1 煤炭的分类
随着社会的发展,科学的进步,煤的用途愈来愈广泛。人们对煤的性质、组成结构和应用等方面的认识也越来越深入,逐渐发现各种煤炭既有相同的地方,又有不同的特性。根据各种不同的需要,把各种不同的煤归纳和划分成性质相似的若干类别。这样,就形成煤分类的概念。针对不同的侧重点,煤的分类方法有:
(1)煤的成因分类:成煤的原始物料和堆积环境分类,称为煤的成因分类;
(2)煤的科学分类:煤的元素组成等基本性质分类,称为科学分类;
(3)煤的实用分类:煤的实用分类又称煤的工业分类。按煤的工艺性质和用途分类,称为实用分类。中国煤分类和各主要工业国的煤炭分类均属于实用分类,以下详细介绍我国煤实用分类的情况。
根据煤的煤化度,将我国所有的煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大煤类。又根据煤化度和工业利用的特点,将褐煤分成2个小类,无烟煤分成3个小类。烟煤比较复杂,按挥发分分为4个档次,即Vdaf>10%~20%、Vdaf>20%~28%、Vdaf>28%~37%和Vdaf>37%,分为低、中、中高和高四种挥发分烟煤。按粘结性可以分为5个或6个档次,即粘结指数GR.I.为0~5,称不粘结或弱粘结煤;GR.I.>5~20,称弱粘结煤;GR.I.>20~50,称为中等偏弱粘结煤;GR.I.>50~65,称中等偏强粘结煤;GR.I.>65,称强粘结煤。在强粘结煤中,若y>25mm或b>150%(对于Vdaf>28%,的肥煤,b>220%)的煤,则称为特强粘结煤。参见GB5751-1986。各类煤的基本特征如下:
(1)无烟煤(WY)。无烟煤固定碳含量高,挥发分产率低,密度大,硬度大,燃点高,燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤;02号无烟煤为典型无烟煤;03号无烟煤为年轻无烟煤。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。
(2)贫煤(PM)。贫煤是煤化度最高的一种烟煤,不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉中不结焦。燃烧时火焰短,耐烧。
(3)贫瘦煤(PS)。贫瘦煤是高变质、低挥发分、弱粘结性的一种烟煤。结焦较典型瘦煤差,单独炼焦时,生成的焦粉较多。
(4)瘦煤(SM)。瘦煤是低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。在炼焦时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时,能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭,但焦炭的耐磨性较差。
(5)焦煤(JM)。焦煤是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭,其耐磨性也好。但单独炼焦时,产生的膨胀压力大,使推焦困难。
(6)肥煤(FM)。肥煤是低、中、高挥发分的强粘结性烟煤。加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度较高的焦炭,其耐磨性有的也较焦煤焦炭为优。缺点是单独炼出的焦炭,横裂纹较多,焦根部分常有蜂焦。
(7)1/3焦煤(1/3JM)。1/3焦煤是新煤种,它是中高挥发分、强粘结性的一种烟煤,又是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭。
(8)气肥煤(QF)。气肥煤是一种挥发分和胶质层都很高的强粘结性肥煤类,有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间,单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品。
(9)气煤(QM)。气煤是一种煤化度较浅的炼焦用煤。加热时能产生较高的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤,能够单独炼焦。但焦炭多呈细长条而易碎,有较多的纵裂纹,因而焦炭的抗碎强度和耐磨强度均较其他炼焦煤差。
(10)1/2中粘煤(1/2ZN)。1/2中粘煤是一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。其中有一部分在单独炼焦时能形成一定强度的焦炭,可作为炼焦配煤的原料。粘结性较差的一部分煤在单独炼焦时,形成的焦炭强度差,粉焦率高。
(11)弱粘煤(RN)。弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的烟煤。加热时,产生较少的胶质体。单独炼焦时,有的能结成强度很差的小焦块,有的则只有少部分凝结成碎焦屑,粉焦率很高。
(12)不粘煤(BN)。不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当氧化作用的低变质程度到中等变质程度的烟煤。加热时,基本上不产生胶质体。煤的水分大,有的还含有一定的次生腐植酸,含氧量较多,有的高达10%以上。
(13)长焰煤(CY)。长焰煤是变质程度最低的一种烟煤,从无粘结性到弱粘结性的都有。其中最年轻的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。煤化度较高的年老煤,加热时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时也能结成细小的长条形焦炭,但强度极差,粉焦率很高。
(14)褐煤(HM)。褐煤分为透光率Pm<30%的年轻褐煤和Pm>30~50%的年老褐煤两小类。褐煤的特点为:含水分大,密度较小,无粘结性,并含有不同数量的腐植酸,煤中氧含量高。常达15~30%左右。化学反应性强,热稳定性差,块煤加热时破碎严重。存放空气中易风化变质、破碎成效块甚至粉末状。发热量低,煤灰熔点也低,其灰中含有较多的CaO,而有较少的Al2O3。
2 原煤与精洗煤性能指标
3 洁净煤技术
洁净煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中,旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
3.1 洁净煤技术国外发展概况
1986年3月美国率先推出“洁净煤技术示范计划(CCTP)”,主要包含四个方面:(1)先进的燃煤发电技术(整体煤气化联合循环发电-IGCC,流化床燃烧-CFBC,改进燃烧和直接燃煤热机);(2)环境保护设备(NOX与SOX控制);(3)煤炭加工成洁净能源技术(洗选、温和气化、液化);(4)工业应用(炼铁、水泥及其他行业控制硫、氮、灰尘排放和烟气回收洗涤等)。已有13项取得初步商业化成果。欧共体国家正在研究开发的项目有煤气化联合循环发电(IGCC),煤和生物质及废弃物联合气化(或燃烧),循环流化床燃烧,固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。日本近年来开始较大幅度的增加煤炭的消费量,发展洁净煤技术成为热点。正在开发的项目包括(1)提高煤炭利用效率的技术,如IGCC、CFBC和PFBC;(2)脱硫、脱氮技术,如先进的煤炭洗选技术,氧燃烧技术,先进的废烟处理技术,先进的焦炭生产技术等;(3)煤炭转化技术,如煤炭直接液化,加氢气化,煤气化联合燃料电池和煤的热解等;(4)粉煤灰的有效利用技术。
3.2 洁净煤技术国内发展概况
我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作。随着国家宏观发展战略的转变,洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一,得到政府的大力支持。1995年国务院成立了"国家洁净煤技术推广规划领导小组",组织制定了《中国洁净煤技术"九五"计划和2010年发展纲要》,并于1997年6月获国务院批准。
中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域(煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理),包括十四项技术,即:煤炭洗选、型煤、水煤浆;循环流化床发电技术、增压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术;煤炭气化、煤炭液化、燃料电池;烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层甲烷的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用、工业锅炉和窑炉。
4 重介选煤
重介质选煤是用密度大于水,并介于煤和矸石之间的重液或重悬浮液作介质实现分选的一种重力选煤方法。依所用介质不同,可分为重液选煤和重悬浮液选煤两大类。重液是指某些无机盐类的水溶液和高密度的有机溶液。重悬浮液是由加重质(高密度固体微粒)与水配制成具有一定密度呈悬状的两相流体。当原煤给入充满这种悬浮液分选机后,小于悬浮液密度的煤上浮,大于悬浮液密度的矸石(或中煤)下沉,实现按劳取酬密度分选。重液选煤因介质腐蚀性大,回收难,成本高,工业上未能应用。目前,生产中广泛应用的是重悬浮液选煤,通称重介质选煤。
按分选条件不同,重介质选可分为在重力场中分选和在离心力场中分选2大类。前者主要用于选块煤(大于是13mm),在重个质分选机内实与分选,后者多用于分选末,用重介质旋流器实现分选。重介质选煤是目前分选效率最高的选煤方法,其特占是:①分选精确度高;②分选密度调节范围宽;易实现自动调控;③对入选原煤的数量和质量波动适应性强;④分选粒度范围宽,块煤分选机入料粒度一般为300~13mm,旋流器入料粒度通常为13~0.15mm;⑤生产中必须添加重要质,工艺流程中要有介质制备和净化回收系统;⑥设备磨损较严重,溜槽、管道要采用耐磨材质,以减少维修量。