•分类：分类方法有三种：–（1）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；–（2）按照选煤厂处理能力分为三类：大型、中型和小型。•大型——处理能力≥1.20Mt/a•中型——处理能力≤0.451.20Mt/a•小型——处理能力0.45Mt/a–按选煤厂的位置及其与煤矿的关系分为五种类型：–矿井型选煤厂——厂址位于煤矿工业场地内，只选该矿所产毛煤或原煤的选煤厂。–群矿型选煤厂——厂址位于某一煤矿的工业场地内，可同时选该矿及附近煤矿所产毛（原）煤的选煤厂。–矿区型选煤厂——在煤矿矿区范围内，厂址设在单独的工业场地上，入选外来煤的选煤厂。–中心选煤厂——厂址设在矿区范围外独立的工业场地上的选煤厂。–用户型选煤厂——厂址设在用户（如焦化厂等)工业场地上的选煤厂。–现代化选煤厂是一个由许多作业所组成的连续机械加工过程。所有作业分为分选作业和辅助作业两类。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，是国家“九五”期间重点建设项目，隶属于平朔煤炭工业公司，2001年底投产。设计处理能力4250t/h，按4200h/a标准工作制度计算，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，是我国规模最大的现代化高效选煤厂。四、选煤的方法•选煤方法种类很多，可概括分为两大类：干法选煤和湿法选煤。选煤过程在空气中进行的，叫做干法选煤，选煤过程在水、重液或悬浮液中进行的，叫湿法选煤。•选煤方法还可以分为重力选煤、浮游选煤和特殊选煤等。•重力选煤——按密度差别进行分选的方法。•湿法——跳汰选煤、重介质选煤、摇床选煤、流槽选煤、斜槽选煤等；•干法——风选、空气重介等。•重力选煤方法与其它选煤方法相比有分选粒度范围宽、工艺简单、操作维修方便、分选效率高、处理能力大、投资少等优点，所以得到广泛应用。•浮游选煤——又叫浮选。按矿物表面亲水性差异进行分选的方法。•特殊选煤——利用矿物的导电性、导磁性、摩擦系数、射线穿透能力等的不同，把有用矿物和杂质分开。•手选——人工拣矸。根据块煤与矸石在颜色、光泽及外形上的差别由人工拣除的。•选择性破碎——利用硬度差别。•用的选煤方法是：跳汰选煤、重介质选煤、浮选。•我国选煤厂中采用最广泛的选煤方法是跳汰选，其次是重介质选和浮选，其他方法均用的较少。•选煤的主要产品是精煤，副产品中有煤、混煤、煤泥等。选后的尾煤和矸石为废弃物，由于它含有一些可燃物，也可以制砖、烧水泥的原料，进行综合利用。•选煤厂是对煤进行分选。生产不同质量规格产品的加工厂。按精煤使用的目的不同，选煤厂可分为炼焦煤选煤厂和动力煤选煤厂。炼焦煤选煤厂的工艺过程比较复杂，生产的精煤灰分低、质量高，主要供给焦化厂生产焦炭。动力煤选煤厂的工艺过程一般比较简单，生产的精煤主要作为动力燃料，大部分动力煤选煤厂只选块煤，末煤和粉煤不入选。•4.1、跳汰选煤•4.1.1跳汰选煤仍是主要选煤工艺•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。是否采用跳汰方法选煤的关键看原煤的可选性。而原煤的可选性就是原煤在洗选过程中获得一定质量产品的可能性和难易程度。它是一种工艺技术评价指标，主要评价在某种选煤过程中能否获得既定质量的产品。影响原煤可选性难易的因素主要是产品的质量要求、选煤方法和工艺技术。而可选性难易又决定采用哪种选煤方法。原则上，中等可选、易选的和极易选的3种原煤都应采用跳汰选煤方法。难选煤是用跳汰选还是用重介选，应通过技术经济比较后来确定，对极难选煤，原则上必须采用重介法，以求高水平、高质量和高效益。•4.1.2跳汰选煤工作过程•跳汰选矿是指物料主要在垂直上升的变速介质流中，按密度差异进行分选的过程。物料在粒度和形状上的差异，对选矿结果有一定的影响。实现跳汰过程的设备叫跳汰机。被选物料给到跳汰机筛板上，形成一个密集的物料层，这个密集的物料层称为床层。•物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用的内因，是矿粒自身的性质，但能让分层得以实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流。•4.1.3跳汰选煤工作原理：•一、按密度分层的位能学说•二、分层过程的动力学学说•三、跳汰过程中垂直交变水流的运动特性•4.1.4跳汰机的工作过程•被选物料给到跳汰机筛板上，形成一个密集的物科层。这个密集的物料层称为床层，在给料的同时，从跳汰机下部透过筛板周期地给入一个上下交变水流，物料在水流的作用下进行分选。•首先，在上升水流的作用下，床层逐渐松散、悬浮，这时床层中的矿粒按照其本身的特性（矿粒的密度、粒度和形状）彼此作相对运动进行分层。•上升水流结束后，在休止期间（停止给入压缩空气）以及下降水流期间，床层逐渐紧密，并继续进行分层。待全部矿粒都沉降到筛面上以后，床层又恢复了紧密状态，这时大部分矿粒彼此间已失去了相对运动的可能性，分层作用几乎全部停止。只有那些极细的矿粒，尚可以穿过床层的缝隙继续向下运动（这种细粒的运动称作钻隙运动），并继续分层。•下降水流结束后，分层暂告终止，至此完成了一个跳汰周期的分层过程。物料在一个跳汰周期中的分层过程如图所示。图1活塞跳汰机工作原理图活塞室跳汰室筛板偏心轮连杆活塞进水管入料矸石中煤精煤气气气气气水水图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•4.1.5跳汰机的操作工艺与制度•影响跳汰过程的因素很多，主要有物料性质、机械结构、操作因素三大类。对于一定的物料和跳汰机，确定合理的操作制度是获得良好分选效果的保证。•操作因素主要有以下几点：跳汰机的给料、跳汰频率和跳汰振幅、风量和水量、风阀周期特性、床层状态、产物的排放及分离。•4.2重介质选煤•4.2.1重介质选煤的实质和优点•实质：重介质选煤是在密度介于净煤和矸石（或中煤）的重介质悬浮液中按照阿基米得原理进行分选的方法。然而这需要在一种人工制备的具有一定特性的介质中分选，因此，除了分选设备的设计以外，介质的制备和回收复用以及介质性质的稳定性是生产过程的关键。首先要配制好具有要求密度的重介质，然后将准备好的入料以一定的速率与重介质一起或分别给入分选机，按（接近介质的）密度分选出轻产物和重产物，用在筛上喷水洗涤的方法从产品中脱除和回收带出的介质，常用磁选机回收并送回介质循环系统复用。在介质循环系统中配备有重介质特性测控系统。它能够以不同的方式保持循环重介质特性的相对稳定。随着少量的介质被产品和磁选尾矿带走，制备好的新介质根据介质测控系统的信号人工或自动添加进系统，以保持数量平衡。•优点：在合适的条件下，重介质选煤能达到很高的分选精度，可以获得高的分选效率。重介质选煤的分选精度常用可能偏差E值衡量，一般来说它的数值越小，与其他选煤方法比较分选精度越高。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•4.2.2重介质选煤的基本原理•原煤是煤、夹矸煤、矸石等的混合物，其密度范围一般为1.2-2.6g/L。把这种不同密度的混合物放人具有中间密度的重介质中，即可分出两种不同密度级的产品：即低于重介质密度的浮物和高于重介质密度的沉物。浮物浮于重介质液面，沉物沉于分选槽的底部，通过机械或溢流将浮物和沉物分别排出，这就是重介质选煤。因此，这种选煤方法是根据阿基米德原理，即颗粒在重介质中所受的重力G0等于颗粒的重力与同体积介质浮力之差，•即：G0=V(δ-ρ)g•式中:V-------颗粒的体积,L。δ----颗粒的密度,kg/L。ρ----重介质的密度,kg/L•g----重力加速度,m/s2•从上式可以看出，颗粒在重介质中所受重力G0的大小，与颗粒体积V和颗粒与介质间的密度差(δ-ρ)成正比，颗粒在重介质中的垂直运动方向取决于颗粒密度与重介质的密度差值有关；这里有三种情况：•（1）颗粒的密度大于重介质密度(δρ)时，颗粒的重力大于重介质的浮力，，颗粒下沉；•（2）颗粒的密度等于重介质密度(δ=ρ)时，颗粒的重力与重介质的浮力相等，颗粒可悬浮在重介质中的任意位置；•（3）颗粒的密度小于重介质密度(δρ)时，颗粒的重力小于重介质的浮力，颗粒上浮。•4.2.3重介质旋流器•4.2.3.1构造•重介质旋流器与旋风除尘器、浓缩旋流器外形及内部结构相似，如下图所示，其主体由圆筒和圆锥两部分组成。圆筒内有隔板将圆筒分隔成两部分，即溢流收集室和分选室，隔板中间有孔，并装有溢流管；圆筒外有入料口和溢流口；圆锥底部有可替换的底流口。图2-4-25重介质旋流器分选过程•4.2.3.2分选过程•1）内、外螺旋流的分选过程•原料煤和悬浮液的混合物以一定压力（0.04MPa）由入料口(沿切线方向进入旋流器圆筒部分5后，形成强大的旋流：在沿着旋流器内壁形成一个向下的外旋流；同时围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流，如图3所示。在内、外螺旋流的作用下，使煤与矸石分离。矸石随外螺旋流下降至底流口7排出，煤随内螺旋流通过溢流管3下部进入液流收集室并排出。•2）短路流对分选效果的影响•给入旋流器的矿浆，由于旋流器内部存在低压区，加之矿浆运动受阻，故有少部分矿浆沿隔板下部和溢流管外壁向下流动，然后进入溢流管从溢流口排出，这部分矿浆称为短路流。它未经分选因而降低了旋流器的数量效率，这也是这种旋流器装设溢流管的原因，如图3所示。•图3旋流器内液流运动图2-4-35φ650mm无压给料两产品重介质旋流器结构示意图图2-4-39无压给料三产品重介质旋流器结构示意图悬浮液在旋流器内密度分布五、发展趋势•①加强选煤厂的科学管理，大力提高管理水平，要使选煤生产沿着高质量、多品种、产销对路、合理供应煤炭产品和综合利用各种伴生矿物资源的方向前进，努力提高选煤生产的经济效益，并要合理回收伴生矿物如黄铁矿及其他稀有金属矿物等，进一步提高选煤厂的经济效益。•②研究新技术、新工艺和新设备，以更新改造旧有选煤厂，装备新建选煤厂。例如研究油团选煤工艺和技术经济效果;化学选煤工艺技术和设备;高梯度磁选脱硫及其他深度脱硫方法;电选超低灰精煤;选择性絮凝工艺技术和药剂、脱水干燥工艺、技术和设备等等。•③向设备大型化，厂型装配式集中化，选煤生产工艺过程和质量分析自动化等方向发展。•④积极研制煤转化为“流质燃料”的工艺技术。•⑤研究和建立选煤生产过程数学模型，应用电子计算机管理选煤厂。⑥选煤厂环境保护的研究。例如防止环境污染和大气污染；减少和防止噪音；实