煤炭加工与洁净利用课件全套教学教程整套课件全书电子教案.pptx

煤炭加工与洁净利用煤炭加工与洁净利用1绪论1.1 我国古代对煤的认识和利用我国古代对煤的认识和利用1.2 煤的分类和特征煤的分类和特征 煤又称煤炭，是地史时期堆积的植物（有时也有少许浮游生物）遗体经过复杂的生物化学作用，埋藏后又受到地质作用转变而成的一种固体可燃矿产。我国是世界上最早利用煤的国家。在远古时代，我国一些流传久远的神话传说充分说明，我国很早就已发现和利用煤炭。从女娲氏炼石补天神话到清代采煤业的普遍发展，可见我国劳动人民不仅有悠久的用煤历史，而且还积累了丰富的找煤和采煤经验。根据成煤植物的种类和聚积环境的不同，可将煤划分为三大类：腐殖煤、腐泥煤和腐殖腐泥煤。泥炭的含水量较高，一般可达85%95%。开采出的泥炭经过自然风干后，水分可降至25%35%，干泥炭呈棕黑色或黑褐色土状碎块。褐煤含水较多，空气干燥后，易风化破裂。在外观上，褐煤与泥炭的最大区别是褐煤不含未分解的植物组织残骸，且易成层分布。所有烟煤均比较致密，真密度较高，硬度较大。烟煤是自然界最重要、分布最广、储量最大、品种最多的煤种，根据煤化度的不同，我国将其划分为长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等类型。无烟煤外观呈灰黑色，带有金属光泽，无明显条带，它的挥发分最低，真密度最大，硬度最高。腐泥煤是由低等植物和少量浮游生物形成的，包括藻煤和胶泥煤等。此外，还有腐殖煤和腐泥煤的混合体，有时单独分成与腐殖煤和腐泥煤并列的第三类，成为腐殖腐泥煤。1.3 我国煤炭资源分布特征我国煤炭资源分布特征 我国煤炭资源的成煤时代多，北方地区煤炭资源的成煤时期多为石炭-二叠世，南方地区的成煤时期多为二叠世，西北地区多为早中侏罗世，东北地区多为晚侏罗世。我国煤炭资源在地理分布上的总格局是西多东少、北富南贫，具有天然的区域分异性。我国的煤炭资源又与水资源呈现逆向分布，我国整体水资源缺乏，人均水资源占有量仅为全世界的1/4，而且分布极不均匀，在我国的南部和东部分布较多，与煤炭资源的分布呈逆向关系。1.4 煤炭的综合利用煤炭的综合利用 煤作为一种燃料，我国早在汉代就已经利用，但广泛用作工业生产的燃料，是从18世纪60年代的第一次工业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用，煤被广泛地用作工业生产的燃料，给社会带来了前所未有的巨大生产力，推动了工业的向前发展，随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭除了作为燃料以取得热量和动能以外，更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油，即煤的低温干馏的液体产品-煤焦油。经过化学加工，从煤炭中能制造出成千上万种化学产品，所以煤又是一种非常重要的化工原料，如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料生产化肥。煤还可以进行气化，当煤或焦炭与气化剂（空气、水蒸气、氧气等）接触，在一定温度和压力下，发生一系列复杂的热化学反应，使原料最大限度的转变为气态可燃物（煤气）。煤的液化是减少环境污染和补偿石油资源短缺的一种方法，近年来发展迅速，煤的液化方法主要分为直接液化和间接液化两类。此外，煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等，这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。2煤化学2.1 煤的形成煤的形成 煤化学是以化学为基础，研究煤的生成、组成(化学组成和岩相组成)、结构(分子结构和孔隙结构)、性质、分类以及煤的各种转化过程机理和加工产物组成、性质的学科。煤是由远古植物残骸没入水中经过生物化学作用，被地层覆盖并经过物理化学与化学作用形成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。由植物转化为煤要经历复杂而漫长的过程。2.1.1 成煤物质成煤物质2.1.1.1 成煤植物与条件成煤植物与条件 植物是成煤的原始物质，其大量繁殖生长是形成煤的基本条件。地史上植物大量繁盛的时代，往往就是重要的聚煤时期。2.1.1.2 成煤植物的有机组分成煤植物的有机组分 不论高等植物还是低等植物，也不论高等植物中的哪一种有机成分都可参与泥炭化作用进而形成煤。而植物的有机组成的差别，直接影响到它的分解和转化过程，最终影响到煤的组成、性质和利用途径。2.1.2 成煤过程成煤过程2.1.2.1 成煤泥炭化阶段成煤泥炭化阶段2.1.2.2 成煤煤化阶段成煤煤化阶段通常将腐殖煤的生成过程称为成煤过程。泥炭化阶段生物化学作用；丝炭化作用与凝胶化作用；泥炭的积累与组成；泥炭聚积环境对煤质的影响。成岩阶段、变质阶段2.2 煤的组成煤的组成2.2.1 煤的元素组成煤的元素组成2.2.1.1煤中的常量元素煤中的常量元素2.2.1.2 煤中的微量有害元素煤中的微量有害元素煤的组成极其复杂，是由无机组分和有机组分构成的混合物。煤的元素组成相当复杂，几乎包含了地壳中有质量分数统计的所有元素。由于碳、氢、氧、氮和硫这五种元素构成了对煤的工艺用途影响较大的有机质，对煤进行元素分析时一般也只分析此五种元素的含量A磷B氯C氟D砷E镉F铬G汞H铅2.2.2 煤的官能团组成煤的官能团组成 煤结构单元的外围部分除烷基侧链外，还有官能团，主要是含氧官能团和少量含氮、含硫官能团。2.2.3 煤的岩石组成煤的岩石组成2.2.3.1 宏观煤岩组成宏观煤岩组成2.2.3.2 煤的显微组成煤的显微组成 对煤岩相组成的研究，不仅是研究煤的成因、性质及变化规律的基本手段，同时在指导煤田的勘探和开采、预测煤的可选性、进行煤的分类、指导炼焦配煤等方面都起着重要作用。A宏观煤岩成分B宏观煤岩类型镜煤、亮煤、暗煤和丝炭 煤的显微组分，是指煤在显微镜下能够区分和辨识的基本组成成分。按其成分和性质又可分为有机显微组分和无机显微组分。2.3.1 煤的物理性质煤的物理性质2.3 煤的性质煤的性质2.3.1.1 煤的密度煤的密度2.3.1.2 煤的机械性质煤的机械性质 煤的物理性质指煤不需要发生化学变化就能表现出来的性质，是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。煤的机械性质是指煤在机械力的作用下所表现的抗压、抗碎、耐磨等物理机械性能。如硬度、可磨性、抗碎强度等。煤的密度单位是g/cm3或kg/m3。2.3.1.3 煤的热性质煤的热性质2.3.1.4 煤的磁性质与电性质煤的磁性质与电性质 煤的热性质主要有比热容、导热性和热稳定性等。煤中有机质是抗磁性，而黏土、页岩等含铁矿物为弱顺磁性的，利用煤与矿物质在磁性上存在差异，可以分离煤和矿物质。煤的电性质包括煤的导电性、介电常数等。2.3.1.5 煤的光学性质煤的光学性质A.煤的反射率煤的反射率 煤对垂直入射光于磨光面上光线的反射能力，称为煤的反射能力。B.煤的透光率煤的透光率 煤的透光率是指煤样在100的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长(475nm)的光的透过率。C.煤的折射率煤的折射率 折射率是最基本的光学测定值，通过折射率的加和性可以求出分子折射.2.3.1.6 煤的润湿性与润湿热煤的润湿性与润湿热2.3.1.7 比表面与孔隙率比表面与孔隙率 煤的润湿性是指煤与液体接触时被液体所润湿的程度。煤被液体润湿时放出的热量称为煤的润湿热，煤的润湿热是用1g煤被润湿时放出的热量表示，单位为J/g。煤表面积的大小通常用比表面积来表示，即单位质量煤所具有的总表面积。煤孔隙率是指煤中孔隙体积占煤总体积的百分比。2.3.2 煤的化学性质煤的化学性质2.3.2.1 煤的氧化煤的氧化2.3.2.2 煤的热解煤的热解 煤的氧化过程是指煤同氧互相作用的过程。除燃烧外，煤在氧化中同时伴随着结构从复杂到简单的降解过程，该过程也称氧解。煤的热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。2.3.2.3 煤的加氢煤的加氢2.3.2.4 煤的卤化煤的卤化2.3.2.5 煤的磺化煤的磺化2.3.2.6 煤的水解煤的水解煤加氢的主要化学反应、煤的深度加氢、煤的轻度加氢。煤的卤化是指在煤的结构中引入氯、氟等卤族元素。煤与浓硫酸或发烟硫酸进行磺化反应。煤的水解一般是在碱性溶液中进行的一系列反应。2.3.3 煤的工艺性质煤的工艺性质2.3.2.1 气化和燃烧用煤的工艺性质气化和燃烧用煤的工艺性质煤的工艺性质是指煤炭在一定的加工工艺条件下或某些转化过程中所呈现的特性。A煤灰熔融性B煤灰黏度C煤的结渣性D煤的气化反应性E煤的着火温度2.3.2.2 炼焦用煤的工艺性质炼焦用煤的工艺性质2.3.2.3 煤的可选性煤的可选性黏结性和结焦性是烟煤的一个重要的工艺性质。煤的黏结性反映烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成胶质体并固化黏结的能力。煤的结焦性反映烟煤在干馏过程中软化熔融易结成半焦，以及半焦进一步热解、收缩最终形成焦炭全过程的能力。煤的可选性是指从原煤中分选出符合质量要求的精煤(浮煤)的难易程度。2.4 煤的结构煤的结构2.4.1 煤的大分子结构煤的大分子结构2.4.1.1 煤的大分子结构煤的大分子结构基本基本概念概念2.4.1.2 煤的大分子基本结构单元的核煤的大分子基本结构单元的核2.4.1.3 基本结构单元的官能团和烷基侧链基本结构单元的官能团和烷基侧链2.4.1.4 链接基本结构单元的桥键链接基本结构单元的桥键2.4.1.5 煤中低分子化合物煤中低分子化合物 基本结构单元的核主要由不同缩合程度的芳香环构成，也含有少量的氢化芳香环和氮、硫杂环。A烷基侧链B含氧官能团C含硫和含氮官能团2.4.2 煤的结构模型煤的结构模型2.4.2.1 煤的化学结构模型煤的化学结构模型2.4.2.2 煤的物理结构模型煤的物理结构模型 煤的结构模型是根据煤的各种结构参数进行推断和假想而建立的，用以表示煤平均化学结构的分子图示。AFuchs模型BGiven模型CWise模型D本田模型EShinn模型AHirsch模型B两相模型2.4.2.3 煤的综合结构模型煤的综合结构模型 煤结构的综合模型同时考虑了煤的分子结构及其空间构造，也可理解为煤的化学结构模型与物理结构模型的组合。2.4.3 煤结构的研究方法煤结构的研究方法(1)物理研究方法(2)物理化学研究方法(3)化学研究方法2.5 煤的分类煤的分类2.5.1 煤分类的意义煤分类的意义2.5.2 煤分类的方法与原则煤分类的方法与原则2.5.3 煤的分类指标煤的分类指标 根据不同的分类目的，煤炭分类包括实用分类(包括技术分类和商业编码)与科学/成因分类(即使是纯科学分类，通常也有实际用途)两大类。(1)煤化程度。(2)煤的黏结性。2.5.4 中国煤的分类中国煤的分类2.5.4.1 中国煤的技术分类中国煤的技术分类2.5.4.2 各类煤的特征与用途各类煤的特征与用途2.5.4.3 中国煤层煤的科学成因分类中国煤层煤的科学成因分类2.5.5 煤的国际分类煤的国际分类A煤类划分代号与编码B中国煤炭技术分类体系A无烟煤B贫煤C贫瘦煤D瘦煤E焦煤F肥煤G1/3焦煤H气肥煤I气煤J1/2中黏煤K弱黏煤L不黏煤M长焰煤N褐煤重力选矿又称重选，是根据矿粒间由于密度的差异，在运动介质中所受重力、流体动力和其他机械力的不同，实现按密度分选矿粒群的过程。各种重选过程的共同特点是：矿粒间必须存在密度的差异；分选过程在运动介质中进行；在重力、流体动力及其他机械力的综合作用下，矿粒群松散并按密度分层；分层好的物料，在运动介质的作用下实现分离，并获得不同的最终产品。3.1 重力分选重力分选3.1.1 重力研究对象及其应用重力研究对象及其应用 3煤炭浮选 重选是广泛地用于处理密度差较大的物料，是煤炭分选的最主要方法，也是分选金、钨、锡矿石的传统方法。在处理稀有金属（钍、钛、锆、铌等）矿物的矿石中应用也很普遍。重选法也被用来分选铁、锰矿石；也用于处理某些非金属矿石，如石棉、金刚石、高岭土等。对于那些主要以浮选法处理的有色金属（铜、铅、锌等）矿石，可用重选法进行预先分选。重选法还广泛应用于脱水、分级、浓缩、集尘等作业。跳汰选矿是在垂直变速介质流中按密度分选矿石的过程。跳汰时所用的介质可以是水，也可是空气。以水作为分选介质时，称为水力跳汰；以空气作为分选介质时，称为风力跳汰。目前，生产中以水力跳汰应用最多。实现跳汰过程的设备叫跳汰机。跳汰选时，矿石被给到跳汰机的筛板上，形成一个密集的物料床层，从下面透过筛板周期地给入上下交变的水流，使床层松散，并在松散和上下运动的过程中实现分层。图1表示了这样一个分层过程，分层的结果，密度高的物料集中在床层的底层，密度低的物料进入上层。上层的轻矿物将被跳汰室中的水平流带出跳汰室，下层的重矿物将通过筛板上的排料装置或者直接透过筛板排出。随着物料的不断给入和轻、重矿物的不断排出，构成连续的分选过程。3.1.2 跳汰选矿跳汰选矿3.1.2 跳汰选矿跳汰选矿 跳汰机中水流运动的速度及方向是周期变化的，这样的水流称作脉动水流。脉动水流每完成一次周期性变化所用的时间即为跳汰周期。在一个周期内表示水速随时间变化的关系曲线称作跳汰周期曲线。水流在跳汰室中上下运动的最大位移称为水流冲程。水流每分钟循环的次数称为冲次。跳汰室内床层厚度、水流的跳汰周期曲线形式、冲程和冲次是影响跳汰过程的重要参数。跳汰分选法的优点在于：工艺流程简一单，设备操作维修方便，处理能力大，且有足够的分选精确度。煤炭分选中，跳汰选煤占很大比重。跳汰选煤处理的粒度级别较宽，在0.5150mm范围；跳汰选煤的适应性较强，除了极难选的煤，其它均可优先考虑采用跳汰的方法处理。矿石分选中，跳汰选矿是处理粗、中粒矿石的有效方法，大量地用于分选钨矿、锡矿、金矿及某些稀有金属矿石；此外，还用于分选铁、锰矿石和非金属矿石。处理金属矿石时，给矿粒度上限可达3050mm，回收的粒度下限为0.20.074mm。跳汰过程中垂直交变水流的运动特性：A跳汰机内垂直交变水流的运动特性：水流运动包括两部分：垂直升降的变速脉动水流和水平流。前者是矿粒按密度分层的主要动力，后者是运输物料；B水流运动特性对床层松散与分层的作用：以正弦跳汰周期为例，并将该跳汰周期分为四个阶段：水流加速上升时期或称上升初期、水流减速上升时期或称上升末期、水流加速下降时期或称下降初期、水流减速下降时期或称下降末期。根据设备结构和水流运动方式不同，跳汰机大致可以分为活塞跳汰机、隔膜跳汰机、空气脉动跳汰机及动筛跳汰机等几种。隔膜跳汰机按隔膜的安装位置不同，又可分为上动型（又称旁动型）、下动型和侧动型隔膜跳汰机。隔膜跳汰机主要用于金属矿选矿厂。空气脉动跳汰机按跳汰机空气室的位置不同，分为筛侧空气室（侧鼓式）和筛下空气室跳汰机,主要用于选煤。动筛跳汰机有机械动筛和人工动筛，主要用于大型选煤厂尤其是高寒缺水地区选煤厂的块煤排矸。3.1.3 重介质选矿重介质选矿 将密度大于水的介质称为重介质，在这样的介质中进行的选矿称为重介质选矿，它是按阿基米德原理进行的。为使分选过程能有效进行，重介质密度应介于矿石中轻、重两种矿物的密度之间，即2 zj 1。在这样的介质中，分选完全属于静力作用过程。而介质本身的性质却是影响分选的重要因素。3.1.3 重介质选矿重介质选矿 重介质的种类：重液与重悬浮液。1）重液重液是一些密度高的有机液体或无机盐类的水溶液，是均质液体，可用有机溶剂或水调配成不同的密度。2）重悬浮液重悬浮液是由密度大的固体微粒分散在水中构成的非均质两相介质。高密度固体微粒起着加大介质密度的作用，故称为加重质。加重质：1）硅铁；2）方铅矿；3）磁铁矿 重介质分选机：国内外对大于6mm或13mm粒级块煤采用重悬浮液进行分选时，使用最多的设备有斜轮重介质分选机和立轮重介质分选机，其分选粒度上限一般为300mm左右，最大可达1200mm。对于分选613mm以下的细粒物料，利用离心力场来强化分选过程，其设备主要采用重介质旋流器。（1）斜轮重介质分选机；（2）三产品斜轮重介质分选机；（3）立轮重介质分选机。重介质旋流器根据其机体结构和形状分为圆锥型和圆筒型两产品重介质旋流器，双圆筒串联型、圆筒型与圆锥型串联的三产品重介质旋流器。根据给料方式，可以分为有压给料式和无压给料式两种。D.S.M圆锥型重介质旋流器：（1）重介质旋流器的构造和分选过程：主体由圆筒部分和圆锥部分组成，分选过程：原矿和悬浮液的混合物以一定的压力由入料管沿切线方向给入旋流器的圆筒部分，形成强大的旋流，其中一股是沿着旋流器圆柱体和圆锥体内壁形成一个向下的外螺旋流；另一股是在围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流，其轴心形成负压，实为空气柱。（2）重介质旋流器中流体的分布规律：旋流器中的流体流速分布是很复杂的。旋流器中任一点矿浆的流动速度可分解为切向、径向和轴向三个分速度。（3）影响重介质旋流器工作的因素：进料压力；悬浮液的密度；入料的固液比；旋流器结构参数。3.2 煤泥分选煤泥分选3.2.1 浮选的原理与基本过程浮选的原理与基本过程 浮选是当前分选煤泥最有效的方法，对选煤厂煤泥水处理和回收细粒精煤起着重要的作用。现代的泡沫浮选过程一般包括以下作业：磨矿；调浆加药；浮选分离；产品处理。浮选药剂的种类很多，既有有机化合物又有无机化合物，即有酸和碱，又有不同的盐类等。浮选药剂分类法很多，最基本的方法是根据药剂的用途分类，通常分为三类。（1）捕收剂，能选择性地作用于矿物表面并使其疏水的有机物质称为捕收剂。捕收剂作用于矿物-水界面，通过调高矿物的疏水性，使矿粒能更牢固的附着于气泡而上浮。（2）起泡剂，起泡剂为表面活性剂，主要富集在水-气界面，促使空气在矿浆中弥散成小气泡，防止气泡兼并，并提高气泡在矿化和上浮过程中的稳定性，保证矿化气泡上浮后形成泡沫层。3.2.2 浮选药剂浮选药剂 （3）调整剂，主要用于调整其他药剂（主要是捕收剂）与矿物表面的作用，调整矿浆的性质，提高浮选过程选择性。调整剂的种类较多，可细分为四种：活化剂、抑制剂、介质PH调整剂、分散剂与絮凝剂。3.2.2 浮选药剂浮选药剂3.2.3 浮选机浮选机 目前应用最多的分类法是按充气和搅拌方式的不同将浮选机分为两大类，即机械搅拌式和无机械搅拌式。机械搅拌式浮选机分自吸式和压气式两类。自吸式具有如下特点：搅拌力强，可保证密度、粒度较大的矿粒悬浮，并可促进难溶药剂的分散与乳化。对分选多金属矿的复杂流程，自吸式可依靠叶轮的吸浆作用实现中矿返回，省去大量砂泵。对难选和复杂矿石或希望得到高品位精矿时。可保证得到较好的稳定指标。运动部件转速高、能耗大、磨损严重、维修量大。压气式是压入空气来完成充气，故具有以下特点：充气量大，便于调节，对提高产量和调整工艺有利。搅拌不起充气作用，故转速低、磨损小、能耗低、维修量小。液面稳定、矿物泥化少、分选指标好，但需压气系统和管路。充气式浮选机这类浮选机结构特点是无机械搅拌器，无传动部件，矿浆的充气靠外部压入空气，故称为充气式浮选机。最典型的是浮选柱。逆流式浮选柱有以下几个特点：一，比常规机械搅拌式浮选机和短体喷射式浮选柱有更大的矿化区；二，矿物颗粒与气泡的碰撞及黏附几率大；三，同样的充气量可产生更大的气-液界面；四，减少了高灰细泥的污染。浮选柱：（1）传统浮选柱；（2）新型浮选柱，国内最引人注目的为旋流静态微泡浮选柱；（3）空气析出式浮选机。3.3 其他选煤方法其他选煤方法利用矿粒在斜面水流中运动状态的差异来进行分选的方法，称为斜面流选矿。斜面流选矿有两种：溜槽选矿与摇床选矿。处理粗粒级矿石的溜槽选矿，水层厚度从数十毫米到数百毫米，给矿粒度也由数毫米到数百毫米，目前已逐渐被淘汰。另一类处理细粒级（35mm以下）及矿泥（-0.074mm）的斜槽，矿浆呈薄层状流过设备表面，水层厚度大者有数毫米，小者为1mm左右，是处理细粒和微细粒级矿石的有效手段，如摇床选矿，习惯上亦称作流膜选矿。目前正得到广泛的应用。3.3.1 溜槽与摇床选矿溜槽与摇床选矿3.3.2 干法选煤干法选煤干法选煤主要是利用煤与矸石的物理性质差别进行分选，如密度、粒度、形状、光泽度、导磁性、导电性和辐射性、摩擦系数等。干法选煤有风选、拣选、摩擦分选、磁选、电选、微波分选等，其中最常见的是风力选煤（即风力摇床、风力跳汰），它是以空气作为介质。风力选煤：入料要得到有效分选，其上下限粒度比约为2:1，在实际分选中，由于物料形状、周围颗粒干扰等作用影响，入料上下限粒度比可达3:1。入料粒度范围比较窄，且物料的形状和粒度对分选影响很大，煤和矸石的视密度差不得低于0.8，风力选煤的分选精度低，适应性差。设备种类有风力摇床、风力跳汰机等。优点：适合缺水地区的煤炭分选，无煤泥水处理系统，费用低，投资省。缺点：入料的粒级窄，粉尘污染严重。空气重介质流化床选煤：它以气固两相悬浮体（即气固流化床）作为分选介质，分选介质的密度与分选密度基本一致。4煤泥水处理4.1 煤泥水处理的目的和意义煤泥水处理的目的和意义 选煤过程耗水量大，而我国煤炭资源和水资源呈逆向分布，富煤地区缺水。水资源缺乏将会成为影响煤炭入选量提高的因素之一，提高煤泥水的循环利用率是缓解这种供需矛盾的有效手段之一。如果煤泥水高浓度循环，会影响脱水、浮选等生产环节的效率，严重时甚至会导致系统瘫痪。高浓度煤泥水如果外排，会浪费大量煤泥资源和水资源。实现清水循环不仅有利于提高产品质量，还可有效避免资源浪费和环境污染问题。实现煤泥高效回收，煤泥水澄清，保证必须排放时能符合环境保护的排放要求，不污染环境是煤泥水处理的主要目的。4煤泥水处理4.2 煤泥水的主要性质煤泥水的主要性质 煤泥水是一种复杂的多相分散体系。从颗粒组成看，它是由不同粒度、不同形状、不同密度、不同岩相、不同矿物组成、不同表面性质的颗粒以不同的比例和水混合而成，补加水又具有不同离子组成、不同酸碱度、不同矿化度，不同的补加水和煤颗粒混合更加剧了煤泥水的复杂性和煤泥水处理的艰巨性。煤中的矿物组成和矿物性质决定了循环煤泥水体系的性质及体系中固体颗粒的成分。煤中的脉石矿物组成包括黏土矿物、氧化矿物、碳酸盐矿物、硫化矿物、硫酸盐矿物及其他矿物。黏土矿物是煤中最主要的脉石矿物，常见的有高岭石、伊利石和蒙脱石。高岭石是煤中最主要的黏土矿物，其含量明显高于其他黏土矿物，这是由于泥炭中有机酸的存在有利于高岭石的形成。4.2.1 煤中矿物组成和矿物性质煤中矿物组成和矿物性质 黏土矿物性质：1）黏土矿物的表面电性：根据电荷来源，黏土矿物的电荷可分为两类：永久电荷（结构电荷）与表面电荷（可变电荷）。2）黏土矿物的泥化特性与比表面积：高岭石晶层牢固，晶格无扩展性，无分散性和膨胀性。高岭石颗粒在水中具有较小的比表面积和较大的粒径。伊利石晶层牢固，晶格无扩展性，其分散性和膨胀性居于高岭石和蒙脱石之间。泥化形成微细颗粒，并产生巨大表面积是黏土矿物的一大特点。4.2.1 煤中矿物组成和矿物性质煤中矿物组成和矿物性质 氧化矿物性质：煤中氧化矿物主要为石英。石英矿物密度大、不易机械粉碎和泥化、界面化学性质稳定，比表面积小。碳酸盐矿物性质：煤中的碳酸盐矿物主要有方解石和白云石。这两类矿物可以在水中溶解产生金属阳离子Ca2+和Mg2+。4.2.1 煤中矿物组成和矿物性质煤中矿物组成和矿物性质硫化矿物性质：煤中的硫化矿物主要是黄铁矿。硫化矿物在水中形成酸性溶液环境。硫酸盐矿物性质：煤中的硫酸盐矿物主要是石膏。石膏的溶解度比方解石和白云石大，可以溶解产生大量的Ca2+。4.2.2 煤泥水体系的溶液化学性质煤泥水体系的溶液化学性质 循环煤泥水中主要的阳离子为K+、Na+、Ca2+、Mg2+，阴离子为Cl-。矿物溶解：指原煤中的氯化物、硫酸盐类（石膏）和碳酸盐类（方解石和白云石）等矿物质在水中的溶解反应。离子交换：根据交换离子的不同，离子交换可以分为阳离子交换和阴离子交换。在循环煤泥水体系中，黏土矿物的阴离子交换容量小于阳离子的交换容量，主要是K+、Na+和Ca2+、Mg2+的阳离子交换反应，在黏土颗粒表面的阳离子与循环煤泥水体系中阳离子发生离子交换。在选煤过程中，由于煤中矿物的溶解和吸附，煤泥水中的离子组成会发生变化。选煤厂完善的煤泥水系统通常包括：煤泥分选-尾矿浓缩-压滤，缺少任何环节都不能实现煤泥水的闭路循环。4.3.1 煤泥水处理工艺煤泥水处理工艺4.3 煤泥水处理工艺和设备煤泥水处理工艺和设备工工艺优点点缺点缺点应用用直接浮选-尾煤浓缩-压滤可以实现洗水闭路，精煤回收充分投资大、运行成本高大中型炼焦煤选煤厂煤泥重介选-尾煤浓缩压滤粗煤泥分选精度高，投资小精煤回收下限0.1mm，尾煤量大全重介、难浮选煤泥选煤厂煤泥重介选-粗煤泥直接回收-细煤泥浓缩-压滤投资和运行费用比第一种稍低适用于分选密度在1.6kg/L以上的易选粗煤泥，细煤泥量大、脱水困难动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥水浓缩-直接回收投资小经济效益低，煤泥脱水困难，设备用量大，洗水闭路循环难度大动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥水沉降池投资小，生产费用低洗水不能闭路，环境污染和资源浪费严重小型选煤厂表表1 典型的煤泥水处理工艺典型的煤泥水处理工艺 选煤厂通常采用凝聚和絮凝的方法来强化煤泥水的沉降。在悬浮液中加入电解质，使悬浮液失稳的现象，叫凝聚。在悬浮液中加入高分子化合物，由于它的架桥作用，使悬浮液失稳的现象，叫絮凝。絮凝剂在颗粒表面的吸附，主要有静电键合、氢键键合和共价键键合三种类型。凝聚剂主要为无机电解质。其电离出来的离子应和颗粒所荷离子的电性相反，且离子的价态越高，所起凝聚作用越强。凝聚剂分阴离子型和阳离子型，工业上常用的凝聚剂多为阳离子型。4.3.2 煤泥水处理药剂煤泥水处理药剂 絮凝剂为有一定线形长度的高分子有机聚合物，按其来源可分为天然的和人工合成的两大类。1）天然高分子絮凝剂：淀粉加工产品及其衍生物；纤维素的衍生物；腐殖酸钠，2）人工合成的高分子絮凝剂，按其官能团分类主要有：阴离子型、阳离子型和非离子型三大类。絮凝剂的配制及使用：絮凝剂在选煤厂中最主要的用途是提高澄清、浓缩设备固液分离的效果；另一用途是对某些特殊设备，如深锥浓缩机、带式压滤机等，要有适当的絮凝剂配合使用，能充分发挥作用。选煤厂购买的絮凝剂大都是粉末状的，使用时必须先溶解。溶解设备通常用搅拌桶。凝聚剂和絮凝剂两者配合起来使用将获得较理想的效果。4.3.2 煤泥水处理药剂煤泥水处理药剂 在煤泥水处理中常用的自然沉降设备包括煤泥沉淀池、浓缩漏斗、角锥沉淀池、斗子捞坑、沉淀塔、沉淀槽、深锥浓缩机和耙式浓缩机等。斗子捞坑的几种主要形式：斗子在捞坑内；斗子在捞坑外；斗子机尾在捞坑外。斗子捞坑入料及溢流方式：中心入料，周边溢流；一侧入料，另侧溢流；切线入料，中心溢流。4.3.3 煤泥水处理设备煤泥水处理设备 耙式浓缩机：该设备中心给料，周边溢流，底流经池底中心用泵抽出或靠自重排放。从传动特点来分，可分为中心传动式、周边传动式两种；从结构特点来分可分为普通浓缩机、高效浓缩机两种。高效浓缩机和普通浓缩机的主要区别在于入料的方式不同。深锥浓缩机：特点是在锥体带有搅拌装置且圆锥部分较长。它利用在入料中加入絮凝剂和高度所产生的自然压力，获得较澄清的溢流和高浓度底流。深锥浓缩机的单位面积处理量与底流固体含量有关，当要求的底流固体含量为300g/L时，其单位面积处理量约为8m/(m2h)；当要求的底流固体含量为500600g/L时，其单位面积处理量约为3.54 m/(m2h)。4.3.3 煤泥水处理设备煤泥水处理设备5炼焦与配煤5.1 炼焦的性质炼焦的性质5.1.1 焦炭的宏观构造焦炭的宏观构造5.1.1.1 裂纹度裂纹度5.1.1.2 气孔率气孔率5.1.1.3 气孔平均直径气孔平均直径5.1.1.4 比表面积比表面积 焦炭是由黏结性煤在隔绝空气的条件下加热至1000左右干馏所得到的多孔性团体块状物，此过程称为煤的高温干馏，所得到的最终产物为焦炭、煤气和煤焦油等，一般焦炭为主要目的产物。焦炭是一种质地坚硬，以碳为主要成分的、含有裂纹和缺陷的不规则多孔体，呈银灰色。裂纹度即焦炭单位面积上的裂纹长度。气孔体积与总体积比的百分数，焦炭的气孔有大有小，有开口的有封闭的。焦炭中存在的气孔大小是不均一的，一般称直径大于100m的气孔为大气孔，20100m的为中气孔，小于20m的为微气孔。指单位质量焦炭内部的表面积5.1.2 焦炭的物理机械性能焦炭的物理机械性能5.1.2.1 筛分组成与平均粒度筛分组成与平均粒度5.1.2.2 焦炭的强度焦炭的强度 焦炭在高炉炼铁过程中的作用要求焦炭具有适当的块度和较高的强度，焦炭块度大小与均匀性受焦炭强度的影响，因此，焦炭的强度是焦炭质量的重要指标。焦炭是外形和尺寸不规则的物料，只能用统计的方法来表示其粒度，即用筛分试验获得的筛分组成及计算的平均粒度进行表征。强度是冶金焦和铸造焦物理机械性能的重要的指标，由于焦炭是一种多孔、易碎、无固定形状的固体，其强度是一种难以评价的性质。5.1.3 焦炭的化学组成焦炭的化学组成5.1.3.1 工业分析工业分析5.1.3.1 元素分析元素分析5.1.4 焦炭的高温反应性焦炭的高温反应性5.1.4.1 反应机理反应机理5.1.4.2 影响焦炭反应的速度影响焦炭反应的速度5.1.5 焦炭的反应性及反应后强度焦炭的反应性及反应后强度A水分B灰分 C挥发分和固定碳A碳与氢B氮C硫D氧E磷F钾与钠 焦炭的高温反应性是焦炭与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的性质，简称焦炭反应性。(1)原料煤性质(2)炼焦工艺 焦炭的反应性受焦炭自身的粒度大小、气孔率和比表面积、焦炭内在性质以及反应的温度等因素影响。5.2 炼焦原理炼焦原理 成焦过程、煤的粘结与半焦收缩、炭化室内成焦特征、成焦过程气体析出途径。5.3 炼焦配煤炼焦配煤5.3.1 配煤意义与原则配煤意义与原则配煤的意义、配煤的原则。5.3.2 配煤理论配煤理论胶质层重叠原理、互换性原理、共炭化原理。5.3.3 配煤质量指标及计算方法配煤质量指标及计算方法水分、灰分、硫分、挥发分、黏结性指标、膨胀压力、煤料细度。5.3.4 配煤试验配煤试验配煤试验目的、配煤试验煤源调查与煤样采集、炼焦配煤试验。5.3.5 炼焦配煤工艺炼焦配煤工艺煤的接受与贮存、煤的配合、运输与粉碎。5.4.1 焦炉装煤焦炉装煤5.4 炼焦工艺炼焦工艺装煤要求、装煤过程的烟尘控制。5.4.2 焦炉出焦焦炉出焦出焦操作要求、推焦计划。5.4.3 熄焦与筛焦熄焦与筛焦湿法熄焦、干法熄焦、低水分熄焦、熄焦过程防尘、焦炭分级与筛焦。5.5 炼焦化学产品回收炼焦化学产品回收5.5.1 炼焦化学产品的组成与产率炼焦化学产品的组成与产率化学产品的组成与产率、化学产品产率的影响因素。5.5.2 炼焦化学产品回收典型工艺炼焦化学产品回收典型工艺硫铵流程、氨水流程。5.6 动力配煤动力配煤动力配煤技术及意义、动力配煤质量标准、动力配煤工艺。6煤的洁净燃烧长期以来，煤一直是人类社会的主要能源。但是人们在获得能量的同时，也给自己带来了一系列的困扰，在煤的燃烧过程中，产生大量的污染物，会导致严重的大气污染，环境问题已成为当今社会日益关注的问题。我国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，目前消费的煤炭大约有95%是以燃烧的方式利用，每年直接用于燃烧的煤炭可达12亿吨以上，由此产生的环境问题已成为制约我国经济发展的重要因素。随着环保要求的日益严格，煤的洁净燃烧必然会成为政府的首要发展目标。6煤的洁净燃烧6.1 低低NOx燃烧技术燃烧技术在煤的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部分，煤燃烧生成的氮氧化物主要有NO和NO2，统称为NOx。在各类NOx中，尤以NO最为重要，常规燃煤锅炉中NO生成量占NOx总量的90%以上，NO2只是在高温烟气在急速冷却时由部分NO转化生成的。大气中的NOx溶于水后会生成为硝酸雨，酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。6.1.1 Nox的生成机理的生成机理根据NOx中的N的来源及生成途径，燃煤过程中NOx的生成机理可分为三类：燃料型、热力型和快速型，其中燃料型占主导作用。6.1.2 降低降低NOx排放的方法排放的方法在煤燃烧过程中，采取降低NOx技术降低NOx的形成，会减少对环境的危害，为此通过组织良好的燃烧控制NOx的形成，从而满足环保要求是比较经济的技术措施。主要方法：空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术和烟气再循环技术等。6.1.3 低低NOx燃烧器燃烧器利用燃烧器降低NOx生成的基本原理是通过改进燃烧器的结构以及通过改变燃烧器的风燃比例，来降低烟气中氧气浓度、适当降低着火区火焰的最高温度、缩短气体在高温区的滞留时间，以达到最大限度地抑制NOx生成以及降低排气中NOx浓度的目的。6.1.4 低低NOx燃烧技术的发展燃烧技术的发展 为了控制燃烧装置排放的NOx对生态环境的危害，国外从20世纪50年代起就开始了燃烧过程中NOx生成机理和控制方法的研究。到20世纪70年代末和80年代，低NOx燃烧技术的研究和开发达到高潮，开发出了低NOx燃烧器等实用技术。进入20世纪90年代，电站锅炉供货商又对其开发的低NOx燃烧器做了大量的改进和优化工作，使该技术得到了日益完善。6.2 循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术作为一项高效低污染的新型燃烧技术，近年来发展迅速，这是对传统的层状燃烧（链条炉）和悬浮燃烧（煤粉炉）技术的一个重大革新。由于其在炉内燃烧过程中同时实现脱硫脱硝，排放直接达标，因此在世界范围内得到了迅速发展和广泛的重视。6.2.1 循环流化床燃烧技术的优点循环流化床燃烧技术的优点流化床燃烧最突出的特点是：燃料适应性广、燃烧效率高、低温燃烧，长的停留时间，以及强烈的湍流混合等。循环流化床以其独特的流体动力特性和结构设计，使其具有许多优点。如：低温燃烧特性、燃料适应性广、低的污染物排放等。6.2.2 循环流化床燃烧技术的原理循环流化床燃烧技术的原理流化床燃烧技术的核心是在炉膛内形成了一种特殊的气固两相流动状态，即流化态。固体燃料在此状态下与气体、受热面、固体颗粒之间发生强烈的传质或传热作用，并剧烈燃烧，从而具备了区别于其他常规燃烧技术的特点。6.2.3 循环流化床燃烧技术的应用循环流化床燃烧技术的应用循环流化床技术目前主要用于洁净火力发电、热电联产、劣质燃料利用及集中供热等方面。从目前国内外正在积极开发的多种燃煤新技术看，循环流化床燃烧技术是能够被国内广泛接受和应用、并改变我国能源工业因燃煤造成的低效率高污染状态的一种新技术，能切实地体现其重大的经济、社会效益和环保效益。6.3 水煤浆燃烧技术水煤浆燃烧技术 水煤浆是应对20世纪70年代世界石油危机而出现的一种煤基流体燃料。当时，以石油为主要能源的西方各国受到了很大冲击，人们纷纷研究以煤代油的策略，因而便把注意力转向物理加工的煤浆燃料技术，而水煤浆就是一种低成本、见效快、技术相对简单替代产品，同时也是一种煤的间接洁净燃烧技术。6.3.1水煤浆燃烧特性水煤浆燃烧特性雾化喷嘴是水煤浆燃烧的关键技术，性能的好坏直接影响水煤浆能否顺利着火和燃烧、燃烧效率是否满足要求。国内雾化喷嘴主要有三种形式：旋流内混型、Y型、冲击式多级雾化型。6.3.2水煤浆燃烧技术的应用及发展趋势水煤浆燃烧技术的应用及发展趋势水煤浆的用途主要有两个方面：燃料和化工原料。水煤浆可以在电站锅炉、工业锅炉、轧钢炉等替代油燃烧，而代油的形式可分为两种，一是将原来的锅炉改造成燃烧水煤浆的锅炉；一种是制造专用燃烧水煤浆的锅炉。多年来，水煤浆已先后成功地在电厂锅炉、工业窑炉和锅炉上进行燃烧取得了成功。6.4 煤的分离燃烧技术煤的分离燃烧技术煤不仅是燃料而且还是重要的化工原料，煤中含有200多种化工成分，其中较为常见的有苯、酚、萘、蒽和轻油等。因此，在煤的燃烧过程中，脱除硫、氮等引起污染的成分，提取煤中有用的化工成分，实现能源的清洁利用，有些学者提出了锅炉洁净燃煤的新方案-分离燃烧技术。6.4.1 分离燃烧的基本原理分离燃烧的基本原理煤分离燃烧即煤热解分离燃烧，特点是将煤先干馏后燃烧，因此是一种间接燃烧方式。分离燃烧可应用于工业锅炉和电站锅炉等燃烧设备。应用于工业链条炉时，须将链条炉的炉排加长，并在锅炉前方加一干馏室，在炉膛四周还须安装煤气燃烧器。分离燃烧链条炉不仅污染少，而且在供热的同时，对外供应煤气、焦炭和许多化工产品，增多了锅炉的功能，提高了锅炉运行的经济效益，从节约能源的角度出发，实现了对煤的综合利用和洁净燃烧。6.4.2 分离燃烧技术的性能分析分离燃烧技术的性能分析煤的热解、燃料燃烧和粗煤气精制都是可以