我國(guó)選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

劉學(xué)雷

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 二礦選煤廠，山西 陽泉045000)

煤炭是我國(guó)能源的重要組成部分，隨著我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)體系的優(yōu)化和完善，煤炭生產(chǎn)正朝著安全、高效、清潔的方向發(fā)展。在原煤的形成過程中會(huì)混入一些礦物雜質(zhì)，而在之后的開采和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中難免也會(huì)夾雜或帶入一些巖石粉渣、木屑、水泥粉等，因此開采出來的原煤必須經(jīng)過分選。選煤不僅可以去除矸石等雜質(zhì)，還能按質(zhì)量和粒級(jí)對(duì)煤進(jìn)行分類，以便高效合理的利用煤炭資源，原煤經(jīng)過分選加工之后，灰分、硫分的含量都會(huì)降低，可以有效提高煤的利用率，減少燃煤對(duì)環(huán)境的污染。因此，選煤在煤炭的整個(gè)開發(fā)利用過程中至關(guān)重要。隨著選煤技術(shù)的不斷優(yōu)化發(fā)展，我國(guó)已成功研制出多款具有自動(dòng)控制功能的設(shè)備，如重介質(zhì)旋流器、噴射式浮選機(jī)、跳汰機(jī)等，這些設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同性質(zhì)煤炭的有效分選，提高了煤炭的潔凈度和使用效率?；诋?dāng)前選煤行業(yè)節(jié)能減排要求，對(duì)各個(gè)設(shè)備的自動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)也提出了新的挑戰(zhàn)?；谏鲜霰尘埃芯肯冗M(jìn)選煤技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

文章旨在闡述選煤過程中的關(guān)鍵工藝，總結(jié)近幾年我國(guó)選煤方法的發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域研究人員提供參考。

1 我國(guó)選煤技術(shù)現(xiàn)狀

通常所說的選煤是指：為了提高煤炭質(zhì)量、提高原煤精純度、滿足生產(chǎn)需要，利用物理、化學(xué)方法，去除原煤中矸石等雜質(zhì)，并且按粒級(jí)、質(zhì)量等級(jí)分類的過程[1]。目前，研究去除原煤中的灰分和硫分技術(shù)是選煤技術(shù)研究熱點(diǎn)。

我國(guó)各大選煤廠選煤工藝均已向國(guó)際先進(jìn)水平看齊；選煤裝備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)水平、自動(dòng)化程度、高效性和可靠性都有顯著提高；選煤過程中的信息化和自動(dòng)化控制技術(shù)也在不斷的優(yōu)化，這大大提高了裝備的穩(wěn)定性和作業(yè)效率。綜合我國(guó)現(xiàn)有的選煤技術(shù)方法，根據(jù)選煤工藝的差異和原理的不同，選煤方法主要有：重介質(zhì)旋流器選煤、浮游選煤、復(fù)合干法選煤、跳汰選煤、水介質(zhì)旋流器選煤、搖床選煤和特殊選煤方法。

1.1 重介質(zhì)旋流器選煤方法

20世紀(jì)60年代，我國(guó)選煤企業(yè)開始引入重介質(zhì)選煤技術(shù)，相較于其他選煤方法，該方法具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、分選下限低等優(yōu)勢(shì)。目前，重介質(zhì)旋流器選煤工藝已被廣泛應(yīng)用于各大選煤廠。

該方法主要利用離心力對(duì)原煤進(jìn)行分選，分選過程復(fù)雜。簡(jiǎn)而言之就是，給重介質(zhì)旋流器設(shè)置合格介質(zhì)給料壓力、循環(huán)介質(zhì)量等參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)煤的分選[2]。這種方法適用于分選難度較大的煤。影響重介質(zhì)旋流器選煤工作效率的因素主要有：原煤密度大小、旋流器循環(huán)介質(zhì)的量的大小、旋流器中所加入的懸浮液的穩(wěn)定性、旋流器直徑大小等。局限性為：存在螺旋流問題；重介質(zhì)旋流和整個(gè)工藝流程較為復(fù)雜，系統(tǒng)容易發(fā)生故障，操作人員維護(hù)檢修工作量大；成本較高。

1.2 浮游選煤方法

浮游選煤簡(jiǎn)稱浮選，是根據(jù)煤與矸石表面潤(rùn)濕性的差異，利用浮選機(jī)進(jìn)行分選的一種方法。目前我國(guó)的浮選技術(shù)大有進(jìn)展，浮選設(shè)備性能大幅提高。浮選理論研究的難點(diǎn)和重要方向是浮選過程的強(qiáng)化[3-6]，包括：①選前的預(yù)處理；②浮選過程中的藥劑(如乳化劑、改性藥劑等)強(qiáng)化作用；③加入表面活性劑。浮選方法缺點(diǎn)為：過程適應(yīng)性較差，煤泥可浮性的非均勻性變化對(duì)分選效果影響較大，設(shè)備適應(yīng)性及精細(xì)化程度不高。鑒于精煤灰分的測(cè)量對(duì)煤泥浮選自動(dòng)化生產(chǎn)的重要性，郭西進(jìn)等[7]提出了一種基于泡沫圖像的浮選精煤灰分預(yù)測(cè)方法。D.FENG等[8]在其研究中驗(yàn)證了超聲波可以有效清洗粘附在煤顆粒表面的粘土，提高浮選精度。

1.3 復(fù)合干法選煤技術(shù)

我國(guó)煤炭主要分布在山西、內(nèi)蒙古等干旱缺水地區(qū)，因濕法分選對(duì)水的需求量大，因此采用干法分選技術(shù)可有效解決選煤水耗的問題。干法分選是在空氣中以煤和矸石的密度差異為依據(jù)進(jìn)行分選的選煤方法。該方法具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、占地小、能耗少、能有效分選褐煤等易泥化煤的優(yōu)點(diǎn)。局限性為：對(duì)入料外在水分有要求，一般不高于9%；分選精度低；自動(dòng)控制水平不高。

為實(shí)現(xiàn)干法選煤的自動(dòng)控制，范慶輝等[9]設(shè)計(jì)了一套基于PLC和IFIX的選煤過程控制系統(tǒng)；鄧鋒[10]對(duì)振動(dòng)逆流干法分選系統(tǒng)中的激振力、振動(dòng)頻率等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，以澳大利亞某火電廠為實(shí)例，難選煤得到有效降灰，同時(shí)提高了精煤產(chǎn)率和分選效率。

1.4 跳汰選煤方法

跳汰選煤實(shí)質(zhì)上是利用水流上、下擾動(dòng)和重力作用，使得密度小的精煤浮到上層，隨水流走；密度大的矸石等雜質(zhì)則沉到下層，由對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行排矸，進(jìn)而完成選煤過程。該方法運(yùn)行成本低，分選工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)，分選效果良好，尤其是跳汰選煤分選粒度范圍寬，能實(shí)現(xiàn)150～0.5 mm粒級(jí)原煤的分選[11-12]。目前，我國(guó)使用的跳汰選煤技術(shù)在應(yīng)用中得到不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，日趨完善。因此，跳汰選煤法在我國(guó)各大選煤廠得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，尤其是在動(dòng)力煤的分選中。

原煤性質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響跳汰選煤的分選效率和精度，在分選極難選煤時(shí)，該方法的分選效率比重介質(zhì)旋流器低，尤其是在原煤中細(xì)粒含量較多的情況下，跳汰分選會(huì)損失大量精煤。實(shí)際應(yīng)用表明，當(dāng)分選密度過低時(shí)，跳汰機(jī)的分選效果將無法保證；此外，跳汰選煤的洗水系統(tǒng)負(fù)荷量比重介質(zhì)選煤大。

1.5 水介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)

水介質(zhì)旋流器以煤粉顆粒密度的差異為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)原煤分選[13]。該選煤方法簡(jiǎn)化了工藝流程、去除了介質(zhì)回收工序，有效削減了主要分選設(shè)備的數(shù)量，生產(chǎn)成本低，處理能力強(qiáng)，非常適合處理粗煤泥。水介質(zhì)旋流器分選系統(tǒng)簡(jiǎn)單，只能分出兩種產(chǎn)品，故可以考慮把單段選改為兩段選。但此種選煤方法一般分選精度低，產(chǎn)率和效率不高[14]。

1.6 淺槽重介分選機(jī)選煤方法

淺槽重介分選機(jī)原理為：在給料端下部和分選機(jī)底部分別引入水平介質(zhì)流和上升介質(zhì)流，原煤在懸浮液中根據(jù)密度大小分層，大于懸浮液密度的雜質(zhì)沉到淺槽下部，由刮板輸送機(jī)排出；在水平介質(zhì)流的作用下，小于懸浮液密度的物料則通過前端的排料口排出，作為精煤產(chǎn)品，從而完成原煤分選[15]。相較其他重介分選機(jī)，淺槽重介分選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維護(hù)；該機(jī)采用刮板輸送機(jī)從分選槽底部運(yùn)輸重產(chǎn)物，減少了運(yùn)輸設(shè)施對(duì)懸浮液的擾動(dòng)，穩(wěn)定了懸浮液的密度，保證了分選效率；原煤在分選槽內(nèi)停留時(shí)間短，減少了泥化現(xiàn)象，有利于較易泥化的夾矸煤的分選；分選粒度范圍寬，并且可通過加長(zhǎng)槽體提高處理能力，因此處理能力大。不足之處是，低密度物的運(yùn)輸完全依靠水平介質(zhì)流的沖擊力，對(duì)循環(huán)介質(zhì)量要求較大，功耗相對(duì)較高。

1.7 搖床選煤方法

搖床選煤法也屬于重力選煤方法，其工作原理為：利用水流沖洗和機(jī)械往復(fù)差動(dòng)運(yùn)動(dòng)或脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)原煤分選。

搖床主要應(yīng)用于13 mm以下的易選末煤和煤泥的分選，其優(yōu)點(diǎn)是投資少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易操作，分選效果好，尤其對(duì)于高硫細(xì)粒煤來說脫硫效果好，故該方法主要應(yīng)用于我國(guó)煤炭含硫較高的西南地區(qū)選煤廠。不足之處是單層搖床占地面積大，空間利用率極低[16]。

1.8 其他特殊選煤方法

以煤與矸石的導(dǎo)電率、摩擦系數(shù)、射線穿透能力等物理性質(zhì)的不同為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分選的方法，如：靜電選煤法、摩擦選煤法以及X射線選煤法等[11]。由于這些方法在生產(chǎn)實(shí)踐中不常用，故不作過多介紹。

2 選煤關(guān)鍵工藝分析

開采之后的原煤必須經(jīng)過受煤、篩分、粉碎、選煤、儲(chǔ)存及裝車等加工環(huán)節(jié)之后才能投入實(shí)際應(yīng)用。選煤是其中最關(guān)鍵的一個(gè)工藝環(huán)節(jié)。選煤的主要工藝過程簡(jiǎn)述如下：

(1)受煤。受煤是選煤的第一個(gè)環(huán)節(jié)，主要目的是為了緩解煤礦井下存儲(chǔ)空間的壓力，通常會(huì)在井口周圍設(shè)有一定容量的煤炭存儲(chǔ)庫(kù)，將井下的煤炭暫存到庫(kù)里，為煤炭生產(chǎn)過程的持續(xù)提供保障。

(2)配煤。為使最終精煤產(chǎn)品符合客戶要求，將各種原煤按照一定比例摻配的過程稱為配煤。

(3)篩分。將開采出來的原煤按照粒度大小進(jìn)行分類的過程稱為篩分?？蓪⒃悍殖闪６炔煌牡燃?jí)，以便于后面工藝中的分選。在我國(guó)選煤企業(yè)中，篩分技術(shù)較成熟。

(4)破碎。從礦井開采出來的原煤一般尺寸較大，這對(duì)分選設(shè)備的容量來說是一大挑戰(zhàn)，因此在選前需要利用破碎機(jī)將大塊煤破碎成小塊煤，這個(gè)過程稱為破碎。對(duì)于夾矸煤來說，破碎還可讓煤和矸石分離，利于后續(xù)分選。

(5)分選。分選是整個(gè)選煤工序中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主要是根據(jù)煤和其中雜質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)的差異，采用各種分選設(shè)備，去除原煤中的雜質(zhì)，并將產(chǎn)品分為不同質(zhì)量等級(jí)，以適應(yīng)用戶的需求?，F(xiàn)代化的選煤廠是由許多作業(yè)系統(tǒng)組成的綜合機(jī)械加工系統(tǒng)。

3 選煤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望

目前，市場(chǎng)對(duì)潔凈煤的需求量大，而選煤過程存在分選效率不高、系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化程度不足等問題，迫切需要結(jié)合前沿科學(xué)技術(shù)，研究新型設(shè)備及選煤方法。目前，我國(guó)選煤技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)或需要深入研究的技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：

(1)在重介質(zhì)旋流器選煤過程中，旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的研究，提高耐磨材料性能，優(yōu)化工藝，提高分選效率是今后一大研究方向。

(2)為了滿足煤炭資源需求大、開采規(guī)模大的現(xiàn)狀，應(yīng)不斷改進(jìn)設(shè)備，使其向自動(dòng)化、智能化、大型化、精細(xì)化方向發(fā)展，降低洗選過程的人為誤差。

(3)在選煤工藝中增加智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)，以提高選煤設(shè)備可靠性和過程控制質(zhì)量，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。

(4)研究各交叉學(xué)科，并融合化學(xué)、物理模型和數(shù)學(xué)分析方法，發(fā)展高效、潔凈的選煤技術(shù)，研究能耗少、污染小的磁懸浮選煤技術(shù)。

(5)鑒于我國(guó)市場(chǎng)需求，考慮到選煤的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，還應(yīng)側(cè)重研究選煤工藝優(yōu)化、改造與創(chuàng)新，提高選煤過程自動(dòng)化控制水平、加強(qiáng)選煤裝備的研發(fā)、實(shí)現(xiàn)選煤過程的潔凈化。