第二章关于煤的燃前处理，长沙理工大学能源与动力工程学院的 第一节 讨论了我国动力用煤的原煤质量及其加工情况。一、关于动力用煤的加工特性，以下三点值得注意：首先，煤的固有灰分含量相对较高；其次，煤层中夹杂的矸石层较为频繁；再者，硫分的分布呈现出不均衡的特点。④浅层煤层的硫含量较低，而深层煤层的硫含量较高，未来开采的深层煤炭其硫含量可能会进一步增加。⑤在电厂使用的煤炭中，含硫量超过2%的煤炭占总煤炭量的18.7%，而含硫量介于1.0%至20%之间的煤炭则占据了总燃煤量的35%。动力用煤及其加工技术的重要性不容忽视，它不仅能够提升煤炭的品质，还能丰富煤炭品种，满足用户对煤炭粒度的多样化需求。在动力用煤的选煤工艺方面，我们可以将其分为不同的类别。其中，水煤浆技术是一项关键技术，它不仅保留了煤炭的物理特性，还具备了类似石油的流动性和稳定性。这种技术便于储存，可以通过管道进行运输，有效减少运输过程中的污染和损耗。此外，水煤浆技术还能实现雾化燃烧，燃烧效率高，排放的污染物少，因此作为替代石油的燃料，受到了全球范围内的广泛关注。第二节 选煤技术 一、选煤方式：这一过程涉及在煤炭燃烧之前对其进行净化处理，旨在降低原煤中不必要的杂质含量，从而提升煤炭的整体品质、均匀度以及市场销售适应性。二、煤炭的洗涤与脱硫技术，其中第三节主要介绍了先进的物理洗煤技术。目前，大部分煤炭洗涤技术采用的是物理方法，这种方法仅能将煤炭中具有不同物理性质的物质分离出来，例如小颗粒的矸石、杂质或硫铁矿。然而，它无法将煤炭中以化学形态存在的硫和氮化合物分离出去。而新型的物理选煤技术则有所不同——首先将煤炭研磨至更细的状态，从而使得更多的杂质得以从煤炭中分离出来。能去除超过九成的硫化物和杂质。首先，重介质选煤技术主要依靠重力进行分选，其目的是去除煤炭中的矸石，并且能够去除部分无机硫。其特点包括分选精度高，分选密度调整范围宽广，能够高效地分选难以选别的煤炭以及极难选别的煤炭，而且在所有重力选煤方法中，块煤排矸的效率是最高的。工作原理是采用一种密度介于煤炭与矸石之间的重液或悬浮液作为分选的介质，通过被选煤炭颗粒的密度、粒度和形状等因素，在介质中的运动速度和方向上产生差异，进而实现煤炭颗粒的分离，以此实现选煤的目标。密度较小的煤炭颗粒会上浮，而密度较大的煤炭颗粒则会下沉。重介质选煤与跳汰选煤技术，流程简便，投资成本较低，操作与维护相对便捷，具备较强的处理能力，分选精度高，成本效益显著。除对极难选煤之外，适用于各类可选性原煤的处理，位居各类选煤方法之首，全球有超过一半的原煤采用此法进行选别。跳汰选煤的基本原理是在垂直脉动的介质中，依据颗粒密度差异进行煤炭的分选。在跳汰选煤过程中，所采用的介质包括水、空气，有时也会使用重悬浮液。其中，采用水作为分选介质的称为水力跳汰，使用空气的则称为风力跳汰，而以重悬浮液为介质的则被称为重介跳汰。在选煤生产中，水力跳汰的应用最为广泛。脉动水流可以通过动筛、活塞或压缩空气来生成。二、跳汰选煤，其中活塞跳汰机通过偏心轮的驱动，使活塞进行上下往复的周期性运动。而无活塞跳汰机则是通过压缩空气的交替进出空气室来实现选煤过程。这种选煤设备应用十分广泛，涵盖了定筛跳汰和动筛跳汰等多种类型。此外，还有隔膜跳汰机。三、浮游选煤，又称浮选，它是一种利用矿物表面不同的物理化学性质，使特定矿物质从矿浆中浮出的选煤方法。1、本产品适用于对细小颗粒进行筛选，特别是针对小于0.5毫米的煤泥等物料。2、其工作原理基于不同矿物表面的湿润性差异来分离煤炭及其他矿物质。对于疏水表面，水分对矿物颗粒的润湿性较弱；而亲水表面则表现为水分对矿物颗粒的润湿性较强。煤与水之间的相互吸引力不强，而其他矿物质与水的相互吸引力则相对较强。在浮选过程中，矿浆中会涌现出众多气泡，当煤的颗粒与这些气泡相碰触时，煤粒便容易附着在气泡的表面，进而被带入泡沫层；而由于矿物质的亲水性使得它们不易附着在气泡上，因此矿物质会留在矿浆中开yun体育app官网网页登录入口，从而实现了煤粒与矿物质的分离。浮游选煤过程中，3、浮选剂分为两大类：一是发泡剂，其主要功能是在气-水两相的交界处减少界面张力，从而产生众多细小且分散度高的气泡云开·全站体育app登录，常用的发泡剂包括仲辛醇、杂醇油、混合醇、松油以及松醇油等；二是捕收剂，其作用是在固-液两相的交界面上对某些矿物表面进行选择性吸附，提升其表面的疏水性和可浮性，使得矿物更容易与气泡结合并增强浮动的稳定性。我国普遍使用煤油与轻柴油作为捕收材料。所谓促进剂，是指那些能够增强发泡剂与捕收材料效能的辅助物质，它们具备增大体积、促进分散以及实现乳化的功能。调整剂则涵盖了抑制剂、活化剂以及pH值调节剂。其中，抑制剂能够有选择性地作用于矿物表面，从而抑制其浮选性能。活化剂能够推动捕收剂与矿物表面的相互作用，从而提升矿粒的浮游能力。此外，还有以下几种方法：一是通过选择性油团聚，利用药剂使精煤表面湿润并相互粘连形成絮状物，粒度越小，效果越佳；二是采用干法分选技术，如风力摇床、风力淘汰机和空气重介质流化床分选机等，这些方法虽然效率不高，但在缺水地区却有其应用价值；三是根据介质在静电性、电动性和磁性方面的差异来进行分选。无需进行脱水处理，然而仍需注意粉尘和可能发生的爆炸风险。在物理分选已去除大部分矿物质之后，第四节的化学方法被选为煤炭的最终分选工艺。具体的方法包括：首先，采用热解法进行脱硫，即将煤炭加热至焦化点，这样可以使含有硫的气体成分（如H2S和CH3SH）被释放出来，同时减少残碳中的硫含量。所去除的硫主要成分是FeS2kaiyun.ccm，即便在1100℃的高温条件下，仍能去除一部分有机硫。采用碱法脱硫技术，对烟煤进行200-400℃的熔融碱（如KOH或NaOH）处理，随后用水进行洗涤，这种方法能够有效去除烟煤中的全部黄铁矿硫以及约一半的有机硫。第四节 化学方法精炼煤炭，其中3、气体脱硫技术，是通过特定气体与煤炭中的黄铁矿硫以及有机硫化合物发生反应，生成易挥发的含硫物质，从而实现脱硫的目的。例如，水蒸气和空气在350-550℃的温度下，可以脱除大约30%的黄铁矿硫；而氮气和氢气在900℃的高温下，则能够脱除高达80%的硫。4、氧化脱硫则是通过使用氧化剂来从煤炭中去除硫分的一种方法。使用稀硝酸和氯在水悬浮液中，以及用3%过氧化氢溶液对煤炭进行处理，可以达到脱硫的效果。在加压条件下，空气与水混合可以脱除煤炭中大约全部的黄铁矿硫和40%的有机硫。在第五节中，关于煤中生物脱硫的讨论指出：物理脱硫能够去除煤炭中的硫酸盐硫和大部分黄铁矿硫，但有机硫则难以去除。因此，提出了采用生物脱硫的方法。生物脱硫是指利用生物菌或酶来去除煤炭中的硫。生物脱硫的优势在于反应条件较为温和，通常在常压下进行，且温度低于80℃；此外，煤炭的损耗较少，对发热量的影响也比较小；它还能有效去除煤中的有机硫以及传统方法难以去除的部分黄铁矿硫，脱除率可高达90%。作用周期较长，所需反应容器体积较大；生产工艺较为繁琐，包括装料、卸料、脱水、除酸、水净化以及煤泥回收等十多项工序，对温度控制有较高要求；在加工前对煤炭进行破碎以及后期对硫氧化产物进行处理，费用相对较高；煤炭非均质性使得有机硫的检测变得困难；煤中某些杂质对微生物具有毒性，这会对其生长和功能产生抑制作用。三、发展路径涉及运用分子遗传技术对微生物及酶的特性进行优化。在超纯煤制备领域，第六节中提到：1. 定义：超纯煤是指在去除了灰分和硫分之后，能够替代石油的一种新型固体燃料，其本质是一种纯净的可燃物质。其主要优势包括：灰分含量低、硫含量低、品质优良、效率高。制备超纯煤的过程中，首先采用盐酸进行脱灰处理，以此去除碳酸盐、大部分硫酸盐以及部分硫化物；接着，利用氢氟酸来清除粘土和石英等含有硅的矿物；随后进行冷却和过滤，并在40至50摄氏度的温度下烘干至完全干燥；其特点在于，灰分含量可降至0.26至0.8%，而硫分含量降低幅度相对较小。在第六节的超纯煤制备过程中，经过前述步骤制备出的煤样中仍含有较多的氟离子（F-）和氯离子（Cl-），因此有必要进行去除。具体操作方法是，将超纯煤与饱和盐酸的硼酸溶液混合并加热蒸馏，随后通过冷凝技术将蒸馏出的物质收集至另一个容器中，这样能有效减少F-和Cl-的含量。通过物理方法制取的超低灰度精细煤炭，借助洗煤机的多次精细筛选，能够生产出灰分含量大约为1.6%的超低灰精细煤炭。煤粒度逐渐减小，精煤的Aar值随之降低，最终可以达到0.67%至0.78%的极低水平。第七节 水煤浆 一、水煤浆（CWM）的类型及其应用领域 水煤浆是通过将精选后的煤炭进行深度研磨，使其变为细小的煤粉，然后按照煤炭与水的质量比大约为7比3，并加入适量的化学添加剂（大约1.0%）来制备的一种煤炭与水的混合物。燃料根据其种类和用途的不同，可以划分为不同的类别。在第七节中，我们讨论了水煤浆这一类型。关于水煤浆的特性，首先，其浓度越高，所产生的发热量也就越高。然而，随着浓度的增加，其粘度也会相应增大，这在运输过程中可能会带来不便。通常情况下，高浓度水煤浆的浓度范围建议在62%至75%之间。其次，我们来看煤浆中煤的粒度分布，其粒度上限不应超过300微米，而小于74微米（即200目）的颗粒含量至少应达到75%。水煤浆的流变特性表现为静态时的黏度较高，这样可以有效防止其沉淀；而在动态状态下，其黏度相对较小，便于输送和实现雾化燃烧。水煤浆的稳定性是衡量其在储存和运输过程中保持物质性质一致性的关键参数。在第七节中，我们将探讨水煤浆的制备工艺，包括原料煤的准备工作——如洗选以降低灰分——以及分级破碎、磨碎和配比、添加水和化学药剂、捏混搅拌、熟化加工，直至装罐、储存和外运等环节。至于制浆用的添加剂，根据其种类不同，可以分为分散剂和稳定剂两大类。分散剂的功能在于增强煤粒表面的湿润度和亲水性，而稳定剂则确保煤颗粒能在水中较长时间保持悬浮状态，避免形成硬沉淀。在第七节中，我们讨论了水煤浆，特别是高浓度水煤浆，其组成包括：65%至70%经过洗选（如浮游选煤）处理后的煤粉（灰分含量低，挥发分含量高），30%至35%的水，以及大约1%的添加剂。六、探讨高浓度水煤浆燃烧的几个关键特性：首先，水煤浆在清洁燃烧方面展现出多方面的优势，包括有效去除灰分和硫分，降低污染物排放；其次，其燃烧温度相对较低；再者，水煤浆燃烧采用的是雾化火炬的燃烧方式。此外，水煤浆的燃烧过程与普通煤粉燃烧存在差异，具体表现为：水煤浆进入燃烧区的速度较快；水煤浆的点燃难度较煤粉大；在水煤浆中的水分蒸发完毕后，其燃烧特性相较于煤粉颗粒更为优越。在制备水煤浆的过程中，能够有效去除一部分硫分，此外，我们还可以在制浆时添加适量的石灰石粉末，这样便能在水煤浆燃烧时实现脱硫效果。在水煤浆脱硫的化学反应过程中，首先在制备初期阶段，水煤浆中生成了硫化钙，这一过程涉及的反应为CaCO3与SCaS反应生成CaS、CO和O2。随着水煤浆的燃烧，石灰石经历热分解，同时煤中的硫也发生了氧化反应，生成CaO、C、O2、S和O2，进而形成SO2。随后，脱硫反应发生，SO2与CaO和1/2O2反应生成CaSO4。至于超纯净水煤浆，其平均粒径极小，最大粒径更是微乎其微，干燥基中的可燃成分含量超过99%，灰分含量低于1%，硫分含量同样极低；在超纯净水煤浆中，煤的质量浓度大约为50%。洁净煤技术涉及煤中硫分的多种存在形态，包括有机硫、无机硫，以及硫化铁硫（如黄铁矿FeS2）和硫酸盐硫。这些硫分中，硫酸盐硫是不可燃的，燃烧后转化为灰分；而有机硫和无机硫则是可燃的。在选煤加工过程中，提高煤质的方法包括排除矸石以降低灰分，以及减少硫的含量。煤炭质量方面，矸石含量上升，Aar指数增加，粉煤和末煤的Mar、Sar指数也有所提升；在采煤和煤炭脱硫环节，硫可以直接被回收利用；此举有助于节约能源，降低无效运输成本；煤炭运输量巨大，占铁路运输的40%、公路运输的25%、水路运输的20%；以铁路为例，每年运输煤炭560Mt，其中约400Mt未被选中，大约有60Mt的矸石被运往用户，需占用120万辆货车，且将耗费数亿元资金。减少空气污染：有助于降低Aar和Sar的数值→减少烟尘及二氧化硫的排放。同时，提升煤炭出口的竞争力；每年出口量达到13至14百万吨（经过洗选加工）后，每吨煤炭的价格可提高5至7美元，从而每年可为我国带来大约6000至9000万美元的收入。煤层质量下降，机械化水平提升，涉及物理选煤、物理化学选煤、化学选煤、浮游选煤、重介质选煤和重力选煤等多种选煤方法。商业选煤工艺中，物理方法备煤包括煤的机械破碎、磨细和分级等常规选煤技术，以及物理方法选煤等先进技术。淘汰机、淘汰盘、重介质分选机、旋流器等设备，以及浮选机、油絮凝等装置也被广泛应用。以物理方法脱硫为核心的先进选煤技术，能够以全新原理去除有害空气污染物，实现超净煤的凝选技术。具体分选方法包括：1、按矿物密度进行分选，淘汰重介、摇床、螺旋分选和水介质旋流器等；2、按矿物表面特性进行分选，如浮选、选择性絮凝、油团聚电选等；3、按矿物磁性差别进行分选，包括高梯度磁选、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、低温热解和磁选脱硫等；4、煤的化学脱硫；5、煤的细菌（生物）脱硫，包括微生物脱有机硫、微生物脱无机硫（黄铁矿硫）等。直接法和间接法是细菌脱硫的两种主要方法，但细菌脱硫的主要缺点有：①反应时间长；②细菌繁殖速度慢；③脱硫过程中产生的酸性液体难以处理。工艺的选取需依据煤炭中硫的含量特征，首先对煤炭进行破碎处理，然后与重介质混合并送入选煤设备。在离心力的作用下，矸石和黄铁矿颗粒得以与煤粒分离。分离后的煤浆经过滤和干燥，最终成为精煤产品。选煤设备包括斜轮重介质分选机、立轮重介质分选机以及重介质旋流器等。此外，洁净煤技术也是重要的研究方向。
