选煤厂工艺流程
选煤厂工艺流程如下:
1、煤炭加工、矸石处理、材料和设备输送等构成了矿井地面系统。其中地面煤炭加工系统由受煤、筛分、破碎、选煤、储存、装车等主要环节构成。是矿井地面生产的主体。
2、受煤是在井口附近设有一定容量的煤仓,接受井下提升到地面的煤炭,保证井口上下均衡连续生产。
选煤及选煤工艺流程
原煤在生成过程中混入了各种矿物杂质,在开采和运输过程中不可避免地又混入顶板和底板的岩石及其他杂质(木材、金属及水泥构件等)。随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化,原煤质量将越来越差,表现在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增加、水分增高。为了降低原煤中的杂质,同时把煤炭按质量、规格分成各种产品,就要对煤炭进行机械加工,以适应不同用户对煤炭质量的要求,有效地、合理地利用煤炭资源,减少燃煤对大气的污染,保证国民经济的可持续发展。选煤厂是煤炭工业的重要部门。 一、选煤的主要目的
(1)除去原煤中的杂质,降低灰分和硫分,提高煤炭质量,适应用户的需要;
(2)把煤炭分成不同质量、规格的产品,适应用户需要,以便有效合理地利用煤炭,节约用煤10%~15%;
(3)煤炭经过洗选,矸石可以就地废弃,可以减少无效运输10%~20%,同时为综合利用煤矸石创造条件;
(4)煤炭洗选可以除去大部分的灰分和50%~70%的黄铁矿硫,减少燃煤对大气的污染。它是洁净煤技术的前提。
二、我国煤炭主要用户对煤炭质量的要求
(1)电厂用煤
不同设备的火力发电厂所燃用的煤种和质量规格也不同。层状锅炉用块煤,新建的电厂均采用粉煤进行喷吹,一般采用粒度小于25mm或13mm的末煤。也有一些燃用水煤浆。一般来说,只要挥发分大于6.5%的煤浆(无烟煤、烟煤、褐煤)都可以作为发电用煤。
大型燃用烟煤的电厂,对煤质的要求可分为两大类:一类是要求用“中高挥发分煤”,其挥发分为28%~35%;另一类是采用“低挥发分的贫瘦煤:,其挥发分为12%~18%。要求低位发热量在21MJ/kg(5000kcal/kg)以上,有的要求更高,23 MJ/kg(5500 kcal/kg)或25.3 MJ/kg(6000 kcal/kg)以上。
用褐煤的电厂通常要求低位发热量在12 MJ/kg(2870 kcal/kg)以上。用无烟煤的电厂通常要求低位发热量在21 MJ/kg(5000 kcal/kg)以上。
发电用煤对灰分的要求一般不超过25%,从环保的角度考虑应该采用选后的动力煤,以减少炉渣、烟尘和二氧化硫的排放。烟煤的全水分一般不应高于12%,褐煤的水分不应高于40%。硫分一般不应超过1%,超过1%的燃煤电厂,国家要求采用脱硫装置,减少二氧化硫的排放。灰的熔化温度不低于1150℃,最好高于1350℃.哈氏可磨性指标要求在50以上。
我国电厂用煤平均发热量为21.0 MJ/kg,灰分为25%左右,硫分约为1.0%。 (2)冶金焦炭用煤
用于生产冶金焦炭的精煤灰分必须低于12.5%,硫分一般低于1.5%。冶金部门提供的资料表明,精煤灰分每降低1%,焦炭灰分可降低1.35%;而焦炭灰分降低1%,,炼铁焦比可降低2%,高炉利用系数可提高3%,同时可以降低,石灰石的耗量,提高生铁的质量。因此, 要求尽量降低精煤的灰分,以提高焦炭的质量,增加经济效益。炼焦用精煤对硫份的要求十分严格,它使钢铁变脆,通常每提高硫分0.1%相当于灰分提高1%。水分对焦炉寿命有不良影响,而且延长结焦时间,消耗热量。冬季在寒冷地区水分使精煤冻结,对运输造成影响,所以水分要尽量降低。
(3)工业锅炉用煤
工业锅炉多为层床燃烧,有链条炉、往复炉及振动炉,煤粉燃烧炉较少。层床燃烧炉宜采用6~15mm的块煤,其中小于3mm不得超过30%。烟煤的挥发分大于20%,全水分不超过10%,灰分不超过30%,全硫不超过1.0%。蒸发量大的链条炉要求煤的低位发热量高,为21~23 MJ/kg(5000~5500 kcal/kg),蒸发量小的炉要求低位发热量18.8MJ/kg(4500 kcal/kg)即可。
一般工业锅炉可用无烟煤、烟煤、贫煤和褐煤。 (4)合成氨造气用煤
合成氨造气适用煤炭有烟煤和无烟煤两大类,粒度在13~100mm之间,如中块、大块、混中块及小块。它对灰分、水分、硫分、发热量、挥发分、机械强度、热稳定性、化学活性、黏结性等均有要求。块煤灰分应不高于24%,最好低于18%;硫分应不高于2.0%,最好低于1%;水分一般低于12%;灰熔融性不应低于1150℃;块煤的机械强度和热稳定性均应大于60%;低位发热量应大于21 MJ/kg,胶质层最大厚度应小于12mm。
(5)蒸汽机车用煤
蒸汽机车因为炉膛小、烟囱短,炉箅子孔隙大,一般要求粒度13~50mm的气煤、长焰煤或弱黏煤,灰分小于25%;硫分小于2.5%,挥发分16%左右,发热量大于25.10MJ/kg,灰熔融温度大于1200℃。
(6)高炉喷吹用煤
采用高炉喷吹可以节省焦炭用量,既保护稀缺的炼焦煤资源,又具有很好的经济效益,1t高炉喷吹煤可以代替0.75~0.8t焦炭。其用量不断增长,过去一直采用无烟粉煤,近年来也采用挥发分较低的贫瘦煤,甚至气煤,一般采用无烟煤和烟煤的混合喷吹煤,其比例约为7:3或6:4.
一般要求灰分低于12%,且越低越好;硫分要求低于1%,最好在0.5%以下;全水分越低越好,一般应低于10%;磷的含量应低于0.02%;粒度应小于13mm(或25mm)的末煤,煤的可磨性要好,哈氏可磨性指数一般应大于45,固定碳要大于75%,煤灰中的SiO2/CaO的比值越小越好。
(7)液化用煤
煤的液化分为直接液化和间接液化。这两种液化方法对煤炭质量的要求各不相同。 1.直接液化对煤质的基本要求
(1)煤中的灰分要低,一般小于5%。 (2)煤的可磨性要好。
(3)煤中的氢含量越高越好,氧的含量越低越好。 (4)煤中的硫分和氮等杂原子含量越低越好。 (5)煤岩的组成也是液化的一项主要指标。
煤的间接液化是将煤气化,生成H2/CO的原料气,再在一定压力和温度下加催化剂,合成液体油,因此对煤质的要求相对要低些。
2.间接液化对煤质的要求 (1)煤的灰分要低于15%。
(2)煤的可磨性要好,水分要低。
(3)对于水煤浆制气的工艺,要求煤的成浆性能要好。
(4)煤的灰熔融性要求。固定床气化要求煤的灰熔融性软化温度越高越好,一般不小于1250℃;流化床气化要求小于1300℃。
(8)建材用煤
建材用煤主要用于水泥生产、制砖、生产玻璃和陶瓷。 水泥回转窑一般要求挥发分稍高的烟煤,发热量要求21 MJ/kg((5000 kcal/kg)以上,硫分应不高于1.5%,粒度为-13mm为宜,哈氏可磨性指数越高越好。水泥立窑要求用无烟煤粒度13~100mm之间,灰分要求小于25%,低位发热量在23.0 MJ/kg,固定碳大于60%,热稳定性要好。
玻璃及陶瓷要求用低硫、低灰的块烟煤。
(9)民用煤
一般采用无烟块煤,或者用无烟末煤成型的煤球和蜂窝煤。从环保角度及安全考虑,其硫分应尽量低。 三、选煤方法
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,叫做湿法选煤。
选煤方法还可以分为重力选煤、浮游选煤和特殊选煤等。
重力选煤主要是依据煤和矸石的密度差别而实现煤和矸石分选的方法。煤的密度通常在1.2~1.8g/cm3之间,而矸石的密度在1.8g/cm3以上,在选煤机内借助重力把不同密度的煤和矸石分开。重力选煤又可分为跳汰选、重介质选、溜槽选、斜槽选和摇床选等。
浮游选煤简称浮选,主要是依据煤和矸石表面润湿性的差别,分选细粒(小于0.5mm)煤的选煤方法。
特殊选煤主要是利用煤与矸石的导电率、磁导率、摩擦因素、射线穿透能力等的不同,把煤和矸石分开。包括静电选、磁选、摩擦选、放射性同位选和X射线选等。
此外,还有手选,即人工拣矸,它是根据块煤与矸石在颜色、光泽及外形上的差别由人工拣除。对煤与矸石硬度差别较大的块煤,可以采用滚筒碎选机进行选择性破碎,以实现煤与矸石的分离。
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,其他方法均用得较少。
选煤的主要产品是精煤,副产品有中煤、混煤、煤泥等。选后的矸石和尾煤为废弃物,由于它含有一些夹矸煤等可燃物,也可作为制砖、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。 四、选煤厂的类型
选煤厂是对煤进行分选,生产不同质量、规格产品的加工厂。按照选煤厂的位置及其与煤矿的关系,选煤厂可分为5种类型:
(1) 矿井选煤厂
矿井选煤厂是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。这里所说的毛煤是指煤矿生产出来未经任何加工处理的煤;原煤则是从毛煤中选出规定粒度的矸石(包括黄铁矿等杂物)以后的煤。
(2) 群矿选煤厂
群矿选煤厂是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。
(3) 矿区选煤厂
矿区选煤厂是指在煤矿矿区范围内,厂址设在单独的工业场地上,入选外来煤的选煤厂。
(4) 中心选煤厂
中心选煤厂是指厂址设在矿区范围外独立的工业场地上,入选外来煤的选煤厂。
(5) 用户选煤厂
用户选煤厂是指厂址设在用户(如焦化厂等)工业场地上的选煤厂。 我国现有选煤厂大部分是矿井选煤厂。
现代化的选煤厂的生产过程是一个由许多作业所组成的连续机械加工过程。
一、原煤准备
新庄矿主井提升原煤首先进入箕斗仓,经棒条筛后,-100MM到博后筛进行二次筛分,+100MM大块经过手选后破碎到块煤皮带。博后筛把原煤分成+13MM块原煤和-13MM末原煤两个粒级。块煤和末煤到主洗全部通过脱泥筛后,再次分开。末原煤进入末煤重介系统,块原煤进入浅槽分选系统。当末煤重介系统或浅槽系统出现故障,无法洗煤时,可以入缓冲仓,用跳汰系统洗选。当然,也可以全部入原煤仓或落地。
二、块煤浅槽分选
块煤经W12F54浅槽分选成块精煤和矸石两种产品,块精煤经过固定筛和直线脱介筛脱介后,经皮带运输至产品仓。矸石经筛子脱介脱水后直接由厂房三层运出厂房外到矸石山。块精经固定筛预先脱介,筛下分为两部分,一部分为合格介质,另一部分去分流,直线脱介筛筛下前1/3段为合格介质段,后2/3段为稀介段;矸石经直线脱介筛脱介后筛下均为稀介;稀介均自流到磁选机回收精矿,精、矸磁选精矿进入到块煤合格介质桶中,尾矿进入块煤磁尾桶,作为喷水用。
采区是井下生产的基本单元,矿山开拓和采区巷道布置是井下开采的重要组成部分。采区内布置一系列巷道和若干回采工作面,建成从工作面到井下大巷的运输、通风、供电、压气、煤仓等生产系统。视煤层赋存条件,可在单一煤层中布置采区,或在几个相邻煤层中联合布置采区。为维持矿井持续生产,在回采的同时,需及时进行开拓工作和准备新采区,形成新工作面。此外,还要布置联通井下各采区的开拓井巷,形成全矿性的井下生产系统(见采区巷道布置)。
通过井下运输系统,将采出的煤和矸石运到地面,把人员、材料、装备从地面运到井下工作地点。矿井通风系统不断供给井下新鲜空气,利用各种通风结构设施,迫使风流到达井下每个作业点,供井下人员呼吸、降温及稀释瓦斯等有害气体;乏风通过回风井巷排出地面(见矿井通风、矿内空气、矿井热害)。井下各工作地点所需的电力、压气动力、防尘等安全措施及用水,分别以专用管线,从地面变电站、压风机房以及贮水池输送到井下去(见矿山动力供应、矿山供电系统);井下涌水则需在井底设集中水仓、水泵房,通过排水管排到地面(见矿山排水);充填、井下防火等特需的充填材料、泥浆须另设专用的设备和输送系统。露天开采须增设剥离、排土、堆土装备,以及相应容量的排土场;采深不大时,无需通风措施。基础理论 岩石力学 和地压控制理论一起,是指导采煤生产的重要理论基础。随着开采引起的围岩岩体中应力重新分布,使围岩、煤体和各种人工支撑物产生变形、塌落、破坏、地表发生沉降等力学现象,直接影响井下巷道和地表建筑物的稳定与作业安全。19世纪后期,已有人试图运用简单的力学定理,建立各种假说,来解释一些地压现象。20世纪30年代开始了以连续介质力学为理论基础的研究。随后,又开展了视岩体为连续介质各向异性体的研究,50年代后,开展了视岩体为非连续介质的弱面体研究、有限元法研究和极限平衡条件研究等。与此同时,相似材料模拟、光弹性模拟、数学模拟等各种研究方法和声、光、电学仪器设备等实验手段也获得了显著进展(见地压观测)。这些研究工作为更好地解决工作面支架设计、巷道维护、三下采煤以及具有冲击地压、煤、岩与瓦斯突出危险煤层的开采等各种实际问题,提供了理论基础。
系统工程学 在煤矿开采应用方面的研究也取得显著进展。首先在露天开采中应用,目前已扩展到地下开采,但都还处于初期阶段。煤炭生产是个复杂的大系统,它是由采煤、掘进、运输、提升、通风、排水、动力供应、地面生产系统等许多生产环节组成的,各环节间具有独立性,在工艺技术上、材料上、动力上、信息上又具有相关性,在整体上互相依存又互相制约。运用运筹学、电子计算机等工具,对大系统的要素、组织结构、信息交换和反馈控制等进行分析研究,达到最优设计、最优控制和最优管理的目标,保证产量或成本费用最低,技术经济指标最好(见计算机在采矿工业中的应用)。
矿山地压及其控制,系统工程在采煤中的应用,以及其他有关学科理论研究上的进展,已促使煤矿设计、生产管理更好地和现代科学技术相结合,采煤学科的内容和体系进入了大幅度更新期。术发展地下采煤 生产的发展,推动了采煤技术的进步,18世纪以来,地下采煤技术经历过两个发展阶段:
①第一个发展阶段 18世纪肇始于英国,使采煤从手工生产过渡到单一生产工序的机械化生产。首先以蒸汽为动力的提升绞车、水泵、扇风机,取代了辘轳提升、水斗戽水和自然通风。20世纪初到40年代后期,陆续出现了风镐、电钻、 凿岩机、 链板输送机、气动装岩机、电动装载机、带式输送机、自动卸载矿车等采掘设备和大功率的电动绞车、水泵、扇风机等技术装备,但采掘工作面仍以使用电钻的爆破落煤技术和凿岩机为主。中国自1875年起,相继建立了基隆、开平两个煤矿,实现了矿井提升、矿井通风、排水等几个主要辅助生产工序的机械化作业,这是中国近代采煤工业的开始。
②第二个发展阶段 采掘工作面从单一生产工序的机械化,发展为全部工序的综合机械化。20世纪40年代后期至50年代,英国、苏联分别研制出用于地下长壁工作面的联合采煤机,可同时完成落煤、装煤两道繁重工序的作业。与摩擦式或液压式单体支柱,以及稍后研制出的可弯曲输送机一起,构成了配套的普通机械化采煤设备(即普通采煤机组)。至60年代初,液压自移支架取代了单体支柱,构成了综合采煤机组,从而使工作面生产的采煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等所有工序,实现了连续、协调一致的综合机械化。到1982年,采煤综合机械化程度:联邦德国为98%,英国为92%,苏联为67%,波兰为77.8%。
矿井生产的日趋集中,生产规模的日益扩大,推动了矿井运输、矿井提升等环节的进一步技术改造。一些装备正朝着大型、强力、高速的方向发展。已出现了2000吨/时的钢芯强力带式输送机,35吨的提升罐笼,有效载重达50吨的箕斗,以及每秒供风量为300米3的扇风机等。 在地下采煤方法方面,世界上大多数产煤国家采用长壁工作面采煤法(见壁式采煤法)。美国由于煤层平缓,顶板坚硬,适宜用连续采煤机开采,主要用工作面短的房柱法采煤(见柱式采煤法),效率高,但煤炭损失多。
露天采煤 19世纪70年代,出现了勺斗容积为3~4米3的动力铲和以铁道或汽车配合使用的采、装、运设备,20世纪30年代,在软岩露天矿发展了能力大、效率高的连续开采新工艺,50年代得到推广。60年代以来,露天采煤规模、技术装备发展迅速,各种工艺方式都已形成配套的设备组合和系列,单机设备能力不断提高,并陆续出现了容量更大、生产能力更高的超重型装备:斗容137米3、卸载半径近100米的机械铲斗容168米3、卸载半径为180米,并已用电子计算机监控的吊斗铲日产20余万米3的轮斗铲载重达200~350吨系列的自翻车和自卸汽车;以及带宽3.6米,最长作业线98.65公里,最大生产能力每小时达48000米3的带式输送机等。系统工程和电子计算技术开始用于露天矿的单机控制、系统监控、全矿以至全公司的组织管理,使全世界露天采煤占全部煤产量的百分比,由60年代的30%提高到1980年的40%,苏联为32.6%,美国达55.3%,中国也正在大力发展露天采煤。