2 煤的燃前处理

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,洁净煤技术,*,洁净煤技术,第二章煤的燃前处理,长沙理工大学,能源与动力工程学院,第一节 我国动力用煤的原煤质量及加工,一、动力用煤及其加工特点,1,、我国动力用煤中灰分和硫分的赋存特点,煤的内在灰分较高。,煤层中的夹带矸石层较多；,硫分分布不均匀。,硫分浅部煤层低，深部煤层高，将来开采的深部煤的硫分将有继续升高的趋势。,电厂燃煤含硫量超过,2%,的占总量的,18.7%,。含硫量在,1.0-20.%,的占总燃煤量的,35%,。,洁净煤技术,一、动力用煤及其加工特点,2,、煤中硫分的存在形式,硫,（,S,）,有机硫,无机硫,硫化铁硫（,FeS,2,-,黄铁矿）,硫酸盐硫,不可燃灰,可燃,3,、选煤加工提高煤质的途径、地位及作用,途径：,排矸降灰；降低硫的含量。,洁净煤技术,一、动力用煤及其加工特点,地位及作用：,提高质量，增加更多品种的煤炭，满足不同用户对煤炭粒度的要求：,质量：矸石，,A,ar,，粉煤和末煤,M,ar,S,ar,采煤,煤炭脱硫过程中可以直接回收硫；,节约能源，减少无效运输；,煤炭运量大，占铁路,40%,、公路,25%,、水运,20%,，如铁路每年运煤,560Mt,，有,400Mt,未选，约有,60Mt,矸石运到用户，要占用货车,120,万辆，多用经费上亿元。,降低对大气污染：,可降低,A,ar,、,S,ar,减少烟尘和,SO,2,排放量。,提高煤炭出口的竞争力；,每年出口,13,14Mt,（洗选加工）增加价格,5,7,美元,/,吨，,每年增收约,6000,9000,万美元。,煤层变坏,机械化程度,洁净煤技术,二、动力用煤选煤工艺,1,、选煤工艺分类,物理选煤,物理化学选煤,化学选煤,浮游选煤法,重介质选煤,重力选煤法,跳汰选煤,选煤方法,商业选煤工艺方法,洁净煤技术,二、动力用煤选煤工艺,2,、水煤浆技术,它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有像石油一样的流动性和稳定性，具有存储方便，可管道运输，减少运输污染和损失，雾化燃烧，燃烧效率高，污染排放量少，作为代油燃料受到各国的普遍重视。,洁净煤技术,第二节 选煤技术,一、选煤方法,选煤：,指在燃烧前对煤进行净化，减少存在于原煤中的不需要成分，提高其总体质量、均匀性和适销性。,物理方法备煤：煤的机械破碎、磨细、分级,常规选煤,选煤技术,先进选煤,物理方法选煤,淘汰机、淘汰盘、重介质分选机,旋流器等,浮选机、油絮凝等,以物理方法脱硫为主的先进选煤方法,以全新原理去除危险空气污染物的选煤技术,超净煤,优良燃料的凝选技术,洁净煤技术,二、煤的洗选脱硫,1,、按矿物密度分选,淘汰,重介,摇床,螺旋分选,水介质旋流器,2,、按矿物表面特性分选,浮选,选择性絮凝,油团聚电选,3,、按矿物磁性差别分选,：高梯度磁选,全氯乙烯萃取法脱硫,熔融苛性碱混合物脱硫,高锰酸钾脱硫,氧化脱硫,低温热解,磁选脱硫,4,、煤的化学脱硫,洁净煤技术,二、煤的洗选脱硫,5,、煤的细菌（生物）脱硫,微生物脱有机硫,微生物脱无机硫,（黄铁矿硫）,直接法,间接法,细菌脱硫的主要缺点：,反应时间长；,细菌的繁殖速度太慢；,脱硫时产生的酸性液难处理。,具体工艺选择要根据煤炭中硫的赋存特点,洁净煤技术,第三节 先进的物理洗煤方法,当今大多数煤洗选技术是物理技术,只能从煤炭中分离出物理性质不同的物体，如小块矸石、异物或硫铁矿，不能分离以化学状态存于煤中的硫及氮化物。,新型的物理选煤,先把煤磨得更细使更多杂质从煤炭中分离出来。可以除去,90%,以上硫化物及杂质。,洁净煤技术,一、重介质选煤,主要利用重力分选，目的是排除煤中矸石，同时脱除部分无机硫。,1,、特点,分选精度高，分选密度调节范围宽，可高效分选难选煤和极难选煤，在所有重力选煤方法中块煤排矸效率最高。,2,、工作原理,利用密度介于煤和矸石之间的重液或悬浮液作分选介质，利用被选煤颗粒间密度、粒度、形状的一同，在介质中运动速度和方向的差异而使彼此分离，从而达到选煤目的。,密度小的上浮，密度大的下沉。,洁净煤技术,3,、工作过程,首先将煤破碎，与重介质混合后送入选煤设备中，在离心力的作用下，使矸石和黄铁矿颗粒与煤粒分离，分离出来的煤浆经过滤、干燥后为产品精煤,4,、选煤设备,斜轮重介质分选机、立轮重介质分选机、重介质旋流器等,一、重介质选煤,洁净煤技术,洁净煤技术,二、跳汰选煤,一、特点,流程简单，投资少，操作和维修方便、处理能力大，且有足够的分选精度，成本较低,除极难选煤外，适合各种可选性的原煤,居各选煤法之首，世界入选原煤的,50%,采用此方法,二、基本工作原理,在垂直脉动的介质中按颗粒密度差别进行选煤的过程称跳汰选煤。,跳汰选煤所用的介质为水或空气，个别也用重悬浮液。以水作分选介质的为水力跳汰，以空气作分选介质的为风力跳汰，以重悬浮液作分选介质时为重介跳汰。,选煤生产中，以水力跳汰用得最多。脉动水流可用动筛、活塞或压缩空气建立。,洁净煤技术,二、跳汰选煤,洁净煤技术,二、跳汰选煤,3,、选煤设备,活塞跳汰机：偏心轮带动活塞上、下往复周期运动。,无活塞跳汰机：压缩空气交替进入和排出空气室完成。应用广泛，包括定筛跳汰和动筛跳汰,隔膜跳汰机,洁净煤技术,三、浮游选煤,浮游选煤也称浮选。利用各矿物不同的表面物理化学性质，从矿浆中浮出某种或某些矿物质的方法。,1,、适用范围,适合颗粒度小的分选（粒度,0.5mm,的煤泥,。,2,、基本原理,依据不同矿物表面（煤和其他矿物质）所存在的湿润性差别进行选煤。,疏水表面：水对矿粒表面只有很少的润湿性，该表面称为疏水表面。,亲水表面：水对矿粒表面润湿性强的表面，称为亲水表面。,煤与水的亲和性较弱，其它矿物质与水的亲和性较强,浮选时，矿浆中有大量气泡，煤颗粒与气泡碰撞时，使煤容易粘附到气泡表面，进入泡沬层；由于矿物质的亲水性不容易附着气泡，使矿物质留在矿浆中，达到煤粒与矿物质的分离。,洁净煤技术,三、浮游选煤,3,、浮选剂,发泡剂：作用是在气,-,水两相界面上降低界面张力，生成大量分散度高的气泡。常用的有仲辛醇、杂醇油、混合醇、松油、松醇油等。,捕收剂：作用是在固,-,液两相界面上选择性吸附与某些矿物表面，提高其表面疏水性和可浮性，使之易和气泡浮着并增强浮着的牢固性。我国广泛采用煤油和轻柴油作为捕收剂。,促进剂：改善和提高发泡剂和捕收剂效果的添加剂，具有增容、分散和乳化作用。,调整剂：包括抑制剂、活化剂和,pH,值调整剂。抑制剂选择性作用于矿物表面，抑制其可浮性。活化剂促进捕收剂与矿物表面作用，增加矿粒的可浮性,洁净煤技术,四、其它方法,1,、选择性油团聚：,利用药剂湿润并覆盖在精煤表面而互相粘结成絮团。粒度越小效果越好。,2,、干法分选：,风力摇床、风力淘汰机、空气重介质流化床分选机等。效率较低，主要用于缺水地区。,3,、利用介质的静电性、电动性和磁性不同的分选,。不必脱水，但存在粉尘和爆炸问题。,洁净煤技术,第四节 化学方法精选煤炭,适用于在物理分选排除大部分矿物质后的最后一道分选工艺。主要方法有：,1,、热解法脱硫,将煤加热至焦化温度，使含硫的气体组分（,H,2,S,、,CH,3,SH,）释出，并降低在残碳中硫含量。,除去的大部分硫是,FeS,2,，在较高温度下（,1100,）也能除去少量有机硫。,2,、碱法脱硫,将烟煤用熔融碱（,KOH/,NaOH,）在,200-400,处理，然后用水洗。可脱除全部黄铁矿硫和一半有机硫。,洁净煤技术,第四节 化学方法精选煤炭,3,、气体脱硫,利用某些气体与煤中黄铁矿硫和有机硫化合物反应生成挥发性含硫产物而脱硫的方法。,水蒸汽、空气,350-550,，可脱,30%,的黄铁矿硫；,N,2,、,H,2,900,，可脱,80%,的硫。,4,、氧化脱硫,利用氧化剂从煤中脱硫的方法。,用稀,HNO,3,，氯在水悬浮液中和用,3%H,2,O,2,溶液处理煤,可脱硫。,空气水在加压下脱除煤中差不多全部黄铁矿硫和,40%,的有机硫。,洁净煤技术,第五节 煤中生物脱硫,提出：物理脱硫可除去煤中的硫酸盐硫和大部分黄铁矿硫，而有机硫难以脱去。,采用生物脱硫法。,生物脱硫：利用生物菌或酶脱去煤中硫的方法。,一、生物脱硫优点,反应条件温和，都在常压下进行，温度低,80,；,煤炭损失少，对发热量影响较小；,能脱去煤中有机硫和用传统方法不能脱除的部分黄铁矿硫，可达,90%,。,洁净煤技术,第五节 煤中生物脱硫,二、存在问题,作用时间长，反应容器大；,生产工艺复杂，要装料、卸料、脱水、除酸、水净化、煤泥回收十多道工序，温度控制要求高；,加工前破煤和后期硫氧化产品处理费用高；,煤为非均质的，对有机硫检测难；,煤中某些杂质对微生物有毒，会抑制其生长和作用。,三、发展方向,通过分子遗传工程改进微生物和酶的性质。,洁净煤技术,第六节 超纯煤制备,1.,概念,超纯煤：是煤经过除灰脱硫后的一种可以“以煤代油”的新型固体纯净可燃质燃料，主要特点是：低灰、低硫、优质、高效。,2.,制超纯煤的机理和方法,先用盐酸脱灰，除去碳酸盐、大部分硫酸盐和某些硫化物；,再用氢氟酸脱除粘土和石英等含硅矿物；,冷却过滤，在,40,50,下烘至空干状态；,特点：灰分：可降致,0.26-0.8%,，硫分降低较少。,洁净煤技术,第六节 超纯煤制备,3.,超纯煤中杂质的脱除,经上面制备的煤，留有较多的,F,-,和,cl,-,，因此，必须除去。,方法：将超纯煤用盐酸饱和的硼酸溶液加热蒸馏，再用冷凝法将馏出物回收在另一容器中。可以大大降低,F,-,和,cl,-,含量。,4.,物理法制超低灰精细煤,利用洗煤机多次精选可生产出灰分为,1.6%,左右的超低灰精细煤。,煤粒度精煤,Aar,可达,0.67,0.78%,。,洁净煤技术,第七节 水 煤 浆,一、水煤浆（,CWM,）的种类和用途,水煤浆是将洗选后的精煤进一步加工研磨成微细煤粉，按煤与水的质量比约,7,：,3,的比例和适量的（约,1.0,）化学添加剂配制而成的一种煤谁混合物。,作为燃料，从其种类和用途上又可分为多种类型，,洁净煤技术,第七节 水 煤 浆,二、水煤浆的特性,1,、水煤浆浓度,水煤浆浓度越大，发热量越高。但浓度越大，粘度越大，对运输不利。一般，高浓度水煤浆浓度宜为,62%-75%,。,2,、煤浆中煤的粒度分布,粒度上限不大于,300,，小于,74,（,200,目）的含量应不少于,75%,。,3,、水煤浆的流变性,静态黏度较大，以防止沉淀；动态黏度小，以便于输送和雾化燃烧。,4,、水煤浆的稳定性,水煤浆的稳定性是表征其在储运过程中保持物性均匀的重要指标,洁净煤技术,第七节 水 煤 浆,三、水煤浆的制备工艺,原料煤准备,洗选降灰,分级破碎,磨碎配级,添加水和化学药剂,捏混搅拌,熟化加工,装罐、储存、外运等。,四、制浆用添加剂,按照添加剂的不同，分为分散剂、稳定剂。,分散剂的作用是提高煤粒表面的润湿性和亲水性,稳定剂的作用是使煤颗粒能较长期地稳定悬浮在水中而不发生硬沉淀。,洁净煤技术,第七节 水 煤 浆,五、高浓度水煤浆,65%70%,经过洗选（比如浮游选煤）后的煤粉（灰分很低，而挥发分高）、,30%35%,的水和,1%,左右的添加剂。,六、高浓度水煤浆燃烧的基本特点,1,、水煤浆在洁净燃烧方面优点：,可以脱灰和脱硫，减污排放。,燃烧温度低。,采用雾状火炬燃烧方式。,2,、水煤浆的燃烧过程与常规煤粉燃烧的过程的不同：,水煤浆进入燃烧区的入口速度很高。,水煤浆着火比煤困难。,水煤浆中的水分蒸发后燃烧特性优于煤粉颗粒的燃烧。,洁净煤技术,第七节 水 煤 浆,七、脱硫型水煤浆,水煤浆在制备过程中可以除去部分硫分，而且，还可以在水煤浆的制浆过程中加入一定比例的石灰石粉，从而在水煤浆的燃烧过程中进行脱硫。,水煤浆脱硫化学反应过程如下：,水煤浆制备初期阶段生成硫化钙的反应,CaCO,3,+S CaS+CO+O,2,随着水煤浆的燃烧，石灰石发生热分解，同时，煤中的硫发生氧化反应,CaCO,3,CaO+C,O,2,S+O,2,SO,2,脱硫反应,SO,2,+CaO+1/20,2,CaSO,4,洁净煤技术,第七节 水 煤 浆,八、超纯净水煤浆,平均粒径仅，最大粒径不超过，干燥基可燃成分大于,99%,，灰分小于,1%,，硫分也极少；超纯净水煤浆中煤的质量浓度为,50%,左右。,洁净煤技术,